在01年的IDF Fall論壇上,英特爾正式發(fā)布了“Hyper-Threading Technology(超線程技術(shù),以下簡稱HTT技術(shù))”。并聲稱通過該技術(shù),處理器(采用超線程技術(shù)的處理器,以下簡稱HTT處理器)在性能方面有望提升25%。而在02年10月7日,英特爾發(fā)布了i845PE/GE/GV芯片組,它們的共同亮點就是都正式提供了對超線程技術(shù)的支持。支持超線程技術(shù)的3.06GHz P4處理器也已推出,這一切都表明,超線程技術(shù)將成為以后的處理器市場上新的熱點。  
何為超線程技術(shù) 
談到超線程技術(shù),我們先得了解什么是線程,什么是多線程。 
對于計算機微處理器而言,程序只是一組編譯過的機器代碼,可以執(zhí)行相關(guān)的數(shù)據(jù)計算與操作,這些代碼由一條條的指令組成,每一個代碼組就是一條線程。 
現(xiàn)有主流CPU為x86架構(gòu),每次只能執(zhí)行一條線程,即單線程。 
單CPU系統(tǒng)中,在執(zhí)行指令的時候,CPU先找出相應(yīng)指令所在的內(nèi)存位置(PC指針),執(zhí)行下一條指令,再轉(zhuǎn)換到另一個位置,在同一時間內(nèi)CPU只能對應(yīng)一個指令。線程可以中斷,并把中間結(jié)果暫存在另一個特殊位置(堆棧),不同的線程可以交叉運行,從而實現(xiàn)多任務(wù),但每次運行的線程仍然僅有一條,千萬不要把多任務(wù)和多線程混淆了。 
  既然一個CPU是單線程,那么兩個CPU自然就可以雙線程啦,如此類推,就會出現(xiàn)四路、八路系統(tǒng)。但雙處理器系統(tǒng)的性能并不能達到單處理器的兩倍,通常只有33%的性能增益。 
  為了提高CPU的性能,CPU廠商通常采用增加工作頻率和緩存容量的方法來提升速度,但這是治標不治本的方法,CPU只提高了速度,其內(nèi)在潛力依然未能完全發(fā)揮,CPU的執(zhí)行單元沒有被充分利用,于是CPU廠商就在CPU中加入兩個邏輯處理單元,同時管理CPU的全部資源,直接提高CPU內(nèi)核的工作效率。 
  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算,從而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件,提高處理器的性能。操作系統(tǒng)或者應(yīng)用軟件的多線程可以同時運行于一個HTT處理器上,兩個邏輯處理器共享一組處理器執(zhí)行單元,并行完成加、乘、負載等操作。   如何提升工作效率 
  那么,超線程技術(shù)是如何提高CPU性能的呢? 
  我們知道,CPU由很多執(zhí)行單元組成(如整數(shù)運算單元、浮點運算單元和存儲單元),這些執(zhí)行單元無法同時工作,大多數(shù)時間有一半執(zhí)行單元是處于空閑狀態(tài)。例如,Office等商業(yè)軟件主要使用整數(shù)運算單元和讀寫/存儲單元,幾乎不涉及浮點運算單元,3D渲染軟件主要使用浮點運算單元,很少涉及整數(shù)運算單元,很明顯,這種設(shè)計造成了很大的浪費。如P4處理器內(nèi)部有7個執(zhí)行單元,每個時鐘周期內(nèi),約有2個執(zhí)行單元工作,它們共執(zhí)行兩次操作,那么,其它5個單元完全沒有用到。 
  為了解決這個問題,高端電腦采用了ILP(Instruction Level Parallelism,指令級平行運算)技術(shù),可以同時執(zhí)行多條指令,提高單CPU的效率。而x86架構(gòu)只能讓多個CPU來執(zhí)行不同的線程,不過硬件成本增加了不少,于是超線程技術(shù)處理器的出現(xiàn)正式兼容兩者的優(yōu)勢。 
  采用了超線程技術(shù)后,處理器真正并行執(zhí)行多個線程,從而在同一頻率和緩存的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了提高系統(tǒng)性能的技術(shù)變革。 
  超線程技術(shù)對商用和家用電腦而言,除了全面提升系統(tǒng)性能以外,還增加系統(tǒng)平臺所能支持用戶的數(shù)量,大幅降低系統(tǒng)的反應(yīng)潛伏時間(因為任務(wù)能被分為幾個隔離的線程來同時執(zhí)行),增加系統(tǒng)的指令執(zhí)行數(shù)量,還有一點很關(guān)鍵的是,即使對于現(xiàn)有的IA-32體系軟件它也能很好地兼容。因為,HTT處理器還提供一個中斷指令,在執(zhí)行適合單處理器的任務(wù)時,暫停其中一個邏輯內(nèi)核,讓操作系統(tǒng)識別為單處理器,在執(zhí)行適合多處理器的任務(wù)時,重新打開邏輯內(nèi)核,利用HTT來增加整體效率。

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