各种操作所需的CPU周期数的近似值

Question

我正在尝试寻找关于各种操作需要多少CPU周期的参考资料。

我不需要精确的数字（因为这会因CPU而异），但我希望获得相对可靠的数据，以便在与朋友讨论时可以引用。

例如，我们都知道浮点数除法比进行位移操作需要更多的CPU周期。

我猜差别大约是除法需要100个周期，而移位只需要1个周期，但我正在寻找一些可引用的资料来支持我的猜测。

有人能推荐这样的资源吗？

- colordot

Answer 1

我做了一个小应用程序来测试这个。使用免费版本的SynthMaker制作的非常粗略的应用程序... e 表示空，数字表示非常近似的周期数。

  divide|e:115|10
    mult|e: 48|10
     add|e: 48|10
    subs|e: 50|10
compare>|e: 50|10
     sin|e:135:10

周期分析仪中的读数变化很大，通常是预期数量的一倍或两倍，这些数字表示平均值，周期分析仪是一个非常粗糙的工具，但它可以给出公平的结果。用户采用 ASM 编写了一个指数计算器，在音频速率下同时计算指数和基数，大约需要800个周期，所以上述数字至少接近50%。我以为差距会更大！看起来实际上是预期的两倍左右。如果你想要我制作的文件在 SM 免费版本中运行，请发邮件联系我，我本来想保存一个 exe 文件的，但免费版本不能保存，真是太傻了！我不打算在1.17版本中从头开始编码 :/ ant.stewart at the place yahoo dotty com。

- ant grobbelar

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为什么MULT的延迟时间与ADD相似？我听说在现代CPU中，整数MULT通常比ADD慢3倍。然而，浮点数MULT可能与浮点数ADD具有相同的速度。 - adieux

Answer 2

对于x86处理器，请参见Intel® 64和IA-32架构优化参考手册，可能在附录C中有相关内容。

然而，在现代x86处理器上计算指令执行所需的周期数并不容易，因为它太过依赖于例如访问缓存中的数据、对齐访问、分支预测失败、指令流水线中是否存在停顿以及其他许多因素。

- nos

Answer 3

这会依赖于硬件。最好的方法是在要测试的特定硬件上运行一些基准测试。

基准测试大致如下：

• 运行一个原始操作一百万次（例如，将两个整数相加）
• 记录所用时间（例如，以秒为单位）
• 乘以你的机器每秒执行的周期数 - 这将给出总共花费的周期数。
• 将1000000除以上一步骤中得出的数字 - 这将给出每个周期的指令数。请注意，使用流水线技术时，这可能少于1。

- danben

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你如何消除运行1000000个循环所使用的时间以及用于存储循环次数的寄存器分配、分支预测等问题？ - SOFe

Answer 4

Agner Fog曾经进行了研究:

4. 指令表

指令表：列出了英特尔、AMD和VIA CPU的指令延迟、吞吐量和微操作分解。

最后更新于2021年3月22日。

- Dmytro Ovdiienko