（概念）多个CPU和多核CPU和超线程

简介

在本文中，我将主要介绍与CPU相关的一些重要概念和技术. 如果您想更好地了解操作系统，请从本文开始.

中央处理单元（中央处理单元）

在理解其他概念之前，我们应该首先了解CPU是什么，它做什么以及它的主要组件和相应功能是什么？

简单地说，CPU实际上是计算机内部的电子电路. 根据一些特定的指令，它可以执行基本操作，逻辑，控制和IO操作. CPU的主要组件包括:

当今大多数CPU是微处理器，也就是说，它们包含在单个集成电路芯片中. 包括CPU的集成电路也可以包括存储器，接口和其他计算机组件. 这种集成设备称为微控制器或片上系统（SoC）. 某些计算机使用多核处理器，即单个芯片包含2个或更多CPU（也称为“核”）. 在这种情况下，有时将单个芯片称为“插槽”.

下图显示了CPU，主内存和IO之间的交互.

上图的来源: “计算机系统-程序员的视角”书

多个CPU

纵观此数字计算机的历史，我们的目标一直是希望计算机做得更多，更快. 因此，在超线程和多核CPU出现之前，人们曾想过通过增加CPU数量来提高计算机的性能和速度，但是这种方法尚未在个人PC中普及. 我们将仅使用某些超级计算机，或者某些服务器将看到此多CPU计算机. 因为主板上有多个CPU需要多个CPU插槽，所以将多个CPU插入了不同的插槽中. 同时，主板还需要其他硬件才能将这些CPU插槽连接到RAM和其他资源. 如果CPU需要相互通信，那么具有多个CPU的系统将有很多开销.

超线程

由于多个CPU的缺点，它尚未进入公众的计算机. 因此，消费类计算机的计算从未达到并行状态，并且计算机的速度尚未加快. 直到多核处理器和超线程技术的出现，这种情况才改变. 超线程的概念由英特尔提出. 这个伟大的公司希望将计算机的并行计算功能引入个人PC. 它进入流行PC的第一个产品是2002年的Pentium 4 HT. 该处理器只有一个CPU内核，因此一次只能做一件事. 但是超线程技术的出现弥补了这一不足.

超线程有时也称为同时多线程，它允许我们的单核CPU执行多个控制进程. 这项技术将涉及备份某些CPU硬件的某些信息，例如程序计数器和寄存器文件，例如，对于执行浮点运算的单元只有一个备份，可以共享. 传统处理器需要大约20,000个时钟周期程之间进行切换，而采用超线程技术的处理器仅需要1个时钟周期，因此这大大降低了线程之间切换的成本. 超线程技术的关键点是: 当我们在处理器中执行代码时，很多时候处理器将不会使用所有的计算能力，部分计算能力将处于空闲状态，并且超线程技术将在更大程度上“挤压”处理器. 例如，如果某个线程必须等待直到将某些数据加载到缓存中才能继续执行，则此时CPU可以切换到另一个线程来执行，而不是闲置并等待当前线程的IO完成执行.

超线程使操作系统认为处理器的内核数是实际内核数的两倍，因此，如果处理器具有4个内核，则操作系统将认为处理器具有8个内核. 这项技术通常可以提高程序的性能，通常在15％-30％的范围内. 对于某些程序，其性能甚至可能低于20％. 实际上，性能是否提高完全取决于具体情况. 程序. 例如，如果这两个逻辑核心需要使用处理器的相同组件，则线程必须等待. 因此，超线程仅仅是一种“欺骗”方法. 对于某些程序，它可以更有效地利用CPU的计算能力，但是它的性能远远低于具有2核的处理器，因此它不能代替具有2核的真实处理器. 但是它们都是2核处理器，一个拥有超线程技术，而另一个则没有，因此，在大多数情况下，使用该技术的处理器要比没有处理器好.

超线程的例证

在操作系统中，多线程的概念很容易理解，因为线程是进程的最小调度单元，并且一个进程至少包含一个线程. 本文将介绍特定于CPU的超线程技术. 简而言之，多线程更软，超线程更难，两者本质上都是虚拟化的.

1. 什么是超线程（超线程）？

超线程实际上是同时进行的多线程处理，这是一种允许CPU执行多个控制流的技术. 它的原理非常简单，就是将一个CPU用作两个CPU，具有超线程功能的物理CPU变为两个逻辑CPU，并且该逻辑CPU与操作系统的物理CPU并无不同. . 因此，操作系统会将工作线程分配给这两个（逻辑）CPU以便执行，以便可以在同一CPU上同时执行（多个或单个）应用程序的多个线程. 注意: 两个逻辑CPU共享一个物理CPU的所有执行资源. 因此，我们可以认为超线程技术是CPU的虚拟化.

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