Защо по-новите поколения на процесорите са по-бързи при същата скорост на часовника?

Може би сте любопитни как по-новите поколения процесори могат да бъдат по-бързи при същите честоти като по-старите процесори. Дали това е просто промяна във физическата архитектура или нещо повече? Днешната публикация за въпроси и отговори SuperUser има отговори на любопитни въпроси на читателя.

Днешната сесия за въпроси и отговори идва при нас с любезното съдействие на SuperUser - подразделение на Stack Exchange, групирано от общността уеб сайтове за въпроси и отговори.

Снимката е предоставена от Родриго Сена (Flickr).

Въпроса

Четецът на SuperUser agz иска да знае защо по-новите поколения процесори са по-бързи със същата скорост на часовника:

Защо например 2.66 GHz двуядрен Core i5 е по-бърз от 2.66 GHz Core 2 Duo, който също е двуядрен?

Дали това се дължи на по-новите инструкции, които могат да обработват информацията в по-малко цикли? Какви други архитектурни промени са включени?

Защо по-новите поколения процесори са по-бързи при една и съща тактова честота?

Отговорът

Участниците в SuperUser Дейвид Шварц и Breakthrough имат отговор за нас. Първо, Дейвид Шварц:

Обикновено това не е поради по-нови инструкции. Това е само защото процесорът изисква по-малко цикли на инструкции за изпълнение на същите инструкции. Това може да се дължи на редица причини:

1. Големите кеши означават по-малко време, което се губи в очакване на паметта.
2. Повече изпълнителни единици означава по-малко време, чакащо да започне работа по инструкция.
3. По-доброто предсказване на бранша означава по-малко време, което губи спекулативно изпълнение на инструкции, които всъщност никога не трябва да бъдат изпълнявани.
4. Подобренията в единицата за изпълнение означават по-малко време в очакване на завършване на инструкциите.
5. По-кратките тръбопроводи означават, че тръбопроводите се запълват по-бързо.

И така нататък.

Следван от отговора от пробив:

Абсолютната окончателна референция е наръчниците за разработчици на софтуер Intel 64 и IA-32. Те подробно описват промените между архитектурите и са чудесен ресурс за разбиране на архитектурата x86.

Бих препоръчал да изтеглите комбинираните томове 1 до 3C (първата връзка за изтегляне на страницата, посочена по-горе). Том 1, глава 2.2 съдържа информацията, която искате.

Някои общи различия, изброени в тази глава, преминаващи от ядрото до микроархитектурата Nehalem / Sandy Bridge са:

• Подобрено предсказване на клоновете, по-бързо възстановяване от погрешно прогнозиране
• Технология HyperThreading
• Интегриран контролер на паметта, нова йерархия на кеша
• По-бързо обработване на изключения с плаваща запетая (само за Sandy Bridge)
• Подобряване на честотната лента на LEA (само Sandy Bridge)
• AVX разширения за инструкции (само за Sandy Bridge)

Пълният списък може да бъде намерен в горепосочената връзка (том 1, глава 2.2).

Не забравяйте да прочетете повече от тази интересна дискусия чрез линка по-долу!

Имате ли какво да добавите към обяснението? Звучи в коментарите. Искате ли да прочетете повече отговори от други технологични потребители на Stack Exchange? Вижте пълната тема за дискусия тук.