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 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)。