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看一段程序用到了 RDTSC搜了了解了下,当时用途需要生成一个独一无二的ID来标志世界中所有的物体,用到了时间戳这个概念
__int64 GetCPUTime()
{
 __asm{RDTSC}
}
同类文章学习下


获取CPU时间戳代码 使用CPU时间戳进行高精度计时

在Pentium以上的CPU中,提供了一条机器指令RDTSC(Read Time Stamp Counter)来读取这个时间戳的数字,并将其保存在EDX:EAX寄存器对中。由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C++语言保存函数返回值的寄存器,所以我们可以把这条指令看成是一个普通的函数调用。vc2003像这样:
inline unsigned __int64 GetTimeStampCount()
{
__asm RDTSC
}
对于vc6或者其他编译器可能不行,因为RDTSC不被C++的内嵌汇编器直接支持,所以我们要用_emit伪指令直接嵌入该指令的机器码形式0X0F、0X31,如下:
inline unsigned __int64 GetTimeStampCount()
{
__asm _emit 0x0F
__asm _emit 0x31
}

 

 

对关注性能的程序开发人员而言,一个好的计时部件既是益友,也是良师。计时器既可以作为程序组件帮助程序员精确的控制程序进程,又是一件有力的调试武器,在有经验的程序员手里可以尽快的确定程序的性能瓶颈,或者对不同的算法作出有说服力的性能比较。   
    
    在Windows平台下,常用的计时器有两种,一种是timeGetTime多媒体计时器,它可以提供毫秒级的计时。但这个精度对很多应用场合而言还是太粗糙了。另一种是QueryPerformanceCount计数器,随系统的不同可以提供微秒级的计数。对于实时图形处理、多媒体数据流处理、或者实时系统构造的程序员,善用QueryPerformanceCount/QueryPerformanceFrequency是一项基本功。   
    
    本文要介绍的,是另一种直接利用Pentium   CPU内部时间戳进行计时的高精度计时手段。以下讨论主要得益于《Windows图形编程》一书,第   15页-17页,有兴趣的读者可以直接参考该书。关于RDTSC指令的详细讨论,可以参考Intel产品手册。本文仅仅作抛砖之用。   
    在   Intel   Pentium以上级别的CPU中,有一个称为“时间戳(Time   Stamp)”的部件,它以64位无符号整型数的格式,记录了自CPU上电以来所经过的时钟周期数。由于目前的CPU主频都非常高,因此这个部件可以达到纳秒级的计时精度。这个精确性是上述两种方法所无法比拟的。   
    
    在Pentium以上的CPU中,提供了一条机器指令RDTSC(Read   Time   Stamp   Counter)来读取这个时间戳的数字,并将其保存在EDX:EAX寄存器对中。由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C++语言保存函数返回值的寄存器,所以我们可以把这条指令看成是一个普通的函数调用。像这样:   
    
  inline   unsigned   __int64   GetCycleCount()   
  {   
    __asm   RDTSC   
  }   
    
  但是不行,因为RDTSC不被C++的内嵌汇编器直接支持,所以我们要用_emit伪指令直接嵌入该指令的机器码形式0X0F、0X31,如下:   
    
  inline   unsigned   __int64   GetCycleCount()   
  {   
    __asm   _emit   0x0F   
    __asm   _emit   0x31   
  }   
    
  以后在需要计数器的场合,可以像使用普通的Win32   API一样,调用两次GetCycleCount函数,比较两个返回值的差,像这样:   
    
  unsigned   long   t;   
  t   =   (unsigned   long)GetCycleCount();   
  //Do   Something   time-intensive   ...   
  t   -=   (unsigned   long)GetCycleCount();   
    
    《Windows图形编程》第15页编写了一个类,把这个计数器封装起来。有兴趣的读者可以去参考那个类的代码。作者为了更精确的定时,做了一点小小的改进,把执行RDTSC指令的时间,通过连续两次调用GetCycleCount函数计算出来并保存了起来,以后每次计时结束后,都从实际得到的计数中减掉这一小段时间,以得到更准确的计时数字。但我个人觉得这一点点改进意义不大。在我的机器上实测,这条指令大概花掉了几十到100多个周期,在   Celeron   800MHz的机器上,这不过是十分之一微秒的时间。对大多数应用来说,这点时间完全可以忽略不计;而对那些确实要精确到纳秒数量级的应用来说,这个补偿也过于粗糙了。   
    
  这个方法的优点是:   
    
  1.高精度。可以直接达到纳秒级的计时精度(在1GHz的CPU上每个时钟周期就是一纳秒),这是其他计时方法所难以企及的。   
    
  2.   成本低。timeGetTime   函数需要链接多媒体库winmm.lib,QueryPerformance*   函数根据MSDN的说明,需要硬件的支持(虽然我还没有见过不支持的机器)和KERNEL库的支持,所以二者都只能在Windows平台下使用(关于DOS平台下的高精度计时问题,可以参考《图形程序开发人员指南》,里面有关于控制定时器8253的详细说明)。但RDTSC指令是一条CPU指令,凡是i386平台下Pentium以上的机器均支持,甚至没有平台的限制(我相信i386版本UNIX和Linux下这个方法同样适用,但没有条件试验),而且函数调用的开销是最小的。   
    
  3.   具有和CPU主频直接对应的速率关系。一个计数相当于1/(CPU主频Hz数)秒,这样只要知道了CPU的主频,可以直接计算出时间。这和   QueryPerformanceCount不同,后者需要通过QueryPerformanceFrequency获取当前计数器每秒的计数次数才能换算成时间。   
    
  这个方法的缺点是:   
    
  1.现有的C/C++编译器多数不直接支持使用RDTSC指令,需要用直接嵌入机器码的方式编程,比较麻烦。   
    
  2.数据抖动比较厉害。其实对任何计量手段而言,精度和稳定性永远是一对矛盾。如果用低精度的timeGetTime来计时,基本上每次计时的结果都是相同的;而RDTSC指令每次结果都不一样,经常有几百甚至上千的差距。这是这种方法高精度本身固有的矛盾。   
    
  关于这个方法计时的最大长度,我们可以简单的用下列公式计算:   
    
  自CPU上电以来的秒数   =   RDTSC读出的周期数   /   CPU主频速率(Hz)   
    
  64位无符号整数所能表达的最大数字是1.8×10^19,在我的Celeron   800上可以计时大约700年(书中说可以在200MHz的Pentium上计时117年,这个数字不知道是怎么得出来的,与我的计算有出入)。无论如何,我们大可不必关心溢出的问题。   
    
  下面是几个小例子,简要比较了三种计时方法的用法与精度   
    
  //Timer1.cpp   使用了RDTSC指令的Timer类//KTimer类的定义可以参见《Windows图形编程》P15   
  //编译行:CL   Timer1.cpp   /link   USER32.lib   
  #include   &ltstdio.h>   
  #include   "KTimer.h"   
  main()   
  {   
    unsigned   t;   
    KTimer   timer;   
    timer.Start();   
    Sleep(1000);   
    t   =   timer.Stop();   
    printf("Lasting   Time:   %d\n",t);   
  }   
    
  //Timer2.cpp   使用了timeGetTime函数   
  //需包含&ltmmsys.h>,但由于Windows头文件错综复杂的关系   
  //简单包含&ltwindows.h>比较偷懒:)   
  //编译行:CL   timer2.cpp   /link   winmm.lib     
  #include   &ltwindows.h>   
  #include   &ltstdio.h>   
    
  main()   
  {   
    DWORD   t1,   t2;   
    t1   =   timeGetTime();   
    Sleep(1000);   
    t2   =   timeGetTime();   
    printf("Begin   Time:   %u\n",   t1);   
    printf("End   Time:   %u\n",   t2);   
    printf("Lasting   Time:   %u\n",(t2-t1));   
  }   
    
  //Timer3.cpp   使用了QueryPerformanceCounter函数   
  //编译行:CL   timer3.cpp   /link   KERNEl32.lib   
  #include   &ltwindows.h>   
  #include   &ltstdio.h>   
    
  main()   
  {   
    LARGE_INTEGER   t1,   t2,   tc;   
    QueryPerformanceFrequency(&tc);   
    printf("Frequency:   %u\n",   tc.QuadPart);   
    QueryPerformanceCounter(&t1);   
    Sleep(1000);   
    QueryPerformanceCounter(&t2);   
    printf("Begin   Time:   %u\n",   t1.QuadPart);   
    printf("End   Time:   %u\n",   t2.QuadPart);   
    printf("Lasting   Time:   %u\n",(   t2.QuadPart-   t1.QuadPart));   
  }   
    
  ////////////////////////////////////////////////   
  //以上三个示例程序都是测试1秒钟休眠所耗费的时间   
  file://测/试环境:Celeron   800MHz   /   256M   SDRAM       
  //                     Windows   2000   Professional   SP2   
  //                     Microsoft   Visual   C++   6.0   SP5   
  ////////////////////////////////////////////////   
    
  以下是Timer1的运行结果,使用的是高精度的RDTSC指令   
  Lasting   Time:   804586872   
    
  以下是Timer2的运行结果,使用的是最粗糙的timeGetTime   API   
  Begin   Time:   20254254   
  End   Time:   20255255   
  Lasting   Time:   1001   
    
  以下是Timer3的运行结果,使用的是QueryPerformanceCount   API   
  Frequency:   3579545   
  Begin   Time:   3804729124   
  End   Time:   3808298836   
  Lasting   Time:   3569712  


欢迎收藏本文 一起读网 【获取CPU时间戳代码 使用CPU时间戳进行高精度计时 http://www.1qidu.com/?action-viewnews-itemid-16841
一起读网参考地址:http://www.1qidu.com/?action-viewnews-itemid-16841


原文地址:http://www.cppblog.com/gcs8cn/archive/2010/06/09/117469.aspx

posted on 2010-12-08 13:58 风轻云淡 阅读(1210) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: C++

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