83. Методы повышения производительности микропроцессоров. Конвейеризация и суперскалярность. Hyper-threading.

Увеличение производительности ядра процессора, за счет поднятия тактовый частоты, имеет жесткое ограничение. Увеличение тактовой частоты влечет за собой повышение температуры процессора, энергопотребления и снижение стабильности его работы и срока службы. Поэтому разработчики процессоров применяют различные архитектурные решения, позволяющие увеличить производительность процессоров без увеличения тактовой частоты.

Конвейеризация - архитектурный прием, используемый в современных процессорах с целью повышения быстродействия. Идея заключается в разделении обработки компьютерной команды на последовательность независимых стадий с сохранением результатов в конце каждой стадии.

Обычно для выполнения каждой инструкции требуется осуществить некоторое количество однотипных операций, например, получение инструкции, раскодирование инструкции и т.п. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера. Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что повышает производительность процессора, но, однако, приводит к увеличению длительности простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода).

Суперскалярность – архитектура вычислительного ядра, при которой наиболее нагруженные блоки могут входить в нескольких экземплярах. Скажем, в ядре процессора блок выборки инструкций может нагружать сразу несколько блоков декодирования. В этом случае блоки, выполняющие более сложные действия и работающие дольше, за счет параллельной обработки сразу нескольких инструкций не будут задерживать весь конвейер. Однако параллельное выполнение инструкций возможно, только если эти инструкции – независимые.

Hyper-threading — технология, разработанная компанией Intel для процессоров на микроархитектуре NetBurst. HT реализует идею «одновременной мультипоточности». HT является развитием технологии суперпоточности, появившейся в процессорах Intel Xeon в феврале 2002 и в ноябре 2002 добавленной в процессоры Pentium 4. После включения HT один физический процессор (одно физическое ядро) определяется операционной системой как два отдельных процессора (два логических ядра). При определённых рабочих нагрузках использование HT позволяет увеличить производительность процессора. Суть технологии: передача «полезной работы» бездействующим исполнительным устройствам.