你能做出這道小學生水平的應用題，就解決了計算機的一個大問題 | 科學DIY_風聞

【本文由公眾號“把科學帶回家”提供，ID：steamforkids】

今天有一個奇趣的小學生水平的應用題給你。不要小看這個問題，它背後的思想解決了計算機的一個大問題，成為了英特爾奔騰4處理器的核心技術。

一起來看看。

關鍵概念

超線程

材料和操作

這個問題是這樣的。

小明、李雷和韓梅梅的媽媽因為很窮，只能給孩子們做烤麪包當早飯吃。3個孩子都在人教版小學上學，吃完早飯要麻利地去學校上學。

但是因為媽媽很窮，只能買臨保，甚至是過期的麪包。孩子們要吃到兩面都烤熟的麪包才不會拉肚子，也不會捱餓。

同時，媽媽買不起烤麪包機，只能用炭火給孩子們烤。而且炭火一次只能把麪包的一面烤熟，而炭火爐很小，一次只能烤2片面包。

媽媽通過大量的實際操作發現，把1片面包的1面烤熟要1分鐘。

現在問題來了。把3片面包的兩面都烤熟，至少需要多久？

如果我告訴你，最少只需要3分鐘。你能想出來，聰明的媽媽是怎麼烤的嘛？

（下面的原理部分是答案和解析。）

原理

假設3片面包分別叫做A、B、C，它們分別有1和2兩個面。麪包A的正面叫做A1，反面叫做A2，以此類推。

按照一般人的思路，先把A和B兩片面包的兩面都烤熟，用去2分鐘。然後再單獨烤C，這樣又要用去2分鐘。怎麼算都需要4分鐘對吧？

怎樣才能在3分鐘內烤完呢？這就是在更少的時間裏處理多任務的奧義了。關鍵在於，不要急於求成。

0-1分鐘：

烤A1和B1。

第1分鐘結束時，把B拿走，換C。此時，A1、B1烤熟了。

1-2分鐘：

烤A2和C1。

第2分鐘結束時，A的兩面都已經熟了，拿走；B1和C1也熟了。把B翻過來，烤B2。

2-3分鐘：

烤B2和C2。

第3分鐘結束時，3片面包都烤好了，大功告成！

這個問題看起來就像小學生的智力題，但實際上利用它背後的邏輯，則可以提升計算機處理器的速度。

這種計算機技術，就叫做超線程（hyper-threading）。點我查看這麼聰明的英特爾的一個價值5億美金的黑歷史。

超線程是英特爾在2002年發佈的一種技術，應用在Xeon、奔騰4等處理器裏。

用下面這個圖可以解釋 CPU裏發生的事情。CPU裏其實有好多調度單位，它們類似於一個個烤麪包的烤位。

單線程（左），超線程（右）。不同顏色的方塊表示不同的任務，灰色方塊表示閒置的計算單位。

如果按照左邊的處理法，就等同於4分鐘的那種烤法：在烤C麪包時，另一邊的烤位白白浪費了。左圖裏灰色的調度單位相當於閒置的烤位，沒有執行任何任務。所以在浪費了這麼多調度單位的情況下，完成兩個任務（黑色和綠色）的時間就比較長。

但是在超線程（右圖）的情況下，綠色的任務穿插在黑色的任務裏，大部分的調度單位都被同時有效利用，類似於3分鐘的烤麪包法，兩邊的烤位隨時都在烤麪包，大部分烤位沒有被浪費，所以2個任務總體完成時間更短。

在超線程技術出現前，CPU只能同時處理一個線程，就像左邊的那種方法。

但是超線程讓CPU可以同時進行2個及以上的線程，在更短的時間裏完成更多的任務，大大提升了計算機的計算效率。根據英特爾的説法，超線程可以讓CPU的性能提升30%。

不過，超線程也不是對所有類型的任務都有效。那些比較大的軟件，比如影片編輯就可以有效利用超線程技術來提高效率。但是如果是編輯圖像、瀏覽器軟件等小任務，那麼超線程 CPU 的效率就處於劣勢了。

你媽問你，為什麼做一會兒作業就要刷一會兒劇，你可以向她科普超線程的原理，告訴她這樣你可以在更少的時間裏做更多的作業，看更多的劇叻。