Question

用于衡量处理器频率的常用算法是什么？

Answer 1

Core Duo支持两个名为IA32_MPERF和IA32_APERF的特定于模型的寄存器之后的Intel CPU。
MPERF以CPU支持的最大频率计数，而APERF以实际当前频率计数。

实际频率由下式给出：

$\!freq = \frac{max frequency \cdot APERF}{MPERF}$

您可以使用此流程阅读它们

; read MPERF
mov ecx, 0xe7
rdmsr
mov mperf_var_lo, eax
mov mperf_var_hi, edx

; read APERF
mov ecx, 0xe8
rdmsr
mov aperf_var_lo, eax
mov aperf_var_hi, edx

但请注意，rdmsr是一个特权指令，只能在ring 0中运行。

我不知道操作系统是否提供了读取这些内容的接口，尽管它们主要用于电源管理，因此可能无法提供这样的接口。

Answer 2

我将在这个答案中与各种细节约会，但是到底是什么......

几年前我不得不在基于Windows的PC上解决这个问题，因此我正在处理像486，Pentium等Intel x86系列处理器。在这种情况下，标准算法是执行一系列DIVide指令，因为这些指令通常是Intel集中最受CPU限制的单指令。因此，内存预取和其他体系结构问题不会对指令执行时间产生重大影响 - 预取队列始终为满，指令本身不会触及任何其他内存。

你可以使用你可以在你运行的环境中访问的最高分辨率时钟来计时。（在我的情况下，我在兼容PC的启动时间附近运行，所以我直接编程定时器芯片在主板。不建议在真实的操作系统中使用，这些天通常会有一些适当的API来调用。）

您必须处理的主要问题是不同的CPU类型。当时有英特尔，AMD和一些像Cyrix制造x86处理器的小型供应商。每个模型都有自己的性能特征与DIV指令相比。我的汇编时序功能只会返回在紧密循环中完成的某些固定数量的DIV指令所采用的多个时钟周期。

所以我所做的是从运行我想要的每个处理器模型的实际PC中收集一些时间（来自该功能的原始返回值），并根据已知的处理器速度和处理器类型将它们记录在电子表格中。我实际上有一个命令行工具，它只是我的计时功能的一个薄壳，我会把一个磁盘带入计算机商店，并从显示模型中获取时间！（当时我在一家非常小的公司工作过。）

使用这些原始时序，我可以绘制一个理论图表，说明我应该为该特定CPU的任何已知速度获得什么时序。

这就是诀窍：当你运行一个实用程序时，我总是讨厌它会宣布你的CPU是99.8 Mhz或者其他什么。显然它是100 Mhz，测量中只有一个小的舍入误差。在我的电子表格中，我记录了每个处理器供应商销售的实际速度。然后我将使用实际时间图来估计任何已知速度的预计时间。但是我会在时间线上建立一个点数表，时间应该转到下一个速度。

换句话说，如果所有重复划分的100个刻度意味着500 Mhz，200个刻度意味着250 Mhz，那么我会建立一个表，表示150以下的任何东西都是500 Mhz，而高于此值的任何东西都是250 Mhz 。（假设这些是该芯片供应商提供的唯一两种速度）。这很好，因为即使PC上的一些奇怪的软件丢失了我的时间，最终的结果通常仍然存在。

当然，现在，在超频，电源管理的动态时钟速度以及其他类似技巧的这些日子里，这样的方案将不太实用。在运行计时功能之前，至少需要先做一些事情来确保CPU处于最高动态选择速度。

好的，我现在回去把我的草坪赶走了。

Answer 3

x86 Intel CPU的一种方式，因为Pentium将使用RDTSC指令的两个采样，具有已知挂壁时间的延迟循环，例如：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>

uint64_t rdtsc(void) {
    uint64_t result;
    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A" (result));
    return result;
}

int main(void) {
    uint64_t ts0, ts1;    
    ts0 = rdtsc();
    sleep(1);
    ts1 = rdtsc();    
    printf("clock frequency = %llu\n", ts1 - ts0);
    return 0;
}

（在GCC的32位平台上）

如果CR4中的TSC标志置位，则RDTSC在环3中可用，这是常见的但不能保证。这种方法的一个缺点是，如果它们发生在延迟内部，它很容易受到影响结果的频率缩放变化的影响。为了减轻这种情况，您可以执行使CPU保持忙碌的代码并不断轮询系统时间以查看延迟时间是否已过期，以使CPU保持在可用的最高频率状态。

Answer 4

我使用以下（伪）算法：

basetime=time();    /* time returns seconds */

while (time()==basetime);
stclk=rdtsc();    /* rdtsc is an assembly instruction */

basetime=time();
while (time()==basetime
endclk=rdtsc();

nclks=encdclk-stclk;

此时你可能会认为你已经确定了时钟频率，但即使它看起来是正确的，也可以改进它。

所有PC都包含一个PIT（可编程间隔定时器）设备，该设备包含（以前用于）串行端口和系统时钟的计数器。它的频率为1193182赫兹。系统时钟计数器被设置为最高倒计数值（65536），导致系统时钟节拍频率为1193182/65536 =＆gt; 18.2065赫兹或每54.925毫秒一次。

因此，时钟递增到下一秒所需的滴答数将取决于。通常需要18个滴答，有时需要19个。这可以通过执行两次算法（上面）并存储结果来处理。这两个结果将相当于两个18个刻度序列或一个18和一个19.不会发生连续两个19。因此，通过取两个结果中的较小者，您将获得18秒的秒数。通过乘以18.2065并除以18.0来调整此结果，或者使用整数运算乘以182065，加上90000并除以180000. 90000是180000的一半并且用于舍入。如果选择整数路由计算，请确保使用64位乘法和除法。

现在，您将拥有一个以Hz为单位的CPU时钟速度x，可以转换为kHz（（x + 500）/ 1000）或MHz（（x + 5000000）/ 1000000）。 500和500000分别是1000和1000000的一半，用于舍入。要计算MHz，请不要通过kHz值，因为可能会出现舍入问题。使用Hz值和第二个算法。

Answer 5

这就像BogoMIPS之类的意图，但现在CPU变得更加复杂。超标量CPU可以在每个时钟发出多个指令，根据计数时钟周期进行任何测量，以执行高度不准确的指令块。

CPU频率也可根据提供的负载和/或温度而变化。 CPU当前以800 MHz运行这一事实并不意味着它将始终以800 MHz运行，它可能会根据需要加速或减少。

如果您确实需要知道时钟频率，则应将其作为参数传入。电路板上的EEPROM将提供基频，如果时钟可以变化，则需要能够读取CPU电源状态寄存器（或进行OS调用）以找出该时刻的频率。

尽管如此，可能还有其他方法可以完成你想要做的事情。例如，如果要对特定代码路径所花费的时间进行高精度测量，CPU可能会以固定频率运行性能计数器，这比读取滴答计数寄存器更能衡量挂钟时间。

Answer 6

“lmbench”提供了一种可移植用于不同架构的cpu频率算法。

它运行一些不同的循环，处理器的时钟速度是各种循环执行频率的最大公约数。

当我们能够获得具有相对质数的循环计数的循环时，此方法应始终有效。

http://www.bitmover.com/lmbench/

Answer 7

一种选择是通过运行每循环已知指令的代码来感知CPU频率

此功能包含在7zip中，因为我认为约为v9.20。

> 7z b
7-Zip 9.38 beta  Copyright (c) 1999-2014 Igor Pavlov  2015-01-03

CPU Freq:  4266  4000  4266  4000  2723  4129  3261  3644  3362

最终的数字是正确的（在我的电脑和许多其他电脑上，我发现它非常正确 - 测试运行非常快，因此turbo可能无法启动，服务器设置为平衡/省电模式最有可能给出大约1ghz的读数

源代码位于GitHub（官方来源可从7-zip.org下载）

最重要的部分是：

#define YY1 sum += val; sum ^= val;
#define YY3 YY1 YY1 YY1 YY1
#define YY5 YY3 YY3 YY3 YY3
#define YY7 YY5 YY5 YY5 YY5
static const UInt32 kNumFreqCommands = 128;

EXTERN_C_BEGIN

static UInt32 CountCpuFreq(UInt32 sum, UInt32 num, UInt32 val)
{
  for (UInt32 i = 0; i < num; i++)
  {
    YY7
  }
  return sum;
}

EXTERN_C_END

Answer 8

在Intel CPU上，获取当前（平均）CPU频率的常用方法是从一些CPU计数器中进行计算：

globals()['fator_pena%s' % x] = Fraction(input("Insert fraction (ex: 2/5): "))

可以使用专用的x86指令从用户空间读取TSC（时间戳计数器），但是必须通过对时钟进行校准来确定其频率。最好的方法是get the TSC frequency from the kernel（已经完成了校准）。

aperf和mperf计数器是特定于模型的寄存器MSRs，需要root特权才能访问。再次，有专门的x86指令用于访问MSR。

由于mperf计数器速率与TSC速率成正比，并且aperf速率与CPU频率成正比，因此可以通过上式获得CPU频率。

当然，如果CPU频率在您的CPU_freq = tsc_freq * (aperf_t1 - aperf_t0) / (mperf_t1 - mperf_t0)时间增量中发生了变化（例如，由于适当的频率缩放），则可以使用此方法获得平均CPU频率。

我写了一个小的实用程序cpufreq，可用于测试此方法。

另请参阅：

Answer 9

我不确定为什么你需要装配这个。如果您在具有/ proc文件系统的计算机上，则运行：

> cat /proc/cpuinfo

可能会为您提供所需。

Answer 10

AMD和Intel上的快速Google显示，CPUID可以让您访问CPU的最大频率。

装配CPU频率测量算法

10 个答案: