作者samsung

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很多大大認為100% cpu佔用就是cpu所有單元都在忙了，發揮最大效率了，實際上，100% 的cpu佔用，只說明進程把這個cpu給霸滿了，但CPU到底忙不忙，那是另外一回事。其實在99.999%的情況下，100%佔用的cpu，都是將近一半的時間在等待，剩下一半的工作時間最多也只能用到2/3的運算單元，也就是說，即使是100% 的cpu佔用，cpu其實最多也只有發揮了30%-40%的能力

那為什麼會這樣呢？

第一大CPU不能發揮的原因，就是緩衝區不命中導致的取指，數據的等待

眾所周知，CPU的速度遠遠大於內存等外設，如果沒有特別的措施，每執行一條指令，CPU都要等十幾倍的時間從內存中取指令和數據，所以我們才設計了比內存快的多得一級，二級，甚至三級緩存來加速，但相對於256M 512M 1G 2G的內存16K的一級緩存和512K 或1M的2級緩存實在是太小了，最好情況是CPU直接在1級緩存中找到數據，這樣會沒有延遲，但只有16K的一級緩存往往是找不到的，這時就要到2級緩衝中尋找並填入1級緩衝中，這就會有3-5個甚至更多個週期的延遲，如果2級緩衝還找不到，這也是常有的事，CPU就會啟動內存總線，開始緩衝區填充，把數據從內存中取回緩衝區。由於DDR,DDR2的潛伏期和相對的低頻率，這個過程要十幾二十幾個週期

CPU運行時就是這樣的受制與慢速內存，不斷的等待

第二個CPU不能發揮的原因，是IO端口的存取

CPU操作硬盤等外設時，需要通過IO端口，DMA等存取比內存還慢的多得系統總線，雖然有中斷和IO芯片的幫助，但這是比內存存取還糟10倍的情況，更糟的是在共享的總線上還常遇到衝突和總線等待的情況，對此大家用電腦時應該都有切身體會

第三個CPU不能發揮的原因，是不能充分並行和充分使用CPU執行單元

P4有5個整數單元，其中四個是雙倍的，
所以P4有9個整數單元，2個浮點單元

Athlon 有6個整數單元，3個浮點單元

（其實看這個大家就應該知道，為什麼I在媒體和商業程序超過A，A在spuer pi和一些game中超過I，CPU設計不同，沒什麼好吵的）

但A, I的CPU每時鐘週期同時執行指令數的最大理論數是3,4條，遠遠小於執行單元數，這是因為一些複雜指令和sse， 3D now指令需要不止一個執行單元，但實際上CPU執行時95%的指令都是簡單指令，於是我們就看到，絕大部分情況下，即使CPU以最大並行度運算，也只有 4,5個執行單元在執行，其他的都在閒置

況且，更重要的是，CPU並不能以他的最大理論數同時執行指令。

我們的X86指令集和X86程序本質上都是單線設計的，一週期一操作，執行完上一條在執行下一條，其實本不能在一個週期裡執行超過一條的指令，所以在現代CPU設計裡，使用了很多技巧--亂序執行（在前後指令沒有依存關係時同時執行他們），分值預測（在還沒做條件判斷是超前執行後面的指令）--等等來實現並行效果，但這些技術都是有局限的，所以雖然A, I的CPU每時鐘週期同時執行指令數的最大理論數是3,4條，但實際上平均同時只有2條左右，cpu的執行單元大部分都是空閒的。

（這個情況直接根源於x86指令架構的落後，無論是IBM PPC的SIMD結構 還是Intel IA64的甚長指令架構都是真正的並行架構，實際上，除了X86，你在現在其他CPU裡是找不到如此落後和古老的指令架構了，這是X86的輝煌還是悲哀呢）
除了以上三大原因，其他很多原因，包括操作系統進程切換，流水線清空，寄存器換名和重置等等很多原因都會造成CPU的浪費，他們雖比不上上面的三大原因，但加起來也是很大的數目

看到這裡，大家就知道HT的原理了

HT使每週期同時執行指令數的最大理論數提高了一倍，在一個進程因為取指，數據的等待，IO操作...等等等待時，另一個進程可以乘機運行，同時，在一個進程不能充分並行和充分利用所有的執行單元時，另一個進程可以可以利用剩下的單元