微机原理与接口技术论文.

微机原理与接口技术

根据微处理器的最新发展(超线程技术、双核技术,从Intel系列微处理器整体着眼,又落实到最基本、最常用的8086处理器,介绍了微机系统原理、Intel系列微处理器结构、8086指令系统和汇编语言程序设计、主存储器及与CPU的接口、输入输出、中断以及常用的微机接口电路和数模(D/A转换与模数(A/D转换接口。

超线程技术(HT即超线程技术

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。

1效能提升

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(Par allelism”,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。

2必然性

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-Level Parallelism,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一样在同一时间执行两个线程,P4处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer(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、L2 Cache(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。英特尔P4 超线程有两个运行模式,Single Task Mode(单任务模式及Multi Task Mode (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-Threading CPU运行Single Task Mode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:Microsoft Windows XP、Microsoft Windows

2003,Linuxkernel 2.4.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Radeon 9100 IGP、Radeon 9100 Pro IGP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。

3工作原理