本文來(lái)自微信公眾號(hào)：編程技術(shù)宇宙 （ID：xuanyuancoding），作者：軒轅之風(fēng) O
CPU 里的時(shí)間
Hi，好久不見(jiàn)，我是 CPU 一號(hào)車(chē)間的阿 Q，不認(rèn)識(shí)我的話，可以看看：完了！CPU 一味求快出事兒了！
真的是好久不見(jiàn)了，人類(lèi)有個(gè)說(shuō)法叫天上一天，地上一年，而在我們的世界里，人類(lèi)一天，我們不知要過(guò)多少年～～
在我所在的 CPU 這座工廠里，時(shí)間的概念有些不太一樣。工廠大門(mén)外的中央廣場(chǎng)上掛著一個(gè)大大的鐘表，整個(gè)計(jì)算機(jī)世界里的居民能夠掐著時(shí)間過(guò)日子全都仰仗它，你們?nèi)祟?lèi)把它叫做晶振。
這個(gè)鐘表每隔 66000000 分之一秒就會(huì)報(bào)一次時(shí)，比人類(lèi)的鐘表不知道快到哪里去了。
早些年還是夠用的，不過(guò)隨著我們 CPU 工廠生產(chǎn)效率的不斷提升，我們多次向晶振提出提升報(bào)時(shí)的精度，想讓他報(bào)時(shí)報(bào)的的更快一些，不過(guò)都被拒絕了。給我們的理由是內(nèi)存那家伙聯(lián)合主板上其他單位帶頭反對(duì)，說(shuō)他們受條件限制，沒(méi)辦法像我們這么快。
靠人不如靠己，為此，咱們工廠專(zhuān)門(mén)設(shè)立了一個(gè)叫倍頻器的部門(mén)進(jìn)一步把這個(gè)報(bào)時(shí)細(xì)分，達(dá)到了 3600000000 分之 1 秒，作為我們工廠內(nèi)部工作作息的時(shí)鐘周期，這數(shù)字實(shí)在是太長(zhǎng)了，人類(lèi)為了好記，取了一個(gè)叫主頻的名字，表示 1 秒鐘報(bào)時(shí)的次數(shù)，就是 3.6GHz。
一不小心扯遠(yuǎn)了，這次想給大家說(shuō)一件事兒??????
指令依賴
我們這座工廠的任務(wù)就是不斷的執(zhí)行人類(lèi)編寫(xiě)的程序指令，咱廠里有 8 個(gè)車(chē)間，大家開(kāi)足了馬力，就能同時(shí)執(zhí)行 8 個(gè)線程，那速度那叫一個(gè)快。
可是廠里的老板還是嫌我們不夠快，那天居然告訴我們要每個(gè)車(chē)間執(zhí)行兩個(gè)線程，實(shí)現(xiàn)八核十六線程，是要把我們的勞動(dòng)力壓榨到極致！我們都滿肚子怨言??????
事情的起因是這樣的～～
有一次，我們一號(hào)車(chē)間的四人組趁著工作的空當(dāng)，又斗起了地主，突然領(lǐng)導(dǎo)過(guò)來(lái)視察。
“你們?cè)趺从衷谕妫渴枪ぷ髁坎伙柡蛦?？”，?jiàn)我們幾個(gè)閑著，領(lǐng)導(dǎo)一下就不高興了。
我趕緊上前解釋到：“不好意思領(lǐng)導(dǎo)，咱們剛剛執(zhí)行了一條指令，需要內(nèi)存中的一塊數(shù)據(jù)，剛好又不在緩存中，所以找內(nèi)存那家伙要數(shù)據(jù)去了，這不您也知道那家伙向來(lái)很慢，我們閑著也是閑著所以就稍微放松了一下??????”
聽(tīng)了我的話領(lǐng)導(dǎo)一下皺起了眉頭，“還給我狡辯，廠里現(xiàn)在不是用上了亂序執(zhí)行技術(shù)嗎？有這閑功夫你們可以先執(zhí)行后面的指令啊”
“這我們當(dāng)然知道，這不您看，我們把后面那幾條指令也都處理了，現(xiàn)在遇到了一條沒(méi)法提前執(zhí)行的指令才停下來(lái)的”
領(lǐng)導(dǎo)看了一下問(wèn)到：“為啥那條不能提前執(zhí)行？”
“那是一個(gè)加法指令，加數(shù)依賴于現(xiàn)在正在處理的指令的運(yùn)算結(jié)果呢，所以內(nèi)存那家伙不來(lái)消息，我們只能擱置著了”，我繼續(xù)解釋到。
領(lǐng)導(dǎo)聽(tīng)完，一臉不高興的離開(kāi)了。
資源閑置
過(guò)了幾天，領(lǐng)導(dǎo)又來(lái)到咱們一號(hào)車(chē)間來(lái)了，也不知道怎么回事，這明明有八個(gè)車(chē)間，領(lǐng)導(dǎo)怎么老愛(ài)往我們這邊跑。
不過(guò)這一次，我們沒(méi)有斗地主，正在辛辛苦苦的工作著。
當(dāng)時(shí)，我正在執(zhí)行一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，領(lǐng)導(dǎo)過(guò)來(lái)一看，拍了拍我的肩膀說(shuō)到：“喲，阿 Q，忙著吶，這是在做什么啊？”
我笑著說(shuō)到：“領(lǐng)導(dǎo)好，我剛剛用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算電路單元做了一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)乘法，正在等待計(jì)算結(jié)果呢”
領(lǐng)導(dǎo)點(diǎn)了點(diǎn)頭，往周邊巡視一圈，指著一堆設(shè)備問(wèn)到：“這一堆是什么？”
“哦，那是整數(shù)運(yùn)算電路單元，這條指令用不到它”
領(lǐng)導(dǎo)再次點(diǎn)了點(diǎn)頭，若有所思的離開(kāi)了。
超線程技術(shù)
又過(guò)了幾天，廠里召開(kāi)了一次會(huì)議，八個(gè)車(chē)間都派了代表參會(huì)。
會(huì)上，領(lǐng)導(dǎo)發(fā)話了：“前段時(shí)間我到各個(gè)車(chē)間視察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在咱們廠里資源浪費(fèi)的情況很?chē)?yán)重！”
二號(hào)車(chē)間的虎子一聽(tīng)就坐不住了，“領(lǐng)導(dǎo)，咱們大家伙工作都挺賣(mài)力的，哪里有浪費(fèi)啊？”
領(lǐng)導(dǎo)瞥了一眼，繼續(xù)說(shuō)到：“一方面，廠里的計(jì)算資源 —— 電路設(shè)備得不到充分利用，另一方面，又因?yàn)閮?nèi)存讀取緩慢、指令依賴等方面的原因，浪費(fèi)大家太多時(shí)間花在等待上”
八號(hào)車(chē)間的代表向來(lái)愛(ài)拍馬屁，接著領(lǐng)導(dǎo)的話問(wèn)到：“領(lǐng)導(dǎo)是有什么指示？我們八號(hào)車(chē)間絕對(duì)支持！”
“我們幾個(gè)管理層經(jīng)過(guò)討論，決定讓你們一個(gè)車(chē)間由現(xiàn)在執(zhí)行一個(gè)線程，變成執(zhí)行兩個(gè)線程！”
領(lǐng)導(dǎo)這話一出，會(huì)場(chǎng)竊竊私語(yǔ)此起彼伏?；⒆悠^小聲對(duì)我說(shuō)到：“這資本家改不了剝削的本色，這壓榨的也太狠了！”
領(lǐng)導(dǎo)咳嗽了幾聲，會(huì)場(chǎng)再次安靜了下來(lái)。
我起身問(wèn)到：“領(lǐng)導(dǎo)，這咱們一個(gè)車(chē)間怎么能執(zhí)行兩個(gè)線程呢，每個(gè)車(chē)間的寄存器只有一套，這用起來(lái)豈不是要亂掉？”
“這個(gè)你不用擔(dān)心，我們會(huì)給每個(gè)車(chē)間配兩套寄存器！”
五號(hào)車(chē)間的代表一聽(tīng)說(shuō)到：“要不再給我們添點(diǎn)人手吧，這樣效率肯定提升快！”
領(lǐng)導(dǎo)一聽(tīng)笑著說(shuō)到：“還添人手？要不要再給你們添點(diǎn)運(yùn)算設(shè)備？那我不如再增加幾個(gè)車(chē)間，還開(kāi)這會(huì)干嘛？這次會(huì)議的主題就是如何讓我們現(xiàn)有的資源得到最大程度的利用，減少浪費(fèi)現(xiàn)象！”
會(huì)場(chǎng)一度陷入了尷尬又緊張的氛圍。
還是虎子打破了安靜，“領(lǐng)導(dǎo)，這兩個(gè)線程的工作該怎么開(kāi)展，我們心底沒(méi)有數(shù)??！”
領(lǐng)導(dǎo)滿意的笑了一下：“這才是你們?cè)搯?wèn)的問(wèn)題嘛！每個(gè)車(chē)間回去重新分配一下工作，劃分為兩套班子，各自維護(hù)一套寄存器，對(duì)外宣稱(chēng)你們是兩個(gè)不同的物理核心，但各車(chē)間的緩存和計(jì)算資源還是只有一套。你們內(nèi)部協(xié)調(diào)好，在執(zhí)行代碼指令的時(shí)候，充分利用等待的時(shí)間執(zhí)行另一個(gè)線程的指令，這樣也不用擔(dān)心指令依賴的問(wèn)題?！?/p>
大家一邊聽(tīng)一邊做著筆記。
“還有，如果遇到資源閑置的情況，也可以同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)線程的指令。比如一個(gè)線程是執(zhí)行整數(shù)運(yùn)算指令，一個(gè)線程是執(zhí)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令，就可以一起來(lái)，讓工廠的計(jì)算資源充分用起來(lái)，別閑置?！?/p>
看我們都認(rèn)真的記著筆記，領(lǐng)導(dǎo)露出了滿意的笑容，“都記好了吧，我們給這項(xiàng)革命性的技術(shù)取了個(gè)特別酷的名字，叫超線程技術(shù)！”
散會(huì)后，大家都紛紛抱怨，把大家逼得這么緊，以后上班看來(lái)是沒(méi)法摸魚(yú)了，這日子真是越來(lái)越難過(guò)了。
毀譽(yù)參半的超線程
不過(guò)，抱怨歸抱怨，大家還是得按照新規(guī)來(lái)執(zhí)行。
很快，廠里就落地了這項(xiàng)技術(shù)，咱們一個(gè)車(chē)間搖身一變，變成了倆，咱們?cè)瓉?lái)八核八線程的 CPU 一下變成了八核十六線程。操作系統(tǒng)那幫人都被我們給騙了，還以為咱們是十六核的 CPU 呢！
不過(guò)畢竟計(jì)算資源還是只有一份，遇到兩個(gè)線程都要使用同樣的計(jì)算單元時(shí)，還是得要排隊(duì)，還要花時(shí)間在兩個(gè)線程之前的協(xié)調(diào)工作上，所以整體工作效率的根本沒(méi)有 2 倍，絕大多數(shù)時(shí)候能提升個(gè) 20%-30% 就不錯(cuò)了。
不僅如此，車(chē)間改造后，增加了新的邏輯電路單元，咱這 CPU 工廠的功耗也更大了，工廠門(mén)口那座巨大的風(fēng)扇也得加大馬力給我們降溫了。
廠子里對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的反對(duì)聲音開(kāi)始不絕于耳。
不過(guò)后來(lái)發(fā)生了一件事，讓人們不得不關(guān)閉這項(xiàng)技術(shù)。聽(tīng)聞這個(gè)消息，我們都樂(lè)開(kāi)了花，看來(lái)又可以繼續(xù)摸魚(yú)了??????
彩蛋
每當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包到來(lái)，網(wǎng)卡那家伙就通過(guò)中斷告訴我們 CPU 去處理。
可咱明明有 8 個(gè)車(chē)間，它非得一個(gè)勁的只給我們車(chē)間發(fā)中斷，搞得我們都沒(méi)法好好工作。
終于，我忍不住了??????
預(yù)知后事如何，請(qǐng)關(guān)注后續(xù)精彩??????
說(shuō)明：
超線程技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間其實(shí)早于多核技術(shù)。本故事僅為敘述方便，不代表二者真實(shí)的發(fā)展順序。
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