CPU超线程技术实验报告

经济信息管理及计算机应用系实验报告.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2014-5-7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【实验目的及要求】（1）了解CPU超线程的知识。（2）了解多核与超线程之间的区别。实验要求（1）自行上网搜集资料，了解CPU超线程的知识。并自行总结之后，写入实验报告中。(2)实验报告中最好能使用一些图表、图例。(3)字数不得少于1000字。【实验原理】【实验环境】（使用的软件）1、操作系统；2、应用软件；3、microsoftword实验内容：CPU超线程超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，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，提高的CPU的运行效率效能提升\o"编辑本段"编辑一般很多人都会认为，采用超线程技术，就能使得系统效能大幅提升，但是事实真是如此么？不要忘了我们前面说到的超线程技术实现的必要条件，这可是超线程技术发挥应有效能的前提条件。除了操作系统支持之外，还必须要软件的支持。从这点我们就可以看出，就软件现状来说，支持双\o"查看图片"超线程技术处理器技术的软件毕竟还在少数。对于大多数软件来说，由于设计的原理不同，还并不能从超线程技术上得到直接的好处。因为超线程技术是在线程级别上并行处理命令，按线程动态分配处理器等资源。该技术的核心理念是“并行度（Parallelism）”，也就是提高命令执行的并行度、提高每个时钟的效率。这就需要软件在设计上线程化，提高并行处理的能力。而PC上的应用程序几乎没有为此作出相应的优化，采用超线程技术并不能获得效能的大幅提升。上面说的只是软件支持的现状，操作系统在这个方面则没有太大的问题，毕竟Windows的某些版本、Linux都是支持多处理器的操作系统。并且随着Intel支持超线程技术的处理器面世之后，凭借Intel处理器的号召力，必然会引起应用程序设计上的改变，必然会有更多的支持并行线程处理的软件面世，届时，当然是支持超线程处理器大显身手的时候了。那时候，普通用户才能够从超线程技术中得到最直接的好处。提升CPU性能需要尽管提高CPU的时钟频率和增加缓存容量后的确可以改善CPU性能，但这样的CPU性能提高在技术上存在较大的难度。实际上在应用中基于很多原因，CPU的执行单元都没有被充分使用。如果CPU不能正常读取数据（总线/内存的瓶颈），其执行单元利用率会明显下降。另外就是大多数执行线程缺乏ILP（Instruction-LevelParallelism，多种指令同时执行）支持。这些都造成了CPU的性能没有得到全部的发挥。因此，Intel则采用另一个思路去提高CPU的性能，让CPU可以同时执行多重线程，就能够让CPU发挥更大效率，即所谓“超线程（Hyper-Threading，简称“HT”）”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\o"查看图片"超线程技术一时间执行两个线程，P4处理器需要多加入一个LogicalCPUPointer（逻辑处理单元）。因此新一代的P4（奔腾4）HT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）、L2Cache（二级缓存）则保持不变，这些部分是被分享的。虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不象两个真正的CPU那样，每个CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。超线程技术英特尔P4超线程有两个运行模式，SingleTaskMode（单任务模式）及MultiTaskMode（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-ThreadingCPU运行SingleTaskMode程序模式时，有可能达不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。需要注意的是，含有超线程技术的CPU需要芯片组、软件支持，才能比较理想的发挥该项技术的优势。操作系统如：MicrosoftWindowsXP、MicrosoftWindows2003，Linuxkernel2.4.x以后的版本也支持超线程技术。支持超线程技术的芯片组包括如：Intel芯片组：845、845D和845GL是不支持支持超线程技术的；845E芯片组自身是支持超线程技术的，但许多主板都需要升级BIOS才能支持；在845E之后推出的所有芯片组都支持支持超线程技术，例如845PE/GE/GV以及所有的865/875系列以及915/925系列芯片组都支持超线程技术。ⅥA芯片组：P4X266、P4X266A、P4M266、P4X266E和P4X333是不支持支持超线程技术的，在P4X400之后推出的所有芯片组都支持支持超线程技术，例如P4X400、P4X533、PT800、PT880、PM800和PM880都支持超线程技术。SIS芯片组：SIS645、SIS645DX、SIS650、SIS651和早期SIS648是不支持支持超线程技术的；后期的SIS648、SIS655、SIS648FX、SIS661FX、SIS655FX、SIS655TX、SIS649和SIS656则都支持超线程技术。ULI芯片组：M1683和M1685都支持超线程技术。ATI芯片组：ATI在Intel平台所推出的所有芯片组都支持超线程技术，包括Radeon9100IGP、Radeon9100ProIGP和RX330。nVidia芯片组：即将推出的nForce5系列芯片组都支持超线程技术。工作原理\o"编辑本段"编辑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\o"查看图片"超线程技术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闲置的处理单元。例如：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。对于Prescott处理器，发热量大也主要是因为它。前提条件\o"编辑本段"编辑需要CPU支持正式支持超线程技术的CPU有Pentium43.06GHz、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Corei7也支持超线程技术，超线程技术令Corei7可以由四核模拟出八核。主板芯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，\o"查看图片"超线程技术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Corei7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。主板BIOS支持主板厂商必须在BIOS中支持超线程才行。操作系统支持微软的操作系统中WindowsXP专业版，WindowsVista，Windows7，Windowsserver2003，WindowsServer2008支持此功能，而在Windows2000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。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，游戏软件极少有支持的。应用软件有Office2000、OfficeXP等。另外Linuxkernel2.4.x以后的版本也支持超线程技术。小结超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，从而兼容多线程操作系统和软件，提高处理器的性能。操作系统或者应用软件的多线程可以同时运行于一个HTT处理器上，两个逻辑处理器共享一组处理器执行单元，并行完成加、乘、负载等操作。这样就可以使得运行性能提高30%，这是因为在同一时间里，应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒钟能够处理成千上万条指令，但是在任一时刻只能够对一条指令进行操作。而“超线程”技术可以使芯片同时进行多线程处理，使芯片性能得到提升。优缺点\o"编辑本段"编辑HT技术优点⒈超线程技术的优势在于同时进行多任务批处理工作，尽管支持超线程技术的软件不多，也只有少数的软件可以享受到由超线程技术带来的性能提升，但是这符合今后软件等技术的发展方向，今后更多的软件将受益于超线程技术。⒉从目前来看，部分客户发可以发觉在运行某些特定软件时，超线程技术让系统有了30%的性能提升，为超线程技术优化的软件都能够享受到超线程技术的好处。⒊客户同时运行两个以上的软件软件时候，将可以明显的感受到这两个软件的性能都得到提升相比关闭超线程技术的情况下都有很大的提升，超线程技术的效率优势只有在多任务操作时候才能得到发挥。⒋另外支持超线程技术的WindowsXP操作系统，其中的很多系统软件都已经针对超线程技术优化过，因此在使用Windows操作系统的时候可以很好的享受到超线程技术带来好处。HT技术缺点⒈因为超线程技术是对多任务处理有优势，因此当运行单线程运用软件时，超线程技术将会降低系统性能，尤其在多线程操作系统运行单线程软件时将容易出现此问题（这也是在WindowsXP中运行显卡的测试软件时候，得分下降了一点）。⒉在打开超线程支持后，如果处理器以双处理器模式工作，那么处理器内部缓存就会被划分成几区域，互相共享内部资源。对于不支持多处理器工作的软件在双处理器上运行时出错的概率要比单处理器上高很多。⒊因为很多工作站软件为Windows2000操作系统进行过优化，但是采用Windows2000这样的操作系统的工作站无法完全利用超线程技术的优势，也带来不了高的工作效率。通过上面的解答，我们应该知道了超线程技术的确实对系统性能提升有好处，但是这仅对多任务处理的时候有优势，在进行单各任务处理的时候，优势表现不出来，而且因为打开超线程，处理器内部缓存就会被划分成几区域，互相共享内部资源，造成单个的子系统性能下降。个人认为，用户在进行单任务操作时候