.

实验报告

实验项目名称    超线程技术      

所属课程名称   计算机操作系统    

实验类型        检索型         

实 验 日 期         20##-5-7     

班    级 11 级信管班       

学    号  20111111118      

姓    名   ***       

成    绩                     

经济信息管理及计算机应用系

 

第二篇：英特尔超线程技术

英特尔超线程技术

基本概况

　　英特尔超线程技术是全新英特尔酷睿 i7 处理器和英特尔至强5500 系列处理器所具有的一种性能特点。简单来说，它可使处理器中的1 颗内核如2 颗内核那样在操作系统中发挥作用。这样一来，操作系统可使用的执行资源扩大了一倍，大幅提高了系统的整体性能。

在谈论内核、线程、超线程这些术语时容易让人产生混淆。为简化概念，1 个内核就是 1 个CPU。每个英特尔酷睿i7 或英特尔至强5500 处理器在出厂时均有4 个内核（未来可能会提供其他版本）。

工作原理

　　超线程技术的原理很简单，以前的单核心处理器，在同一时间内只可以处理一项工作 (线程，Thread)，如果要处理一项以上的工作时，以前的单核心处理器是不可行的，所以英特尔就开发了超线程技术，以一个单核心的处理器，去模拟出双核心的环境，但这并非能够把处理器的效能提升双倍，原因在于实体的核心始终只有一个，而效能有约百分之至二十至三十增长。

　　在奔腾四时代INTEL就已经引入了人超线程技术，而特意的加长的流水线反而成了HT技术的累赘。

　　所以推出奔腾D及最近的酷睿2系列时，英特尔并没有加进超线程技术，因为奔腾D及酷睿2处理器已支援双核心处理器的运作，而且INTEL也在默默的钻研指令预测技术减少流水线。在酷睿2后期英特尔推出了酷睿2四核心处理器，因为有用户反映双核不足以应付手头的工作，再到后来， 英特尔酷睿i7出现了，他带着 Intel 全新的超线程技术，很短的流水线这得益于他的指令分支预测技术，拥有者奔腾四无法企及的效率，它是四核心处理器加进了超线程技术，处理器同时支持处理八个线程的工作，在这种环境下电脑可挂很多应用程序，支持多线程的应用，因此即使N多程序同时运行，电脑也没有运行减慢的感觉，操作起来依然是流畅如行云流水。

　　其实超线程技术拥有最高的功耗效能比，加入超线程技术所增加的晶体管数目及功耗并不多，但却相比增加一颗完整的核心更具性价比，加上酷睿i7微架构拥有高带宽及高容量三级高速缓存的优势，更能将超线程技术的功效发挥到极致。

　　要打开超线程技术，很简单，一般而言，在BIOS内就可以设定超线程技术的启动与否。当设定完成后，进入Win XP的“我的电脑”，查看处理器，就能看出八个线程的工作情况。

　　加入超线程技术的英特尔酷睿i7处理器在多任务应用时最能发挥它的潜能，它可以同时处理N个的游戏及多媒体软件，而不会出现慢式死机。有人做了一些评测，是用Cinebench 10，跑Far Cry 2 及Company of Heroes来测试有打开超线程技术与没有开启的性能的区别。

　　以下是测试结果：

　　超线程技术 打开 关闭

　　Cinebench 10 1m06s 1m19s

　　Far Cry 2 (FPS) 43.5 FPS 40.5 FPS

　　Company of Heroes (FPS) 175.2 FPS 168 FPS.

　　从以上结果不难看出， 加入超线程技术的英特尔酷睿i7处理器，打开超线程技术后明显性能提升明显。这无疑为追求高性能运算的用户提供了更多保障，可以说英特尔酷睿i7是定位高端的用户的最佳选择。^[1]

技术性能

　　英特尔超线程技术可以有多种方式帮助提升运算性能。对于台式机系统来说，英特尔超线程技术可以帮助台式机同时进行多项应用。针对软件编程者来说，通过英特尔超线程技术，你可以采用更多的软件线程以获得更多的运算核心。对于运算负荷更大的服务器来说，英特尔超线程技术可以激发出每个核心的运算潜能，将从而提升系统的资源利用率。总而言之，由于英特尔超线程技术将通过提供更多的软件线程，从而在运算时可以享受到更大内存等的应用体验。^[2]

技术种类

　　MultiThreading多线程就是在一个单个的处理核心内同时运行多个工作线程的技术，和CMP（Chip MultiProcessing，芯片多处理）不同，后者是通过集成多个处理内核的方式来让系统的处理能力提升——也就是现在常见的多核技术。主流的 处理器都使用了CMP技术。

　　

Intel Pentium 4，单核，每核两个线程

　　然而CMP技术大规模增加了相应的电路，从而增加了成本，MT（MultiThreading）技术却不是这样，它只需要增加规模很少的部分线路（通常，约2%）就可以提升处理器的总体处理器能力，从而可以很简单地提升相关应用的性能。

　　MultiThreading（或作Multi-Threading）来源于可以追溯到上个世纪90年代开始的 一个叫做ILP（Instruction Level Parallelism，指令级并行化）的思想，这个思想产生了一个叫做Throughput Computing（吞吐量计算）的名词，用来提升如在线交易这样的并行计算的性能。Throughput Computing的两种主要方式就是MultiProcessing和MultiThreading。

　　一开始，为了开发ILP，在截至到20##年的几十年中利用了超标量（Superscalar，同时具备多个执行器）、乱序 执行（Out-Of-Order Execute，允许无数据关联性的指令同时运行）、动态分支预测、VLIW（Very Long Instruction Word，超长指令集 ） 等技术（前三种可在经典的Pentium Pro架构上看到，最后一个就是Itanium的

最典型的:Intel Pentium 4或者Core i7

特色技术）。然而，超标量使设计的复杂性急剧增加，同时，指令之间的数据和控制相关，可以开发的ILP 也有限，以及一些其它因素，使得经典的超标量结构处理器难以进一步提高处理器性能。

　　而且从应用的角度看，如在线事务处理OLTP、决策支持系统DSS、Web服务等这样的应用的特点是具有丰富的 线程级并行性（Thread Level Parallelism）而缺乏ILP，因此也就促使了MultiProcessing和MultiThreading的出现。

　　MultiThreading多线程技术的思想有些类似于早期的分时共享计算系统，执行多个线程的处理器在遇到 某个线程由于Cache Miss或者分支预测失败而停顿的时候，可以切换到另一个线程来执行。主流的MultiThreading具有着三种形式，差别在于线程间共享的资源 以及线程切换的机制：

　　

CMT——Coarse-Grained MultiThreading

　　它是最简单的多线程技术，当单一执行线程遇到长时间的延迟，如Cache Missed时，就进行线程切换，直到原线程等待的操作完成，才切换回去。Coarse-Grained MultiThreading有时也叫Block MultiThreading堵塞多线程或者Cooperative MultiThreading协作多线程。

　　由于CMT很简单，因此很多处理器都有实现，除了下面列出之外，很多嵌入式微控制器都有实现：

　　1999年的IBM RS64 III「Pulsar」（单核心／双线程）

　　20##年Fujitsu SPARC64 VI「Olympus-C」（双核心／4线程）

　　20##年Intel Itanium 2「Montecito」（双核心／4线程）

　　20##年Intel Itanium 2「Montvale」（双核心／4线程）

　　

FMT——Fine-Grained MultiThreading

　　随时可以在每个时钟周期内切换多个线程，以追求最大的输出能力——当然，随时可以切换也是有代价的，它拉长了每个执行线程的 平均执行时间。Fine-Grained MultiThreading有时也叫Interleaved MultiThreading交错多线程或者Pre-emptive MultiThreading抢先多线程^[3]。

　　和CMT比起来，FMT要复杂一些，因此相应的处理器就没有那么多，例：

　　20##年Sun UltraSPARC T1「Niagara」（8核心／32线程）

　　20##年Sun UltraSPARC T2「Niagara 2」（8核心／64线程）

　　虽然CPU上使用FMT技术的并不多，不过我们可以看看另一个领域：GPU，现在NVIDIA和ATI的GPU，都使用了FMT技术。

　　

SMT——Simultaneous MultiThreading

　　SMT具有多个执行单元，可以同时运行多条指令，因此才叫做“同步多线程”！CMT和FMT都是在单个执行单元下的技术，不同的线程在指令级别上并不是真正的“并行”，而SMT则具有多个执行单元，同一时间内可以同时执行多个指令，因此前两者有时先归类为 TMT（Temporal MultiThreading，时间多线程），以和SMT相区分。SMT起先源自充分挖掘超标量架构处理器的潜力——超标量的意思就是可以同时执行多个不同的指令。因此SMT具有最大的灵活性和资源利用率，然而实现也最复杂。例：

　　20##年Intel Pentium 4 Xeon「Prestonia」（单核心／双线程）

　　20##年Sun UltraSPARC T2「Niagara 2」（8核心／64线程）

　　20##年Intel Core i7「Nehalem」（4核心／8线程）

系统技术

　　首先，可以先确认下，是否使用的处理器、芯片组、操作系统及 BIOS支持这项技术。当然，采用基于英特尔架构，即英特尔全新酷睿微体系架构（Nehalem）的处理器的台式机和服务器平台一般都支持该技术。其中大多数系统都允许把超线程技术作为一种 BIOS 选择来启用或禁用（一般预设为启用状态）。用户可以通过 Windows中的任务管理器或 Linux的 /proc/cpuinfo 命令查看处理器信息。

　　如果系统支持超线程（HT）技术且启用了超线程，则可看到的处理器数将是平台实际拥有的物理内核数的一倍。例如，如使用的是双路的英特尔至强5500 系列服务器，则会看到这套系统拥有16 个处理器。（8 个物理内核上运行 16 个软件线程，每个内核运行 2 个线程。）

超线程技术与双核心技术的区别

　　可以简单地把双核心技术理解为两个“物理”处理器，是一种“硬”的方式；而超线程技术只是两个“逻辑”处理器，是一种“软”的方式。从原理上来说，超线程技术属于Intel版本的多线程技术。这种技术可以让单CPU拥有处理多线程的能力，而物理上只使用一个处理器。超线程技术为每个物理处理器设置了两个入口─AS(Architecture State，架构状态)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)。虽然支持超线程的Pentium 4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”的物理核心实现多线程工作：每个核心拥有独立的指令集、执行单元，与超线程中所采用的模拟共享机制完全不一样。在操作系统看来，它是实实在在的双处理器，可以同时执行多项任务，能让处理器资源真正实现并行处理模式，其效率和性能提升要比超线程技术要高得多，不可同日而语^[6]。

支持超线程技术的i7处理器全新发布

　　20##年9月8日，英特尔正式发布了全新的Core i7/i5（酷睿i7/i5）处理器与P55主板芯片组。可以说全新的酷睿 i7/i5处理器是非常重要的产品，它们的发布意味着先进的Nehalem微体系架构CPU开始进入主流市场，同时将电脑的集成性和智能化提升到新的高度。

发布会现场

　　Core i7/i5处理器拥有卓越的性能，支持独特的英特尔睿频加速技术（英特尔清晰视频技术），是期待顶级数字媒体、办公应用、游戏等应用体验的用户的理想之选。其中，性能卓越的酷睿i7处理器还支持英特尔超线程技术，给用户带来更强的多任务性能。而酷睿i5虽然没有超线程技术，但是和新发布的i7处理器一样，带有英特尔新推出的睿频加速技术。据英特尔方面介绍，该技术可根据程序的需求自动加速处理器,以保证程序流畅运行,同时还能根据系统情况智能化地切换到节电状态。

　　众多的产业合作伙伴包括来自戴尔、方正科技、海尔电脑、华硕电脑、技嘉科技、金山软件、联想、微软、微星科技的嘉宾，以及媒体、技术发烧友和游戏玩家等出席了发布会。

　　英特尔公司中国区总裁杨叙先生发表开幕致词，英特尔始终致力于推动芯片制程与架构创新的进步，不断推出性能更加强大、能效更加优化的产品。全新的酷睿i7/i5处理器，凭借各种先进技术包括英特尔睿频加速技术，进一步将智能化的性能和突破性的计算体验推向主流市场。

　　英特尔睿频加速技术是英特尔酷睿i7/i5处理器的独有特性通过智能化地加快处理器速度，从而根据应用需求最大限度地提升性能。

　　现场演示了酷睿i5的游戏性能与办公性能，游戏采用的是金山公司开发的《剑侠情缘3 Online》，这款网络游戏为多核心处理优化，拥有逼真效果，酷睿i5处理器拥有非凡表现。酷睿i5的PhotoShop的渲染速度是Core 2 Q8300四核的2-3倍，是Pentium 4 630的N倍。

　　全新的酷睿i7/i5处理器，凭借各种先进技术包括英特尔睿频加速技术，进一步将智能化的性能和突破性的计算体验推向主流市场。^[4]

　　截至20##年9月18日， Intel酷睿 i7 860处理器，在国内已经销售。

支持超线程技术的32nm处理器

　　随着AMD和Global Foundries(全球晶圆代工厂)宣布在20##年推出其32纳米的产品后，英特尔表示已准备在20##年的IDF上展出自己32纳米的处理器，，这种新工艺属于通用名称的Westmere。　其推出的32纳米CPU主要有Clarkdale (桌面)和 Arrondale (手机)两个型号。首款32nm产品Westmere将会采用智能加速技术和英特尔超线程技术，并且增加英特尔图形媒体加速器，双通道DDR3集成内存控制器。他表示说，英特尔一直在按照钟摆定律准时地推出产品。

　　早前推出的Lynnfield内建了内存控制器和PCI-E控制器，我们获悉英特尔32纳米的CPU也将会秉承这样的设计。

　　我们应该可以在年底钱看到32纳米的Arrondale处理器，这将对AMD公司是个大大的打击，首先英特尔公司将在工艺上大大领先AMD，充分掌握主动;第二，英特尔将提前一年把精力放在市场和程序研发上，而AMD还需要聚精会神的研发。

　　英特尔也应该宣布一个均使用了第二代High-K金属栅极(HK+MG)晶体管技术，此举也可以将处理器的漏电量降低10倍以上，这一技术的突破将继续保证英特尔在行业内的领袖地位。

　　让我们不要忘记，6个核心的Gulftown也采用了32纳米技术，Gulftown应该在20##年底或20##年初的时候就会上市。^[7].

支持超线程技术的主板

　　

华硕 P5QL

　　属于华硕 P43系列 CPU插槽类型:LGA 775/支持CPU类型:支持Core 2 Extreme,Core 2 四核,Core 2 Duo,Pentium E,Pentium D,Pentium4,Celeron2,Celeron系列处理器/北桥芯片:Intel P43/南桥芯片:Intel ICH10/内存插槽数量:4 DDR2 DIMM/最大支持内存容量:16G/板载声卡:板载VT1708B 8声道HD声卡

　　

技嘉 GA-G31M-ES2C

　　

　　属于技嘉 G31系列 CPU插槽类型:LGA 775/支持CPU类型:支持Core 2 Extreme,Core 2 Quad,Core 2 Duo,Pentium E,Celeron系列处理器/北桥芯片:Intel G31/南桥芯片:ICH7/内存插槽数量:2 DDR2 DIMM/最大支持内存容量:4G/集成显卡:集成GMA X3100/板载声卡:Realtek ALC883 7.1声道

　　

华硕 P5Q

　　

　　属于华硕 P45系列 CPU插槽类型:LGA 775/支持CPU类型:支持Core 2 Quad,Core 2 四核,Conroe,Pentium D,Celeron D系列处理器/北桥芯片:Intel P45/南桥芯片:ICH10R/内存插槽数量:4 DDR2 DIMM/最大支持内存容量:16G/板载声卡:Realtek ALC1200 8声道音效芯片

　　

微星 G41TM-E43

　　

　　属于微星 G41系列 CPU插槽类型:LGA 775/支持CPU类型:支持Core 2 Extreme,Core 2 Quad,Core 2 Duo,Pentium E,Pentium D,Pentium4,Celeron系列处理器/北桥芯片:Intel G41/南桥芯片:Intel ICH7/内存插槽数量:2 DDR2 DIMM/集成显卡:集成Intel GMA X4500显示核心/板载声卡:集成ALC889 8声道音效芯片

　　

　　

华硕 P5KPL-AM SE

　　

　　属于华硕 G31系列 CPU插槽类型:LGA 775/支持CPU类型:支持Core 2 Extreme,Core 2 Quad,Core 2 Duo,Pentium E,Pentium D,Pentium4系列处理器/北桥芯片:Intel G31/南桥芯片:Intel ICH7/内存插槽数量:2 DDR2 DIMM/最大支持内存容量:4G/集成显卡:Intel GMAX3100/板载声卡:板载Realtek ALC662 6声道HD声卡

　　

技嘉 GA-EP43-US3L

　　

　　属于技嘉 P43系列 CPU插槽类型:LGA 775/支持CPU类型:支持Core 2 Extreme,Core 2 Quad,Core 2 Duo,Conroe,Pentium E,Pentium D系列处理器/北桥芯片:Intel P43/南桥芯片:ICH10/内存插槽数量:4 DDR2 DIMM/最大支持内存容量:16G/板载声卡:Realtek ALC888 8声道音效芯片/特色功能描述:动态节能,技嘉第三代超耐久技术