主流双核微处理器 技术分析及性能对比 陈丰 李宏量 孙瑜杰 2006-06-26 计算机体系结构课程论文课堂报告

引言-背景 一直以来,处理器的频率就像夜空中最耀眼的星星,吸引着人们的目光.在90年代,频率对于处理器来说简直就是性能的唯一标尺. 长久以来CPU在摩尔定律指引下保持高速发展:CPU速度每18个月提高一倍,而价格下降为原来的二分之一. 计算机体系结构课程论文课堂报告

频率提高遭遇瓶颈 当处理器的频率进入了“G”时代后，频率对于处理器综合性能的影响力开始减弱。 AMD的低频产品同样可以拥有其标称值(PR)性能，Intel用于迅驰平台的低频移动处理器也能够轻松击败其自家的高频产品。 计算机体系结构课程论文课堂报告

产生问题 在现有工艺下,普通单核心处理器的频率难于提升,性能没有质的飞跃,反而在功耗散热、良品率以及成本的控制上给厂商带来了众多难题。 由于频率难于提升，Intel在发布3.8GHz的产品以后只得宣布停止4GHz的产品计划；而AMD在实际频率超过2GHz以后也无法大幅度提升，3GHz成为了AMD无法逾越的一道坎。 计算机体系结构课程论文课堂报告

CPU的高功耗和高发热 计算机体系结构课程论文课堂报告

CPU功耗发展图 计算机体系结构课程论文课堂报告

新技术引入-双/多核心处理器 所谓双核心处理器，简单地说就是在一块CPU基板上集成两个处理器核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。 双核心并不是一个新概念，而只是CMP(Chip Multi Processors，单芯片多处理器)中最基本、最简单、最容易实现的一种类型。 其实在RISC处理器领域，双核心甚至多核心都早已经实现,但此时双核心处理器架构还都是在高端的RISC领域. 直到前不久Intel和AMD相继推出自己的双核心处理器，双核心才真正走入了主流的X86领域。 计算机体系结构课程论文课堂报告

与HT(超线程)技术对比 计算机体系结构课程论文课堂报告

Intel把它比喻作原始人只懂起一个炉头做饭。 Intel向厂商提供的资料中，Intel把双核心原理形象的比喻为一名厨师。一位厨师在同一时间只能做出一道美味的菜肴，因此客人点的下一道菜必需等上一道菜完成后才可以继续。虽然我们可以进行多项任务，但实际上每一个线程只能处理一个工作. Intel把它比喻作原始人只懂起一个炉头做饭。 而Intel的Hyper-Threading就好比一个厨师用两手同一时间熟两个食物，虽然效率会比单线称处理好些，但还是有很多限制。 而双核心就好比两个厨师分开煮两个食物，效率当然比Hyper-Threading更佳，另外Intel的双核心还会拥有Hyper-Threading技术，即代表两个厨师两只手，同一时间可以运作四个线程。 计算机体系结构课程论文课堂报告

技术剖析-Intel篇 Intel目前的桌面平台双核心处理器代号为Smithfield，基本上可以简单看作是把两个Pentium 4所采用的Prescott核心整合在同一个处理器内部，两个核心共享前端总线，每个核心都拥有独立的1MB二级缓存，两个核心加起来一共拥有2MB。 由于处理器中的两个内核都拥有独立的缓存，因此必须保证每个物理内核的缓存信息必须保持一致，否则就会出现运算错误。 计算机体系结构课程论文课堂报告

此即cache数据的一致性问题，双核心处理器需要“仲裁器”来作协调。 例如在系统的内存数据区记录着A＝1；如果Core1对此数据区进行读写操作，并且改写为A＝0，那么Core2的cache也必须进行更新，把A更新为0，否则的话，在以后的操作中数据就会出错。 此即cache数据的一致性问题，双核心处理器需要“仲裁器”来作协调。 Intel将这个协调工作交给了北桥芯片：两个核心需要同步更新处理器内缓存的数据时，需要通过前端总线再通过北桥作更新。 计算机体系结构课程论文课堂报告

技术剖析-AMD篇 AMD的技术架构为实现双核和多核奠定了坚实的基础, 其Athlon 64处理器内部整和了内存控制器, 在当初Athlon 64设计时就为双核心做了考虑。 AMD采用了SRQ(System Request Queue,系统请求队列)技术,在工作的时候每一个核心都将其请求放在SRQ中,当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心,所以其缓存数据的一致性不需要通过北桥芯片,直接在处理器内部就可以完成。 AMD双核心处理器的仲裁器是在CPU内部而不是在北桥芯片上，所以在主板芯片组的选择上要比Intel双核心处理器要宽松得多，甚至可以说与主板芯片组无关。 计算机体系结构课程论文课堂报告

由于成本方面考虑,目前AMD是采用双核心共享单内存控制器的做法。 计算机体系结构课程论文课堂报告

实际性能考察 计算机体系结构课程论文课堂报告

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CPUmark99测试 开启双核 关闭双核 计算机体系结构课程论文课堂报告

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SuperPi测试-情况类似 计算机体系结构课程论文课堂报告

SisoftSandra测试 计算机体系结构课程论文课堂报告

TMPGEncPlus测试 TMPGEnc Plus是一个视频音频压缩、转换软件，这类软件往往由于专业性较强而较早的提供了对多处理器的支持。 分别在双核状态下运行单个任务和双个任务,观察CPU使用情况 计算机体系结构课程论文课堂报告

双核状态运行单个TMPGEnc Plus 用时:3分37秒 计算机体系结构课程论文课堂报告

双核状态同时运行两个TMPGEnc Plus 用时:6分10秒 计算机体系结构课程论文课堂报告

关闭双核 时间:5分23秒，是开启双核花费时间的1.49倍！ 计算机体系结构课程论文课堂报告

游戏测试简述 总共测试了6个游戏项目，而双核处理器的表现可以说并没有给我们惊喜。在6个项目中，双核心PD 840只有微弱的优势,而这些并不显著优势还是建立在高分辨率以及双显卡SLI平台之上的。 其实得到这样的结果也并不意外，因为双核架构的优势在目前的游戏上很难体现出效果。一来，针对双核架构设计的游戏目前还没有真正意义上存在，并且估计未来一段时间内也不会出现。二来，在驱动方面，虽然NVIDIA早先的Forceware就宣称针对双核进行了优化，但我们看到的效果却并不明显。 计算机体系结构课程论文课堂报告

总结 从测试结果可以看出，如果你问我双核比单核来说是不是性能有提高，那么我回答你是有提高的；如果你问我双核处理器对你来说有没有用，那么我回答你得看你的应用状况了，你是不是会用到支持多CPU的软件，或者会不会经常同时进行多个操作或者使用大型专业软件(如视频图像处理,音频处理,长时间编译等)，如果你的回答是肯定的，那么我的回答也是肯定的。 计算机体系结构课程论文课堂报告

过对双核技术的分析,可以看出双核心技术对于解决近期CPU频率提升瓶颈已经随之而来的性能瓶颈具有革命性的作用。至少在理论上它的出现为CPU厂家带来了新的希望和卖点,也让用户有机会接触到更高性能的处理器。当然这只是体现在理论上,如果要双核处理器真正发挥他的实力,勿庸置疑需要主板架构,操作系统,应用软件的全方位支持,这在测试中已经体现出来,支持双核与不支持双核的软件在CPU使用率上几乎是2:1的关系.如果没有这些支持,那么双核只能浪费在那里,无法全速运行。 计算机体系结构课程论文课堂报告

价格方面 如果单核和双核的价格差不多，选择双核还是单核这个问题，相信已经不用我来回答了。 目前看来Intel和AMD都在低端双核处理器上大做文章,大打价格战.其双核产品价格已经到达千元以内,相信双核处理器的普及只是时间问题。 计算机体系结构课程论文课堂报告

感谢张老师和刘老师! Thank you! 计算机体系结构课程论文课堂报告