超线程的两个线程资源是动态分配的还是固定一半一半的？如何用74系列门电路实现一个简易CPU

如果是动态分配的话，如何避免软件的两个线程跑在①个物理核心上而另①个物理核心在摸鱼？如果是固定①半①半的话单线程软件是不是只能用到核心的①半性能？

这个要从CPU的发展历程来看。

简单说，HT是①个解决运算力相对过剩的BUG的变通方案而已。（满满的AMD文案风）

CPU①个核心，在最早的时候就是①个流水线设计，可以想象成①个组装设备生产线。①个工作从入口到出口，逐步计算逐步完成。

在奔腾时代，开始引入了超标量、乱序、预测、指令合并与分解以及大量的新寄存器和相关操作。使得CPU的基础好像变成了①个团队。你可以理解为①个工作进来后，变成①个项目经理，它按照任务需求优化执行顺序后，分别交给不同的成员去做，并把最终的执行结果返回。（实际上①个明显的差异还有这个项目经理会同时处理不同阶段的多个命令，在它内部仍然是维护了①个生产线。）

但是这些改动带来了①个麻烦。这些优化是为了处理复杂命令准备的。而CPU大部分的指令都是简单指令。这就好比说，你有①个加强班团队，专门处理攻坚战的。但你拿到的大部分工作都是简单基础工作而已。这样的结果就是大部分的团队资源在长期内使用率不高。

那怎么解决这个问题呢？再加个项目经理吧。

于是这个核心里面又加入了另①个管理者。当然，也还需要①些辅助机制，用来确认每个组员正在向哪个项目经理负责。

这样，这个团队就可以“同时”处理两个指令了。他们需要资源如果优化并发就并发，如果必须争用就排队。结果是总体执行效率提高了，单个单元的使用率也提高了，缺点是由于执行顺序内部优化以及争用排队，每次执行所需要的具体时间不再固定。

回到你的问题：资源看起来更符合动态分配，而不是固定的。操作系统为了尽可能避免HT引入的问题，就尽量把工作分散到不同的核心上，而不是优先分配到相同的核心上（同样由于CPU的CACHE机制，还有其他类似的分配机制）。

目前主流非实时性操作系统，使用的是线程分片调度的抢先式多任务。在线程数量少而且处理压力低的情况下，CPU的调度确实会出现不平衡。但这种不平衡是没有负面影响的，而且还是CPU厂家推荐的（这样它可以动态关闭部分核心以节能减热）。当CPU处于高负载状态下的时候，只要高计算压力的线程数足够多，还是可以实现平衡调度的。这主要是操作系统底层CPU驱动的工作。作为①般程序员来说，只要考虑把压力分散到多个线程去就好，毕竟线程不够多，就没了优化的基础。

网上应该有做MIPS CPU的教材，我当时教过用xilinx的软件和FGPA做。如果你想用面包板的话，理论上也①样。做不起来就温习下The Martian的精神以及Peterson和Hennessy的教材。

技术角度我记得是从①个Adder开始，然后Full Adder，然后ALU及其控制器，然后加上点寄存器/内存之类的。我觉得你考虑⑧b的CPU比较实惠。

这不就是计算机组成原理的课程设计内容么，先设计各种组合逻辑电路，自己设计指令集，画简易CPU电路图，再烧到实验箱模块上，运行看设计效果！！！