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Warum sind neuere Prozessorgenerationen bei gleicher Taktgeschwindigkeit schneller?

Warum sind neuere Prozessorgenerationen bei gleicher Taktgeschwindigkeit schneller?

Sie werden vielleicht neugierig sein, wie neuere Prozessorgenerationen bei den gleichen Taktraten wie ältere Prozessoren schneller sein können. Sind es nur Veränderungen in der physischen Architektur oder ist es etwas mehr? Der heutige SuperUser Q&A-Post enthält die Antworten auf die Fragen eines neugierigen Lesers.

Die Frage

SuperUser reader agz will wissen, warum neuere Prozessorgenerationen bei gleicher Taktrate schneller sind:

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

Liegt das an neueren Befehlen, die Informationen in weniger Taktzyklen verarbeiten können? Welche weiteren architektonischen Veränderungen sind damit verbunden?

Warum sind neuere Prozessorgenerationen bei gleicher Taktrate schneller?

Die Antwort

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

Normalerweise liegt es nicht an neueren Anweisungen. Dies liegt nur daran, dass der Prozessor weniger Befehlszyklen benötigt, um die gleichen Befehle auszuführen. Dies kann eine Vielzahl von Gründen haben:

  1. Große Caches bedeuten weniger Zeitverschwendung beim Warten auf den Speicher.
  2. Mehr Ausführungseinheiten bedeuten weniger Wartezeit bis zum Beginn der Bearbeitung einer Anweisung.
  3. Eine bessere Verzweigungsvorhersage bedeutet weniger Zeitverschwendung durch das spekulative Ausführen von Befehlen, die nie wirklich ausgeführt werden müssen.
  4. Verbesserungen der Ausführungseinheit bedeuten weniger Zeit für das Warten auf die Ausführung von Anweisungen.
  5. Kürzere Pipelines bedeuten, dass sich die Pipelines schneller füllen.

Usw.

Gefolgt von der Antwort von Breakthrough:

Die absolut definitive Referenz ist die Softwareentwicklerhandbücher für Intel 64- und IA-32-Architekturen. Sie beschreiben die Änderungen zwischen Architekturen und sind eine großartige Ressource, um die x86-Architektur zu verstehen.

Ich würde Ihnen empfehlen, die kombinierten Bände 1 bis 3C herunterzuladen (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 von der Core- bis zur Nehalem/Sandy Bridge-Mikroarchitektur reichen, sind:

  • Verbesserte Verzweigungsvorhersage, schnellere Wiederherstellung nach Fehlvorhersage
  • HyperThreading-Technologie
  • Integrierter Speichercontroller, neue Cache-Hierarchie
  • Schnellere Behandlung von Gleitkomma-Ausnahmen (nur Sandy Bridge)
  • Verbesserung der LEA-Bandbreite (nur Sandy Bridge)
  • AVX-Befehlserweiterungen (nur Sandy Bridge)

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

Möchten Sie der Erklärung noch etwas hinzufügen? Ton aus in den Kommentaren. Möchten Sie mehr Antworten von anderen technisch versierten Stack Exchange-Benutzern lesen? Sehen Sie sich hier den vollständigen Diskussionsthread an.

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