我的CPU能在每个CPU周期执行多个NOPs吗？
我的CPU能在每个CPU周期执行多个NOPs吗？
提问于 2016-09-22 16:05:47
我编写了一个简单的程序，在一个循环中执行一串NOP指令，令我惊讶的是，它每秒执行大约10600000000条NOP指令，大约10 NOP，而我的CPU只有2.2GHz。
这怎麽可能？CPU是把它们当作单一的超级NOP，还是我刚刚发现了“指令级并行性”的意思？
怎样才能更好地衡量每秒的指令呢？添加指令只达到414900000/s，是我的CPU报告的十分之一: 4390.03。
C代码：
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <time.h>
#define ten(a) a a a a a a a a a a
#define hundred(a) ten(a) ten(a) ten(a) ten(a) ten(a) ten(a) ten(a) \
ten(a) ten(a) ten(a)
#define ITER 10000000
int main(void) {
uint64_t i=0;
uint64_t t=time(NULL);
while(1) {
for(int j=0; j<ITER;j++) {
hundred(asm volatile ("nop");)
}
i+=ITER*100;
printf("%lu/%lu\n", i, time(NULL)-t);
}
return 0;
}汇编：
.file "gbloopinc.c"
.section .rodata
.LC0:
.string "%lu/%lu\n"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $32, %rsp
movq $0, -16(%rbp)
movl $0, %edi
call time
movq %rax, -8(%rbp)
.L4:
movl $0, -20(%rbp)
jmp .L2
.L3:
#APP
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
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nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
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# 0 "" 2
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# 0 "" 2
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# 0 "" 2
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nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
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# 0 "" 2
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# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
#NO_APP
addl $1, -20(%rbp)
.L2:
cmpl $9999999, -20(%rbp)
jle .L3
addq $1000000000, -16(%rbp)
movl $0, %edi
call time
subq -8(%rbp), %rax
movq %rax, %rdx
movq -16(%rbp), %rax
movq %rax, %rsi
movl $.LC0, %edi
movl $0, %eax
call printf
jmp .L4
.cfi_endproc
.LFE0:
.size main, .-main
.ident "GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.2) 5.4.0 20160609"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits回答 2
Stack Overflow用户
回答已采纳
发布于 2016-09-23 00:53:18
这与多核无关。核心不是“端口”。
4每个时钟NOPs是您的超标量/无序CPU的问题/退役管道宽度。NOPs甚至不需要执行单元/执行端口(ALU或load或存储)，因此您甚至不受整数执行单元数量的限制。即使是Core2 (英特尔的首个4宽x86 CPU)，每个时钟也可以运行4个NOPs。
正如您所猜到的，这是指令级并行的一个例子。当然，NOPs没有输入依赖项。
在沙桥CPU上(每个核心有3个ALU执行单元)，您可以运行每个时钟3 ADD和一个加载或存储指令，因为它的管道宽度为4uop。请参阅阿格纳雾氏微弓pdf和x86 标签维基中的其他链接。在一个独立的添加指令流上，如
add eax, eax
add ebx, ebx
add ecx, ecx
add edx, edx
...您可以在SnB上看到大约每时钟吞吐量3次，整数ALU执行端口上的瓶颈。Haswell可以以每个时钟添加4次的速度运行此操作，因为它有一个第4个ALU执行端口，可以处理非向量整数运算(和分支)。
与执行单元的数量相比，无序CPU的前端和发布/退休宽度通常更宽。有更多的指令被解码，一旦有空闲的执行单元，就可以立即执行，这增加了它们的利用率。否则，如果由于串行依赖导致执行停滞或减速，则无序机器只能提前看到当前正在执行的操作。(例如，add eax,eax / add eax,eax需要第一个添加的输出作为第二个添加的输入，因此每个时钟只能运行一个输入。)
Stack Overflow用户
发布于 2016-09-22 18:18:39
我会更详细地谈谈HansPassant的评论。
现代处理器既是超标量的，也是多核的。这是很容易理解什么是多核处理器-它有多个核心。另一方面，超标量要求对硬件有更多的了解。这是一个stackexchange问题解释了处理器过标量意味着什么。超标量处理器在同一核中有许多功能单元，并且是重流水线的。这就是为什么多个指令可以同时在一个核中发送和运行的原因。以下是处理器中的一些功能单元:整数加/减、浮点乘法、浮点除法、整数乘法、整数除法。
我鼓励你搜索更多关于超级标量处理器的信息，特别是查找更多关于你的处理器的信息。
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原文链接：
https://stackoverflow.com/questions/39643882
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