我写了一个简单的程序，它在一个循环中执行一堆NOP指令，令我惊讶的是它每秒执行大约10600000000个，或大约10Ghz，而我的CPU只有2.2GHz。
这怎么可能？ CPU是将它们视为单个超级NOP，还是仅仅发现了什么＆＃34;指令级并行性＆＃34;装置
每秒指令的更好措施是什么？执行添加指令的时间仅为414900000 / s，是我CPU报告的bogomips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;
}
编译汇编：
.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
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nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
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nop
# 0 "" 2
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nop
# 0 "" 2
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nop
# 0 "" 2
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# 0 "" 2
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# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
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# 0 "" 2
# 15 "gbloopinc.c" 1
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# 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
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# 15 "gbloopinc.c" 1
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# 0 "" 2
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nop
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# 15 "gbloopinc.c" 1
nop
# 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
答案 0 :(得分：5)
这与多核无关。核心不是＆＃34;端口＆＃34;。
每个时钟4个NOP是超标量/无序CPU的问题/报废管道宽度。 NOP甚至不需要执行单元/执行端口（ALU或加载或存储），因此您甚至不受整数执行单元数量的限制。即使Core2（英特尔的第一个4宽x86 CPU）每个时钟也可以运行4个NOP。
正如您所猜测的，这是指令级并行的一个示例。 NOP当然没有输入依赖。
在Sandybridge CPU上（每个核心有3个ALU执行单元），每个时钟可以运行3个ADD和一个加载或存储指令，因为它的管道宽度为4微秒。请参阅Agner Fog's microarch pdf x86中的tag wiki和其他链接。在一系列独立的ADD指令中，如
add eax, eax
add ebx, ebx
add ecx, ecx
add edx, edx
...
您在SnB上看到每个时钟吞吐量大约3个，在整数ALU执行端口上存在瓶颈。 Haswell可以在每个时钟4个ADD运行，因为它有一个第四个ALU执行端口，可以处理非向量整数运算（和分支）。
无序CPU通常具有比执行单元数更宽的前端和发布/退出宽度。一旦自由执行单元增加了它们的利用率，就有更多的指令被解码并准备好执行。否则，如果由于串行依赖性导致执行停止或减速，则无序机器只能看到当前正在执行的操作。 （例如add eax,eax / add eax,eax需要第一个add的输出作为第二个add的输入，因此每个时钟只能运行一个insn。）
答案 1 :(得分：4)
我会更多地了解HansPassant的评论。
现代处理器既有超标量又有多核。很容易理解多核处理器是什么 - 它有多个核心。另一方面，超标量需要更多关于硬件的知识。 This is a stackexchange question解释了处理器超标量意味着什么。超标量处理器在同一核心中具有许多功能单元，并且具有大量流水线。这就是为什么可以在单个核心中同时分派和继续多个指令的原因。以下是处理器中的一些功能单元：整数加法/减法，浮点乘法，浮点除法，整数乘法，整数除法。
我鼓励您向Google提供有关超标量处理器的更多信息，并特别查找有关您的处理器的更多信息。