За что отвечает ядро


Клеточное ядро — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Ядро. Клетки HeLa, ДНК окрашена синим красителем Hoechst[en]. Центральная и правая клетка находятся в интерфазе, и у них окрашено всё ядро. Левая клетка претерпевает митоз, поэтому ДНК конденсирована и окрашено не всё ядро

Кле́точное ядро́ (лат. nucleus) — окружённый двумя мембранами компартмент эукариотической клетки[1] (в клетках прокариот ядро отсутствует). Обычно в клетках эукариот имеется одно ядро, однако некоторые типы клеток, например, эритроциты млекопитающих, не имеют ядра, а другие содержат несколько ядер.

В ядре заключена бо́льшая часть генетического материала клетки, представленного несколькими линейными длинными молекулами ДНК, связанного с белками — хромосомами. Гены, локализованные в хромосомах, составляют ядерный геном. Ядро поддерживает целостность генов, а входящие в его состав белки регулируют клеточные процессы посредством управления экспрессией генов, поэтому ядро является, по сути, контролирующим центром клетки. К основным структурам, из которых состоит ядро, относят ядерную оболочку — двойную мембрану, окружающую ядро и изолирующую его от цитоплазмы, а также ядерный матрикс (который включает ядерную ламину) — сеть филаментов, которая обеспечивает механическую поддержку ядра, подобно цитоскелету в цитоплазме.

Поскольку ядерная оболочка непроницаема для крупных молекул, для регуляции транспорта молекул через ядерную оболочку (ядерный транспорт[en]) служат ядерные поры. Поры пронизывают обе ядерные мембраны и формируют сквозной канал, через который малые молекулы и ионы проходят свободно, а крупные молекулы активно транспортируются с участием белков-переносчиков. Перенос через ядерную оболочку таких крупных молекул, как белки и РНК, необходим для экспрессии генов и поддержания хромосом. Хотя внутри ядра нет окружённых мембраной субкомпартментов, его внутреннее содержимое неоднородно и содержит ряд ядерных телец, которые состоят из особых белков, молекул РНК и частей хромосом. Самое известное ядерное тельце — ядрышко, в котором происходит сборка рибосомных субъединиц. После образования в ядрышке рибосомные субъединицы транспортируются в цитоплазму, где они осуществляют трансляцию мРНК.

Ядро стало первой из органелл, открытых учёными-естествоиспытателями в составе клетки. Самые ранние рисунки клеток и их ядер принадлежат основоположнику научной микроскопии Антони ван Левенгуку (1633—1723), который наблюдал ядро в эритроцитах лосося[2]. Описания ядра также выполнил Франц Бауэр[en] в 1802 году[3], а более детальное описание было выполнено в 1831 году шотландским ботаником Робертом Броуном и представлено на собрании Лондонского Линнеевского общества. Броун изучал орхидеи под микроскопом и обнаружил в клетках наружного слоя цветка непрозрачные области, которые он называл «ареолами» или «ядрами»[4].

Броун не делал предположений относительно функций ядра. В 1838 году Маттиас Шлейден предположил, что ядро участвует в образовании новых клеток, поэтому он ввёл для обозначения ядер термин «цитобласт» (клеточный строитель). Он был уверен, что наблюдал сборку новых клеток вокруг «цитобластов». Убеждённым оппонентом этого взгляда был Франц Мейен, открывший, что клетки размножаются посредством деления, и считавший, что у многих клеток может не быть ядра. Идея об образовании клеток de novo[en], то есть с нуля, посредством цитобластов или иначе, противоречила работам Роберта Ремака (1852) и Рудольфа Вирхова (1855), которые окончательно утвердили новую парадигму, утверждающую, что клетки могут образовываться только из клеток («Omnis cellula e cellula»). Функции ядра оставались неясными[5].

Между 1877 и 1878 годами Оскар Гертвиг опубликовал несколько работ по оплодотворению яиц у морских ежей, в которых показал, что при оплодотворении ядро сперматозоида проникает внутрь яйцеклетки и сливается с её ядром. Впервые было показано, что новая особь развивается из единственной клетки, имеющей ядро. Это противоречило теории Эрнста Геккеля, согласно которой в ходе эмбрионального развития особи последовательно проходятся все этапы филогении её вида, а потому, в частности, поколение первых клеток с ядром якобы образуется из «монерулы» — бесструктурной массы первичной слизи. В связи с этим необходимость ядра сперматозоида для оплодотворения некоторое время была предметом дискуссий. Однако Гертвиг подтвердил свои наблюдения исследованиями на других животных, включая земноводных и моллюсков. В 1884 году Эдуард Страсбургер показал то же самое для растений. Это проложило путь к гипотезе о том, что ядро передаёт наследственный материал. В 1873 году Август Вейсман высказал идею о равнозначности материнского и отцовского материала для наследственности. Функция ядра как носителя генетической информации стала очевидной лишь позже, после открытия митоза и открытия заново законов Менделя в начале XX столетия. На основании этих открытий была сформулирована хромосомная теория наследственности[5].

Ядро — крупнейшая органелла животных клеток[6]. У млекопитающих диаметр ядра составляет примерно 6 мкм, а само ядро составляет около 10 % объёма клетки[7]. Вязкая жидкость, заполняющая ядро, называется нуклеоплазмой и по химическому составу близка к цитозолю, окружающему ядро[8].

Ядерная оболочка и ядерные поры[править | править код]

Строение клеточного ядра Поперечный разрез ядерной поры. Цифрами обозначены: 1 — ядерная оболочка, 2 — внешнее кольцо, 3 — спицы, 4 — корзина, 5 — филаменты

Ядерная оболочка состоит из двух мембран (наружной и внутренней), которые расположены параллельно на расстоянии от 10 до 50 нм. Ядерная оболочка полностью окружает ядро, отделяя генетический материал клетки от цитоплазмы и служа барьером, предотвращающим свободную диффузию макромолекул между нуклеоплазмой и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана продолжается в мембрану шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭПР) и покрыта рибосомами. Промежуток между ядерными мембранами называется перинуклеарным пространством и продолжается в люмен ЭПР[9].

Ядерные поры, представляющие собой заполненные водой каналы в ядерной оболочке[1], состоят из множества белков, называемых нуклеопоринами. У человека масса пор составляет около 120 000 кДа,что в 40 раз больше массы рибосомы[10]; при этом у дрожжей в состав ядерных пор входит около 50 белков, а у позвоночных — несколько сотен[6]. Хотя диаметр пор составляет 100 нм, ширина щели, через которую могут проходить молекулы, из-за наличия внутри пор регуляторных систем составляет всего 9 нм. В такую щель могут проходить водорастворимые малые молекулы, но не крупные молекулы — такие, как нуклеиновые кислоты и большие белки; для переноса этих молекул в ядро необходим активный (то есть энергозатратный) транспорт. На оболочке ядра типичной клетки млекопитающего располагается от 3000 до 4000 пор[11], и у каждой в месте слияния двух ядерных мембран находится кольцевая структура, имеющая 8 осей симметрии[12]. К кольцу прикрепляется особая структура, известная как ядерная корзина, которая выдаётся в нуклеоплазму, а несколько её филаментов выдаются в цитоплазму. Обе структуры необходимы для опосредования связывания транспортных ядерных белков[6].

Большинство белков, субъединицы рибосом и некоторые ДНК переносятся через ядерные поры посредством семейства транспортных факторов, известных как кариоферины[en]. Кариоферины, опосредующие транспорт в ядро, также называются импортинами[en], а опосредующие транспорт из ядра — экспортинами. Большинство кариоферинов непосредственно взаимодействуют со своим грузом, но некоторые используют для этого адаптерные[en] белки[13]. Стероидные гормоны (такие, как кортизол и альдостерон), а также другие жирорастворимые малые молекулы могут диффундировать в цитоплазму внутрь клетки через клеточную мембрану; в цитоплазме они связываются с белковыми ядерными рецепторами, которые доставляют их в ядро. Здесь ядерные рецепторы[en], связанные со своими лигандами, функционируют как транскрипционные факторы, а в отсутствие лиганда многие рецепторы функционируют как гистондеацетилазы, подавляющие экспрессию некоторых генов[6].

Ядерная ламина[править | править код]

Строение ядерной оболочки и ядерной ламины

В клетках животных механическую поддержку ядра обеспечивают две сети из промежуточных филаментов: ядерная ламина, представляющая собой сеть промежуточных филаментов на внутренней поверхности ядра, а также менее организованные филаменты на цитозольной поверхности ядра. Обе системы филаментов обеспечивают поддержку ядра и служат для закрепления хромосом и ядерных пор[7].

Ядерная ламина состоит в основном из белков, известных как ламины. Как и все белки, ламины синтезируются в цитоплазме и далее транспортируются внутрь ядра, где они вставляются в ядерную ламину[14][15]. Расположенные на наружной стороне ядерной оболочки ламины (такие, как эмерин[en] и несприн[en]), связываются с элементами цитоскелета, что обеспечивает структурную поддержку ядру. Ламины также обнаруживаются в нуклеоплазме, где они образуют другую регулярную структуру, известную как нуклеоплазматическая вуаль (англ. nucleoplasmic veil)[16]; последнюю можно визуализировать с использованием флуоресцентной микроскопии. Функция вуали неизвестна, но известно, что её нет в ядрышке и она присутствует в интерфазе клеточного цикла[17]. Входящие в состав вуали ламины (такие, как LEM3) связываются с хроматином, и нарушения в их структуре подавляют транскрипцию белоккодирующих генов[18].

Как и другие белки промежуточных филаментов, мономеры ламинов содержат α-спиральный домен, используемый двумя мономерами, чтобы обвиться вокруг друг друга, образуя димер, имеющий структуру биспирали[en]. Два димера далее связываются своими боковыми сторонами в антипараллельной ориентации, образуя тетрамер, известный как протофиламент. Восемь тетрамеров объединяются в скрученный, похожий на верёвку филамент. Филаменты могут собираться и разбираться динамическим образом, то есть длина филамента зависит от относительных скоростей его сборки и разборки[7].

Хромосомы[править | править код]

Хромосомные территории 24 хромосом человека

В ядре находится большая часть генетического материала клетки, представленного множеством линейных молекул ДНК, которые организованы в структуры, известные как хромосомы. Суммарная длина молекул ДНК клетки человека составляет около 2 м. В течение большей части клеточного цикла данные молекулы в комплексе с белками формируют так называемый хроматин, а при клеточном делении хромосомы предстают в виде отдельных хорошо различимых хромосом, составляющих кариотип. Небольшое количество клеточного генетического материала располагается в митохондриях и, в случае растительной клетки, в хлоропластах[19].

Известно два вида хроматина. В эухроматине ДНК наименее плотно организована; он содержит гены, которые транскрибируются наиболее часто[19]. Другой вид хроматина, гетерохроматин, более компактен и содержит ДНК, транскрибируемую редко или никогда. Гетерохроматин подразделяется на факультативный, который присутствует только в клетках определённого типа и на определённой стадии клеточного цикла, и конститутивный, представленный такими структурами хромосом, как теломеры и центромеры[20]. В течение интерфазы хроматин каждой хромосомы занимает строго определённую область ядра — хромосомную территорию[21][22]. Активные гены, которые, как правило, располагаются в эухроматине, обычно располагаются на границе хромосомной территории[23].

Ядерные тельца[править | править код]

В ядре клеток млекопитающих содержится ряд дискретных субкомпартментов[24], которые называются ядерными тельцами. Они осуществляют компартментализацию ядра, создавая внутри него отдельные пространства, которые обладают определёнными свойствами. Многие ядерные тельца осуществляют специфические функции — например, синтез и процессинг пре-рибосомных РНК в ядрышке, накопление и сборку компонентов сплайсосом в спеклах (см. ниже) или накопление молекул РНК в параспеклах. Механизмы, которые обеспечивают выполнение ядрышковыми тельцами этих функций, очень разнообразны. В некоторых случаях ядерное тельце может служить местом протекания определённых процессов, например, транскрипции. В других случаях ядерные тельца, по-видимому, опосредованно регулируют локальные концентрации своих компонентов в нуклеоплазме. Подобно цитоплазматическим органеллам, ядерные тельца содержат специфический набор белков, которые определяют их структуру на молекулярном уровне. Однако, в отличие от органелл цитоплазмы, ядерные тельца не окружены липидными мембранами, и их структурная целостность целиком обеспечивается белок-белковыми и РНК-белковыми взаимодействиями. Ниже в таблице перечислены основные характеристики ядерных телец[25].

Ядерное тельце Функции Характерные компоненты Типичный размер (в мкм) Количество на ядро
Ядрышко Биогенез рибосом Машинерия РНК-полимеразы I[en], факторы процессинга рРНК и сборки рибосомных субъединиц 3—8 1—4
Спеклы Накопление и сборка факторов сплайсинга Факторы сплайсинга пре-мРНК 2—3 20—50
Стрессовые ядерные тельца Регуляция транскрипции и сплайсинга в условиях стресса HSF1[en], HAP 1—2 3—6
Тельце гистоновых локусов Процессинг пре-мРНК гистонов NPAT[en], FLASH, U7[en] мяРНП 0,2—1,2 2—4
Тельце Кахаля Биогенез, созревание и кругооборот малых РНК Коилин, SMN[en] 0,2—1,5 1—10
PML-тельце Регуляция стабильности генома, репарация ДНК, контроль транскрипции, защита от вирусов PML 0,1—1 10—30
Параспеклы Регуляция мРНК, редактирование РНК Некодирующие РНК NEAT1/MENε/β, белки PSP1, p54nrb/NONO 0,2—1 2—20
Околоядрышковый компартмент Посттранскрипционная регуляция набора РНК, синтезированных РНК-полимеразой III[en] PTB 0,2—1 1—2
Ядрышко[править | править код]

Ядрышко — это отдельная плотная структура в ядре. Она не окружена мембраной и формируется в области расположения рДНК — тандемных повторов генов рибосомной РНК (рРНК), называемых ядрышковыми организаторами. Главная функция ядрышка — синтез рРНК и образование рибосом. Структурная целостность ядрышка зависит от его активности, и инактивация генов рРНК приводит к смешению ядрышковых структур[26].

На первой стадии образования рибосом фермент РНК-полимераза I транскрибирует рДНК и образует пре-рРНК, которая далее разрезается на 5,8S, 18S и 28S рРНК[27]. Транскрипция и посттранскрипционный процессинг рРНК происходят в ядрышке при участии малых ядрышковых РНК (snoРНК), некоторые из которых происходят из сплайсированных интронов мРНК генов, кодирующих белки, связанные с работой рибосом. Собранные рибосомные субъединицы — это самые крупные структуры, проходящие через ядерные поры[6].

При рассматривании под электронным микроскопом в ядрышке можно выделить три компонента: фибриллярные центры (ФЦ), окружающий их плотный фибриллярный компонент (ПФК) и гранулярный компонент (ГК), который, в свою очередь, окружает ПФК. Транскрипция рРНК происходит в ФЦ и на границе ФЦ и ПФК, поэтому при активации образования рибосом ФЦ становятся хорошо различимы. Разрезание и модификации рРНК происходят в ПФК, а последующие этапы образования рибосомных субъединиц, включающие загрузку рибосомных белков, происходят в ГК[27].

Тельце Кахаля[править | править код]
Ядра клеток мыши (синие), содержащие тельца Кахаля (зелёные точки). Изображение получено методом флуоресцентной микроскопии (коилин — маркер телец Кахаля — сращён с зелёным флуоресцентным белком)

Тельце Кахаля (ТК) — ядерное тельце, имеющееся у всех эукариот. Оно идентифицируется по наличию сигнатурного белка коилина и специфических РНК (scaРНК). В ТК также содержится белок SMN (англ. survival of motor neurons). В ТК наблюдается высокая концентрация сплайсирующих малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП) и других факторов процессинга РНК, поэтому считается, что ТК служат местами сборки и/или посттранскрипционной модификации факторов сплайсинга. ТК присутствует в ядре во время интерфазы, но исчезает в митозе. В биогенезе ТК прослеживаются свойства самоорганизующейся структуры[28].

Когда внутриклеточная локализация SMN впервые изучалась методом иммунофлуоресценции, то белок обнаруживался во всей цитоплазме, а также в ядрышковом тельце, сходном по размеру с ТК и часто расположенном рядом с ТК. По этой причине данное тельце было названо «близнецом ТК» (англ. gemini of CB) или просто gem. Однако оказалось, что линия клеток HeLa, в которой было открыто новое тельце, была необычной: в других линиях клеток человека, а также у плодовой мушки Drosophila melanogaster SMN колокализовался с коилином в ТК. Поэтому в общем случае SMN можно рассматривать как важный компонент ТК, а не как маркер отдельного ядерного тельца[29].

Тельце гистоновых локусов[править | править код]

Тельце гистоновых локусов (англ. histone locus body, HLB) содержит факторы, необходимые для процессинга пре-мРНК гистонов. Как и следует из названия, тельца гистоновых локусов ассоциированы с генами, кодирующими гистоны; поэтому предполагается, что в тельцах гистоновых локусов концентрируются факторы сплайсинга. Тельце гистоновых локусов присутствует в клетке во время интерфазы и исчезает с наступлением митоза. Тельце гистоновых локусов нередко рассматривается вместе с тельцем Кахаля по нескольким причинам. Во-первых, в некоторых тельцах гистоновых локусов содержится маркер телец Кахаля — коилин. Во-вторых, эти тельца нередко физически находятся рядом, поэтому между ними наблюдается некоторое взаимодействие. Наконец, очень крупные тельца Кахаля ооцитов земноводных обладают свойствами обоих телец[28].

PML-тельца[править | править код]

Тельца промиелоцитной лейкемии (англ. Promyelocytic leukaemia bodies), или PML-тельца — сферические тельца, разбросанные по всей нуклеоплазме и достигающие около 0,1—1,0 мкм в диаметре. Они известны также под такими названиями, как ядерный домен 10 (англ. nuclear domain 10 (ND10)), тельца Кремера (англ. Kremer bodies) и онкогенные домены PML (англ. PML oncogenic domains). Тельца PML названы по одному из своих ключевых компонентов — белку промиелоцитной лейкемии (PML). Они часто наблюдаются ассоциированными с тельцами Кахаля и тельцами деления (англ. cleavage body)[30]. PML-тельца принадлежат ядерному матриксу и могут быть задействованы в таких процессах, как репликация ДНК, транскрипция и эпигенетический сайленсинг генов[31]. Ключевым фактором организации этих телец выступает белок PML, который привлекает другие белки; последние, по современным представлениям, объединены лишь тем, что они SUMOилированы[en]. Мыши, у которых ген PML делетирован, лишены PML-телец, однако развиваются и живут нормально, поэтому PML-тельца не выполняют незаменимых биологических функций[31].

Спеклы[править | править код]

Спеклы (англ. speckle) — это ядерные тельца, которые содержат факторы сплайсинга пре-мРНК и располагаются в интерхроматиновых участках нуклеоплазмы клеток млекопитающих. При флуоресцентной микроскопии спеклы выглядят как пятнистые тельца неправильной формы, различных размеров, а при электронной микроскопии они выглядят как кластеры интерхроматиновых гранул. Спеклы — динамические структуры, и содержащиеся в них белки и РНК могут перемещаться между спеклами и другими ядерными тельцами, включая участки активной транскрипции. На основании исследований состава, структуры и поведения спеклов была создана модель, объясняющая функциональную компартментализацию ядра и организацию машинерии экспрессии генов[32], сплайсирующих малые ядерные рибонуклеопротеины[33][34] и другие белки, необходимые для сплайсинга пре-мРНК[32]. Из-за изменяющихся потребностей клетки состав и расположение спеклов изменяется согласно транскрипции мРНК и посредством регуляции фосфорилирования специфических белков[35]. Сплайсирующие спеклы также известны как ядерные спеклы, компартменты сплайсирующих факторов, кластеры интерхроматиновых гранул и B-снурпосомы (англ. B snurposomes)[36]. B-снурпосомы найдены в ядрах ооцитов земноводных и зародышах плодовой мушки Drosophila melanogaster[37]. На электронных микрофотографиях B-снурпосомы предстают прикреплёнными к тельцам Кахаля или отдельно от них. Кластеры интерхроматиновых гранул служат местами скопления факторов сплайсинга[38].

Параспеклы[править | править код]
Микрофотография клеток HeLa с меченым белком параспекл PSP1: 1. цитоплазма; 2. ядро; 3. ядрышко; 4. параспеклы

Параспеклы — это ядерные тельца неправильной формы, располагающиеся в интерхроматиновом пространстве ядра[39]. Впервые они были описаны у клеток HeLa, у которых имеется 10—30 параспеклов на ядро, но сейчас параспеклы обнаружены во всех первичных клетках человека, в клетках трансформированных линий и на срезах тканей[40]. Своё название они получили из-за своего расположения в ядре — вблизи спеклов[39].

Параспеклы — динамические структуры, которые изменяются в ответ на изменения в метаболической активности клетки. Они зависят от транскрипции[39], и в отсутствие транскрипции, проводимой РНК-полимеразой II, параспеклы исчезают, а все входящие в их состав белки (PSP1, p54nrb, PSP2, CFI(m)68 и PSF) формируют серповидный околоядрышковый кэп. Этот феномен наблюдается в ходе клеточного цикла: параспеклы присутствуют в интерфазе и всех фазах митоза, за исключением телофазы. В ходе телофазы формируются дочерние ядра, и РНК-полимераза II ничего не транскрибирует, поэтому белки параспеклов и формируют околоядрышковый кэп[40]. Параспеклы участвуют в регуляции экспрессии генов, накапливая те РНК, где есть двухцепочечные участки, которые подвергаются редактированию, а именно превращению аденозина в инозин. Благодаря этому механизму параспеклы задействованы в контроле экспрессии генов при дифференцировке, вирусной инфекции и стрессе[41].

Околоядрышковый компартмент[править | править код]

Околоядрышковый компартмент (ОК) — ядерное тельце неправильной формы, которое характеризуется тем, что располагается на периферии ядрышка. Несмотря на физическую связь, эти два компартмента структурно различны. Обычно ОК обнаруживают в клетках злокачественных опухолей[42]. ОК — динамическая структура, и содержит очень много РНК-связывающих белков и РНК-полимеразу III. Структурная стабильность ОК обеспечивается транскрипцией, осуществляемой РНК-полимеразой III, и наличием ключевых белков. Поскольку присутствие ОК обычно связано со злокачественностью и со способностью к метастазированию, их рассматривают как потенциальные маркеры рака и других злокачественных опухолей. Показана ассоциация ОК со специфическими локусами ДНК[43].

Стрессовые ядерные тельца[править | править код]

Стрессовые ядерные тельца формируются в ядре при тепловом шоке. Они образуются при непосредственном взаимодействии транскрипционного фактора теплового шока 1 (HSF1[en]) и перицентрических тандемных повторов в последовательности сателлита III, что соответствует сайтам активной траснкрипции некодирующих транскриптов сателлита III. Распространено мнение, что такие тельца соответствуют очень плотно упакованным формам рибонуклеопротеиновых комплексов. Считается, что в клетках, подвергающихся стрессу, они участвуют в быстрых, временных и глобальных изменениях в экспрессии генов посредством различных механизмов — например, ремоделирования хроматина и захватывания факторов транскрипции и сплайсинга. В клетках, находящихся в нормальных (не стрессовых) условиях, стрессовые ядерные тельца обнаруживаются редко, однако их количество резко увеличивается под действием теплового шока. Стрессовые ядерные тельца найдены только в клетках человека и других приматов[44].

Ядерные тельца-сироты[править | править код]

Ядерные тельца-сироты (англ. orphan nuclear bodies) — нехроматиновые ядерные компартменты, которые исследованы гораздо хуже, чем другие хорошо охарактеризованные структуры ядра. Некоторые из них выступают как места, в которых белки модифицируются белками SUMO и/или происходит протеасомная деградация белков, помеченных убиквитином[45]. Ниже в таблице приведены характеристики известных ядерных телец-сирот[46].

Ядерное тельце Описание Типичный размер (в мкм) Количество на ядро
Кластосома Концентрирует протеасомные комплексы 20S и 19S и белки, связанные с убиквитином. Обнаруживается, главным образом, тогда, когда стимулируется активность протеасом, и разбирается при ингибировании активности протеасом. 0,2—1,2 0—3
Тельце деления (англ. cleavage body) Обогащено факторами деления CstF[en] и CPSF[en], а также белком DDX1[en], содержащим DEAD-бокс[en]. Обнаруживается в основном в S-фазе, ингибирование транскрипции на него не влияет. 0,2—1,0 1—4
Домен OPT Обогащён факторами транскрипции Oct1[en] и PTF. Частично колокализуется с сайтами транскрипции. Обнаруживается в основном в поздней G1-фазе, разбирается при ингибировании транскрипции. 1,0—1,5 1—3
Тельце Polycomb Обнаруживается в клетках человека и дрозофилы, обогащено белком PcG. У человека накапливает белки RING1, BMI1[en], HPC, может быть связано с околоцентромерным гетерохроматином. 0,3—1,0 12—16
Тельце Sam68 Накапливает белок Sam68 и схожие с ним белки SLM-1 и SLM-2. Разбирается при ингибировании транскрипции. Вероятно, обогащено РНК. 0,6—1,0 2—5
Тельце SUMO Обогащено белками SUMO и SUMO-конъюгирующим ферментом Ubc9[en]. Концентрирует транскрипционные факторы pCREB, CBP, c-Jun[en]. 1—3 1—3

Ядерная оболочка защищает ДНК клетки и участвует в гораздо более сложной регуляции экспрессии генов по сравнению с прокариотической клеткой. У прокариот транскрипция и трансляция являются сопряжёнными процессами и трансляция мРНК в белок начинается ещё до того, как она будет полностью синтезирована. В клетках эукариот цитоплазма, в которой проходит трансляция, и транскрипция, протекающая в ядре, пространственно разобщены, поэтому возникает необходимость в обеспечении транспорта молекул между ядром и цитоплазмой[47].

Микрофотография транскрипции генов рРНК

Ядерная оболочка даёт ядру возможность контролировать своё содержимое и отделяет его от остальной цитоплазмы. Это имеет важное значение для регуляции процессов, протекающих по обе стороны ядерной оболочки. Когда цитоплазматический процесс должен быть как-то ограничен, то обычно его ключевой участник переносится в ядро, где он взаимодействует с факторами транскрипции и таким образом запускает подавление образования некоторых ферментов, задействованных в цитоплазматическом процессе. Например, такой регуляторный механизм имеется у гликолиза — процесса, в ходе которого клетка извлекает энергию из молекулы глюкозы. Первую реакцию гликолиза осуществляет фермент гексокиназа, преобразуя молекулу глюкозы в глюкозо-6-фосфат. Когда концентрация фруктозо-6-фосфата (вещества, в ходе гликолиза образующегося из глюкозо-6-фосфата) возрастает, регуляторный белок отправляет гексокиназу в ядро[48], где она формирует транскрипционный репрессирующий комплекс, который подавляет экспрессию генов, кодирующих ферменты гликолиза[49].

Чтобы контролировать, какие именно гены транскрибируются, в клетке транскрипционные факторы не имеют физического доступа к ДНК, пока они не будут активированы в ходе определённого сигнального пути. Это предотвращает даже низкую экспрессию неправильных генов. В частности, в случае контролируемых NF-κB генов, которые принимают участие в воспалительном процессе, транскрипция индуцируется под действием сигнального пути, например, начинающегося со связывании сигнальной молекулы TNF-α со своим рецептором на клеточной мембране и в конце концов приводящего к активации фактора транскрипции NF-κB. Сигнал ядерной локализации, имеющийся у NF-κB, позволяет ему проходить в ядро и из него через ядерные поры; в ядре он стимулирует транскрипцию генов-мишеней[7].

Компартментализация предотвращает транскрипцию клеткой несплайсированной мРНК. Эукариотические мРНК содержат интроны, которые должны быть удалены до того, как начнётся трансляция мРНК. Сплайсинг, то есть удаление интронов, протекает в ядре, что предотвращает доступ к пре-мРНК рибосом, находящихся вне ядра. Если бы ядра не было, то рибосомы начинали бы транслировать незрелые мРНК, что привело бы к образованию неправильных белковых продуктов[50].

Поскольку транскрипция протекает в ядре, ядро содержит множество белков, непосредственно участвующих в транскрипции или регулирующих этот процесс. К этим белкам относятся хеликазы, которые расплетают двойную спираль ДНК, облегчая доступ к ней других белков, РНК-полимеразы, которые синтезируют РНК, топоизомеразы, влияющие на топологию ДНК, а также разнообразные факторы транскрипции[51].

Схема ядерного транспорта и цикла ГТФазы Ran

Выход из ядра и вход в ядро крупных молекул контролируется ядерными порами. Хотя малые молекулы могут проникать в ядро без всякой регуляции, макромолекулы — такие, как белки и РНК — должны связаться с кариоферинами для транспорта в ядро (импортинами) и из ядра (экспортинами). Белки, которые должны быть транспортированы из цитоплазмы в ядро, содержат особую аминокислотную последовательность, известную как сигнал ядерной локализации, с которой связываются импортины. Аналогичным образом белки, которые должны выйти из ядра, содержат сигнал ядерного экспорта[en], распознаваемый экспортинами. Способность импортинов и экспортинов переносить свой груз регулируется ГТФазами — ферментами, которые гидролизуют ГТФ с высвобождением энергии[13]. Ключевая ГТФаза ядерного транспорта — Ran[en], которая может связываться с ГТФ или ГДФ, в зависимости от своего местонахождения (в ядре или в цитоплазме). В ядре взаимодействие Ran-ГТФ с импортином вызывает конформационные изменения в последнем, так что он отделяется от переносимого груза. Образованный комплекс Ran-ГТФ и импортина транспортируется в цитоплазму, где белок RanBP отделяет Ran-ГТФ от импортина. Отделение от импортина позволяет белку GAP[en] связаться с Ran-ГТФ и катализировать гидролиз ГТФ до ГДФ. Далее комплекс Ran-GDP распознаётся белком NUTF2[en], который возвращает его в нуклеоплазму. В ядре белок GEF[en] заменяет ГДФ на ГТФ, образуя Ran-ГТФ и замыкая цикл

ru.wikipedia.org

Ядро операционной системы — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Ядро.

Ядро́ (англ. kernel) — центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Типы архитектур ядер операционных систем[править | править код]

Монолитное ядро[править | править код]

Монолитное ядро предоставляет богатый набор абстракций оборудования. Все части монолитного ядра работают в одном адресном пространстве. Это такая схема операционной системы, при которой все компоненты её ядра являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путём непосредственного вызова процедур. Монолитное ядро — старейший способ организации операционных систем. Примером систем с монолитным ядром является большинство UNIX-систем.

  • Достоинства: Скорость работы, упрощённая разработка модулей.
  • Недостатки: Поскольку всё ядро работает в одном адресном пространстве, сбой в одном из компонентов может нарушить работоспособность всей системы.

Примеры: Традиционные ядра UNIX (такие как BSD), Linux; ядро MS-DOS, ядро KolibriOS.

Некоторые старые монолитные ядра, в особенности систем класса UNIX/Linux, требовали перекомпиляции при любом изменении состава оборудования. Большинство современных ядер позволяют во время работы подгружать модули, выполняющие часть функций ядра. В этом случае компоненты операционной системы являются не самостоятельными модулями, а составными частями одной большой программы, называемой монолитным ядром (monolithic kernel), которое представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызвать каждую. Все процедуры работают в привилегированном режиме.

Модульное ядро[править | править код]

Модульное ядро — современная, усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем.

В отличие от «классических» монолитных ядер, модульные ядра, как правило, не требуют полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппаратного обеспечения компьютера. Вместо этого модульные ядра предоставляют тот или иной механизм подгрузки модулей ядра, поддерживающих то или иное аппаратное обеспечение (например, драйверов). При этом подгрузка модулей может быть как динамической (выполняемой «на лету», без перезагрузки ОС, в работающей системе), так и статической (выполняемой при перезагрузке ОС после переконфигурирования системы на загрузку тех или иных модулей).

Микроядро[править | править код]

Микроядро предоставляет только элементарные функции управления процессами и минимальный набор абстракций для работы с оборудованием. Бо́льшая часть работы осуществляется с помощью специальных пользовательских процессов, называемых сервисами. Решающим критерием «микроядерности» является размещение всех или почти всех драйверов и модулей в сервисных процессах, иногда с явной невозможностью загрузки любых модулей расширения в собственно микроядро, а также разработки таких расширений.

  • Достоинства: Устойчивость к сбоям оборудования, ошибкам в компонентах системы. Основное достоинство микроядерной архитектуры — высокая степень модульности ядра операционной системы. Это существенно упрощает добавление в него новых компонентов. В микроядерной операционной системе можно, не прерывая её работы, загружать и выгружать новые драйверы, файловые системы и т. д. Существенно упрощается процесс отладки компонентов ядра, так как новая версия драйвера может загружаться без перезапуска всей операционной системы. Компоненты ядра операционной системы ничем принципиально не отличаются от пользовательских программ, поэтому для их отладки можно применять обычные средства. Микроядерная архитектура повышает надежность системы, поскольку ошибка на уровне непривилегированной программы менее опасна, чем отказ на уровне режима ядра.
  • Недостатки: Передача данных между процессами требует накладных расходов.

Классические микроядра предоставляют лишь очень небольшой набор низкоуровневых примитивов, или системных вызовов, реализующих базовые сервисы операционной системы.

  • Сервисные процессы (в принятой в семействе UNIX терминологии — «демоны») активно используются в самых различных ОС для задач типа запуска программ по расписанию (UNIX и Windows NT), ведения журналов событий (UNIX и Windows NT), централизованной проверки паролей и хранения пароля текущего интерактивного пользователя в специально ограниченной области памяти (Windows NT). Тем не менее, не следует считать ОС микроядерными только из-за использований такой архитектуры.

Примеры: Symbian OS; Windows CE; OpenVMS; Mach, используемый в GNU/Hurd и Mac OS X; QNX; AIX; Minix; ChorusOS; AmigaOS; MorphOS.

Экзоядро[править | править код]

Экзоядро — ядро операционной системы, предоставляющее лишь функции для взаимодействия между процессами, безопасного выделения и освобождения ресурсов. Предполагается, что API для прикладных программ будут предоставляться внешними по отношению к ядру библиотеками (откуда и название архитектуры).

Возможность доступа к устройствам на уровне контроллеров позволит эффективней решать некоторые задачи, которые плохо вписываются в рамки универсальной ОС, например, реализация СУБД будет иметь доступ к диску на уровне секторов диска, а не файлов и кластеров, что положительно скажется на быстродействии.

Наноядро[править | править код]

Наноядро — архитектура ядра операционной системы, в рамках которой крайне упрощённое и минималистичное ядро выполняет лишь одну задачу — обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера. После обработки прерываний от аппаратуры наноядро, в свою очередь, посылает информацию о результатах обработки (например, полученные с клавиатуры символы) вышележащему программному обеспечению при помощи того же механизма прерываний. Примером является KeyKOS — самая первая ОС на наноядре. Первая версия вышла ещё в 1983 году.

Гибридное ядро[править | править код]

Гибридные ядра — это модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать «несущественные» части в пространстве ядра. Пример: ядра ОС Windows семейства NT.

Все рассмотренные подходы к построению операционных систем имеют свои достоинства и недостатки. В большинстве случаев современные операционные системы используют различные комбинации этих подходов. Так, например, сейчас ядро «Linux» представляет собой монолитную систему с отдельными элементами модульного ядра[1]. При компиляции ядра можно разрешить динамическую загрузку и выгрузку очень многих компонентов ядра — так называемых модулей. В момент загрузки модуля его код загружается на уровне системы и связывается с остальной частью ядра. Внутри модуля могут использоваться любые экспортируемые ядром функции.

Существуют варианты ОС GNU, в которых вместо монолитного ядра применяется ядро Mach (такое же, как в Hurd), а поверх него крутятся в пользовательском пространстве те же самые процессы, которые при использовании Linux были бы частью ядра. Другим примером смешанного подхода может служить возможность запуска операционной системы с монолитным ядром под управлением микроядра. Так устроены 4.4BSD и MkLinux, основанные на микроядре Mach. Микроядро обеспечивает управление виртуальной памятью и работу низкоуровневых драйверов. Все остальные функции, в том числе взаимодействие с прикладными программами, осуществляются монолитным ядром. Данный подход сформировался в результате попыток использовать преимущества микроядерной архитектуры, сохраняя по возможности хорошо отлаженный код монолитного ядра.

Смешанное ядро, в принципе, должно объединять преимущества монолитного ядра и микроядра: казалось бы, микроядро и монолитное ядро — крайности, а смешанное — золотая середина. В них возможно добавлять драйвера устройств двумя способами: и внутрь ядра, и в пользовательское пространство. Но на практике концепция смешанного ядра часто подчёркивает не только достоинства, но и недостатки обоих типов ядер.

Примеры: Windows NT, DragonFly BSD.

ru.wikipedia.org

особенности строения, функции ядра и значение для клетки

Ядро – главное составляющее живой клетки, которое несет наследственную информацию, закодированную набором генов. Оно занимает центральное положение в клетке. Размеры варьируются, форма обычно сферичная или овальная. В диаметре ядро в разных клетках может быть от 8 до 25мкм. Есть исключения, примеру, яйцеклетки рыб имеют ядра диаметром в 1 мм.

Особенности строения ядра

Заполнено ядро жидкостью и несколькими структурными элементами. В нем выделяют оболочку, набор хромосом, нуклеоплазму, ядрышка. Оболочка двухмембранная, между мембранами находится перенуклеарное пространство.

Внешняя мембрана сходна по строению с эндоплазматическим ретикулумом. Она связана с ЭПР, который будто ответвляется от ядерной оболочки. Снаружи на ядре находятся рибосомы.

Внутренняя мембрана прочная, так как в ее состав входит ламина. Она выполняет опорную функцию и служит местом крепления для хроматина.

Мембрана имеет поры, обеспечивающие обменные процессы с цитоплазмой. Ядерные поры состоят из транспортных белков, которые поставляют в кариоплазму вещества путем активного транспорта. Пассивно сквозь поровые отверстия могут пройти только небольшие молекулы. Также каждая пора прикрыта поросомой, которая регулирует обменные процессы в ядре.

Количество ядер в разных по специализации клетках различно. В большинстве случаев клетки одноядерные, но есть ткани, построенные из многоядерных клеток (печеночная или ткань мозга). Есть клетки лишенные ядра – это зрелые эритроциты.

У простейших выделяют два типа ядер: одни отвечают за сохранение информации, другие – за синтез белка.

Ядро может прибывать в состоянии покоя (период интерфазы) или деления. Переходя в интерфазу, имеет вид сферического образования с множеством гранул белого цвета (хроматина). Хроматин бывает двух видов: гетерохроматин и эухроматин.

Эухроматин – это активный хроматин, который сохраняет деспирализированное строение в покоящемся ядре, способен к интенсивному синтезу РНК.

Гетерохроматин – это участки хроматина, которые находятся в конденсированном состоянии. Он может при необходимости переходить в эухроматиновое состояние.

При использовании цитологического метода окрашивания ядра (по Романовскому-Гимзе) выявлено, что гетерохроматин меняет цвет, а эухроматин нет. Хроматин построен из нуклеопротеидных нитей, названных хромосомами. Хромосомы несут в себе основную генетическую информацию каждого человека. Хроматин — форма существования наследственной информации в интерфазном периоде клеточного цикла, во время деления он трансформируется в хромосомы.

Строение хромосом

Каждая хромосома построена из пары хроматид, которые находятся параллельно друг к другу и связаны только в одном месте – центромере. Центромера разделяет хромосому на два плеча. В зависимости от длины плеч выделяют три вида хромосом:

  • Равноплечие;
  • разноплечие,
  • одноплечие.

Некоторые хромосомы имеют дополнительный участок, который крепится к основному нитевидными соединениями – это сателлит. Сателлиты помогают идентифицировать разные пары хромосом.

Метафазное ядро представляет собой пластинку, где располагаются хромосомы. Именно в эту фазу митоза изучается количество и строение хромосом. Во время метафазы сестринские хромосомы двигаются в центр и распадаются на две хроматиды.

Строение ядрышка

В ядре также находится немембранное образование — ядрышко. Ядрышки представляют собой уплотненные, округлые тельца, способные преломлять свет. Это основное место синтеза рибосомальной РНК и необходимых белков.

Число ядрышек различно в разных клетках, они могут объединяться в одно крупное образование или существовать отдельно друг от друга в виде мелких частиц. При активации синтетических процессов объем ядрышка увеличивается. Оно лишено оболочки и находится в окружении конденсированного хроматина. В ядрышке также содержатся металлы, в большей мере цинк. Таким образом, ядрышко – это динамичное, меняющееся образование, необходимое для синтеза РНК и транспорта ее в цитоплазму.

Нуклеоплазма заполняет все внутреннее пространство ядра. В нуклеоплазме находится ДНК, РНК, протеиновые молекулы, ферментативные вещества.

Функции ядра в клетке

  1. Принимает участие в синтезе белка, рибосомной РНК.
  2. Регулирует функциональную активность клетки.
  3. Сохранение генетической информации, точная ее репликация и передача потомству.

Роль и значение ядра

Ядро является главным хранилищем наследственной информации и определяет фенотип организма. В ядре ДНК существует в неизмененном виде благодаря репарационным ядерным ферментам, которые способны ликвидировать поломки и мутации. Во время клеточного деления ядерные механизмы обеспечивают точное и равномерное расхождение генетической информации в дочерние клетки.

animals-world.ru

Что такое ядро в компьютере?

Что такое ядро в компьютере?

Статья для начинающих о том, что понимается под процессорным ядром, а также о том, в чем суть ускорения и синхронизации ядер.
Так же вы узнаете, как выборочно, вам могут отключить ядра процессора.


 

Что такое ядро?

Наверняка многие из вас слышали рекламный лозунг «Купить компьютер 4 ядра 4 гига», где 4 гига, это 4ГБ, оперативной памяти.
Этот лозунг рассчитан на привлечение покупателей красивым словосочетанием.

Однако давайте поговорим о том, что такое ядро в компьютере, ведь очень многие люди имеют расплывчатое представление об этом весьма важном компоненте любой вычислительной системы.
По своей сути высказывание «ядро в компьютере» подразумевает процессорное ядро, на основе которого процессор выполняет свою главную функцию – математические вычисления на базе определенного набора инструкций.
 

Процессор — вид сверху и снизу


(Рисунок 1)

Любое процессорное ядро имеет свое кодовое название.
В качестве примера возьмем известного производителя Nortwood, хотя подобных производителей сегодня существует очень много.
Как мы уже упоминали, процессорное ядро отвечает за математические вычисления, а значит, оно в большей степени влияет на общую производительность компьютера.

Процессорное ядро работает на определенной частоте, которая зависит от техпроцесса (0.13 мкм, 0.18 мкм, и.т.д.), который применялся в ходе изготовления процессорного ядра.

 

Сколько ядер может быть у процессора?

На сегодняшний день рынок компьютерных комплектующих предлагает не только одноядерные процессоры, но и более производительные двухядерные и даже четырехядерные процессоры с поддержкой работы на самых высоких тактовых частотах. Нужно отметить, что количество ядер в одном процессоре зависит от модельного ряда, которые создал производитель, к примеру, семейство i3 (Core 2 Duo) сочетает в себе 2 ядра в одном процессоре, тогда когда линейка процессоров i5 (Core 2 Quad) – это уже четырехядерный процессор для выполнения множества задач.
 

На что влияет количество ядер?

К сожалению, многие люди ложно полагают, что объединение двух ядер в одном процессоре приводит к двукратному увеличению производительности компьютера, но на самом деле все не так. Многоядерные процессоры изначально создавались для многозадачной среды, тогда когда использование всего потенциала двух или четырех ядер в однозадачной среде просто невозможно.
Задача, это запущенная программа, процесс, а многозадачная среда — операционная система, где выполняются несколько задач одновременно. Проще говоря, чтобы вы запустив антивирусник не ходили курить, а могли еще послушать музыку используя незанятые мощности вторго ядра.
Другими словами купить «компьютер 4 ядра 4 гига» имеет смысл для решения сразу множества задач, хотя сегодня такая тенденция прослеживается очень редко.
Стоимость четырех и восьмиядерных компьютеров сегодня может сильно разниться, ведь все зависит от характеристик ядра процессора, а в частности от степени тепловыделения (рабочая температура ядра), уровня FSB, объема кэша на уровнях L1, L2, L3, а так же стоимости других модулей компьютера.

 

Как отключить ядра?

Помимо своей высокой производительности, многоядерные процессоры отличаются возможность активировать и деактивировать отдельно взятые ядра процессора, и вы наверняка спросите «зачем многоядерный процессор делать одноядерным?», но здесь ответ очень простой – для возможности тестирования другого ядра процессора и возможности его адекватной оценки производительности.

Так давайте поговорит о том, как отключить одно ядро компьютера?
1. Для этого нам понадобится открыть панель управления и перейти в раздел «Администрирование».
2. Здесь нас интересует ярлык «Конфигурация системы».
3. Запустив его во вкладке «загрузка», мы видим текущую версию Windows и меню «дополнительные параметры» вы сможем выбрать число активных ядер процессора.

При следующем запуске Windows будет использовать те параметры, которые мы вновь указали, и теперь вы можете тестировать каждое ядро процессора отдельно и в соответствие с этим производить их оптимизацию.
Синхронизация и ускорение ядер – это обычная операция, направленная на ускорение работы процессора посредством увеличения его тактовой частоты, однако здесь важно помнить, что при увеличении тактовой частоты, повышается температура ядра, а значит, прежде чем будет осуществляться синхронизация и ускорения ядер следует позаботиться об эффективной системе охлаждения.
 

Выводы

В итоге данной статьи хотелось бы еще раз отметить, то, что основным назначением многоядерных процессоров является работа в многозадачной среде, в среде, которая поддерживает многопоточность приложений. Если вы решили купить компьютер 4 ядра 4 гига, то вы должны понимать, что такой высокопроизводительный компьютер должен использоваться в соответствующей среде, которая могла бы обеспечить использование всего потенциала четырехядерного процессора, которые, кстати, используют большой объем кэша, что значительно увеличивает производительность ядер и комфортабельность в работе с процессором.

www.lamer-stop.ru

Что такое ядро процессора: понятие потока и Hyper-Treading

 

Доброго времени суток.

Если вас заботит производительность вашего компьютера, то необходимо знать о том, что такое ядро процессора и многоядерность. Подробное разъяснение вы получите в этой статье.


Разбор понятия

Скажу сразу, ядром называется главная вычислительная часть. Это главная часть центрального процессора, которая содержит в себе основные функциональные блоки, а именно:

  • Блок работы с прерываниями, позволяющий быстро переходить от одной задачи к другой;
  • Выборки инструкций — к нему приходят сигнал команд, и он переправляет их на обработку;
  • Декодирования — занимается упомянутым сигналом и решает, что компьютеру делать с поступившей командой и понадобятся ли для этого дополнительные инструменты;
  • Управления — поставляет декодированные инструкции другим блокам и определяет уровень нагрузки на них;
  • Выполнения и сохранения результатов — без объяснений ясно, за что они ответственны.

 

Другие обозначения

Говоря о физическом исполнении ядер, под ними понимаются также кристаллы CPU, зачастую открытые.

Если рассматривать ядро как набор характеристик, можно определить его как часть процесса, отвечающую за выполнение одного потока команд. Что я имею в виду? Каждый программный процесс, который совершается в компьютере, содержит в себе несколько потоков.

Можно провести аналогию с работой на стройке: несколько рабочих выполняют разные задачи (один месит раствор, другой — кладет кирпич и т. д.), но все они строят один дом и сверяются с одним и тем же чертежом. Анологичным занимается и ядро.

 

Многоядерность процессора

Рассмотрим сначала ЦП с одним ядром.

Как вы уже знаете, процесс разбивается на несколько потоков. Но что происходит, когда вы хотите одновременно выполнять несколько процессов, например, печатать в Microsoft Word и слушать музыку?

Компьютер умный и делает вид, что выполняет действия одновременно. На самом деле происходят быстрые переключения между одним и другим процессом. Они мгновенны, поэтому вы не сможете их заметить. Тем не менее, на это тратится время, что снижает скорость выполнения задач. Если вы захотите выполнять не 2, а 4 действия сразу? Компьютер выполнит все, что вы требуете, но медленно.

 

Решение

В виду того, что многие игры и программы предъявляют все более высокие требования к процессорам, их производители добавляют ядра. Таким образом, за один поток команд отвечает первое ядро, за другой — второе и т. д.; если одно выполнило свою задачу, может помочь другому. Прирост в производительности очевиден.

Первый ЦП с двумя ядрами для настольных компов выпущен в 2005 году. Это Pentium D компании Intel. В том же году ее догнал конкурент — AMD — произведя на свет двухъядерник Opteron. На данный момент существуют процы и с 4, и с 8 ядрами.

 

Технология

К слову, еще на производительность многоядерных процессоров влияет наличие технологии Hyper-Treading. Ее суть заключается в том, что одно физическое ядро определяется системой как два логических. Это значит, что одно ядро может обрабатывать 2 потока одновременно.

 

Графическое ядро

В некоторые процессоры встраивается графическое ядро, которое не следует путать с вышеописанными. Как понятно из названия, данное ядро отвечает за обработку графики. Оно выступает альтернативой дискретной видеокарте. Такое решение позволяет экономить пространство в корпусе компьютера.

 

Характеристики ядра

Я назову основные характеристики ядер ЦП, чтобы вы лучше понимали, что они собой представляют:

  • Архитектура — конструкция, набор свойств, присущих семейству процессоров, и соответственно ядер.

  • Набор команд — включает в себя определенный тип данных, регистров, инструкций, адресаций и т. п.
  • Объем встроенного кэша — памяти с большой скоростью доступа, которая нужна для обращений к памяти с малой (оперативной).
    Кэш ядер делится на 3 уровня (L1, L2 и L3). В характеристиках многоядерных девайсов обычно указывается L1 для одного ядра. L2 медленнее, но имеет больший объем. Если вы подбираете проц для выполнения ресурсоемких задач, ориентируйтесь на кэш второго уровня. L3 присутствует в самых производительных устройствах.
  • Число функциональных блоков.
  • Тактовая частота — количество операций, которое проц может выполнять за секунду. Исчисляется в гигагерцах.
  • Напряжение питания.
  • Тепловыделение.
  • Технологический процесс — размер, использующийся при изготовлении ЦП. Измеряется в нанометрах.
  • Площадь кристалла.

 

Как узнать, сколько ядер в вашем CPU?

Конечно, самый простой способ узнать число ядер своего процессора — посмотреть в его характеристиках. Но не все знают или помнят точное название устройства. Поэтому предлагаю другой вариант:

  • Пройдитесь по меню «Пуск — Все программы — Стандартные — Служебные»;
  • Или в поисковой строке на панеле задач пропишите «msinfo32».
  • Откройте «Сведения о системе»;

В поле справа отыщите строчку «Процессор», в которой будут содержаться основные данные о нем.

 

На этом буду заканчивать.

Подписывайтесь на обновления и не забывайте делиться полезной информацией из этого блога с друзьями.

До скорого.

 

 

profi-user.ru

Клеточное ядро - это... Что такое Клеточное ядро?

Клетки HeLa, ДНК которых окрашена голубым красителем Хёхста 33258. Центральная и правая клетки находятся в интерфазе, поэтому окрашено всё ядро. Клетка слева находится в состоянии митоза (анафаза), поэтому её ядро не видно, а ДНК сконденсирована так, что видны хромосомы

Ядро (лат. nucleus) — это один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка. Ядро состоит из хромати́на, я́дрышка, кариопла́змы (или нуклеоплазмы) и ядерной оболочки. В клеточном ядре происходит репликация (или редуплика́ция) — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на молекуле ДНК. Синтезированные в ядре молекулы РНК модифицируются, после чего выходят в цитоплазму. Образование обеих субъединиц рибосом происходит в специальных образованиях клеточного ядра — ядрышках. Таким образом, ядро клетки является не только вместилищем генетической информации, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится.

Тонкая структура клеточного ядра

Схема строения клеточного ядра.

Хроматин

Огромная длина молекул ДНК эукариот предопределила появление специальных механизмов хранения, репликации и реализации генетического материала. Хроматином называют молекулы хромосомной ДНК в комплексе со специфическими белками, необходимыми для осуществления этих процессов. Основную массу составляют «белки хранения», так называемые гистоны. Из этих белков построены нуклеосомы - структуры, на которые намотаны нити молекул ДНК. Нуклеосомы располагаются довольно регулярно, так что образующаяся структура напоминает бусы. Нуклеосома состоит из белков четырех типов: h3A, h3B, h4 и h5. В одну нуклеосому входят по два белка каждого типа — всего восемь белков. Гистон h2, более крупный чем другие гистоны, связывается с ДНК в месте ее входа на нуклеосому. Нуклеосома вместе с h2 называется хроматосомой.

Нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30 нанометров, так называемую 30 нм фибриллу. Дальнейшая упаковка этой фибриллы может иметь различную плотность. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. ДНК, находящаяся в гетерохроматине, не транскрибируется, обычно это состояние характерно для незначимых или молчащих участков. В интерфазе гетерохроматин обычно располагается по периферии ядра (пристеночный гетерохроматин). Полная конденсация хромосом происходит перед делением клетки. Если хроматин упакован неплотно, его называют эу- или интерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется наличием транскрипционной активности. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов — ацетилированием и фосфорилированием.

Считается, что в ядре существуют так называемые функциональные домены хроматина(ДНК одного домена содержит приблизительно 30 тысяч пар оснований), то есть каждый участок хромосомы имеет собственную «территорию». К сожалению, вопрос пространственного распределения хроматина в ядре изучен пока недостаточно. Известно, что теломерные (концевые) и центромерные (отвечающие за связывание сестринских хроматид в митозе) участки хромосом закреплены на белках ядерной ламины.

Ядерная оболочка, ядерная ламина и ядерные поры (кариолемма)

От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой, образованной за счёт расширения и слияния друг с другом цистерн эндоплазматической сети таким образом, что у ядра образовались двойные стенки за счёт окружающих его узких компартментов. Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным пространством. Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жёсткой белковой структурой, образованной белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомной ДНК. Ламины прикрепляются к внутренней мембране ядерной оболочки при помощи заякоренных в ней трансмембранных белков — рецепторов ламинов. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит материальный обмен между ядром и цитоплазмой. Пора не является дыркой в ядре, а имеет сложную структуру, организованную несколькими десятками специализированных белков — нуклеопоринов. Под электронным микроскопом она видна как восемь связанных между собой белковых гранул с внешней и столько же с внутренней стороны ядерной оболочки.

Ядрышко

Ядрышко находится внутри ядра, и не имеет собственной мембранной оболочки, однако хорошо различимо под световым и электронным микроскопом. Основной функцией ядрышка является синтез рибосом. В геноме клетки имеются специальные участки, так называемые ядрышковые организаторы, содержащие гены рибосомной РНК (рРНК), вокруг которых и формируются ядрышки. В ядрышке происходит синтез рРНК РНК полимеразой I, ее созревание, сборка рибосомных субчастиц. В ядрышке локализуются белки, принимающие участие в этих процессах. Некоторые из этих белков имеют специальную последовательность — сигнал ядрышковой локализации (NoLS, от англ. Nucleolus Localization Signal). Следует отметить, самая высокая концентрация белка в клетке наблюдается именно в ядрышке. В этих структурах было локализовано около 600 видов различных белков, причем считается, что лишь небольшая их часть действительно необходима для осуществления ядрышковых функций, а остальные попадают туда неспецифически.

Под электронным микроскопом в ядрышке выделяют несколько субкомпартментов. Так называемые Фибриллярные центры окружены участками плотного фибриллярного компонента, где и происходит синтез рРНК. Снаружи от плотного фибриллярного компонента расположен гранулярный компонент, представляющий собой скопление созревающих рибосомных субчастиц.

Ядерный матрикс

Ядерным матриксом некоторые исследователи называют нерастворимый внутриядерный каркас. Считается, что матрикс построен преимущественно из негистоновых белков, формирующих сложную разветвленную сеть, сообщающуюся с ядерной ламиной. Возможно, ядерный матрикс принимает участие в формировании функциональных доменов хроматина. В геноме клетки имеются специальные незначащие А-Т-богатые участки прикрепления к ядерному матриксу (англ. S/MAR — Matrix/Scaffold Attachment Regions), служащие, как предполагается, для заякоривания петель хроматина на белках ядерного матрикса. Впрочем, не все исследователи признают существование ядерного матрикса.

Принципиальная схема реализации генетической информации у про- и эукариот.
ПРОКАРИОТЫ. У прокариот синтез белка рибосомой (трансляция) пространственно не отделен от транскрипции и может происходить ещё до завершения синтеза мРНК РНК-полимеразой. Прокариотические мРНК часто полицистронные, то есть содержат несколько независимых генов.
ЭУКАРИОТЫ. мРНК эукариот синтезируется в виде предшественника, пре-мРНК, претерпевающего затем сложное стадийное созревание — процессинг, включающий присоединение кэп-структуры к 5'-концу молекулы, присоединение нескольких десятков остатков аденина к ее 3'-концу (полиаденилирование), выщепление незначащих участков — интронов и соединение друг с другом значащих участков — экзонов (сплайсинг). При этом соединение экзонов одной и той же пре-мРНК может проходить разными способами, приводя к образованию разных зрелых мРНК, и в конечном итоге разных вариантов белка (альтернативный сплайсинг). Только мРНК, успешно прошедшая процессинг, экспортируется из ядра в цитоплазму и вовлекается в трансляцию.

Эволюционное значение клеточного ядра

Основное функциональное отличие клеток эукариот от клеток прокариот заключается в пространственном разграничении процессов транскрипции (синтеза матричной РНК) и трансляции (синтеза белка рибосомой), что дает в распоряжение эукариотической клетки новые инструменты регуляции биосинтеза и контроля качества мРНК.

В то время, как у прокариот мРНК начинает транслироваться еще до завершения ее синтеза РНК-полимеразой, мРНК эукариот претерпевает значительные модификации (так называемый процессинг), после чего экспортируется через ядерные поры в цитоплазму, и только после этого может вступить в трансляцию. Процессинг мРНК включает несколько элементов.

Из предшественника мРНК (пре-мРНК) в ходе процесса, называемого сплайсингом вырезаются интроны — незначащие участки, а значащие участки — экзоны соединяются друг с другом. Причем экзоны одной и той же пре-мРНК могут быть соединены несколькими разными способами (альтернативный сплайсинг), так что один предшественник может превращаться в зрелые мРНК нескольких разных видов. Таким образом, один ген может кодировать сразу несколько белков.

Кроме того, интрон-экзонная структура генома, практически невозможная у прокариот (так как рибосомы смогут транслировать незрелые мРНК), дает эукариотам определенную эволюционную мобильность. Учитывая протяженность интронных участков, рекомбинация между двумя генами зачастую сводится к обмену экзонами. Благодаря тому, что экзоны часто соответствуют функциональным доменам белка, участки получившегося в результате рекомбинации «гибрида», зачастую сохраняют свои функции. В то же время у прокариот рекомбинация между генами невозможна без разрыва в значащей части, что безусловно уменьшает шансы на то, что получившийся белок будет функционален.

Модификациям подвергаются концы молекулы мРНК. К 5' -концу молекулы прикрепляется 7-метилгуанин (так называемый кэп). К 3'-концу нематрично присоединяются несколько десятков остатков аденина (полиаденирование).

Процессинг мРНК тесно сопряжен с синтезом этих молекул и необходим для контроля качества. Непроцессированная или не полностью процессированная мРНК не сможет выйти из ядра в цитоплазму или будет нестабильна и быстро деградирует. У прокариот нет таких механизмов контроля качества, и из-за этого прокариотические мРНК имеют меньший срок жизни — нельзя допустить, чтобы неправильно синтезированная молекула мРНК, если такая появится, транслировалась в течение долгого времени.

Происхождение ядра

Клеточное ядро является важнейшей чертой эукариотических организмов, отличающей их от прокариот и архей. Несмотря на значительный прогресс в цитологии и молекулярной биологии, происхождение ядра не выяснено и является предметом научных споров. Выдвинуто 4 основных гипотезы происхождения клеточного ядра, но ни одна из них не получила широкой поддержки.[1]

Гипотеза, известная как «синтропная модель», предполагает что ядро возникло в результате симбиотических взаимоотношений между археей и бактерией (ни археи, ни бактерии не имеют оформленных клеточных ядер). По этой гипотезе, симбиоз возник, когда древняя архея (сходная с современными метаногенными археями), проникла в бактерию (сходную с современными Миксобактериями). Впоследствии архея редуцировалась до клеточного ядра современных эукариот. Эта гипотеза аналогична практически доказанным теориям происхождения митохондрий и хлоропластов, которые возникли в результате эндосимбиоза прото-эукариот и аэробных бактерий.[2] Доказательством гипотезы является наличие одинаковых генов у эукариот и архей, в частности генов гистонов. Также миксобактерии быстро передвигаются, могут образовывать многоклеточные структуры и имеют киназы и G-белки, близкие к эукариотическим.[3]

Согласно второй гипотезе, прото-эукариотическая клетка эволюционировала из бактерии без стадии эндосимбиоза. Доказательством модели является существование современных бактерий из отряда Planctomycetes, которые имеют ядерные структуры с примитивными порами и другие клеточные компартменты, ограниченные мембранами (ничего похожего у других прокариот не обнаружено).[4]

Согласно гипотезе вирусного эукариогенеза, окруженное мембраной ядро, как и другие эукариотические элементы, произошли вследствие инфекции прокариотической клетки вирусом. Это предположение основывается на наличии общих черт у эукариот и некоторых вирусов, а именно геноме из линейных цепей ДНК, кэпировании мРНК и тесном связывании генома с белками (гистоны эукариот принимаются аналогами вирусных ДНК-связывающих белков). По одной версии, ядро возникло при фагоцитировании (поглощении) клеткой большого ДНК-содержащего вируса.[5] По другой версии, эукариоты произошли от древних архей, инфицированных поксвирусами. Это гипотеза основана на сходстве ДНК-полимеразы современных поксвирусов и эукариот.[6][7] Также предполагается, что нерешенный вопрос о происхождении пола и полового размножения может быть связан с вирусным эукариогенезом.[8]

Наиболее новая гипотеза, названная экзомембранной гипотезой, утверждает, что ядро произошло от одиночной клетки, которая в процессе эволюции выработала вторую внешнюю клеточную мембрану; первичная клеточная мембрана после этого превратилась в ядерную мембрану, и в ней образовалась сложная система поровых структур (ядерных пор) для транспорта клеточных компонентов, синтезированных внутри ядра.[9]

Примечания

Ссылки

Molecular Biology Of The Cell, 4е издание, 2002 г. — учебник по молекулярной биологии на английском языке

 

dic.academic.ru

Что такое ядро операционной системы?

Наверх
  • Рейтинги
  • Обзоры
    • Смартфоны и планшеты
    • Компьютеры и ноутбуки
    • Комплектующие
    • Периферия
    • Фото и видео
    • Аксессуары
    • ТВ и аудио
    • Техника для дома
    • Программы и приложения
  • Новости
  • Советы
    • Покупка
    • Эксплуатация
    • Ремонт
  • Подборки
    • Смартфоны и планшеты
    • Компьютеры
    • Аксессуары
    • ТВ и аудио
    • Фото и видео
    • Программы и приложения
    • Техника для дома
  • Гейминг
    • Игры
    • Железо
  • Еще

ichip.ru

Ответы Mail.ru: зачем компьютерам ядра?

Зачем человеку мозг?

<img src="//otvet.imgsmail.ru/download/c14816e7c735c3f2bcdc5f48259f7cbb_i-50.jpg" >

зачем птице клюв?

для математических вычислений

у человека два полушария мозга Каждое выполняет свои функции В процессоре ядра выполнять аналогичные функции

тоже самое что двигателю цилиндра чем больше тем больше мощность p.s.- хотя и не всегда)

Статья расскажет о том, что понимается под процессорным ядром. Способ выборочного отключения ядра процессора, а также суть ускорения и синхронизации ядер. Написана простым языком понятным для чайника. Наверняка многие из вас слышали рекламный лозунг «Купить компьютер 4 ядра 4 гига» (где 4 гига, это 4ГБ, оперативной памяти) , но давайте поговорим о том, что такое ядро в компьютере, ведь очень многие люди имеют расплывчатое представление об этом весьма важном компоненте любой вычислительной системы. По своей сути высказывание «ядро в компьютере» подразумевает процессорное ядро, на основе которого процессор выполняет свою главную функцию – математические вычисления на базе определенного набора инструкций. Любое процессорное ядро имеет свое кодовое название. В качестве примера возьмем известного производителя Nortwood, хотя подобных производителей сегодня существует очень много. Как мы уже упоминали, процессорное ядро отвечает за математические вычисления, а значит, оно в большей степени влияет на общую производительность компьютера. Одновременно с этим важно понимать, что процессорное ядро работает на определенной частоте, которая зависит от техпроцесса (0.13 мкм, 0.18 мкм, и. т. д.) , который применялся в ходе изготовления процессорного ядра. На сегодняшний день рынок компьютерных комплектующих предлагает не только одноядерные процессоры, но и более производительные двухядерные и даже четырехядерные процессоры с поддержкой работы на самых высоких тактовых частотах. Нужно отметить, что количество ядер в одном процессоре зависит от модельного ряда, которые создал производитель, к примеру, семейство Core 2 Duo сочетает в себе 2 ядра в одном процессоре, тогда когда линейка процессоров Core 2 Quad – это уже четырехядерный процессор для выполнения множества задач. К сожалению, многие люди ложно полагают, что объединение двух ядер в одном процессоре приводит к двукратному увеличению производительности компьютера, но на самом деле все не так. Многоядерные процессоры изначально создавались для многозадачной среды, тогда когда использование всего потенциала двух или четырех ядер в однозадачной среде просто невозможно. Задача, это запущенная программа, процесс, а многозадачная среда – операционная система, где выполняются несколько задач одновременно. Проще говоря, чтобы вы запустив антивирусник не ходили курить, а могли еще послушать музыку используя незанятые мощности вторго ядра. Другими словами купить «компьютер 4 ядра 4 гига» имеет смысл для решения сразу множества задач, хотя сегодня такая тенденция прослеживается очень редко. Наверняка у вас уже возник вопрос «Сколько стоит компьютер 4 ядра?» . Стоимость столь производительного ПК сегодня может сильно разниться, ведь все зависит от характеристик ядра процессора, а в частности от степени тепловыделения (рабочая температура ядра) , уровня FSB, объема кэша на уровнях L1, L2, L3 и. т. д, а так же стоимости других модулей компьютера.

Кратко о ядре - процессорное ядро отвечает за математические вычисления на базе определенного набора инструкций, а значит, оно в большей степени влияет на общую производительность компьютера. Одновременно с этим важно понимать, что процессорное ядро работает на определенной частоте, которая зависит от техпроцесса (0.13 мкм, 0.18 мкм, и. т. д.) , который применялся в ходе изготовления процессорного ядра. Более подробную инфу можно погуглить: )

чем больше ядер тем лучше соображает и работает комп, например одно ядро с чем то не справляется, на помощь врубается второе

Для того, чтобы полностью использовать ресурс компьютера, надо сделать следующее (произвести несложную настройку) . <a rel="nofollow" href="http://www.windxp.com.ru/win7/articles4.htm" target="_blank">http://www.windxp.com.ru/win7/articles4.htm</a>

чтобы компьютор выполнял больше задач и чтоб прогресс на месте не стоял к примеру на 2 компике у меня уже 4 ядра

Что бы быстрее работало всё

touch.otvet.mail.ru

и на что влияет их колличество

 

Доброго времени суток.

Вы в курсе, что центральные процессоры для компьютера с большим количеством ядер могут уступать в производительности тем, у которых их меньше? Если вы хотите взять мощный CPU, следует учитывать и число потоков в нем. Не знаете, что такое потоки в процессоре? В этой статье вы получите информацию, которая поможет вам в выборе ЦП.

 

Разберемся в терминологии

Чтобы ни у кого не возникало путаницы в голове, предлагаю разобраться с ключевыми терминами, играющими роль в нашей теме.

Ядро процессора — часть микросхемы, отвечающая за выполнение одного потока команд.
В современных процах, как правило, несколько ядер, каждое из которых имеет собственный кэш первого уровня и общий — второго и третьего. Такое решение позволяет данным быстрее перемещаться между ядрами, когда они работают над одним процессом.

Не путайте с ядром операционной системы, которое координирует доступ программ к ресурсам компьютера.

Поток выполнения — самая малая единица обработки, назначенная ядром ОС, которая разделяет код и контекст процесса. В одном процессе могут действовать сразу несколько потоков и совместно использовать ресурсы CPU.

 

Технология Hyper-threading

Вы наверняка слышали или догадались из вышесказанного, что чем больше в процессоре ядер и гигагерц, тем он быстрее обрабатывает задачи, которые вы ему даете. Это правда. Но не только ядра влияют на производительность, если речь идет о продуктах бренда Intel.

Компания изобрела технологию под названием «Hyper-threading» (полное — hyper-threading technology, HT либо HTT), которое переводится на русский язык как гиперточность. Она разработана для процев, основанных на микроархитектуре NetBurst.

HT отсутствует в устройствах линейки Core 2, в том числе «Duo» и «Quad». Схожая технология с таким же наименованием внедрена в продуктах Core i3, «i7» и нескольких «i5», а также в некоторые модели серий Itanium и Atom.

Суть «Hyper-threading» заключается в том, что при выполнении задач операционная система определяет одно физическое ядро CPU как два логических. Как вы понимаете, HTT позволяет увеличить скорость работы устройства. И ему можно задавать больше команд одновременно. Более того, если одному логическому ядру дана задача, но он с ней не справляется, а второе при этом бездействует, то последнее помогает первому.

Более подробно об этом я писал тут: //profi-user.ru/hyper-threading/

 

Сколько потоков имеет CPU?

Самый быстрый способ вычислить, сколько потоков содержится в том или ином процессоре — умножить количество ядер надвое (это только если ваш проц поддерживает гипер трэйдинг).

Но если вы не знаете число ядер и хотите определить, сколько потоков имеется в вашем ЦП прямо сейчас, вызовите Диспетчер задач путем зажатия клавиш Ctrl+Alt+Del. Дальнейшие действия зависят от версии операционки, которая у вас установлена.

  • Windows 7? Перейдите на вкладку «Быстродействие».
    Подсчитайте, сколько прямоугольников находится в верхнем ряду. Это число логических ядер, а они и являются потоками.

 

 

 

 

  • Вы пользуетесь Windows 8, 8.1 или 10? Обратитесь к вкладке «Производительность». Внизу есть строчки «Ядра» — это физические ядра. И ещё есть «Логические процессоры» — это и есть потоки, т.е. числа, которые вас интересуют.

Таким образом. На вышеизложенном скриншоте показан двух ядерный проц, с включенным гипертрэйдингом.

На случай, если у вас вдруг что-то не получилось с Диспетчером задач, есть еще один способ:

  • Зажмите на клавиатуре Win + R;

  • В появившемся окошке впишите команду msinfo32.exe и нажмите «ОК»;
  • В графе «Процессор» вы найдете необходимые данные.

Но тут будут показаны только сами ядра.

В принципе это всё, что я хотел, спасибо за внимание.

Подписывайтесь на наши обновления.

До скорого!

 

 

profi-user.ru

На что влияют ядра процессора


Центральный процессор – это основной компонент компьютера, производящий львиную долю вычислений, и от его мощности зависит скорость работы всей системы. В этой статье мы поговорим о том, как влияет количество ядер на производительность CPU.

Ядра центрального процессора

Ядро – это основная составляющая ЦП. Именно здесь производятся все операции и вычисления. Если ядер несколько, то они «общаются» между собой и с другими компонентами системы посредством шины данных. Количество таких «кирпичиков», в зависимости от поставленной задачи, влияет на общую производительность процессора. В целом, чем их больше, тем выше скорость обработки информации, но на деле имеются условия, при которых многоядерные CPU уступают своим менее «упакованным» собратьям.

Читайте также: Устройство современного процессора

Физические и логические ядра

Многие процессоры Intel, а с недавнего времени и AMD, способны производить расчеты так, что одно физическое ядро оперирует двумя потоками вычислений. Эти потоки называются логическими ядрами. Например, мы можем увидеть в CPU-Z вот такие характеристики:

Отвечает за это технология Hyper Threading (HT) у Intel или Simultaneous Multithreading (SMT) у AMD. Здесь важно понять, что добавленное логическое ядро будет медленнее физического, то есть полноценный четырехъядерный ЦП мощнее двухъядерного того же поколения с HT или SMT в одних и тех же приложениях.

Игры

Игровые приложения построены таким образом, что вместе с видеокартой над расчетом мира трудится и центральный процессор. Чем сложнее физика объектов, чем их больше, тем выше нагрузка, и более мощный «камень» лучше справится с работой. Но не стоит спешить покупать многоядерного монстра, так как игры бывают разные.

Читайте также: Что делает процессор в играх

Старые проекты, разработанные примерно до 2015 года, в основном не могут загрузить больше 1 – 2 ядер из-за особенностей кода, написанного разработчиками. В этом случае предпочтительнее иметь двухъядерный процессор с высокой частотой, чем восьмиядерный с низкими мегагерцами. Это лишь пример, на практике современные многоядерные ЦП имеют довольно высокую производительность на ядро и в устаревших играх работают хорошо.

Читайте также: На что влияет частота процессора

Одной из первых игр, код которой способен выполняться на нескольких (4 и более) ядрах, загружая их равномерно, стала GTA 5, выпущенная на ПК в 2015 году. С тех пор большинство проектов можно считать многопоточными. Это значит, что у многоядерного процессора есть шанс не отстать от своего высокочастотного коллеги.

В зависимости от того, насколько хорошо игра способна использовать вычислительные потоки, многоядерность может быть как плюсом, так и минусом. На момент написания данного материала «игровыми» можно считать CPU, имеющие от 4 ядер, лучше с гиперпоточностью (см. выше). Впрочем, тенденция такова, что разработчики все более оптимизируют код под параллельные вычисления, и малоядерные модели скоро безнадежно устареют.

Программы

Здесь все немного проще, чем с играми, так как мы можем подобрать «камень» для работы в конкретной программе или пакете. Рабочие приложения также бывают однопоточными и многопоточными. Первым нужна высокая производительность на ядро, а вторым большое количество вычислительных потоков. Например, с рендерингом видео или 3D сцен лучше справится многоядерный «проц», а Фотошопу необходимо 1 – 2 мощных ядра.

Операционная система

Количество ядер влияет на быстродействие ОС только в том случае, если равняется 1. В остальных случаях системные процессы не нагружают процессор настолько, чтобы были задействованы все ресурсы. Мы сейчас не говорим о вирусах или сбоях, способных «положить на лопатки» любой «камень», а о штатной работе. Впрочем, вместе с системой может быть запущено много фоновых программ, которые также потребляют процессорное время и дополнительные ядра не будут лишними.

Универсальные решения

Сразу отметим, что многозадачных процессоров не бывает. Есть только модели, способные показывать неплохие результаты во всех приложениях. В качестве примера можно привести шестиядерные CPU с высокой частотой i7 8700, Ryzen R5 2600 (1600) или более пожилые аналогичные «камни», но даже они не могут претендовать на универсальность, если вы параллельно с играми активно работаете с видео и 3D или занимаетесь стримингом.

Заключение

Резюмируя все написанное выше, можно сделать следующий вывод: количество ядер процессора — это характеристика, показывающая общую вычислительную мощность, а вот, каким образом она будет использоваться, зависит от приложения. Для игр вполне сгодится четырехъядерная модель, а для высокоресурсных программ лучше выбрать «камень» с большим количеством потоков.

Мы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.
Опишите, что у вас не получилось. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Помогла ли вам эта статья?

ДА НЕТ

lumpics.ru

Два мифа оптимизации компьютера, которые никак не умрут • Glashkoff.com

Поделиться

Поделиться

Твитнуть

Предисловие

Заблуждений, касающихся работы компьютера, предостаточно. Какие-то очень популярны, какие-то широко известны в узком кругу. Я выбрал парочку особо живучих, поддерживаемых верой тех, кто любит заниматься оптимизацией компьютера. Их опровержение не требует долгих объяснений нюансов работы операционной системы, программ и процессора. Достаточно использовать логику.

Прежде чем приступлю к описанию мифов, напишу несколько тезисов, на которые буду опираться в дальнейшем. Если вы не согласны со мной — подумайте дважды, почему. Может быть, мы с вами живём в параллельных вселенных?

Итак, вот тезисы, которые для меня являются истиной, подкреплённой фактами и знаниями. Надеюсь, после внимательного прочтения вы поймёте, к чему я веду.

1.Операционная система (ОС) — посредник между «железом» компьютера и программами (играми в том числе). В данном случае речь о Windows. Именно ОС и запущенные драйвера рисуют на экране картинку, обеспечивают запуск программ и позволяют запущенному софту использовать ресурсы компьютера: процессор, оперативную память, видеокарту, сеть и тому подобное. Фактически Windows состоит из ядра — небольшой, но сложной программки, которая регулирует приоритеты выдачи ресурсов, отвечает за изоляцию программ и делает много чего ещё, связанного с функционированием софта, запущенных драйверов, которые взаимодействуют с железом компьютера посредством функций ядра и собственно изолированной от железа части, где и крутятся наши игры, браузеры и прочее. Кто хочет узнать подробнее, может почитать статью на Википедии «Архитектура Windows NT», но это не обязательно. Главное знать, что система — посредник между физической частью ПК и теми программами, с которыми обычно работаем мы, люди.

2. Возможности операционной системы определяют возможности софта. У прикладных программ и игр, которые мы видим на экране, нет прямого доступа к железу компьютера, они всегда работают через посредника — ОС. Если Windows (и установленные в неё драйвера) чего-то не умеют, то программы до этого «чего-то» не доберутся. Например, для звуковой карты моего старого ноутбука есть несколько версий драйверов. Так получилось, что в одном драйвере можно регулировать усиление звука микрофона, а в другом такой регулировки нет, зато можно включить улучшение звука технологией Dolby Surround. Поэтому, если я хочу послушать музыку, мне приходится ставить драйвер с Dolby Surround. Когда записываю видеоурок, ставлю другой, где микрофон работает гораздо лучше. Увы, ни одна программа не может обойти эти ограничения и дать доступ ко всему сразу, потому что нет драйвера, где есть обе упомянутые функции. Это правило соблюдается всегда. У игр нет прямого доступа к железу, только через посредника. Например, графика часто создаётся с помощью команд DirectX, но в контексте данной статьи это не важно.

3. Создатели операционных систем никогда не стремятся намеренно ограничивать производительность компьютера. Иначе будет а-та-та и много исков. Например, Apple наказали штрафом на 5 000 000 евро, когда выяснилось, что ОС старых моделей айфонов снижает производительность со временем. И ещё на 5 миллионов евро за то, что функция замедления работала тайно, без уведомления владельцев устройств. То есть нужно понимать, что если бы в Windows была какая-то функция, без явного уведомления пользователей как-то снижающая скорость вычислений ЦП, отключающая ядра процессора или ограничивающая возможности железа, то об этом бы писали во всех технических (и не только) СМИ. Были бы иски и репутационные потери. Но этого нет и не будет, потому что семейство Windows исследовано вдоль и поперёк, там не осталось спорных моментов.

Надеюсь, вы прочли написанное выше. Мифы оптимизации компьютера, связанные с отключением и включением ядер, о которых я расскажу ниже, как раз построены на неверии в правдивость этих тезисов. Почему-то многие верят в то, что Microsoft не даёт «раскрыться» компьютеру без ковыряния в настройках.

Оптимизация ядер и памяти с помощью MSConfig

Совет изменения настроек в системной утилите MSConfig основан на допущении, что Windows при загрузке не использует все ядра процессора и мегабайты оперативной памяти. Якобы нужно указать их нужное количество с помощью «секретной» настройки, чтобы компьютер быстрее включался и всё быстрее работало.

До «секретной» опции можно добраться так: Пуск — Выполнить (в Windows 10 используйте поле поиска вместо Выполнить) — msconfig — OK.

Запустится программа Конфигурация системы (msconfig.exe). Вкладка Загрузка:

Нужно нажать Дополнительные параметры, чтобы открыть параметры загрузки Windows и там будут вожделенные «суперсекретные» опции:

Сейчас ничего не настроено

Пока очумелые ручки не добрались до настроек, здесь ничего указано не будет, галочки проставлены не будут. С чего бы разработчикам Windows ограничивать производительность системы?

Но люди, не использующие критическое мышление, думают иначе: раз изначально галка не стоит, значит, ограничение включено. Якобы отсутствие галочек не даёт операционной системе узнать, сколько ядер у процессора и сколько оперативной памяти установлено. И якобы нужно указать вручную:

На компьютере восьмиядерный процессор и 8 Гб оперативной памяти

И после перезагрузки компьютер начнет использовать все ресурсы. Это противоречит третьему тезису о том, что Microsoft не ограничивает производительность изначально.

Вариантов у этого совета несколько. Я прошёлся по сайтам, посвящённым оптимизации Windows, выбрав парочку. Например, некий Юрий считает, что по умолчанию установлена загрузка с одного ядра:

Где автор мог узнать, что «по умолчанию загрузка с одного ядра»?

Другие вспоминают про оперативную память. «Блог мастера ПК» утверждает, что с ней та же беда.

Начало совета

Я обрезал часть текста, чтобы не было длинного скриншота. Вот что автор советует дальше:

Он советует указать не только количество ядер, но и размер памяти. А в конце говорит, что можно снять галочку.

Стоп. Где логика? Устанавливается опция, после отключается, как такая манипуляция может на что-то влиять в принципе?

Откуда миф? Полагаю, дело не только в незнании матчасти советчиков и отсутствии логического мышления, но и неоднозначной официальной справке по MSConfig. В статье MSConfig the System Configuration Tool на официальном сайте Microsoft описание опций действительно оставляет место домыслам, если не знать контекста:

Перевод: «Если вы нажмете на Advanced Options (в любой ОС), вы можете установить такие параметры, как количество процессоров, выделенных для операционной системы при загрузке, или максимальный объем оперативной памяти. (Как правило, обычно не отмечено)».

Текст официальной инструкции по использованию MSConfig не противоречит мифу: действительно можно указать, сколько процессоров и оперативной памяти использовать при загрузке. Вот только предназначены эти опции не для повышения производительности, а для ограничения в целях тестирования.

На самом деле Windows всегда использует все процессоры и ядра процессоров и всю оперативную память. Никто не думал ограничивать систему, да еще во время загрузки.

Опции в msconfig нужны программистам для тестирования программ, чтобы ограничить доступные ресурсы, сымитировав медленный ПК на быстром.

Если задуматься о репутационных потерях, о штрафах и прочем, возникает понимание, что миф о настройке в MSConfig — полная чушь. В каком бреду можно утверждать,  что Windows не задействует все возможные ресурсы при загрузке компьютера? Ведь в интересах разработчиков Windows сделать так, чтобы компьютер включался как можно быстрее без шаманств в настройках. Вводить ограничения глупо.

Некоторые «гении» пытаются доказать, что опция «Число процессоров» ускоряет компьютер, потому что при значении 1 игры начинают тормозить. Логики в этом аргументе нет. При включенном лимите на одно ядро производительность действительно снижается (особенно это заметно в играх), но по умолчанию ограничения выключены и программы вольны использовать все ядра, как им вздумается. То есть опции в MSConfig работают так, как задумано — позволяют при желании пользователя ограничивать ресурсы ПК.

К счастью, данный совет о настройках в MSConfig безвреден. Установка максимальных значений никак не влияет на работу компьютера, ведь результат тот же, что и при выключенных опциях.

Для самых непонятливых: просто снимите галочки.

Не имеет никакого значения, что там в полях — одно ядро или миллион. Не важно, что там в поле «Максимум памяти». Во что вы играете, насколько старое у вас железо — тоже не имеет никакого значения. Просто снимите все галки, нажмите ОК и живите спокойно дальше. Нет никаких тайных настроек в MSConfig для «разблокирования» процессорных ядер и памяти.

Заставить игру использовать все ядра процессора

Второй миф объяснить сложнее. Дело в том, что программы работают совсем не так, как представляется пользователям ПК. А где много невежества, там много эффекта Даннинга — Крюгера и, конечно, мифов.

Недовольные скоростью запуска программ, частотой смены кадров в играх, люди любят смотреть потребление ресурсов ЦП в Диспетчере задач и заниматься бессмысленными попытками что-то оптимизировать. К примеру, пытаются регулировать параметры вроде предыдущей настройки, чтобы их любимая программа загружала на 100% все ядра процессора.

Проблема в том, что многие манипуляции, популярные благодаря магическому мышлению, на деле в лучшем случае бесполезны. Это сродни использованию чехлов для телефонов, защищающих тело от «вредной» радиации. Знающие физику люди только покрутят пальцем у виска, в то время как остальные скупают чехлы пачками и рекомендуют знакомым поступать так же.

Но вернёмся к работе программ на многоядерных процессорах. На границе знания и незнания возникла «гениальная» идея использовать программу CPU Control для назначения играм всех ядер.

Совет начал встречаться более десяти лет назад. Например, при обсуждении игры Gothic 3, которая любила тормозить на любом, даже самом мощном ПК:

glashkoff.com


Смотрите также



© 2010- GutenBlog.ru Карта сайта, XML.