ويژگي هاي يك پردازنده مناسب براي امور رندرينگ و گيم

[Saeid.aZm]

به نام خدا


شايد برا بنده و بسياري از دوستان موقيعتي پيش آيد كه تصميم براي خريد يك سيستم جهت بكار گيري در اموري چون رندريگ محتواي چند رسانه اي و حتي جهت استفاده به عنوان يك سيستم گيم بگيرند و مسئله مهم دخيل در اينگونه از مجموعهها پردازنده مركزي است كه سطح كارايي و راندمان كاراي را تا حدود زيادي تحت تاثير خود قرار مي دهد.

اما آنچه در مورد انتخاب پردازنده مناسب براي استفاده در اين سري از امور مهم است توجه به فناوري هاي مرتبط با امور پردازش چند رسانه اي به كار رفته در پردازنده اصلي مي باشد در ادامه به صورت مختصر به بيان و معرفي چندي از اين المان هاي مهم مي پردازيم:

فرآیند ساخت ( Process )

فرآیند ساخت و یا تکنولوژی ساخت پردازنده به نحوه تولید پردازنده اشاره می کند . عموماً فرآیند ساخت بیان کننده اندازه ترانزیستورهای بکار گرفته شده در هسته پردازنده است . به عنوان مثال یک پردازنده با فرآیند ساخت 45 نانومتر دارای ترانزیستورهای با اندازه 45 نانومتر می باشد .
در این سال هاي اخیر شرکت هايي چون AMD و اینتل پردازنده های با فرآیندهای ساخت 180 ، 130 ، 90 ، 65 و 45 و همچنين 32 نانومتر به طور تولید کرده است به طور مثال سري پردازنده هاي دسكتاپ CORE I3/5/7 براي شركت ايتل و خانوده هاي ATHLON II و PHENOM II ساخت شركت AMD .
شرکت های سازنده در حال کم کردن مقدار فرآیند سخت هستند تا بتوانند با کوچکتر کردن اندازه ترانزیستورها ، از ترانزیستورهای بیشتری در یک پردازنده استفاده کنند كه با اين كار هم فاصله موجود در بين ترازيستور ها كمتر شده و هم گرماي حاصله از حركت الكتورن ها در PIPE-LINE ها كاسته مي شود.

.02هسته پردازنده ( Core )
پردازنده ها توسط واحدی به نام هسته ( Core ) قادرند عملیات پردازش را انجام دهند . هسته های پردازنده ها برای پردازش اطلاعات به واحدهای مختلفی چون (ALU) Arithmetic And Logic Unit واحد حساب و منطق و FPU(Floating Point Unit ) واحد محسابات مميز شناور و ديگر اجزا نیاز دارند . پردازنده های رایج در بازار اکنون دارای 2 یا 4 هسته هستند . افزایش تعداد هسته ها لزوماً به معنای افزایش کارایی پردازنده ها نیست .زيرا بسياري از برنامه هاي رايانه اي توانايي مديريت بيش از دو يا چند هسته پردازشي را ندارند.


3.حافظ نهان ( Cache ).
هسته پردازنده ها برای کاهش زمان دسترسی به حافظه اصلی از نوعی حافظه بسیار سریع بنام کش استفاده می کند .پردازنده برای اجرای برنامه ها باید به حافظه اصلی ( RAM ) دسترسی داشته باشد . حافظه RAM به دلیل ماهیتی که دارد نسبت به پردازنده از سرعت کمتری برخوردار است . در پردازنده سیستم هوشمندی طراحی شده است که دستورالعمل ها و دیتاهایی که پردازنده با آنها بسیار کار دارد را در حافظه نهان ذخیره می کند . در اینصورت پردازنده به جای مراجعه به حافظه اصلی به حافظه نهان ( که نسبت به حافظه اصلی چندین برابر سریع تر است ) مراجعه می کند .

در جريان سير تكاملي پردازنده ها مختصين به اين باور رسيدند كه نبود پهناي باند مناسب بين پردازنده و حافظه اصلي مانعي اصلي افزيش فركانس كاري و همچنين سطح كارايي پردازنده ها مي شود براي همين سازنده در ابتكاري جالب نوعي حافظه ميانجي به نام حاظه سطح 1 را بر روي پردازنده بنا كردن كه نقش يك بافر پر سرعت را براي پردازنده بازي مي كند و با سرعت بالاي خود جواب گوي نياز هاي پردازنده بود در ادامه سازندگان مادربورد با بكار گيري حافظه سطح 2 به صورت on-board SRAM CHIP بروي بورد مادر باعث تسريع و افزايش پهناي باند ايجاد شده براي پردازنده و به طور كلي افزايش توان پردازشي شدند .در ادامه متخصصين ساخت پردازنده هاي مركزي اين سطح حافظه را نيز بر روي die پردازنده انتقال دادن تا با اين كار خود موانع و مسير هاي ارتباطي بين حافظه سطح 1 و 2 را به حد اقل بر سانند.

متخصصين با اين ادغام قادر شدند تا فر كانس هاي عملياتي پردازنده هاي خود (core clock را به ميزان قابل توجهي افزايش دهد .اما آنچه واضح است ميزان حافظه كش با مقدار فركانس كاري core clock و همچنين تعداد هسته هاي پردازشي رابطه مسقيمي دارد جداي آن در سال هاي اخير سطح جديد به عنوان سطح سوم نيز به پردازنده ها اضافه شده است پس در هنگام انتخاب پردازنده به مقدار حافظه كش و تعدا راه هاي ارتباطي آنها با كديگر كه در نرم افزارهايي چون cpu-z به صورت شكلي زير نمليش داده ميد توجه ويژه اي شود در اينمورد مهم است كه ارجعيت و اهميت مقدار اين نوع حافظه از سطح يك تا سطح هاي بالا مي باشد.

برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید
تصوير ضميمه

دستورالعمل ( Instruction )

هر پردازنده برای آنکه بتواند برخی از وظایفش را سریع تر و آسان تر انجام دهد نیاز به دستورالعمل دارد . سازندگان پردازنده ها و خصوصاً اینتل و AMD در طی چند سال اخیر مجموعه مختلفی از دستورالعمل ها را برای پردازنده هایشان معرفی کرده اند . این دستورالعمل ها علاوه بر اینکه موجب بهبود کارایی پردازنده ها می شوند به برنامه نویسان و توسعه دهندگان بازی ها ، برنامه های کاربردی و غیره نیز کمک می کند تا برنامه ها و نرم افزارهای خود را آسان تر فراهم کنند .

شرح برخي از دستور العمل هاي پردازشي مورد استفاده در پردازنده هاي اينتل:

مجموعه دستورالعمل های SIMD

این مجموعه دستورالعمل را شرکت اینتل فراهم نمود و سپس شرکت AMD نیز در پردازنده هایش از آنها استفاده کرد . SIMD مخفف عبارت Single Instructiion Multiple Data است که اشاره به این موضوع دارد که چندین دستورالعمل و اطلاعات مختلف درون یک دستورالعمل قرار گرفته اند . به عبارت ساده تر پردازنده با استفاده از این دستورالعمل ها برای انجام این وظیفه خاص نیاز به اجرای چندین دستورالعمل و اطلاعات مختلف ندارد و با اجرای یک دستورالعمل می تواند عملیات مربوطه را انجام دهد .

SSE ( Streaming SIMD Extensions ).

بطور کلی با پیشرفت پردازنده ها ، مجموعه دستورالعمل های SIMD نیز گسترش پیدا کرد و بسط های جدیدی ( دستورالعمل های جدیدتری ) به آن اضافه شد . این بسط ها با عنوان SSE شناخته می شوند .

مجموعه دستورالعمل های SSE می توانند کارایی را بورسیه اجرای سریع تر محدوده وسیعی از برنامه های کاربردی شامل ویدیویی ، صوتی ، تصویری ، پردازش عکس ، رمز گذاری و رمزگشایی ، مهندسی و برنامه های کاربردی مبتنی بر علوم مختلف افزایش دهند . پردازنده های مبتنی بر علوم مختلف افزایش دهند . پردازنده های پنتیوم 4 مبتنی بر معماری NetBurst در مقایسه با پردازنده های پنتیوم 3 شامل 144 دستورالعمل SSE جدید شدند که با عنوان 2SSE شناخته می شوند .

اخيرا شركت هاي سازنده پردازنده از نسل هاي جديدي از اين استاندار كه با نام SSE 4.X شناخته مي شود در هسته هاي پردازشي خود استفاده كرده اند.

Intel – NetBurst – micro-architecture

معماری پردازنده های Pentium3 موجب شده بود تا شرکت اینتل دیگر قادر به افزایش کارایی پردازنده هایش نباشد . بنابراین این شرکت تصمیم گرفت تا معماری جدیدی را برای پردازنده هایش معرفی کند . ریز معماری Intel NetBurst در حقیقت معماری است که در پردازنده های پنتیوم 4 شرکت اینتل ، بکار گرفته شده است . این ریز معماری اجازه داد تا پردازنده های شرکت اینتل دارای تکنولوژی های Raqid Execution Engine ، Hyper Pipelined ، Execution Trace Cache و چند خصوصیت دیگر نظیر پشتیبانی از مجموعه دستورالعمل های SSE2 شوند .

Intel-Core micro-architecture

اینتل در حدود دو سال پردازنده های متعددی مبتنی بر معماری NetBurst معرفی کرد . اما این معماری موجب شده بود تا اینتل یکبار دیگر قادر به افزایش فرکانس پردازنده هایش نباشد بطوریکه پردازنده های با فرکانس بالای این شرکت ، مصرف توان بالایی داشتند و حرارت زیادی نیز تولید می گردند ( خصوصاً در پردازنده های دو هسته ای Pentium D ) ، علاوه بر این ، پردازنده هایی که شرکت اینتل برای سیستم های موبایل معرفی کرده بود از همین معماری NetBrust استفاده می کردند و مصرف توان بالا و همچنین حرارت تولیدی بسیار بالای این پردازنده ها تبدیل به یک معضل بزرگ برای اینتل در سیستم های موبایل شده بود . از طرفی دیگر پردازند های شرکت رقیب یعنی AMD با مصرف توان و حرارت تولیدی کمتر کارایی بالاتری را نسبت به پردازنده های پنتیوم شرکت اینتل ارایه می گردند . بنابراین شرکت اینتل هیچ راه حلی به جز تغییر در ریز معماری پردازنده هایش نداشت . اینتل در یک تحول اساسی ریز معماری Core را برای پردازنده های موبایل و ریز معماری Core2 را برای پردازنده های سیستم های خانگی و سرورها معرفی کرد .

معماری Core خصوصیات جدیدی مانند کش یکپارچه ، دستورالعمل های جدید ، توان مصرفی کم و غیره را به پردازنده های شرکت اینتل افزود .

Intel Hyper-Threading

در حدود چهار يا پنج سال پیش شرکت اینتل برای آنکه بتواند کارایی پردازنده های پنتیوم 4 خود را افزایش دهد تکنولوژی Hyper Threading را معرفی کرد . این تکنولوژی پردازنده های اینتل را از نظر منطقی به دو پردازنده مجزا تقسیم می کرد بنابراین سیستم عامل پردازنده های تک هسته ای شرکت اینتل با تکنولوژی HT را بصورت دو پردازنده مجزا شناسایی و بار پردازشی سیستم را بین این دو پردازنده خواهند بود .
تکنولوژی Hyper Threading در برخی از پردازنده های نسل جدید اینتل نیز بکار گرفته شده و پردازنده هایی که بطول مثال دارای دو هسته فیزیکی هستند توسط این تکنولوژی در سیستم عامل بصورت 4 پردازنده مجزا شناسایی می شوند .

Virtualization Technology

این تکنولوژی به پردازنده های اینتل اجازه می دهد تا چندین سیستم عامل و برنامه های کاربردی را در بخش های مجزا ( Container ) اجرا کنند . به عبات ساده تر توسط این تکنولوژی کاربران قادر خواهند بود روی کامپیوتر خود چندین سیستم عامل نصب کنند و بدون نیاز به راه اندازی مجدد کامپیوتر ، از یک سیستم عامل به سیستم عاملی دیگری وارد شوند . نرم افزار ( Virtual Machine Monitor ) VMM و يا VMWARE این اجازه را به کاربران خواهد داد تا کنترل کاملی بر پردازنده و دیگر بخش های سخت افزار داشته باشند و از یک سیستم عامل به سیستم عامل دیگر سویچ کنند . لازم به ذکر است هر سیستم عامل دیگر سویچ کنند . لازم به ذکر است هر سیستم عامل از دیگری کاملاً مجزا است و بر روی هر سیستم عامل باید بطور جداگانه درایورها و نرم افزارهای کاربردی نصب شود .

Enhanced Intel SpeedStep Technology

تکنولوژی SpeedStep قادر است تا بطور دینامیکی ولتاژ و فرکانس پردازنده های اینتل را به دو وضعیت متقاوت تغییر دهد . آن دسته از پردازنده های اینتل که از چنین ویزگی پشتیبانی می کنند در صورتیکه بار پردازشی کمی داشته باشند و یا در وضعیت بی کاری قرار گرفته باشند فرکانس و ولتاژ کاری آنها تغییر پیدا می کند . بطور مثال یک پردازنده 2و3 گیگاهرتزی INTEL CORE 2 DUE ، زمانیکه در وضعیت بیکاری قرار داشته باشد فرکانس آن به 8 و2 گیگاهرتز تغییر پیدا می کند . این موضوع موجب کاهش مصرف توان و طول عمر بیشتر باتری در سیستم های موبایل)رايانه هاي قابل حمل) خواهد شد .

Intel MMX Technology

تکنولوژی MMX که ابتدا در پردازنده های پنتیوم 2 بکار گرفته شد ، مجموعه دستورالعمل های است که به پردازنده ای اینتل اجازه می دهد تا در برنامه های چند رسانه ای و ارتباطاتی ، عملکرد سریع تری داشته باشند ، این تکنولوژی شامل انواع اطلاعات و دستورالعمل های جدید است که به پردازنده های اینتل اجازه می دهد تا برنامه های کاربردی را در سطح جدیدی از عملکرد اجرا کنند .

Intel Extended Memory 64 Technology ( EM64T)

این تکنولوژی به پردازنده های اینتل اجازه می دهد تا در محیط های 64 بیتی کار کنند . در حقیقت پردازنده های مبتنی بر این تکنولوژی قادرند در هر دو سیستم عامل 32 و 64 بیت عمل کنند . آن دسته از پردازنده های اینتلی که فاقد این تکنولوژی هستند قادرند در سیستم عامل های 32 بیتی عمل کنند . برخی از پردازنده های مبتنی بر معماری NetBurst و کلیه پردازنده های مبتنی بر معماری Core شرکت اینتل دارای قابلیت EM64T هستند .


Intel Advanced Smart Cache

این تکنولوژی در پردازنده های مبتنی بر معماری Core گنجانده شده است این تکنولوژی موجب شده تا کش پردازنده های دو هسته ای مبتنی بر معماری Core با همدیگر ادغام شوند و یک حافظه کش یکپارچه را ایجاد کنند . بنابراین در پردازنده های مبتنی بر این معماری ، کارایی به دلیل کاهش زمان دسترسی به حافظه کش و همچنین عدم کپی اطلاعات یکسان در حافظه های کش افزایش پیدا کرده است .


Intel Smart Memory Access

این تکنولوژی کارایی سیستم را بوسیله بهینه سازی پهنای باند حافظه و ریز سیستم حافظه افزایش می دهد . Smart Memory Access با کاهش زمان دسترسی به حافظه موجب بهبود کارایی در پردازنده های مبتنی بر معماری Core می شود .


در ادامه به بررسي فناوري هاي ارائه شده در پردازنده هاي AMD مرتبط با امور مورد نظر مي پردازيم:


3Dnow!
شرکت AMD برای آنکه کارایی پردازنده های خود را در بازی های سه بعدی و نرم افزارهای چند رسانه ی بهبود بخشد دستور العمل های جدیدی را در پردازنده هایش با نام 3Dnow گنجاند. این دستور العمل ها موجب شد تا پردازندههای شرکت AMD تصاویر شفاف تر و با جزئیات بیشتری را در بازی های کامپیوتری به نمایش بگذارند و همچنین کارایی بالایی را در آنها ارایه کنند.

گذرگاه HyperTransport HT). )

تمامی پردازنده های مبتنی بر معماری K7 و کلیه پردازنده های تولید شده توسط شرکت اینتل برای انتقال اطلاعات و ارتباط با دیگر بخش های سیستم از گذرگاهی به نام FSB استفاده می کنند . این گذرگاه داری عرض باس 64 بیت و فرکانس های مختلفی است . شرکت AMD با معرفی پردازنده های سری K8 از گذرگاه ارتباطی HyperTransport برای اتصال بین پردازنده و چیپست پل شمالی استفاده کرد . تمامی پردازنده های مبتنی بر معماری K8 دارای گذرگاه HyperTransport با عرض باس 16 بیت هستند امام فرکانس این گذرگاه در پردازنده های خانواده Athlon 64 برابر با 2000 مگاهرتز و در پردازنده های Phenom برابر با 5200 مگاهرتز است .

AMD 64.

تکنولوژی AMD64 به پردازنده های شرکت AMD اجازه پردازش بصورت 64 بیت را می دهد . پردازنده های مبتنی بر معماری K8 در حقیقت اولین پردازنده های بودند که از تکنولوژی AMD64 و قابلیت پردازش 64 بیتی برای کامپیوترهای خانگی پشتیبانی کردند . پردازنده های مبتنی بر تکنولوژی AMD64 در صورتیکه همراه با سیستم عامل های 64 بیتی استفاده شوند ، داده ها را بصورت 64 بیت و در صورتیکه همراه با سیستم عامل های 32 بیتی استفاده شوند داده ها را بصورت 32 بیت پردازش خواهند کرد.

AMD Balanced Smart Cache

هسته ای موجود در پردازنده های چند هسته ایی شرکت AMD دارای کش مستقل هستند به عبارت ساده تر هر هسته دارای یک شک L2 مستقل است . استفاده از کش های مستقل موجب می شود تا کارایی پردازنده ها در برخی از برنامه های کاربردی کاهش پیدا کند . شرکت AMD برای رفع این مشکل در پردازنده های Phenom از یک حافظه کش L3 یکپارچه استفاده کرده است . تکنولوژی بکار گرفته شده در این کش L3 بطور هوشمند عمل می کند و میزان فضای مورد نیاز برای برنامه های کاربردی مختلف را در اختیار آنها قرار می دهد . پردازنده های 6 هسته ای Phenom II دارای 4 کش L2 با حجم 512 کیلوبایت و یک کش L3 یکپارچه با حجم 6 مگابایت هستند .

با ياري خدا در آينده به بررسي هرچه بيشتر فناوري هاي به كار رفته در پردازنده هاي هر دو شركت خواهيم پرداخت.

دا نسته هاي خود را به اشتراك بگذاريم هر چند كه اندك باشد.

نويسنده و تهيه كننده:سعيد اعظمي
با تشكر