通过计算汇编指令来测量CPU速度

编辑：我最初的示例有一个愚蠢的错误。在修复它之后，我仍然得到奇怪的结果

---

我天真地试图用“暴力”的方式来衡量我的CPU速度，我编写了以下程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

#pragma comment(linker, "/entry:mainCRTStartup")
#pragma comment(linker, "/Subsystem:Console")

int mainCRTStartup()
{
    char buf[20];
    clock_t start, elapsed;
    unsigned long count = 0;
    start = clock();
    __asm
    {
        mov EAX, 0;
    _loop:
        add EAX, 3; // accounts for itself and next 2 instructions
        cmp EAX, 0xFFFFFFFF - 0x400;
        jb _loop;
        mov count, EAX;
    }
    elapsed = clock() - start;
    _gcvt(count * (long long)CLOCKS_PER_SEC / (elapsed * 1000000000.0), 3, buf);
    puts(buf);
}

注意循环是3条指令，因此

eax

的最终值应该是指令总数

---

为什么我在运行时会得到4.2？

因为CPU速度不是以每秒字节数来衡量的，而是以每秒指令周期来衡量的，特别是在x86上，有些指令需要超过1个周期

有关指令定时，请参阅。 （实际上，这个数字只有486，仍然在为现代处理器寻找一个很好的参考）。

因为它允许在一个时钟周期内执行多条指令

例如，在代码中，通过以下方式有效地消除了除最后一次

\u循环

迭代之外的所有

cmp

指令：

并行执行

cmp

和

jb

，以及

始终使用

jb

分支

当然，（2）在最后一次迭代中被抛出，这导致管道被清除。额外的~20个循环（对于20级管道）可以忽略不计，因为循环的指令数为10^9

编译器不应该对此进行优化

---

处理器硬件总是在数据路径中寻找优化机会；编译器只是尝试组织指令以利用给定体系结构的模式。例如，硬件流水线可以在不增加IPC的情况下增加IPC，特别是对于相对自由的代码，如您的示例。

一条指令执行所需的周期与它的字节大小没有直接关系。除了多个执行单元和推测性执行等现代CPU功能外，实际上不可能事先确定给定代码块需要多长时间才能准确执行。

您可以使用计算CPU内部循环周期的rdtsc指令测量循环频率两个读数之间的差值是经过的循环数。让您的代码执行1000个循环，乘以3（循环中的指令），然后除以经过的周期。这将为您提供每个周期的说明。然后您可以将其扩展到您的CPU自己的频率

请记住，由于您的代码很短，它很可能从缓存级别1（或在预取器内部？）执行，这使得它仅适用于这种情况，而不适用于一般的CPU。它可能太短了，无法通过流水线实现有价值的东西

---

至于指令定时，似乎比AShelly建议的更为及时。它是由的定期重新计算的。

RAM可以传输比CPU可以循环的更多的数据。@Lie Ryan:这如何解释为什么程序高估了他的时钟频率？我不敢相信我完全忘记了这一点（第1部分，而不是第2部分——后者会低估，而不是高估），尽管这是显而易见的！！那真是个愚蠢的错误。将3改为2使我的速度更加准确。谢谢你的回答！超过一个周期的指令会导致他的程序低估时钟频率，但实际上这是高估的。@AShelly:事实上，我不会接受这一点，因为我会在几分钟后发布一些东西，这仍然很奇怪。@AShelly:顺便说一句，你的链接断了。我认为这与管道无关，因为流水线并不会改变长期速率。但我想我明白你现在关于超标量架构的意思了。。。因此，2GHz的CPU实际上可能每秒执行4GA指令（假设内存保持不变）？是的，但与冗余功能元素（即超标量体系结构）和空间局部性相结合，编译器可以很容易地优化代码中的循环，使其执行速度比1IP快很多倍。编译器不应该对此进行优化（我没有告诉它，看起来也不像），但我认为您的推理仍然成立，因为这已经是一种优化，+1；谢谢贾斯汀：“从理论上讲，5级管道可以（大致…）给你5倍的加速（对于你幼稚的程序来说，这看起来像13.8GHz）。”这完全是胡说八道。您似乎混淆了超标量执行和管道。5级流水线将导致每个指令执行至少5个时钟（小部分）以及其他4条指令，这些指令都处于不同的执行状态。在最佳情况下，这将导致1条指令/周期。@drhirsch:我显著地更新了我的答案。。。让我知道你的想法。

mainCRTStartup:
  push   ebp
  mov    ebp,esp
  sub    esp,28h
  mov    dword ptr [count],0
  call   dword ptr [_clock]
  mov    dword ptr [start],eax
  mov    eax,0

_loop:
  add    eax,03h
  cmp    eax,0FFFFFBFFh
  jb     _loop

  mov    dword ptr [count],eax
  call   dword ptr [_clock]
  sub    eax,dword ptr [start]

  ...    // call _gcvt, _puts, etc.

  mov    esp,ebp
  pop    ebp
  ret