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            看一段程序用到了 RDTSC搜了了解了下,當時用途需要生成一個獨一無二的ID來標志世界中所有的物體,用到了時間戳這個概念
            __int64 GetCPUTime()
            {
             __asm{RDTSC}
            }
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            獲取CPU時間戳代碼 使用CPU時間戳進行高精度計時

            在Pentium以上的CPU中,提供了一條機器指令RDTSC(Read Time Stamp Counter)來讀取這個時間戳的數字,并將其保存在EDX:EAX寄存器對中。由于EDX:EAX寄存器對恰好是Win32平臺下C++語言保存函數返回值的寄存器,所以我們可以把這條指令看成是一個普通的函數調用。vc2003像這樣:
            inline unsigned __int64 GetTimeStampCount()
            {
            __asm RDTSC
            }
            對于vc6或者其他編譯器可能不行,因為RDTSC不被C++的內嵌匯編器直接支持,所以我們要用_emit偽指令直接嵌入該指令的機器碼形式0X0F、0X31,如下:
            inline unsigned __int64 GetTimeStampCount()
            {
            __asm _emit 0x0F
            __asm _emit 0x31
            }

             

             

            對關注性能的程序開發人員而言,一個好的計時部件既是益友,也是良師。計時器既可以作為程序組件幫助程序員精確的控制程序進程,又是一件有力的調試武器,在有經驗的程序員手里可以盡快的確定程序的性能瓶頸,或者對不同的算法作出有說服力的性能比較。   
                
                在Windows平臺下,常用的計時器有兩種,一種是timeGetTime多媒體計時器,它可以提供毫秒級的計時。但這個精度對很多應用場合而言還是太粗糙了。另一種是QueryPerformanceCount計數器,隨系統的不同可以提供微秒級的計數。對于實時圖形處理、多媒體數據流處理、或者實時系統構造的程序員,善用QueryPerformanceCount/QueryPerformanceFrequency是一項基本功。   
                
                本文要介紹的,是另一種直接利用Pentium   CPU內部時間戳進行計時的高精度計時手段。以下討論主要得益于《Windows圖形編程》一書,第   15頁-17頁,有興趣的讀者可以直接參考該書。關于RDTSC指令的詳細討論,可以參考Intel產品手冊。本文僅僅作拋磚之用。   
                在   Intel   Pentium以上級別的CPU中,有一個稱為“時間戳(Time   Stamp)”的部件,它以64位無符號整型數的格式,記錄了自CPU上電以來所經過的時鐘周期數。由于目前的CPU主頻都非常高,因此這個部件可以達到納秒級的計時精度。這個精確性是上述兩種方法所無法比擬的。   
                
                在Pentium以上的CPU中,提供了一條機器指令RDTSC(Read   Time   Stamp   Counter)來讀取這個時間戳的數字,并將其保存在EDX:EAX寄存器對中。由于EDX:EAX寄存器對恰好是Win32平臺下C++語言保存函數返回值的寄存器,所以我們可以把這條指令看成是一個普通的函數調用。像這樣:   
                
              inline   unsigned   __int64   GetCycleCount()   
              {   
                __asm   RDTSC   
              }   
                
              但是不行,因為RDTSC不被C++的內嵌匯編器直接支持,所以我們要用_emit偽指令直接嵌入該指令的機器碼形式0X0F、0X31,如下:   
                
              inline   unsigned   __int64   GetCycleCount()   
              {   
                __asm   _emit   0x0F   
                __asm   _emit   0x31   
              }   
                
              以后在需要計數器的場合,可以像使用普通的Win32   API一樣,調用兩次GetCycleCount函數,比較兩個返回值的差,像這樣:   
                
              unsigned   long   t;   
              t   =   (unsigned   long)GetCycleCount();   
              //Do   Something   time-intensive   ...   
              t   -=   (unsigned   long)GetCycleCount();   
                
                《Windows圖形編程》第15頁編寫了一個類,把這個計數器封裝起來。有興趣的讀者可以去參考那個類的代碼。作者為了更精確的定時,做了一點小小的改進,把執行RDTSC指令的時間,通過連續兩次調用GetCycleCount函數計算出來并保存了起來,以后每次計時結束后,都從實際得到的計數中減掉這一小段時間,以得到更準確的計時數字。但我個人覺得這一點點改進意義不大。在我的機器上實測,這條指令大概花掉了幾十到100多個周期,在   Celeron   800MHz的機器上,這不過是十分之一微秒的時間。對大多數應用來說,這點時間完全可以忽略不計;而對那些確實要精確到納秒數量級的應用來說,這個補償也過于粗糙了。   
                
              這個方法的優點是:   
                
              1.高精度??梢灾苯舆_到納秒級的計時精度(在1GHz的CPU上每個時鐘周期就是一納秒),這是其他計時方法所難以企及的。   
                
              2.   成本低。timeGetTime   函數需要鏈接多媒體庫winmm.lib,QueryPerformance*   函數根據MSDN的說明,需要硬件的支持(雖然我還沒有見過不支持的機器)和KERNEL庫的支持,所以二者都只能在Windows平臺下使用(關于DOS平臺下的高精度計時問題,可以參考《圖形程序開發人員指南》,里面有關于控制定時器8253的詳細說明)。但RDTSC指令是一條CPU指令,凡是i386平臺下Pentium以上的機器均支持,甚至沒有平臺的限制(我相信i386版本UNIX和Linux下這個方法同樣適用,但沒有條件試驗),而且函數調用的開銷是最小的。   
                
              3.   具有和CPU主頻直接對應的速率關系。一個計數相當于1/(CPU主頻Hz數)秒,這樣只要知道了CPU的主頻,可以直接計算出時間。這和   QueryPerformanceCount不同,后者需要通過QueryPerformanceFrequency獲取當前計數器每秒的計數次數才能換算成時間。   
                
              這個方法的缺點是:   
                
              1.現有的C/C++編譯器多數不直接支持使用RDTSC指令,需要用直接嵌入機器碼的方式編程,比較麻煩。   
                
              2.數據抖動比較厲害。其實對任何計量手段而言,精度和穩定性永遠是一對矛盾。如果用低精度的timeGetTime來計時,基本上每次計時的結果都是相同的;而RDTSC指令每次結果都不一樣,經常有幾百甚至上千的差距。這是這種方法高精度本身固有的矛盾。   
                
              關于這個方法計時的最大長度,我們可以簡單的用下列公式計算:   
                
              自CPU上電以來的秒數   =   RDTSC讀出的周期數   /   CPU主頻速率(Hz)   
                
              64位無符號整數所能表達的最大數字是1.8×10^19,在我的Celeron   800上可以計時大約700年(書中說可以在200MHz的Pentium上計時117年,這個數字不知道是怎么得出來的,與我的計算有出入)。無論如何,我們大可不必關心溢出的問題。   
                
              下面是幾個小例子,簡要比較了三種計時方法的用法與精度   
                
              //Timer1.cpp   使用了RDTSC指令的Timer類//KTimer類的定義可以參見《Windows圖形編程》P15   
              //編譯行: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函數   
              //需包含&ltmmsys.h>,但由于Windows頭文件錯綜復雜的關系   
              //簡單包含&ltwindows.h>比較偷懶:)   
              //編譯行: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函數   
              //編譯行: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));   
              }   
                
              ////////////////////////////////////////////////   
              //以上三個示例程序都是測試1秒鐘休眠所耗費的時間   
              file://測/試環境:Celeron   800MHz   /   256M   SDRAM       
              //                     Windows   2000   Professional   SP2   
              //                     Microsoft   Visual   C++   6.0   SP5   
              ////////////////////////////////////////////////   
                
              以下是Timer1的運行結果,使用的是高精度的RDTSC指令   
              Lasting   Time:   804586872   
                
              以下是Timer2的運行結果,使用的是最粗糙的timeGetTime   API   
              Begin   Time:   20254254   
              End   Time:   20255255   
              Lasting   Time:   1001   
                
              以下是Timer3的運行結果,使用的是QueryPerformanceCount   API   
              Frequency:   3579545   
              Begin   Time:   3804729124   
              End   Time:   3808298836   
              Lasting   Time:   3569712  


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            posted on 2010-12-08 13:58 風輕云淡 閱讀(1218) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C++
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