On Saturday, June 5, 2021 at 12:19:23 PM UTC+2, slawek wrote:
> Przy "dużych" CPU (takich jak Intel I9, w odróżnieniu od jakichś
> popierdułek w rodzaju 8 bitowego ATmega8) jest jeszcze
> ciekawiej:
>
> 1. Jest zegar, np. 3.5 GHz.
> 2. Ale w trybie boost leci do 5GHz - jeżeli jeden rdzeń tylko pracuje.
> 3. przetworzenie rozkazu może zająć kilka faktów (wczytanie
> rozkazu, wczytanie danych, zapisanie danych)

To jest szczegół techniczny, o którym należy zapomnieć. W rzeczywistości
potoki są głębokie (co najmniej kilkanaście etapów). Dekodowanie rozkazów,
ich scheduling na fizyczne jednostki wykonawcze i ich faktyczne
wykonywanie są asynchroniczne. Procesor Skylake może obsługiwać ponad
200 rozkazów w jednej chwili.

Z punktu widzenia programisty istotne są tylko dwie liczby charakteryzujące
instrukcje:
- opóźnienie (latency) - po ilu cyklach zegara wynik instrukcji będzie dostępny,
- przepustowość (throughput) - co ile cykli zegara można odpalać dany rozkaz.

Np. mnożenie ma latency=3, ale throughput=1, co znaczy, że jak masz wykonać
10 mnożeń, to ich wynik może być dostępny w najgorszym przypadku po 10*3
cyklach, a w najlepszym po 3 + 9*1 cyklach.

Albo latency=1, throughput=0.33 dla dodawania całkowitoliczbowego oznacza, że
wynik będzie po cyklu, ale jak scheduler da radę i będą wolne jednostki wykonawcze,
to trzy dodawania zostaną przekazane do wykonania w 1 cyklu.

> 4. Ale jest pipeline i na jednym core jest na raz kilka rozkazów
> (na różnych etapach realizacji)
> 5. Są rozkazy SIMD i rejestry o długości tak z 2KB - teoretycznie
> operacje na nich też są "w jednym cyklu"

Nie istnieją takie duże rejestry SIMD. Największe obecnie to 64 bajty
w AVX512 i niektórych implementacjach SVE; większość to 16 lub 32 bajty.
Latency dla dużej części operacji wektorowych wynosi jeden cykl,
bez cudzysłowu. Dlatego procesory się grzeją. :)

w.