Forth http://www.fforum.winglion.ru/ |
|
Как сделать форт-процессор 2022 http://www.fforum.winglion.ru/viewtopic.php?f=3&t=3322 |
Страница 28 из 28 |
Автор: | Hishnik [ Ср мар 20, 2024 17:38 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
В системе команд можно делать специальные поля, которые будут одновременно с расчетами выполнять переход. Литерал в такую команду трудно добавить, а RET или LOOP вполне можно. Но это уже получится упражнение "расставьте поля команды, чтобы было и полезно, и не слишком громоздко". В тестах понятно, что по сути работает только тело вложенного цикла, а накладные расходы идут параллельно с выполнением стековых манипуляций. Ну, оно тоже имеет право на жизнь. |
Автор: | Total Vacuum [ Чт мар 21, 2024 01:25 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
Глянул их код чуть повнимательнее. Код: address opcode label comment Там много опечаток, например, отсутствует строка с адресом 001009 (там должен быть jmp IN1), по адресу 001014 адрес прыжка неправильный (должен быть прыжок по адресу XXXE, а не XXX3, видимо, неправильно распозналось при сканировании ), да и формат команды вызывает некоторые сомнения. На глаз там во внутреннем цикле 15-20 команд, но сложно в таком варианте оценивать, если не знать, сколько тактов выполняется каждая команда, выполняются ли они параллельно и т.д. С другой стороны у нас есть тактовая частота и время выполнения миллиона итераций. Смело перемножаем одно на другое - получаем количество тактов на итерацию во внутреннем цикле: 200*0.17=34 такта на итерацию цикла в INNER. Для сравнения 68040 и R4000 тратят вполне достойные 9 и 12 тактов соответственно, да даже 68030 с его 18 тактами на итерацию не так уж и плох.001000 5715C INNER n push n push 1000 0 DO 001001 003E8 1000 001002 00000 0 001003 57D58 IN1 n drop n pop 34 DROP 001004 00022 34 001005 00001 1 001006 BE37B + pop over over INC loop counter 001007 A080A xor T0 IN2 COMPARE 001008 FF39E drop push push nop 00100A FFFFE IN2 drop drop drop ; FINISH 00100B 5715C BENCH n push n push 1000 0 DO 00100C 003E8 1000 00100D 00000 0 00100E 20000 BE1 call INNER 00100F 563DE n pop nop nop 001010 00001 1 001011 BE37B + pop over over INC counter 001012 A0815 xor T0 BE2 COMPARE 001013 FF39E drop push push nop 001014 00003 jmp BE1 LOOP 001015 FFFBA BE2 drop drop drop n FINISH 001016 00007 7 001017 57020 n push ; long call and return 001018 03987 lit' EMIT Создатели F21 пытются выйти из положения и разворачивают внутренний цикл, убирая тем самым накладные расходы на организацию цикла, в результате в общем-то простой код жиреет аж до 400 байт, но количество тактов на итерацию уменьшается всего лишь до 15. И лишь когда они задействуют вместо честного литерала свой внутренний регистр А (вручную или компилятор сам сообразил?), то получают космические 2 такта на итерацию. А у меня, например, в базовом варианте с 6-битными командами литерал весит 2 команды (и такта), еще такт на drop, ну и еще один на loop. В результате итерация весит 3 байта и длится 4 такта. А в продвинутом варианте (4- и 6-битном) всего два такта: первый на 34+drop, а второй на loop. При желании, наверное, можно и в один такт уложиться. И да, команды для реализации аппаратных циклов - это (с оговорками) условные call и ret. Например, while и do вполне можно обозвать условным call, а repeat и loop - условными ret. Разница лишь в том, что одни проверяют и меняют счетчик цикла, а другие проверяют условие. Условным call необходим полный литерал (адрес, по которому прыгать при невыполнении условия), но они выполняются лишь раз в качестве пролога перед входом в тело цикла, а условные ret литералов не требуют (адрес начала цикла берут из стека возвратов) и выполняются за такт. |
Автор: | Hishnik [ Сб мар 23, 2024 22:27 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
Игры с внутренними регистрами в целях улучшить показатели в синтетических тестах в конечном итоге не дают практической пользы. Если разобраться, в итоге это приводит к добавлению аппаратного ядра, которое и выполняет основную работу, и тут его стоит аккуратно "отцепить" от процессора, чтобы не делать из универсального устройства компонент, который по сути будет крутиться в цикле CMD1 CMD2. В принципе есть варианты ускорения циклов и часто встречаются дополнительные флаги "одновременно с этой командой делать ret". Но такие флаги начинают расползаться по системе команд, портя ее внутреннюю согласованность. |
Автор: | Total Vacuum [ Вс май 19, 2024 00:18 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
KPG писал(а): Стандартный Cи тест Coremark Coremark пока не компилируется, т.к. до сих пор не дошли руки до указателей на функции в моем трансляторе. (для Forth тоже был перенесён и были измерения в местном топике Бенчмарка Форт систем) P.S. Таблица на сайте измерения для разных кристалов https://www.eembc.org/coremark/scores.php Но зато с полпинка завелся тест Dhrystone. Наконец-то добрался до платы с ПЛИС и прогнал Дрыстоний через свои процессоры: Код: CPU MHz Dhry s Dhry/s DMIPS DMIPS/MHz Для сравнения здесь же приведены цифры по "эталонному" vax11/780, core 2 duo e8500, под который скомпилировал своим транслятором и по другим процессорам (взято отсюда http://www.roylongbottom.org.uk/dhrystone%20results.htm).r81 20 16384 6.126 2675 1.52 0.08 f41 20 16384 7.484 2189 1.25 0.06 f42 20 16384 6.637 2469 1.41 0.07 f43 20 16384 5.466 2997 1.71 0.09 f44 20 16384 4.920 3330 1.90 0.09 f42x2 20 16384 4.620 3546 2.02 0.10 f43x6 20 16384 3.907 4193 2.39 0.12 f44x6 20 16384 2.120 7728 4.40 0.22 f61 20 16384 2.541 6448 3.67 0.18 Core 2 Duo E8500 3160 1M 0.440 1294 0.41 vax 11/780 5 1757 1 0.20 Dhry2 Dhry2 Opt NoOpt VAX VAX CPU MHz MIPS MIPS AMD 80386 40 13.7 4.53 0.11-0.34 IBM 486D2 50 22.4 7.89 0.16-0.45 80486 DX2 66 35.3 12.4 0.19-0.53 IBM 486BL 100 40.9 11.8 0.12-0.41 AMD 5X86 133 84.5 9.42 0.07-0.64 Pentium 75 87.1 18.9 0.25-1.16 ... Core 2 Duo 1 CP 2400 6446 1251 0.52-2.69 Core i7 4820K 3900 11867 1981 0.51-3.04 Из моих в списке risc c 8-битными командами (по 4 бита на код команды и register/immediate) и форт-процессоры с 4- и 6- битными командами. Процессоры f42x2/f43x6/f44x6 выполняют в точности ту же прошивку, что f42/f43/f44 соответстенно. Но f42x2 умеет выполнять одновременно до 2 команд за такт (команды 0-3, push/0-3 или push/push), f43x6 умеет за такт до 6 команд, в т.ч. n(литерал)/n call/n jz/dup(0 pick), ну а f44x6 - те же, что и в f43x6, плюс n +/n -/n @/n !/drop(0 * -)/over(1 pick)/nip(swap 0 * -), в результате работают заметно быстрее. ссылка на изображение |
Автор: | Hishnik [ Вс май 19, 2024 17:48 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
Ого! Это серьезно. Тут ведь еще какой интересный вывод получается. Вот в рамках одного архитектурного подхода получился набор ядер. Они показали существенно разные характеристики на Dhrystone. В принципе понятно, что там можно менять, чтобы они были еще лучше. Теперь можно пойти дальше и распространить подход на тесты, имитирующие реальные задачи. Будет аналогично - базовое ядро, тесты, модификация для улучшения характеристик в нужную сторону. |
Автор: | Total Vacuum [ Пн май 20, 2024 01:03 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
Hishnik писал(а): Ого! Это серьезно. Ну я в основном занимался не затачиванием процессора под Dhrystone, а ускорением традиционных для Форта примитивов, которым по понятным причинам не хватило места в системе из 16 команд. Вот в дополнение к предыдущему варианту добавил в f44x6 за такт 15 rshift (знак числа), n *, invert (dup nand), < (- 15 rshift). В результате стало еще чуточку быстрее:Тут ведь еще какой интересный вывод получается. Вот в рамках одного архитектурного подхода получился набор ядер. Они показали существенно разные характеристики на Dhrystone. В принципе понятно, что там можно менять, чтобы они были еще лучше. Теперь можно пойти дальше и распространить подход на тесты, имитирующие реальные задачи. Будет аналогично - базовое ядро, тесты, модификация для улучшения характеристик в нужную сторону. Код: CPU MHz Dhry s Dhry/s DMIPS DMIPS/MHz Ну и есть понимание, чего примерно можно ожидать от процессора с чуть более широкой системой команд, в котором все базовые примитивы будут из коробки. Другими словами, я пытался нащупать некий гипотетический потолок производительности для Форт-процессоров с достаточно широким машинным словом, при этом, однако, держал в уме, что компилятор совсем слабый, а, следовательно, с коммерческим компилятором результаты должны быть гораздо выше. Ну а вообще можно двигаться как в сторону увеличения количества одновременно выполняемыых за такт команд или же увеличения количества ядер, так и в сторону увеличения разрядности машинного слова. И видно, что, например, даже небольшие (и практически бесплатные с точки зрения потребления ресурсов ПЛИС) изменения (2 команды за такт в f42x2) приводят к существенному росту скорости. Как и расширение машинного слова с 4 до 6 бит, в результате чего например f61, который выполняет ровно по одной команде, в 2-3 раза опережает обычные процессоры с 4-битными командами, да и не сильно отстает от раскочегаренного до неприличия f44x6. Причем это самый первый и самый простой вариант 6-битного процессора, есть и другие более навороченные, но они пока не завелись в ПЛИС. А так да, когда на горизонте забрезжит какая-то реальная задача, то система команд будет затачиваться именно под нее, в т.ч. добавлением новых команд, может даже экзотических. Но это на случай. если вдруг процессор общего назначения перестанет справляться. f44x6 20 16384 2.060 7953 4.53 0.23 Но главное, что удалось убить сразу несколько зайцев (шучу, ни один заяц при съемках не пострадал): - убедился, что компилятор Си успешно транслирует достаточно сложный исходник, который (это тоже важно) был написан другим человеком; - обнаружил (не без удивления), что мои процессоры не сильно проигрывают обычным серийным процессорам, за такие цифры не стыдно, более того, есть понимание, что если здесь вдруг появится возможность использования коммерческого компилятора с тучей возможных оптимизаций (например, которые транслируют в условный llvm или в webassembly), то результаты, естественно, окажутся еще более впечатляющими, кстати, никто ведь не запрещает использовать Форт и Форт-ассемблер, результат в моем случае почти всегда оказывается более быстрым и компактным, если сравнивать с выхлопом от моего транслятора Си; - увидел, что связка свой-процессор/свой-компилятор (Си, Форт или любой другой) вполне жизнеспособна, даже когда процессор до неприличия простой, а компилятор Си даже не умеет константные выражения на этапе компиляции вычислять, про какие-либо оптимизации я вообще молчу, тем не менее, рано или поздно оптимизации появятся, вижу много мест, где транслятор должен рожать более красивый код; - получил инструмент, при помощи которого можно сравнивать между собой разные системы команд, раньше сравнивал при помощи 3d-бродилки, и хотя корреляция между тестами есть, но доверия к общепризнанному инструменту чуточку больше |
Автор: | Total Vacuum [ Чт июл 25, 2024 17:27 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
Кстати, наткнулся тут и вспомнил, откуда тестовая 3d-бродилка взялась. ссылка на изображение Она там была в нескольких вариантах на Си, взял первую из них и перевел на Форт, попутно заменив float на int. Если мне не изменяет склероз, там же были сразу варианты с fixed point и текстурами. |
Автор: | Total Vacuum [ Пт ноя 01, 2024 00:26 ] |
Заголовок сообщения: | Re: Как сделать форт-процессор 2022 |
Выдалась свободная минутка, перепрогнал Dhrystone через свои процессоры, ибо мой компилятор Си-в-Форт чуточку повзрослел. Код: CPU MHz Dhry s Dhry/s DMIPS DMIPS/MHz Процессор с 4-битными командами уже на пределе (f44x6), маловероятно, что в плане производительности удастся выжать из него еще хоть что-то. Разве что оптимизации добавлять в компилятор или систему команд чуть более удачную придумывать. А вот у процессора с 6-битными командами есть огромный резерв и простор для творчества (перечислю только основные моменты):f41 20 16384 6.236 2627 1.50 0.07 f45 20 16384 6.006 2728 1.55 0.08 f42 20 16384 5.581 2936 1.67 0.08 f43 20 16384 4.997 3279 1.87 0.09 f44 20 16384 4.491 3648 2.08 0.10 f44x6 20 16384 1.936 8463 4.82 0.24 f61 20 16384 1.858 8818 5.02 0.25 Dhry2 Dhry2 Opt NoOpt VAX VAX CPU MHz MIPS MIPS AMD 80386 40 13.7 4.53 0.11-0.34 IBM 486D2 50 22.4 7.89 0.16-0.45 80486 DX2 66 35.3 12.4 0.19-0.53 IBM 486BL 100 40.9 11.8 0.12-0.41 AMD 5X86 133 84.5 9.42 0.07-0.64 Pentium 75 87.1 18.9 0.25-1.16 ... Core 2 Duo 1 CP 2400 6446 1251 0.52-2.69 Core i7 4820K 3900 11867 1981 0.51-3.04 - сама система команд, есть несколько вариантов, в "железе" пока реализована самая простая (и медленная); - 2 свободных слота в текущей системе команд; - при трансляции Си-в-Форт сишные циклы for/while/do-while транслируются в jz/jmp, а намного более быстрые аппаратные циклы while-repeat и do-loop не задействованы; - и, наконец, никто не запрещает выполнять по несколько команд за такт (как и в f44x6), ну а пока читается по 3 команды за такт (задел на будущее, можно и 6 сделать), но выполняется пока ровно по одной; Ну а еще сам компилятор. Все же Dhrystone оценивает не производительность процессора, а производительность связки процессор+компилятор. И тем удивительнее, что даже в таком сыром виде творческий союз "самодельный процессор"+"самодельный компилятор" не проигрывает тандему "серийный процессор"+"профессиональный компилятор". upd. Для коллекции процессор с 6-битными командами и литералами за 1-2 такта, пока еще в зачаточном состоянии, но пусть будет Код: CPU MHz Dhry s Dhry/s DMIPS DMIPS/MHz Код программы нарезан на 18-битные порции (куски по 3 6-битных команды), 2 такта на литерал получается, если литерал целиком не помещается в текущее 18-битное слово и наползает на следующее. Кроме литералов ничего не делал.
f61x3 20 16384 1.762 9299 5.29 0.26 |
Страница 28 из 28 | Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ] |
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group http://www.phpbb.com/ |