Тест: быстродействие микропроцессора

При испытаниях компьютеров формируются:

      индексы производительности SPEC int 95, SPEC fp 95 и SPEC int base 95, SPEC fp base 95, для фиксированной и плавающей точки в оптимизированном режиме компиляции и без оптимизации соответственно.

      индексы пропускной способности SPEC int rate 95, SPEC fp rate 95 и SPEC int rate base 95, SPEC fp rate base 95 для оценки многозадачных режимов и SMP архитектур при оптимизированном режиме компиляции и без оптимизации соответственно.

Все интегральные индексы производительности формируются как среднее геометрическое индексов по отдельным тестам.

Корпорация SPEC не даёт никаких рекомендаций по установления соответствия между значениями индексов SPEC 92 и ЫЗУС 95.

Таблица3. Перечень набора программ набора CFP

§3. Недостатки существующих систем

1)                 При решении различных задач прикладными программами ресурсы микропроцессора расходуются зачастую неэкономно. В результате этого процессору приходится совершать огромное количество команд, которые могли быть заменены несколькими. Вина лежит не на программных продуктах, а на тех системах программирования, с помощью которых эти программы создавались.

Решение: создавать средства для создания программ максимально эффективным способом, обращая внимание на используемые процессором адресации и размещение данных.

2)                 На быстродействие так же влияет и то, какое напряжение подаётся на микропроцессор. При большом напряжении происходит нагрев процессора. В результате этого основа, на которой размещаются транзисторы, начинает греться и, соответственно он выходит из строя. 

Решение: расстояние между транзисторами необходимо уменьшить. На сегодняшний день минимальную технологию изготовления имеют процессоры Intel Pentium 4, и она составляет 0,13 мкм (для сравнения: процессор AMD с архитектурой К7, тактовой частотой 1000Мгц имеет 0,18 мкм. Обычная температура работы ~ 65°С). Расстояние между транзисторами уменьшается, соответственно сопротивление, а отсюда они требуют меньшее энергопотребление – температура нагрева заметно снижается.

3)                 Тормозит работу процессора и то, что затрачивается много времени на обмен данными, которые находятся в постоянной памяти. И даже при небольших вычислениях микропроцессор обращается  к ОЗУ за данными, а мог бы данные хранить в собственных регистрах

Решение: по возможности, часто используемые данные желательно размещать либо в регистрах процессора, либо в быстрой кэш-памяти. Многие компиляторы не заботятся о том, чтобы разместить данные так, чтобы наблюдалась максимальная скорость работы программы.

4)                 Так же скорость вычисления уменьшается из-за того, что процессору приходится останавливать свою работу и выполнять аппаратные прерывания. Реакция процессора на прерывания:

а) приходит прерывание;

б) процессор прекращает выполнять основную задачу;

в) происходит сохранение положения, на котором остановилась основная программа;

г) выполняется прерывание;

д) процессор восстанавливает запомненное состояние;

е) продолжает выполнение основной задачи.

Надо заметить, что процессор тратит много времени на сохранение своего текущего состояния и восстановление.

Решение: во время вычисления больших объёмов информации можно запретить некоторые аппаратные прерывания ниже IRQ 0 (таймер). Запрещённые прерывания не будут останавливать процессор, соответственно скорость выполнения возрастёт. Недостатки: могут потеряться некоторые данные, например символы, которые вводятся с клавиатуры – прерывание    IRQ 1.

§4. Алгоритм решения

Рассмотрим недостаток № 3. Затрачивание времени на обмен данными.

§5. Описание алгоритма

Блок 1-7. Подсчёт времени на выполнение выбранной операции на языке высокого уровня. В данном случае применяется язык Pascal.

Блок 1. Начало программы.

Блок 2. Вводятся два числа с клавиатуры.

Блок 3.  Выбираем операцию из предложенных на экране. Если это операция сложения, то выполняется алгоритм суммирования ряда, если умножение, то выполняется вычисление факториала.

Ввели N, то рад сложения выглядит следующим образом:

1+2+3+…+N=СУММА

Умножения

1*2*3*…*N=ПРОИЗВЕДЕНИЕ

Блок 4. Включаем таймер и запоминаем начальное значение.

Блок 5. Выполняем выбранную операцию на Pascal.

Блок 6. Выключаем таймер и запоминаем считанное значение

Блок 7. Находим разницу между начальным значением времени и конечным

Блок 8-14. Подсчёт времени на выполнение выбранной операции на языке низкого уровня. Применяется язык Assembler.

Блок 8. Переменные, которые мы вводим с клавиатуры, находятся в памяти. Чтобы начать вычисления мы должны из памяти (ОЗУ) поместить значения в регистры процессора. Это мы делаем до включения таймера, чтобы время, затраченное на это действие, не вошло в результат.

Блок 9. Считываем начальное значение времени.

Блок 10. Выполняем операцию

Блок 11. Считываем конечное время

Блок 12. Находим время выполнения операции – это разница между конечным значением и начальным.

Блок 13. Выводим значение времен на экран и делаем выводы.

Блок 14. Выход из программы.

§6. Листинг программы

Program Test_of_CPU_for_Zuev;

uses crt;

var

   vid:byte;

   t1,t2,NN:word;

   time1,time2:real;

Procedure Add_Pascal(N:word); {Сложение на Pascal}

var i:word;

    Summa:integer;

Begin

summa:=0;

t1:=0;

t2:=0;

     asm

     in al,40h

     mov bl,al

     in al,40h {Считываем начальное значение тиков от таймера}

     mov bh,al

     mov t1,bx

     end;

for i:=1 to N do

summa:=summa+i;

     asm

     in al,40h

     mov bl,al {Конечное количество тиков}

     in al,40h

     mov bh,al

     mov t2,bx

     end;

Time1:=t1/(65536*18.2);

time2:=t2/(65536*18.2);

writeln('Время выполнения сложения на Pascal: ',(time2-time1):6:12);

end;

Procedure Add_Asm(N:word);

var i:word;

    Proisv:integer;

Begin

t1:=0;

t2:=0;

     asm

     in al,40h

     mov ah,al

     in al,40h

     xchg ah,al

     mov t1,ax

     xor ax,ax

     xor dx,dx

     @@q:      {Выполняем сложение}

     inc dx

     add ax,dx

     loop @@q

     in al,40h

     mov cl,al

     in al,40h

     mov ch,al

     mov t2,cx

     end;

Time1:=t1/(65536*18.2);

time2:=t2/(65536*18.2);

writeln('Время выполнения сложения на Assembler: ',(time2-time1):6:12);

end;

{=================================================================}

Procedure Mul_Pascal(N:word); {Умножение на Assembler}

var i:word;

    Proisv:integer;

Begin

t1:=0;t2:=0;

     asm

     in al,40h

     mov bl,al

     in al,40h {Считываем начальное значение тиков от таймера}

     mov bh,al

     mov t1,bx

     end;

for i:=1 to N do

proisv:=proisv*i;

     asm

     in al,40h

     mov bl,al {Конечное количество тиков}

     in al,40h

     mov bh,al

     mov t2,bx

     end;

Time1:=t1/(65536*18.2);

time2:=t2/(65536*18.2);

writeln('Время выполнения умножения на Pascal: ',(time2-time1):6:12);

end;

Procedure Mul_Asm(N:word);

var Proisv:integer;

Begin

t1:=0;

t2:=0;

     asm

     in al,40h

     mov bl,al

     in al,40h {Считываем начальное значение тиков от таймера}

     mov bh,al

     mov t1,bx

     xor ax,ax

     xor bx,bx

     @@q:      {Выполняем сложение}

     inc dx

     mul dx

     loop @@q

     in al,40h

     mov bl,al

     in al,40h {Конечное количество тиков}

     mov bh,al

     mov t2,bx

     end;

Time1:=t1/(65536*18.2);

time2:=t2/(65536*18.2);

writeln('Время выполнения умножения на Assembler: ',(time2-time1):6:12);

end;

Begin

clrscr;

{Определяем вид операции}

textcolor(11);

Writeln('Сделайте выбор операции и нажмите клавишу ENTER:');

Writeln('1) Сложение');

Writeln('2) Умножение');

Readln(vid);

textcolor(10);

         Case vid of

         1: begin

            write('Введите сумму ряда, не более 2-х байт (65535: )');

            Readln(NN);

            Writeln;

            textcolor(3);

            Add_Pascal(NN);

            Add_Asm(NN);

            end;

         2: begin

            write('Введите произведение ряда, не более 2-х байт (65535: )');

            Readln(NN);

            Writeln;

            textcolor(3);

            Mul_Pascal(NN);

            Mul_Asm(NN);

            end;

         end;

readln;

End.

§7. Описание программы

Программа написана на алгоритмическом языке Pascal. Состоит из двух блоков. В каждом блоке две процедуры: первая – это выполнение операции на языке Pascal, а вторая – выполнение этой же операции на языке Assembler.