Сравнение архитектур процессоров

[vak]

Берем простой, хотя и нетривиальный си-шный код, и сравниваем количество получившихся машинных команд. Компилятор GCC 4.1.2, оптимизация -O1. Исходный код такой:

unsigned long rot13_hash (unsigned char *str, unsigned int len)
{
        unsigned long hash = 0;

        while (len-- > 0) {
                hash += *str++;
                hash -= (hash << 13) | (hash >> 19);
        }
        return hash;
}

Результаты:

Архитектура	Команд в цикле	Всего команд
ARM	6	13
Thumb	8	17
MIPS32	9	17
Intel 386	9	25
MIPS16	10	17
Blackfin	11	22

Для MIPS и Blackfin компилятор не догадался заменить два арифметических сдвига на один циклический. Предположим, мы исправили компилятор. Тогда получится так:

Архитектура	Команд в цикле	Всего команд
ARM	6	13
MIPS32	7	15
MIPS16	8	15
Thumb	8	17
Blackfin	8	19
Intel 386	9	25

Хорошо видно, насколько архитектура Intel 386, она же Pentium, проигрывает RISC-процессорам.

Comments

[vak]

На всех этих процессорах одна команда исполняется за один такт. Даже на Интеле, как ни странно. Собственно, именно время выполнения и было интересно подсчитать. Сколько занимают - не так важно, все равно транслируются во внутреннее представление (для Intel, Thumb и MIPS16) и оседают в кэше.

[spamsink.livejournal.com]

одна команда исполняется за один такт

Не верю. Насколько я понимаю, предсказанный переход на адрес, который уже во внутреннем представлении - бесплатный, да и суперскалярность никто не отменял. Ну и -Os тоже никто не отменял:

rot13_hash:
        xorl    %edx, %edx
.L7:
        decl    %esi
        cmpl    $-1, %esi
        je      .L6
        movzbl  (%rdi), %eax
        incq    %rdi
        addl    %eax, %edx
        movl    %edx, %eax
        roll    $13, %eax
        subl    %eax, %edx
        jmp     .L7
.L6:
        movl    %edx, %eax
        ret

[vak]

С оптимизацией по размеру количество команд в цикле увеличивается до 10. Из них два перехода. Интеловские инженеры, конечно, гении, не буду спорить. Во внутреннем представлении последний jmp можно вообще убрать, если для каждой команды хранить адрес следующей.

Легенда про четыре команды на такт возникла из того, что в Pentium 4 АЛУ работает по обоим фронтам синхросигнала. И таких АЛУ аж два. Реально померять что-то не представляется возможным, слишком всё замешано в кучу с трансляцией, VLIW, кэшами и т.п. Можно рассуждать только статистически. Из каких-то бенчмарков я слышал цифру про ~1 такт на команду, но отстаивать не берусь.

[thesz.livejournal.com]

На интеле она выполняется менее, чем за такт. Либо более, чем за два. ;)

Кстати, i386 ты тоже поставил циклический сдвиг, или нет?

Теперь - про размер команд. CISC почти в два раза компактней, чем RISC. VLIW, соответственно, в два раза хуже RISC, а TTA - вдвое хуже VLIW. ;)

Правда, не на этом, твоем специально подобранном коде. ;)

[vak]

Остается верить на слово, ибо измерить невозможно. ;(
На i386 компилятор сам, я не вмешивался. :)
Компактность кода это отдельный вопрос. Вот, к примеру, размер кода embedded-реализации TCP/IP для трех архитектур. Компилятор GCC 4.1.2, оптимизация "-Os". В байтах:

• Thumb - 14377
  
• i386 - 20862
  
• ARM - 21017
  

Нечетные значения - по причине размещения текстовых строк в том же сегменте, кто и код. Интел не сильно лучше чем ARM, а 16-битный Thumb заметно компактнее.