HT超線程技術(shù)產(chǎn)生原因

CPU發(fā)展到今天，其整體速度雖然越來越快，內(nèi)部的執(zhí)行單元卻越來越得不到充分的利用．為什么呢

在8O年代中期，線程的概念被引入到操作系統(tǒng)的設(shè)計中，它是比進程更小的能獨立運行的基本單位．操作系統(tǒng)中引入進程的目的，是為了使多個程序并發(fā)執(zhí)行，以改善資源利用率及提高系統(tǒng)的吞吐量．進程有兩個基本屬性：(1)進程是一個可擁有資源的獨立單位；(2)進程是可以獨立調(diào)度和分派的基本單位．因為進程是一個資源擁有者，所以在進程的創(chuàng)建、撤消和切換中，系統(tǒng)必須為之付出較大的時空開銷．因而，在系統(tǒng)中所設(shè)置的進程數(shù)目不宜過多，進程切換的頻率也不宜過高，也就限制了并發(fā)程度的進一步提高．產(chǎn)生線程的概念，也是由于上述原因，有不少操作系統(tǒng)的學者們想到，將進程的兩個屬性分開進行處理．即對作為調(diào)度和分派的基本單位，不同時作為獨立分配資源的單位，以使之輕裝運行，而對擁有資源的基本單位，又不頻繁地對之進行切換．在引入線程的操作系統(tǒng)中，線程是進程中的一個實體，是被系統(tǒng)獨立調(diào)度和分派的基本單位。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數(shù)器、一組寄存器和棧)，但它可與同屬一個進程的其它線程共享進程所擁有的全部資源．一個線程可以創(chuàng)建和撤消另一個線程；同一進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行．由于線程之間的相互制約，致使線程在運行中也呈現(xiàn)出間斷性．相應(yīng)地，線程也同樣有就緒、阻塞和執(zhí)行三種基本狀態(tài)，有的系統(tǒng)中線程還有終止狀態(tài)等．1．2 超線程技術(shù)(Hyper—Threading Technology縮寫為HTT)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．具體講，就是通過CPU的寄存器構(gòu)成了兩個邏輯處理器，來共享處理器的物理執(zhí)行單元，并同步進行加、乘、負載等操作．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，這樣就可以使得運行性能提高，這是因為在同一時間里，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指令進行操作．而超線程技術(shù)可以使芯片同時進行多線程處理，使處理器性能得到提升。

當今的處理器發(fā)展普遍向著提高處理器指令平鋪速率的方向邁進，但由于所使用的處理器資源會有沖突，因此性能提升的效果并不理想。而通過Hyper-Threading技術(shù)，通過在一枚處理器上整合兩個邏輯處理器（注：是處理器而不是運算單元）單元，使得具有這種技術(shù)的新型CPU具有能同時執(zhí)行多個線程的能力，而這是現(xiàn)有其它微處理器都不能做到的。

簡單的說，Hyper Threading是一種同步多執(zhí)行緒（SMT，simultaneous Multi-threading）技術(shù)，它的原理很簡單，就是把一顆CPU當成兩顆來用，將一顆具Hyper-Threading功能的“實體”處理器變成兩個“邏輯”處理器而邏輯處理器對于操作系統(tǒng)來說跟實體處理器并沒什么兩樣，因此操作系統(tǒng)會把工作線程分派給這“兩顆”處理器去執(zhí)行，讓多種應(yīng)用程序或單一應(yīng)用程序的多個執(zhí)行緒（thread），能夠同時在同一顆處理器上執(zhí)行；不過兩個邏輯處理器是共享這顆CPU的所有執(zhí)行資源。

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-Level Parallelism，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)就是利用特殊的硬件指令，把一個物理內(nèi)核模擬成兩個邏輯內(nèi)核，讓單個處理器都能使用線程級并行計算，進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的運行效率。

采用超線程及時可在同一時間里，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指令進行操作。而超線程技術(shù)可以使芯片同時進行多線程處理，使芯片性能得到提升。2100433B