这是C++代码的一块 显示一些非常特殊的行为
出于某种原因,对数据进行分类(之前奇迹般地使主环速度快近六倍:
#include <algorithm>
#include <ctime>
#include <iostream>
int main()
{
// Generate data
const unsigned arraySize = 32768;
int data[arraySize];
for (unsigned c = 0; c < arraySize; ++c)
data[c] = std::rand() % 256;
// !!! With this, the next loop runs faster.
std::sort(data, data + arraySize);
// Test
clock_t start = clock();
long long sum = 0;
for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i)
{
for (unsigned c = 0; c < arraySize; ++c)
{ // Primary loop.
if (data[c] >= 128)
sum += data[c];
}
}
double elapsedTime = static_cast<double>(clock()-start) / CLOCKS_PER_SEC;
std::cout << elapsedTime << '\n';
std::cout << "sum = " << sum << '\n';
}
- 不无
std::sort(data, data + arraySize);代码在11.54秒内运行
- 根据分类数据 代码在1.93秒内运行
(分类本身需要的时间比这个通过数组的时间要长, 所以如果我们需要计算未知数组, 它实际上不值得做 。)
起初,我以为这只是一种语言或编译器异常, 所以我尝试了爪哇:
import java.util.Arrays;
import java.util.Random;
public class Main
{
public static void main(String[] args)
{
// Generate data
int arraySize = 32768;
int data[] = new int[arraySize];
Random rnd = new Random(0);
for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
data[c] = rnd.nextInt() % 256;
// !!! With this, the next loop runs faster
Arrays.sort(data);
// Test
long start = System.nanoTime();
long sum = 0;
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
{ // Primary loop.
if (data[c] >= 128)
sum += data[c];
}
}
System.out.println((System.nanoTime() - start) / 1000000000.0);
System.out.println("sum = " + sum);
}
}
其结果类似,但不太极端。
我第一种想法是 分类能把数据带进缓存缓存,但那是愚蠢的 因为阵列是刚刚产生的。
- 这是怎么回事?
- 为什么处理一个分类阵列的速度要快于处理一个未排序阵列的速度?
守则正在总结一些独立的术语,因此命令不应重要。
相关/后续行动不同/以后的编译者和选项的相同效果:
正如其他人已经提到的,神秘背后的背后是什么?处 预测员.
我不是要补充一些东西,而是要用另一种方式解释这个概念。维基文字有一个简明的介绍,里面有文字和图表。我确实喜欢下面的解释,下面用一个图表来用直觉来描述处的预言。
在计算机结构中,分支预测器是一种数字电路,它试图猜到分支(如如果是当时的else结构)将走哪条路,然后才能确定这一点。分支预测器的目的是改善教学管道的流量。分支预测器在很多现代管道式微处理器结构(如x86)实现高效运行方面发挥着关键作用。
双向分机通常是用有条件跳跃指令执行的。 有条件跳跃要么可以“ 不采取” , 继续使用在有条件跳跃后立即出现的代码第一分支, 要么可以在存储代码第二分支的方案记忆中“ 采取” 并跳到不同位置。 无法确定在计算条件和有条件跳跃通过指令管道的执行阶段之前是否采取有条件跳跃(见图1)。
根据所述情况,我写了动画演示,以显示在不同情况下如何在管道中执行指示。
- 没有部门预言家。
没有分支预测,处理器必须等到有条件跳跃指令通过执行阶段后,下一个指令才能进入管道的接货阶段。
该示例包含三个指令, 第一个是有条件跳跃指令。 后两个指令可以进入管道, 直到有条件跳跃指令执行为止 。
完成3项指示需要9小时周期。
- 使用预测器,不要采取有条件的跳跃。让我们假设预测是否接受有条件的跳跃。
完成3项指示需要7小时周期。
- 使用预测器 进行有条件的跳跃 假设预测是否接受有条件的跳跃。
完成3项指示需要9小时周期。
在分支误用的情况下,浪费的时间相当于从取货阶段到执行阶段的输油管阶段的数量。 现代微处理器往往有相当长的输油管,因此误用延迟时间在10到20小时之间。 结果,输油管更长时间增加了对更先进的分支预测器的需求。
如你所见,我们似乎没有理由不使用 部门预言家。
这是一个很简单的演示,可以澄清分支预言家的基本部分。如果这些小精灵很烦人,请随意将他们从答案中删除,访问者也可以从中获取源代码。PrepdictorDemo 分支介质
由于一种被称为分支预测的现象,分类的阵列的处理速度要快于未排序的阵列。
分支预测器是一个数字电路(在计算机结构中),它试图预测一个分支会走哪条路,从而改善教学管道的流量。电路/计算机预测下一步并进行执行。
错误的预测导致回到前一步,执行另一个预测。 假设预测是正确的,代码将持续到下一步骤。 错误的预测导致重复同一步骤,直到出现正确的预测。
你问题的答案很简单
在未排列的阵列中,计算机进行多次预测,导致误差的可能性增加。而在分类的阵列中,计算机的预测减少,误差的可能性减少。 做更多的预测需要更多的时间。
排序的数组: 直路
____________________________________________________________________________________
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT
未排列的队列: 曲线路
______ ________
| |__|
部门预测: 猜测/预测哪条道路是直的,未检查就沿着这条道路走
___________________________________________ Straight road
|_________________________________________|Longer road
虽然两条道路都到达同一目的地,但直路更短,另一条更长。如果你错误地选择另一条道路,就没有回头路,所以如果你选择更长的路,你就会浪费一些更多的时间。这与计算机中发生的事情相似,我希望这能帮助你更好地了解。
我还想列举:@Simon_ weaver评论中:
它不会减少预测数量 — — 它会减少不正确的预测。 它仍然必须通过循环预测每一次...
是关于分支预测的 是什么?
分支预测器是古老的改进性能的技术之一,在现代建筑中仍然具有相关性。 虽然简单的预测技术能提供快速搜索和电力效率,但它们的误判率很高。
另一方面,复杂的分支预测 — — 无论是基于神经的预测还是两级分支预测的变异 — — 提供了更好的预测准确性,但是它们消耗更多的能量和复杂性会成倍增加。
此外,在复杂的预测技术中,预测分支所需的时间本身非常高 — — 从2到5个周期不等 — — 这与实际分支的执行时间相当。
部门预测基本上是一个优化(最小化)问题,重点是实现尽可能低的误差率、低电耗和最低资源复杂性低。
确实有三种不同的分支:
附加条件的分支- 根据运行时间条件,PC(程序表计数器)被修改为指示流中前方的地址。
后向附加条件分支- PC被修改为指令流的后向点。分支基于某种条件,例如当循环结束时的测试显示循环应该再次执行时,分支会向后到程序循环开始处。
无条件分支- 包括跳跃、程序呼叫和没有特定条件的返回。 例如, 无条件跳跃指令可能以组合语言编码为简单的“ jmp ” , 且指令流必须直接指向跳跃指令指向的目标位置, 而有条件跳跃, 代号为“ jmpne ” , 只有在对先前“ 比较” 指令中两个数值进行比较的结果显示数值不相等时, 才会改变教学流的方向。 (x86 结构使用的分段处理方案增加了额外的复杂度, 因为跳跃可以是“ 接近” (在段内) , 也可以是“ 远” (在段外) 。 每种类型都对分支预测算法有不同的影响 。
静态/动力支部:微处理器在第一次遇到有条件的分支时使用静态分支预测,而动态分支预测用于随后执行有条件的分支代码。
参考文献:
除了树枝预测可能会减慢你的速度之外 分解阵列还有另一个优势
您可以有一个停止状态, 而不是仅仅检查值, 这样你只能环绕相关数据, 忽略其它数据 。
分支预测只会错失一次。
// sort backwards (higher values first), may be in some other part of the code
std::sort(data, data + arraySize, std::greater<int>());
for (unsigned c = 0; c < arraySize; ++c) {
if (data[c] < 128) {
break;
}
sum += data[c];
}
