Warum sind neuere Generatorengeneratoren bei gleicher Taktgeschwindigkeit schneller?

Sie könnten neugierig sein, wie neuere Generationen von Prozessoren bei denselben Taktraten schneller sein können als ältere Prozessoren. Ist es nur eine Änderung in der physischen Architektur oder ist es etwas mehr? Der heutige Q & A-Beitrag von SuperUser enthält Antworten auf die Fragen eines neugierigen Lesers.

Die heutige Question & Answer-Sitzung wird dank SuperUser zur Verfügung gestellt - einer Unterteilung von Stack Exchange, einer Community-basierten Gruppierung von Q & A-Websites.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Rodrigo Senna (Flickr).

Die Frage

SuperUser Reader agz möchte wissen, warum neuere Prozessorgenerationen bei gleichem Takt schneller sind:

Warum wäre beispielsweise ein Dual-Core-Core-i5 mit 2,66 GHz schneller als ein Core-2-Duo mit 2,66 GHz, der ebenfalls Dual-Core ist?

Liegt das an neueren Anweisungen, die Informationen in weniger Taktzyklen verarbeiten können? Welche anderen architektonischen Änderungen sind damit verbunden??

Warum sind neuere Prozessorgenerationen bei gleichem Takt schneller??

Die Antwort

Die Superuser-Mitwirkenden David Schwartz und Breakthrough haben die Antwort für uns. Zunächst einmal David Schwartz:

Normalerweise liegt es nicht an neueren Anweisungen. Dies liegt nur daran, dass der Prozessor weniger Befehlszyklen benötigt, um dieselben Anweisungen auszuführen. Dies kann viele Gründe haben:

1. Große Caches bedeuten weniger Wartezeit auf Speicher.
2. Mehr Ausführungseinheiten bedeuten weniger Zeit, um auf den Befehl zu warten.
3. Bessere Verzweigungsvorhersagen bedeuten weniger Zeit für spekulativ ausgeführte Anweisungen, die niemals ausgeführt werden müssen.
4. Verbesserungen an der Ausführungseinheit bedeuten weniger Wartezeit für den Abschluss der Anweisungen.
5. Kürzere Pipelines bedeuten, dass Pipelines schneller gefüllt werden.

Und so weiter.

Gefolgt von der Antwort von Breakthrough:

Die absolute endgültige Referenz sind die Software-Entwicklerhandbücher für Intel 64 und IA-32. Sie beschreiben detailliert die Änderungen zwischen den Architekturen und sind eine großartige Ressource, um die x86-Architektur zu verstehen.

Ich würde empfehlen, dass Sie die kombinierten Volumes 1 bis 3C herunterladen (erster Download-Link auf der oben verlinkten Seite). Band 1, Kapitel 2.2 enthält die gewünschten Informationen.

Einige allgemeine Unterschiede, die in diesem Kapitel aufgeführt sind und sich auf die Mikroarchitekturen von Core und Nehalem / Sandy Bridge beziehen, sind:

• Verbesserte Verzweigungsvorhersage, schnellere Wiederherstellung von falschen Vorhersagen
• HyperThreading-Technologie
• Integrierter Speichercontroller, neue Cache-Hierarchie
• Schnellere Behandlung von Gleitkomma-Ausnahmen (nur Sandy Bridge)
• LEA-Bandbreitenverbesserung (nur Sandy Bridge)
• AVX-Befehlserweiterungen (nur Sandy Bridge)

Die vollständige Liste finden Sie in dem oben angegebenen Link (Band 1, Kapitel 2.2)..

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