超线程简介(Jack)

1、超线程简介Jack Han1前言 大家知道，查看CPU核心数目最简单的方法就是右键单击任务栏，在弹出的对话框中选择“任务管理器”，选择“性能”选项卡，在“CPU使用记录”下有一个图表就是单核，两个即为双核，四个则是四核。若CPU具备超线程技术且开启此项功能的话，核心数目会增加一倍，多余的核心是虚拟核心，并非物理核心。如右图所示， CPU使用情况右侧有四个方格图表分别标有红色数字1234，因为该款中央处理器采用超线程技术于是不能说该款处理器是四核处理器。那么什么是超线程技术呢？2超线程原理 超线程（Hyper-Threading，简称“HT”)。超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模

2、拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPU的闲置时间，提高CPU的运行效率。3超线程技术 超线程技术是在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内的资源，理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程，处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer（逻辑处理单元）。因此新一代的 HT的die的面积比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU（整数运算单元）、FPU（浮点运算单元）、L2 Cache（二级缓存）则保持不变，这些部分是被分享的。超线程技术为每个物理处理器设置了两个入口AS(Architecture State，架

3、构状态)接口，从而使操作系统等软件将其识别为两个逻辑处理器。这两个逻辑处理器像传统处理器一样，都有独立的IA-32架构，它们可以分别进入暂停、中断状态，或直接执行非凡线程，并且每个逻辑处理器都拥有APIC(Advanced Programmable Interrupt Controller，高级可编程中断控制器)。在处理多个线程的过程中，多线程处理器内部的每个逻辑处理器均可以单独对中断做出响应，当第一个逻辑处理器跟踪一个软件线程时，第二个逻辑处理器也开始对另外一个软件线程进行跟踪和处理了。另外，为了避免CPU处理资源冲突，负责处理第二个线程的那个逻辑处理器，其使用的是仅是运行第一个线程时被暂时

4、闲置的处理单元。当一个逻辑处理器在执行浮点运算(使用处理器的浮点运算单元)时，另一个逻辑处理器可以执行加法运算(使用处理器的整数运算单元)。这样做，无疑大大提高了处理器内部处理单元的利用率和相应的数据、指令处吞吐能力。4实现超线程的条件 (1)需要CPU支持 目前正式支持超线程技术的CPU有Pentium4 3.06GHz 、2.40C、2.60C、2.80C 、3.0GHz、3.2GHz以及Prescott核心的Pentium4处理器，还有部分型号的Xeon。2009年，Intel新一代顶级处理器Core i7也支持超线程技术，超线程技术令Core i7可以由四核模拟出八核。(2)需要主板芯

5、片组支持 正式支持超线程技术的主板芯片组的主要型号包括Intel的875P，E7205，850E，865PE/G/P，845PE/GE/GV，845G(B-stepping)，845E。875P，E7205，865PE/G/P，845PE/GE/GV芯片组均可正常支持超线程技术的使用，而早前的845E以及850E芯片组只要升级BIOS就可以解决支持的问题；2009年，与Core i7相配的X58芯片组也支持超线程技术。 SIS方面有SiS645DX(B版)、SiS648(B版)、SIS655、SIS658、SIS648FX； 威盛方面有P4X400A、P4X600、P4X800。 5实现超线程

6、的条件(3)需要主板Bios支持 主板厂商必须在BIOS中支持超线程才行。 (4)需要操作系统支持 目前微软的操作系统中Windows XP专业版，Windows Vista，Windows 7，Windows server 2003，Windows Server 2008支持此功能，而在Windows 2000上实现对超线程支持的计划已经取消了。另外，系统核心代号高于2.4.x的Linux系统也支持超线程技术。6实现超线程的条件 (5)需要应用软件支持 一般来说，只要能够支持多处理器的软件均可支持超线程技术，但是实际上这样的软件并不多，而且偏向于图形、视频处理等专业软件方面，游戏软件极少有支

7、持的。应用软件有Office 2000、Office XP等。另外Linux kernel 2.4.x以后的版本也支持超线程技术。英特尔P4 超线程有两个运行模式，Single Task Mode（单任务模式）及Multi Task Mode（多任务模式），当程序不支持Multi-Processing（多处理器作业）时，系统会停止其中一个逻辑CPU的运行，把资源集中于单个逻辑CPU中，让单线程程序不会因其中一个逻辑CPU闲置而减低性能，但由于被停止运行的逻辑CPU还是会等待工作，占用一定的资源，因此Hyper-Threading CPU运行Single Task Mode程序模式时，有可能达不

8、到不带超线程功能的CPU性能，但性能差距不会太大。也就是说，当运行单线程运用软件时，超线程技术甚至会降低系统性能，尤其在多线程操作系统运行单线程软件时容易出现此问题。7超线程技术与传统双处理器或双内核处理器区别 虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但不同于传统的双处理器平台或双内核处理器，超线程中的两个逻辑处理器并没有独立的执行单元、整数单元、寄存器甚至缓存等等资源。它们在运行过程中仍需要共用执行单元、缓存和系统总线接口。在执行多线程时两个逻辑处理器均是交替工作，假如两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂停并要让出资源，要待那些资源闲置时才能继续。因此，超线程技术所带来的性能提升远不能等同于两个相同时钟频率处理器带来的性能提升。可以说Intel的超线程技术仅可以看做是对单个处理器运算资源的优化利用。而双核心技术则是通过“硬