cpu 内核 逻辑处理器的关系

 6核CPU,12个逻辑处理器
一颗内核在一个时间片内只能执行一个内核线程;当物理CPU使用了超线程技术后,在CPU的一颗内核中,利用就是利用其中空闲的执行单元,模拟出另外一个核心(并不是真正的物理运算核心),使得CPU的这颗内核有两个逻辑核心,也就是所谓的逻辑CPU,此时物理CPU的一颗内核在一个时间片内理论上可同时执行两个内核线程,从而提高了整个CPU的工作效率,此时逻辑CPU的数量=物理CPU的数量x单个CPU的内核数x2。值得注意的是,一颗内核并不代表只能有一个或者两个逻辑CPU,也可以有4个逻辑CPU或者更多。

逻辑CPU是供超线程使用的。

超线程技术介绍

        超线程(HT, Hyper-Threading)是英特尔研发的一种技术,于2002年发布。超线程技术原先只应用于Xeon 处理器中,当时称为“Super-Threading”。之后陆续应用在Pentium 4 HT中。早期代号为Jackson。 [1] 

        通过此技术,英特尔实现了在一个实体CPU中,提供两个逻辑线程。之后的Pentium D纵使不支持超线程技术,但就集成了两个实体核心,所以仍会见到两个线程。超线程的未来发展,是提升处理器的逻辑线程。英特尔于2016年发布的Core i7-6950X便是将10核心的处理器,加上超线程技术,使之成为20个逻辑线程的产品。 [1]

基本简介

        超线程技术把多线程处理器内部的两个逻辑内核模拟成两个物理芯片,让单个处理器就能使用线程级的并行计算,进而兼容多线程操作系统和软件。超线程技术充分利用空闲CPU资源,在相同时间内完成更多工作。 [2] 

        虽然采用超线程技术能够同时执行两个线程,当两个线程同时需要某个资源时,其中一个线程必须让出资源暂时挂起,直到这些资源空闲以后才能继续。因此,超线程的性能并不等于两个CPU的性能。而且,超线程技术的CPU需要芯片组、操作系统和应用软件的支持,才能比较理想地发挥该项技术的优势。 [2] 

运作方式

        每个单位时间内,一个单运行管线的CPU只能处理一个线程(操作系统:thread),以这样的单位进行,如果想要在一单位时间内处理超过一个线程是不可能的,除非是有两个CPU的实体单元。双核心技术是将两个一样的CPU放置于一个封装内(或直接将两个CPU做成一个芯片),而英特尔的多线程技术是在CPU内部仅复制必要的资源、让两个线程可同时运行;在一单位时间内处理两个线程的工作,模拟实体双核心、双线程运作。 [3] 

        Intel自Pentium开始引入超标量、乱序运行、大量的寄存器及寄存器重命名、多指令解码器、预测运行等特性;这些特性的原理是让CPU拥有大量资源,并可以预先运行及平行运行指令,以增加指令运行效率,可是在现实中这些资源经常闲置;为了有效利用这些资源,就干脆再增加一些资源来运行第二个线程,让这些闲置资源可执行另一个线程,而且CPU只要增加少数资源就可以模拟成两个线程运作。 [3] 

        P4处理器需多加一个Logical CPU Pointer(逻辑处理单元)。因此P4 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)并未增加,且是共享的。 [3]

与多核心区别

        超线程技术与多核体系结构的区别如下:①超线程技术是通过延迟隐藏的方法,提高了处理器的性能,本质上,就是多个线程共享一个处理单元。因此,采用超线程技术所获得的性能并不是真正意义上的并行。从而采用超线程技术获得的性能提升,将会随着应用程序以及硬件平台的不同而参差不齐。②多核处理器是将两个甚至更多的独立执行单元,嵌入到一个处理器内部。每个指令序列(线程),都具有一个完整的硬件执行环境,所以各线程之间就实现了真正意义上的并行。 [2] 

        超线程技术与多核技术相结合可以给应用程序带来更大的优化空间,进而极大地提高系统的吞吐率。 [2]

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