CPU超線程技術(shù)實(shí)驗(yàn)報告

經(jīng)濟(jì)信息管理及計算機(jī)應(yīng)用系實(shí)驗(yàn)報告.實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)項目名稱超線程技術(shù)所屬課程名稱計算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)類型檢索型實(shí)驗(yàn)日期2014-5-7班級11級信管班學(xué)號20111111118姓名***成績經(jīng)濟(jì)信息管理及計算機(jī)應(yīng)用系【實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蟆浚?）了解CPU超線程的知識。（2）了解多核與超線程之間的區(qū)別。實(shí)驗(yàn)要求（1）自行上網(wǎng)搜集資料，了解CPU超線程的知識。并自行總結(jié)之后，寫入實(shí)驗(yàn)報告中。(2)實(shí)驗(yàn)報告中最好能使用一些圖表、圖例。(3)字?jǐn)?shù)不得少于1000字?！緦?shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)環(huán)境】（使用的軟件）1、操作系統(tǒng)；2、應(yīng)用軟件；3、microsoftword實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：CPU超線程超線程技術(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，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，提高的CPU的運(yùn)行效率效能提升\o"編輯本段"編輯一般很多人都會認(rèn)為，采用超線程技術(shù)，就能使得系統(tǒng)效能大幅提升，但是事實(shí)真是如此么？不要忘了我們前面說到的超線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的必要條件，這可是超線程技術(shù)發(fā)揮應(yīng)有效能的前提條件。除了操作系統(tǒng)支持之外，還必須要軟件的支持。從這點(diǎn)我們就可以看出，就軟件現(xiàn)狀來說，支持雙\o"查看圖片"超線程技術(shù)處理器技術(shù)的軟件畢竟還在少數(shù)。對于大多數(shù)軟件來說，由于設(shè)計的原理不同，還并不能從超線程技術(shù)上得到直接的好處。因?yàn)槌€程技術(shù)是在線程級別上并行處理命令，按線程動態(tài)分配處理器等資源。該技術(shù)的核心理念是“并行度（Parallelism）”，也就是提高命令執(zhí)行的并行度、提高每個時鐘的效率。這就需要軟件在設(shè)計上線程化，提高并行處理的能力。而PC上的應(yīng)用程序幾乎沒有為此作出相應(yīng)的優(yōu)化，采用超線程技術(shù)并不能獲得效能的大幅提升。上面說的只是軟件支持的現(xiàn)狀，操作系統(tǒng)在這個方面則沒有太大的問題，畢竟Windows的某些版本、Linux都是支持多處理器的操作系統(tǒng)。并且隨著Intel支持超線程技術(shù)的處理器面世之后，憑借Intel處理器的號召力，必然會引起應(yīng)用程序設(shè)計上的改變，必然會有更多的支持并行線程處理的軟件面世，屆時，當(dāng)然是支持超線程處理器大顯身手的時候了。那時候，普通用戶才能夠從超線程技術(shù)中得到最直接的好處。提升CPU性能需要盡管提高CPU的時鐘頻率和增加緩存容量后的確可以改善CPU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。另外就是大多數(shù)執(zhí)行線程缺乏ILP（Instruction-LevelParallelism，多種指令同時執(zhí)行）支持。這些都造成了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)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\o"查看圖片"超線程技術(shù)一時間執(zhí)行兩個線程，P4處理器需要多加入一個LogicalCPUPointer（邏輯處理單元）。因此新一代的P4（奔騰4）HT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）、L2Cache（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。超線程技術(shù)英特爾P4超線程有兩個運(yùn)行模式，SingleTaskMode（單任務(wù)模式）及MultiTaskMode（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-ThreadingCPU運(yùn)行SingleTaskMode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)行單線程運(yùn)用軟件時，超線程技術(shù)甚至?xí)档拖到y(tǒng)性能，尤其在多線程操作系統(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、軟件支持，才能比較理想的發(fā)揮該項技術(shù)的優(yōu)勢。操作系統(tǒng)如：MicrosoftWindowsXP、MicrosoftWindows2003，Linuxkernel2.4.x以后的版本也支持超線程技術(shù)。支持超線程技術(shù)的芯片組包括如：Intel芯片組：845、845D和845GL是不支持支持超線程技術(shù)的；845E芯片組自身是支持超線程技術(shù)的，但許多主板都需要升級BIOS才能支持；在845E之后推出的所有芯片組都支持支持超線程技術(shù)，例如845PE/GE/GV以及所有的865/875系列以及915/925系列芯片組都支持超線程技術(shù)。ⅥA芯片組：P4X266、P4X266A、P4M266、P4X266E和P4X333是不支持支持超線程技術(shù)的，在P4X400之后推出的所有芯片組都支持支持超線程技術(shù)，例如P4X400、P4X533、PT800、PT880、PM800和PM880都支持超線程技術(shù)。SIS芯片組：SIS645、SIS645DX、SIS650、SIS651和早期SIS648是不支持支持超線程技術(shù)的；后期的SIS648、SIS655、SIS648FX、SIS661FX、SIS655FX、SIS655TX、SIS649和SIS656則都支持超線程技術(shù)。ULI芯片組：M1683和M1685都支持超線程技術(shù)。ATI芯片組：ATI在Intel平臺所推出的所有芯片組都支持超線程技術(shù)，包括Radeon9100IGP、Radeon9100ProIGP和RX330。nVidia芯片組：即將推出的nForce5系列芯片組都支持超線程技術(shù)。工作原理\o"編輯本段"編輯在處理多個線程的過程中，多線程處理器內(nèi)部的每個邏輯處理器均可以單獨(dú)對中斷做出響應(yīng)，當(dāng)?shù)谝籠o"查看圖片"超線程技術(shù)個邏輯處理器跟蹤一個軟件線程時，第二個邏輯處理器也開始對另外一個軟件線程進(jìn)行跟蹤和處理了。另外，為了避免CPU處理資源沖突，負(fù)責(zé)處理第二個線程的那個邏輯處理器，其使用的是僅是運(yùn)行第一個線程時被暫時閑置的處理單元。例如：當(dāng)一個邏輯處理器在執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算（使用處理器的浮點(diǎn)運(yùn)算單元）時，另一個邏輯處理器可以執(zhí)行加法運(yùn)算（使用處理器的整數(shù)運(yùn)算單元）。這樣做，無疑大大提高了處理器內(nèi)部處理單元的利用率和相應(yīng)的數(shù)據(jù)、指令處吞吐能力。對于Prescott處理器，發(fā)熱量大也主要是因?yàn)樗?。前提條件\o"編輯本段"編輯需要CPU支持正式支持超線程技術(shù)的CPU有Pentium43.06GHz、2.40C、2.60C、2.80C、3.0GHz、3.2GHz以及Prescott核心的Pentium4處理器，還有部分型號的Xeon。2009年，Intel新一代頂級處理器Corei7也支持超線程技術(shù)，超線程技術(shù)令Corei7可以由四核模擬出八核。主板芯片組支持正式支持超線程技術(shù)的主板芯片組的主要型號包括Intel的875P，E7205，850E，865PE/G/P，\o"查看圖片"超線程技術(shù)845PE/GE/GV，845G(B-stepping），845E。875P，E7205，865PE/G/P，845PE/GE/GV芯片組均可正常支持超線程技術(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；2009年，與Corei7相配的X58芯片組也支持超線程技術(shù)。SIS方面有SiS645DX(B版）、SiS648(B版）、SIS655、SIS658、SIS648FX；威盛方面有P4X400A、P4X600、P4X800。主板BIOS支持主板廠商必須在BIOS中支持超線程才行。操作系統(tǒng)支持微軟的操作系統(tǒng)中WindowsXP專業(yè)版，WindowsVista，Windows7，Windowsserver2003，WindowsServer2008支持此功能，而在Windows2000上實(shí)現(xiàn)對超線程支持的計劃已經(jīng)取消了。另外，系統(tǒng)核心代號高于2.4.x的Linux系統(tǒng)也支持超線程技術(shù)。應(yīng)用軟件支持一般來說，只要能夠支持多處理器的軟件均可支持超線程技術(shù)，但是實(shí)際上這樣的軟件并不多，而且偏向于圖形、視頻處理等專業(yè)軟件方面，游戲軟件極少有支持的。應(yīng)用軟件有Office2000、OfficeXP等。另外Linuxkernel2.4.x以后的版本也支持超線程技術(shù)。小結(jié)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(yùn)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(fù)載等操作。這樣就可以使得運(yùn)行性能提高30%，這是因?yàn)樵谕粫r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。優(yōu)缺點(diǎn)\o"編輯本段"編輯HT技術(shù)優(yōu)點(diǎn)⒈超線程技術(shù)的優(yōu)勢在于同時進(jìn)行多任務(wù)批處理工作，盡管支持超線程技術(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)。⒉從目前來看，部分客戶發(fā)可以發(fā)覺在運(yùn)行某些特定軟件時，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。⒊客戶同時運(yùn)行兩個以上的軟件軟件時候，將可以明顯的感受到這兩個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)操作時候才能得到發(fā)揮。⒋另外支持超線程技術(shù)的WindowsXP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)的時候可以很好的享受到超線程技術(shù)帶來好處。HT技術(shù)缺點(diǎn)⒈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，超線程技術(shù)將會降低系統(tǒng)性能，尤其在多線程操作系統(tǒng)運(yùn)行單線程軟件時將容易出現(xiàn)此問題（這也是在WindowsXP中運(yùn)行顯卡的測試軟件時候，得分下降了一點(diǎn)）。⒉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)行時出錯的概率要比單處理器上高很多。⒊因?yàn)楹芏喙ぷ髡拒浖閃indows2000操作系統(tǒng)進(jìn)行過優(yōu)化，但是采用Windows2000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。通過上面的解答，我們應(yīng)該知道了超線程技術(shù)的確實(shí)對系統(tǒng)性能提升有好處，但是這僅對多任務(wù)處理的時候有優(yōu)勢，在進(jìn)行單各任務(wù)處理的時候，優(yōu)勢表現(xiàn)不出來，而且因?yàn)榇蜷_超線程，處理器內(nèi)部緩存就會被劃分成幾區(qū)域，互相共享內(nèi)部資源，造成單個的子系統(tǒng)性能下降。個人認(rèn)為，用戶在進(jìn)行單任務(wù)操作時候