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CPU知識詳解-超線程技術(shù)

★★★★★【文章導(dǎo)讀】:CPU知識詳解-超線程技術(shù)具體內(nèi)容是:CPU生產(chǎn)商為了提高CPU的性能,通常做法是提高CPU的時鐘頻率和增加緩存容量。不過,目前CPU的頻率越來越快,如果再通過提升CPU頻率和增加緩存的方法來提高性能,往往會受到制造工藝上的限制以及成本過高的制約。盡管提…

來源: 日期:2013-10-11 10:11:53 人氣:標(biāo)簽:

CPU知識詳解-超線程技術(shù)

    CPU 生產(chǎn)商為了提高 CPU 的性能,通常做法是提高 CPU 的時鐘頻率和增加緩存容量。不過,目前 CPU 的頻率越來越快,如果再通過提升 CPU 頻率和增加緩存的方法來提高性能,往往會受到制造工藝上的限制以及成本過高的制約。

    盡管提高 CPU 的時鐘頻率和增加緩存容量后,的確可以改善性能,但這樣的 CPU 性能提高,在技術(shù)上存在較大的難度。實(shí)際上在應(yīng)用中,基于很多原因,CPU 的執(zhí)行單元都沒有被充分使用。如果 CPU 不能正常讀取數(shù)據(jù)(總線/內(nèi)存的瓶頸),其執(zhí)行單元利用率會明顯下降。另外,就是目前大多數(shù)執(zhí)行線程缺乏 ILP(Instruction-Level Parallelism,多種指令同時執(zhí)行)支持。這些都造成了目前 CPU 的性能沒有得到全部的發(fā)揮。因此,Intel 則采用另一個思路去提高 CPU 的性能,讓 CPU 可以同時執(zhí)行多重線程,就能讓 CPU 發(fā)揮更大效率,即所謂“超線程(Hyper-Threading,簡稱 HT)”技術(shù)。超線程技術(shù)就是利用特殊的硬件指令,把兩個邏輯內(nèi)核模擬成兩個物理芯片,讓單個處理器都能使用線程級并行計(jì)算,進(jìn)而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件,減少了 CPU 的閑置時間,提高了 CPU 的運(yùn)行效率。

  采用超線程,就是在同一時間里,應(yīng)用程序可以使用芯片的不同部分。雖然單線程芯片每秒鐘能夠處理成千上萬條指令,但是在任一時刻,只能夠?qū)σ粭l指令進(jìn)行操作。而超線程技術(shù),可以使芯片同時進(jìn)行多線程處理,使芯片性能得到提升。 

  超線程技術(shù)是在一顆 CPU 同時執(zhí)行多個程序而共同分享一顆 CPU 內(nèi)的資源,理論上要像兩顆 CPU 一樣,在同一時間執(zhí)行兩個線程,P4 處理器需要多加入一個 Logical CPU Pointer(邏輯處理單元)。因此,新一代的 P4 HT 的 die 的面積比以往的 P4 增大了 5%。而其余部分,如 ALU(整數(shù)運(yùn)算單元)、FPU(浮點(diǎn)運(yùn)算單元)、L2 Cache(二級緩存)則保持不變,這些部分是被分享的。

  雖然采用超線程技術(shù)能同時執(zhí)行兩個線程,但它并不象兩個真正的 CPU 那樣,每個 CPU 都具有獨(dú)立的資源。當(dāng)兩個線程都同時需要某一個資源時,其中一個要暫時停止,并讓出資源,直到這些資源閑置后才能繼續(xù)。因此,超線程的性能并不等于兩顆 CPU 的性能。

  英特爾 P4 超線程有兩個運(yùn)行模式,Single Task Mode(單任務(wù)模式)及 Multi Task Mode(多任務(wù)模式)。當(dāng)程序不支持 Multi-Processing(多處理器作業(yè))時,系統(tǒng)會停止其中一個邏輯 CPU 的運(yùn)行,把資源集中于單個邏輯 CPU 中,讓單線程程序不會因其中一個邏輯 CPU 閑置而減低性能。但由于被停止運(yùn)行的邏輯 CPU 還是會等待工作,占用一定的資源,因此 Hyper-Threading CPU 運(yùn)行 Single Task Mode 程序模式時,有可能達(dá)不到不帶超線程功能的 CPU 性能,但性能差距不會太大。也就是說,當(dāng)運(yùn)行單線程應(yīng)用軟件時,超線程技術(shù)甚至?xí)档拖到y(tǒng)性能,尤其是在多線程操作系統(tǒng)運(yùn)行單線程軟件時,容易出現(xiàn)此問題。 

  需要注意的是,含有超線程技術(shù)的 CPU,需要芯片組及軟件的支持,才能比較理想的發(fā)揮該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢。

  目前,支持超線程技術(shù)的芯片組包括:

  英特爾 i845GE、PE 及矽統(tǒng) iSR658 RDRAM、SiS645DX、SiS651 可直接支持超線程;

  英特爾 i845E、i850E 通過升級 BIOS 后可支持;

  威盛 P4X400、P4X400A 可支持,但未獲得正式授權(quán)。

  目前,支持超線程技術(shù)的操作系統(tǒng)有:

  Microsoft Windows XP

  Microsoft Windows 2003

  Linux kernel 2.4.x 以后的版本,也支持超線程技術(shù)。


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