超線程有哪些工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)
超線程有哪些工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)
超線程是Intel 所研發(fā)的一種技術(shù)，于2002年發(fā)布，相信很多人對超線程的工作原理還不是很了解吧。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理的超線程的內(nèi)容，希望大家喜歡!
超線程的簡介
通過超線程技術(shù)，英特爾成為第一家公司實(shí)現(xiàn)在一個(gè)實(shí)體處理器中，提供兩個(gè)邏輯線程。
之后的Pentium D縱使不支持超線程技術(shù)，但就集成了兩個(gè)實(shí)體核心，所以仍會(huì)見到兩個(gè)邏輯線程。超線程的未來發(fā)展，是提升處理器的邏輯線程，英特爾有計(jì)劃將8核心的處理器，加以配合超線程技術(shù)，使之成為16個(gè)邏輯線程的產(chǎn)品。
英特爾表示，超線程技術(shù)讓(P4)處理器增加5%的裸晶面積，就可以換來15%~30%的效能提升。但實(shí)際上，在某些程序或未對多線程編譯的程序而言，超線程反而會(huì)降低效能。除此之外，超線程技術(shù)亦要操作系統(tǒng)的配合，普通支持多處理器技術(shù)的系統(tǒng)亦未必能充分發(fā)揮該技術(shù)。例如Windows 2000，英特爾并不鼓勵(lì)使用者在此系統(tǒng)中利用超線程。原先不支持多核心的Windows XPHome Edition卻支持超線程技術(shù)。
超線程的工作原理
盡管提高CPU的時(shí)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(huì)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，指令級別并行)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(gè)思路去提高CPU的性能，讓CPU可以同時(shí)執(zhí)行多重線程，就能夠讓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，把一個(gè)物理內(nèi)核模擬成兩個(gè)邏輯內(nèi)核，讓單個(gè)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(shí)間，提高的CPU的運(yùn)行速度。
采用超線程即是可在同一時(shí)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(shí)刻只能夠?qū)σ粭l線程進(jìn)行操作。而超線程技術(shù)可以使芯片同時(shí)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(shí)執(zhí)行多個(gè)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(shí)間執(zhí)行兩個(gè)線程，P4處理器需要多加入一個(gè)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(shí)執(zhí)行兩個(gè)線程，但它并不象兩個(gè)真正的CPU那樣，每個(gè)CPU都具有獨(dú)立的資源。當(dāng)兩個(gè)線程都同時(shí)需要某一個(gè)資源時(shí)，其中一個(gè)要暫時(shí)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。
超線程技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
1.超線程技術(shù)的優(yōu)勢在于同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)批處理工作，盡管現(xiàn)在支持超線程技術(shù)的軟件不多，也只有少數(shù)的軟件可以享受到由超線程技術(shù)帶來的性能提升，但是這符合今后軟件等技術(shù)的發(fā)展方向，今后更多的軟件將受益于超線程技術(shù)。
2.從目前來看，部分客戶可以發(fā)覺在運(yùn)行某些特定軟件時(shí)，超線程技術(shù)讓系統(tǒng)有了30%的性能提升，為超線程技術(shù)優(yōu)化的軟件都能夠享受到超線程技術(shù)的好處。
3.客戶同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)以上的軟件時(shí)候，將可以明顯的感受到這兩個(gè)軟件的性能都得到提升相比關(guān)閉超線程技術(shù)的情況下都有很大的提升，超線程技術(shù)的效率優(yōu)勢只有在多任務(wù)操作時(shí)候才能得到發(fā)揮。
4.目前支持超線程技術(shù)的Windows XP操作系統(tǒng)，其中的很多系統(tǒng)軟件都已經(jīng)針對超線程技術(shù)優(yōu)化過，因此在使用Windows 操作系統(tǒng)的時(shí)候可以很好的享受到超線程技術(shù)帶來好處。
超線程技術(shù)的缺點(diǎn)
1.因?yàn)槌€程技術(shù)是對多任務(wù)處理有優(yōu)勢，因此當(dāng)運(yùn)行單線程運(yùn)用軟件時(shí)，超線程技術(shù)將會(huì)降低系統(tǒng)性能，尤其在多線程操作系統(tǒng)運(yùn)行單線程軟件時(shí)將容易出現(xiàn)此問題。
2.在打開超線程支持后，如果處理器以雙處理器模式工作，那么處理器內(nèi)部緩存就會(huì)被劃分成幾區(qū)域，互相共享內(nèi)部資源。對于不支持多處理器工作的軟件在雙處理器上運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)的概率要比單處理器上高很多。
3.目前因?yàn)楹芏喙ぷ髡拒浖閃indows 2000操作系統(tǒng)進(jìn)行過優(yōu)化，但是采用Windows 2000這樣的操作系統(tǒng)的工作站無法完全利用超線程技術(shù)的優(yōu)勢，也帶來不了高的工作效率
4.超線程技術(shù)只能提高40%左右的性能(測評時(shí)可以看成50%，即Core i3 的執(zhí)行效率為3核速率，Core i5 4核 HT與Core i7 的執(zhí)行效率為6核速率)
與雙核心區(qū)別
超線程(Hyper Threading)技術(shù)，是近幾年在程序處理上比較經(jīng)典的解決方案，具有超線程技術(shù)的CPU，搭配支持超線程技術(shù)的Windows 系統(tǒng)(Windows XP/2003)，可以減少系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，從而提高了處理器的工作效率。
實(shí)際上，超線程技術(shù)是把一個(gè)處理器模擬為兩個(gè)處理器使用，這樣能有效地利用和分配資源，達(dá)到提高整體性能的目的，這就是為什么超線程CPU在系統(tǒng)中也會(huì)被識(shí)別成兩個(gè)CPU的原因。
雙核心CPU則不同，雙核心處理器的概念就是將兩顆處理器的芯片，通過全新的封裝技術(shù)，整合成為一顆處理器，在這一顆處理器中擁有兩顆核心，真正地實(shí)現(xiàn)了多處理器協(xié)同工作。雙核心處理器核心內(nèi)的資源都是獨(dú)立的，而且也可以交換使用資源，核心與核心之間溝通的延遲遠(yuǎn)比多個(gè)單核心處理器同時(shí)運(yùn)行好。
超線程技術(shù)的技術(shù)支持
技術(shù)原理
"超線程"(Hyperthreading Technology)技術(shù)就是通過采用特殊的硬件指令，可以把兩個(gè)邏輯內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理超線程芯片，在單處理器中實(shí)現(xiàn)線程級的并行計(jì)算，同時(shí)在相應(yīng)的軟硬件的支持下大幅度的提高運(yùn)行效能，從而實(shí)現(xiàn)在單處理器上模擬雙處理器的效能。其實(shí)，從實(shí)質(zhì)上說，超線程是一種可以將CPU內(nèi)部暫時(shí)閑置處理資源充分"調(diào)動(dòng)"起來的技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)條件
* CPU的支持，實(shí)現(xiàn)"超線程"的功能必須選購一塊支持"HT"技術(shù)的處理器。Intel 支持這一技術(shù)的CPU有Core i3、Core i5、Core i7全系。在老CPU中，Pentium4 3.06GHz 、2.40C、2.60C、2.80C 、3.0GHz、3.2GHz以及Prescott處理器，還有部分型號的Xeon支持超線程技術(shù)。
*主板芯片組和主板BIOS的支持
正式支持"HT"技術(shù)的芯片組有Intel的875P、E7205、850E、865PE/G/P、845PE/GE/GV、845G(B-stepping)、845E。其中875P、E7205、865PE/G/P、845PE/GE/GV以及最新推出的 915/925芯片組均可直接支持超線程技術(shù)的使用，而早前的845E以及850E芯片組，只要升級BIOS就可以解決支持的問題。SiS方面有SiS645DX(B版)、SiS648(B版)、SiS655、SiS658、SiS648FX。VIA方面有P4X400A、P4X600、P4X800。同時(shí)，主板的BIOS也必須支持超線程功能。
*操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的支持
目前在微軟的操作系統(tǒng)中只有Windows XP及以上的版本才能正式支持"超線程"技術(shù)，Windows 98/Me/2000均不支持此項(xiàng)功能。
一般說來，最大發(fā)揮HT技術(shù)的運(yùn)行效能還需要真正支持超線程技術(shù)的軟件。
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