Машинно-зависимые методы оптимизации

      Комментарии к записи Машинно-зависимые методы оптимизации отключены

Машинно-зависимые методы оптимизации ориентированы на конкретную архитектуру целевой вычислительной системы, на которой будет выполняться результирующая программа. Как правило, каждый компилятор ориентирован на одну определенную архитектуру целевой вычислительной системы. Иногда возможно в настройках компилятора явно указать одну из допустимых целевых архитектур. В любом случае результирующая программа всегда порождается для четко заданной целевой архитектуры.

Архитектура вычислительной системы – представление аппаратной и программной составляющих частей системы и взаимосвязи между ними с точки зрения системы как единого целого. Понятие “архитектура” включает в себя особенности и аппаратных, и программных средств целевой вычислительной системы. При выполнении машинно-зависимой оптимизации компилятор может принимать во внимание те или иные ее составляющие. То, какие конкретно особенности архитектуры будут приняты во внимание, зависит от реализации компилятора и определяется его разработчиками.

Распределение регистров процессора.Процессоры, на базе которых строятся современные вычислительные системы, имеют, как правило, несколько программно-доступных регистров. Часть из них может быть предназначена для выполнения каких-либо определенных целей (например, регистр – указатель стека или регистр – счетчик команд), другие могут быть использованы практически произвольным образом при выполнении различных операций (так называемые “регистры общего назначения”).

Использование регистров общего назначения для хранения значений операндов и результатов вычислений позволяет добиться увеличения быстродействия программы, так как действия над регистрами процессора всегда выполняются быстрее, чем над ячейками памяти. Кроме того, в ряде процессоров не все операции могут быть выполнены над ячейками памяти, а потому часто требуется предварительная загрузка операнда в регистр. Результат выполнения операции чаще всего тоже оказывается в регистре, и если необходимо, его надо выгрузить (записать) в ячейку памяти.

Программно доступных регистров процессора всегда ограниченное количество. Поэтому встает вопрос об их распределении при выполнении вычислений. Этим занимается алгоритм распределения регистров, который присутствует практически в каждом современном компиляторе в части генерации кода результирующей программы.

При распределении регистров под хранение промежуточных и окончательных результатов вычислений может возникнуть ситуация, когда значение той или иной переменной (связанной с нею ячейки памяти) необходимо загрузить в регистр для дальнейших вычислений, а все имеющиеся доступные регистры уже заняты. Тогда компилятору перед созданием кода по загрузке переменной в регистр необходимо сгенерировать код для выгрузки одного из значений из регистра в ячейку памяти (чтобы освободить регистр). Причем выгружаемое значение затем, возможно, придется снова загружать в регистр. Встает вопрос о выборе того регистра, значение которого нужно выгрузить в память.

При этом возникает необходимость выработки стратегии замещения регистров процессора. Она чем-то сродни стратегиям замещения процессов и страниц в памяти компьютера. Однако в отличие от диспетчера памяти в ОС, компилятор может проанализировать код и выяснить, какое из выгружаемых значений ему понадобится для дальнейших вычислений и когда (следует помнить, что компилятор сам вычислений не производит – он только порождает код для них, иное дело – интерпретатор). Как правило, стратегии замещения регистров процессора предусматривают, что выгружается тот регистр, значение которого будет использовано в последующих операциях позже всех (хотя не всегда эта стратегия является оптимальной).

Оптимизация кода для процессоров, допускающих распараллеливание вычислений.Многие современные процессоры допускают возможность параллельного выполнения нескольких операций. Как правило, речь идет об арифметических операциях.

Тогда компилятор может порождать объектный код таким образом, чтобы в нем содержалось максимально возможное количество соседних операций, все операнды которых не зависят друг от друга. Решение такой задачи в глобальном объеме для всей программы в целом не представляется возможным, но для конкретного оператора оно, как правило, заключается в порядке выполнения операций. В этом случае нахождение оптимального варианта сводится к выполнению перестановки операций (если она возможна, конечно). Причем оптимальный вариант зависит как от характера операции, так и от количества имеющихся в процессоре конвейеров для выполнения параллельных вычислений.

Например, операцию A+B+C+D+E+F на процессоре с одним потоком обработки данных лучше выполнять в порядке ((((A+B)+C)+D)+E)+F. Тогда потребуется меньше ячеек для хранения промежуточных результатов, а скорость выполнения от порядка операций в данном случае не зависит.

Та же операция на процессоре с двумя потоками обработки данных в целях увеличения скорости выполнения может быть обработана в порядке ((А+В)+С)+ +((D+E)+F). Тогда, по крайней мере, операции А+В и D+E, а также сложение с их результатами могут быть обработаны в параллельном режиме. Конкретный порядок команд, а также распределение регистров для хранения промежуточных результатов будут зависеть от типа процессора.

На процессоре с тремя потоками обработки данных ту же операцию можно уже разбить на части в виде (A+B)+(C+D)+(E+F). Теперь уже три операции А+В, C+D и E+F могут быть выполнены параллельно. Правда, их результаты уже должны быть обработаны последовательно, но тут уже следует принять во внимание соседние операции для нахождения наиболее оптимального варианта.

Статьи к прочтению:

Stochastic Gradient MCMC for Independent and Dependent Data Sources


Похожие статьи:

  • Другие методы оптимизации программ

    Оптимизация вычисления логических выражений.Особенность оптимизации логических выражений заключается в том, что не всегда необходимо полностью выполнять…

  • Объекты, свойства, методы, события

    Для начала можно определить объект как некую совокупность данных и способов работы с ними. Данные можно рассматривать как поля записи. Это характеристики…