Кодирование команд (часть 3)

Пример 2.

MUL [BX]

Умножение без знака содержимого AL на операнд, адрес которого задан в команде. Операнд находится в памяти.

Базовое время: (76...83)+EA.

Время вычисления EA (регистровая косвенная адресация): 5 тактов.

Т=(76...83)+5 = (81...88) тактов = (810...880) нс

Пример 3.

JZ MET ; перейти на MET, если "ноль"

Базовое время: 4 такта, если нет перехода, и 16 тактов, если переход выполняется.

Других затрат времени нет.

Т=4 такта=40 нс    перехода нет.
Т=16 тактов=160 нс  переход выполняется.

Пример 4.

JMP dword ptr [SI+15] ; межсегментный косвенный переход.

Базовое время: 24+EA.

Время вычисления EA (регистровая относительная адресация): 9 тактов.

Имеются 2 обращения к памяти за новыми значениями IP и CS.

Если адрес слова четный, то

Т=24+9=33 (такта)=330 (нс).

Если адрес слова нечетный, то

Т=24+9+2*4=41 (такт)=410 (нс).

Время выполнения линейного участка программы равно сумме времен выполнения всех команд этого участка.

Оценим время выполнения ветвящейся программы на примере следующей задачи:

Ниже представлен текст соответствующей программы в предположении, что A, B и y - переменные длиной 1 байт, имеющие идентификаторы MA, MB и MY соответственно. Здесь и далее полагаем, что используемые адреса в сегменте данных - четные. Рядом с каждой командой указано количество тактов синхронизации, необходимое для ее выполнения (идентификаторы соответствуют прямому режиму адресации ):

MOV BL,5  ; 4
     MOV AL,MA ; 10
     CMP AL,MB ; 15
     JG  OUT   ; 4/16
     INC BL    ; 3
OUT: MOV MY,BL ; 15

Таким образом, если A>B, то программа выполняется за 60 тактов, в противном случае - за 51 такт.

Если оба случая равновероятны, то

Тср = (Т1+Т2)/2 = 55.5 (такта).

В общем случае для данной программы

Тср = 4+10+15+16*p1+(4+3)*p2+15=44+16*p1+7*p2.

где p1 и p2 - вероятности перехода в команде JG в случае выполнения и невыполнения условия соответственно ( p1+p2=1 ).

Если известна количественная или хотя бы качественная оценка соотношения p1 и p2, то можно минимизировать среднее время выполнения данного фрагмента программы.

Пусть известно, что A>B при 90% различных исходных данных. Тогда для рассмотренной программы:

Тср = 44+0.9*16+0.1*7=59.1 (такта).

При обратном соотношении, то есть при p1=0.1:

Тср = 44+0.1*16+0.9*7=51.9 (такта).

Следовательно, при p1=0.1 быстрее будет выполняться программа, меняющая условие перехода:

MOV BL,6  ; 4
     MOV AL,MA ; 10
     CMP AL,MB ; 15
     JNG OUT   ; 4/16
     DEC BL    ; 3
OUT: MOV MY,BL ; 15

Она дает то же самое среднее время выполнения программы при p1=p2, но выигрыш при p1>p2 и проигрыш при p1<p2.

В циклических программах тело цикла выполняется многократно. В силу этого целесообразно, по возможности, минимизировать этот участок программы даже за счет увеличения времени выполнения подготовительных операций и операций обработки результатов циклического участка.

Рассмотрим это положение на следующем примере. Пусть необходимо вычислить произведение двух целых положительных чисел длиной в слово ( S=M*N ), не используя команду умножения. Предполагаем, что операнды располагаются в памяти по эффективным адресам, вычисляемым как [SI+2A] и [1148h], а результат также не превышает одного слова и должен быть записан в память по адресу [BX+SI]. Предполагаем также, что все адреса в сегменте данных четные.

Решать задачу будем по следующей схеме:

Рассмотрим несколько возможных вариантов решения.

Вариант 1.

MOV   [BX+SI],0   ; 17
       MOV   AX,[1148h]  ; 10
CYCLE: ADD   [BX+SI],AX  ; 23
       DEC   [SI+2A]     ; 24
       JNZ   CYCLE       ; 4/16

Вариант 2.

MOV   AX,[1148h]  ; 10
       MOV   CX,[SI+2A]  ; 17
       SUB   DX,DX       ; 3
CYCLE: ADD   DX,AX       ; 3
       DEC   CX          ; 2
       JNZ   CYCLE       ; 4/16
       MOV   [BX+SI],DX  ; 16

Вариант 3.

MOV   AX,[1148h]  ; 10
       MOV   CX,[SI+2A]  ; 17
       SUB   DX,DX       ; 3
CYCLE: ADD   DX,AX       ; 3
       LOOP  CYCLE       ; 15/17
       MOV   [BX+SI],DX  ; 16

Вариант 1 использует минимальное общее количество команд. В варианте 2 обработка идет в регистрах общего назначения, но не используется специальная команда цикла, которая использована в варианте 3.

Сравнительные характеристики этих вариантов представлены в табл. 9.3

Таким образом, даже несмотря на некоторое увеличение длины, программа, реализованная в вариантах 2 и 3, при достаточно больших N выполняется почти втрое быстрее, чем реализованная в варианте 1.

Так как время выполнения этих программ зависит от величины лишь одного сомножителя, то в том случае, когда известны относительные величины сомножителей, это время можно минимизировать, используя в качестве счетчика наименьший из сомножителей.