自我介紹

我叫阿Q，是CPU一號(hào)車(chē)間里的員工，我所在的這個(gè)CPU足足有8個(gè)核，就有8個(gè)車(chē)間，干起活來(lái)杠杠滴。

我所在的一號(hào)車(chē)間里，除了負(fù)責(zé)執(zhí)行指令的我，還有負(fù)責(zé)取指令的小A，負(fù)責(zé)分析指令的小胖和負(fù)責(zé)結(jié)果回寫(xiě)的老K。

CPU的每個(gè)車(chē)間都有一堆箱子，人們把這些箱子叫做寄存器，我所在的一號(hào)車(chē)間也不例外，我們每天的工作就是不斷執(zhí)行指令，然后折騰這些箱子，往里面存東西取東西。

由于我們四個(gè)人的出色工作，一號(hào)車(chē)間業(yè)績(jī)突出，在年會(huì)上還多次獲得了最佳CPU核心獎(jiǎng)呢。

緩存

我們每天都需要跟內(nèi)存打交道，不過(guò)由于內(nèi)存這家伙實(shí)在太慢了，我們浪費(fèi)了很多時(shí)間等待他給我們數(shù)據(jù)傳輸。

終于有一天，上面給我們下了命令，說(shuō)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手CPU的速度快趕上我們了，讓我們想辦法提升工作效率。這一下可難倒了我們，我們平時(shí)干活絕沒(méi)有偷懶，要怪只能怪內(nèi)存那家伙，是他拖了我們后腿。

一天晚上，我們哥四個(gè)在一起聚餐，討論起上面的這道命令來(lái)，大家都紛紛嘆氣。

就在一籌莫展之際，老K提出了一個(gè)想法：“兄弟們，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象，咱們和內(nèi)存打交道的時(shí)候，如果訪問(wèn)了某個(gè)地址的數(shù)據(jù)，它周?chē)臄?shù)據(jù)隨后也大概率會(huì)被訪問(wèn)到”，說(shuō)到這里，老K停頓了一下。

我一邊聽(tīng)一邊想著，小A倒是先開(kāi)口：“然后呢？你想表達(dá)什么意思？”

老K繼續(xù)說(shuō)道：“咱每次數(shù)據(jù)都找內(nèi)存要，太慢了，我尋思在咱們車(chē)間劃一塊區(qū)域，結(jié)合我發(fā)現(xiàn)的那個(gè)現(xiàn)象，以后讓內(nèi)存一次性把目標(biāo)區(qū)域附近的數(shù)據(jù)一起給我們，我們存在這塊區(qū)域，后面在需要用到的時(shí)候就先去這里找，找不到再去找內(nèi)存要，豈不省事？”

聽(tīng)老K這么一描述，感覺(jué)靠譜，我也趕緊附和：“好辦法！你們看啊，這內(nèi)存老是拖咱后退，但是這家伙一時(shí)半會(huì)也快不起來(lái)，要不咱先用這招試試，看看能不能加快一點(diǎn)工作效率，給上面也有個(gè)交代?！?/p>

說(shuō)干就干，我們很快就付諸實(shí)踐了，我們還給這技術(shù)取了個(gè)名字叫緩存，效果居然出奇的好，后來(lái)為了進(jìn)一步優(yōu)化，我們還把緩存分為了兩塊，一塊離寄存器很近叫一級(jí)緩存，剩下的叫二級(jí)緩存。一級(jí)緩存中進(jìn)一步分了指令緩存和數(shù)據(jù)緩存兩塊。

我們車(chē)間的工作效率那是飛速提升，但不知道是誰(shuí)走漏了風(fēng)聲，其他幾個(gè)車(chē)間也知道了這項(xiàng)技術(shù)，紛紛效仿。

這天，為了業(yè)績(jī)，我們決定再加第三級(jí)緩存，這次把空間弄大點(diǎn)，不過(guò)咱們車(chē)間地盤(pán)有點(diǎn)局促，放不下，我們偷偷給上面領(lǐng)導(dǎo)反饋了這事兒，想讓領(lǐng)導(dǎo)幫我們協(xié)調(diào)一下。

領(lǐng)導(dǎo)倒是同意了，不過(guò)告訴我們他得一碗水端平，平衡各車(chē)間的利益。但是咱廠里空間也有限，不可能給每個(gè)車(chē)間都分配那么大的空間，于是決定由廠里統(tǒng)一安排一塊大的區(qū)域，讓各個(gè)車(chē)間來(lái)共享。沒(méi)有辦法，我們也只好同意了。

現(xiàn)在，我們用上了三級(jí)緩存技術(shù)，內(nèi)存那家伙拖后腿的現(xiàn)象緩解了不少，相當(dāng)部分時(shí)間我們都能從這三級(jí)緩存里面找到我們需要的數(shù)據(jù)。

亂序執(zhí)行

隨著技術(shù)的發(fā)展，咱們CPU工廠的工作性能也是不斷攀升，慢慢的，我們幾個(gè)又開(kāi)始閑下來(lái)了，因?yàn)槲覀儗?shí)在太快了，盡管有了緩存，但我們還是有了不少閑暇時(shí)間。

這天我還是像往常一樣，小A取指令去了，我們知道這得要點(diǎn)時(shí)間，于是我和小胖還有老K我們仨斗起了地主。

打了好幾把，小A才氣喘吁吁的回來(lái)，“小胖，該你去指令分析了，你起來(lái)讓我來(lái)打幾把”。小胖趕緊起身干活，換上了小A上桌。

就這樣我們幾個(gè)輪流工作，一直保持著三個(gè)人的斗地主牌桌。

沒(méi)想到的是，沒(méi)過(guò)多久，廠里領(lǐng)導(dǎo)過(guò)來(lái)視察了，正好撞見(jiàn)我們幾個(gè)打牌，狠狠的訓(xùn)斥了我們一頓。

“你們幾個(gè)上班時(shí)間玩得挺嗨啊”，領(lǐng)導(dǎo)的臉拉的老長(zhǎng)。

“領(lǐng)導(dǎo)，我們沒(méi)有偷懶，這取指令、譯碼、執(zhí)行、回寫(xiě)幾個(gè)步驟都得分步執(zhí)行，但是我們工作太快，存儲(chǔ)器跟不上我們，我們等得無(wú)聊打發(fā)時(shí)間嘛”，我上前解釋到。

“干等著你們也可以提前做一些后面的準(zhǔn)備工作嘛，不要浪費(fèi)時(shí)間，讓生產(chǎn)效率更上一層樓”，領(lǐng)導(dǎo)說(shuō)完就離開(kāi)了，留下我們幾個(gè)面面相覷。

不過(guò)領(lǐng)導(dǎo)的一番話倒是如一記重錘敲在我的頭上，對(duì)啊，我們有這打牌的時(shí)間不如提前把后續(xù)指令的準(zhǔn)備工作先做了，肯定能提升不少效率呢！

我開(kāi)始組織兄弟幾個(gè)商討方案，“兄弟們，我們最主要的時(shí)間都浪費(fèi)在等待內(nèi)存數(shù)據(jù)上了，如果我們能在等待的時(shí)間里把后續(xù)指令需要的數(shù)據(jù)提前準(zhǔn)備到緩存中來(lái)，那可就節(jié)約不少時(shí)間了，不用每次都等那么久?！?/p>

老K聽(tīng)后很贊賞我的思路，并補(bǔ)充到：“不僅是準(zhǔn)備工作，像有些指令，比如加法，如果參與加法的數(shù)據(jù)不依賴前面指令的結(jié)果，咱們完全可以提前把這加法指令執(zhí)行了嘛，把結(jié)果保存在緩存中，等真正輪到這條指令執(zhí)行的時(shí)候，再把緩存中的結(jié)果寫(xiě)到內(nèi)存中，這不也是節(jié)約了時(shí)間嗎”

大家開(kāi)始頭腦風(fēng)暴起來(lái)，原來(lái)可以做的事情還這么多，之前光想著等靠要，現(xiàn)在要主動(dòng)出擊了，因?yàn)榇騺y了順序提前會(huì)執(zhí)行后面的指令，我們把這個(gè)技術(shù)叫做亂序執(zhí)行.

“這次大家要保密哦，不能讓隔壁車(chē)間知道咱們的這次討論內(nèi)容”，會(huì)議結(jié)束前，我提醒大家。

分支預(yù)測(cè)

按照這次會(huì)議討論的結(jié)果，咱們第二天準(zhǔn)備實(shí)行，不過(guò)剛一開(kāi)始，就遇到了麻煩。

按照計(jì)劃，我們?cè)诳臻e時(shí)間里，會(huì)提前把后續(xù)要執(zhí)行的指令能做的工作先做了，但麻煩的是我們遇到了一條判斷指令，因?yàn)椴恢雷罱K結(jié)果是true還是false，我們沒(méi)法知道后續(xù)是應(yīng)該執(zhí)行分支A的指令還是分支B的指令。不敢輕舉妄動(dòng)，怕一會(huì)做了無(wú)用功。

大家只好放棄了提前做準(zhǔn)備工作的想法，還是一步步來(lái)。

不過(guò)很快我們發(fā)現(xiàn)，我們經(jīng)常執(zhí)行到這個(gè)判斷指令，而且每次結(jié)果都是去執(zhí)行A分支，從沒(méi)有去過(guò)B分支。

于是我們幾個(gè)又商量，發(fā)明了一種叫分支預(yù)測(cè)的技術(shù)，遇到分支跳轉(zhuǎn)時(shí)，按照之前的經(jīng)驗(yàn)，如果某個(gè)分支經(jīng)常被執(zhí)行，那后續(xù)再去這個(gè)分支的概率一定很大，那這樣咱們預(yù)測(cè)后面會(huì)去到這個(gè)分支，就提前把這個(gè)分支后面指令能做的工作先做了。

果然，用上了分支預(yù)測(cè)和亂序執(zhí)行后，我們車(chē)間的效率又狠狠的提升了一把，在工廠的集體大會(huì)上又一次表?yè)P(yáng)了我們，并且把我們的先進(jìn)技術(shù)向全廠推廣。

未完待續(xù)······

彩蛋

然而幸福的日子沒(méi)過(guò)太長(zhǎng)，我們就因?yàn)檫@兩項(xiàng)技術(shù)闖下了彌天大禍。

那天，我們還是如往常一般工作，可不久發(fā)現(xiàn)我們的分支預(yù)測(cè)頻頻出錯(cuò)，提前做的準(zhǔn)備工作也屢屢白費(fèi)，很快，我們發(fā)現(xiàn)出事兒了······

預(yù)知后事如何，請(qǐng)關(guān)注后續(xù)精彩······

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