46537 (665580), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В уже упоминавшейся работе Паттерсона [РАТТ82-а] рассматривалась динамическая частота появления в программах переменных разных классов (табл. 12.3). Статистические параметры для программ, написанных на языках С и Pascal, достаточно хорошо согласуются, и оказывается, что большинство ссылок в программе относится к скалярным переменным. Более того, свыше 80% этих скалярных переменных являются локальными. Ссылки на массивы или составные структурные переменные требуют предварительного обращения к соответствующему индексу или указателю, который, в свою очередь, чаще всего также является локальной переменной. Следовательно, в типичной программе превалируют ссылки на скалярные переменные, причем значительная часть ез. являются локальными.
В исследовании Паттерсона анализировались динамические статистические параметры программ на языках высокого уровня, не зависящие от того, какова архитектура компьютера, на котором эта программа будет выполняться. Как уже отмечалось в предыдущем разделе, при более глубоком статистическом анализе программ архитектуру компьютера следует обязательно учитывать. В работе [LUND77] рассматривались динамические характеристики программ компьютера PDP-10 и было показано, что в среднем на одну машинную команду приходится 0.5 ссылок на операнд, находящийся в памяти, и 1.4 ссылок на операнды в регистрах. Аналогичные результаты приводятся и в работе [HUCK83J, где анализировались программы компьютеров IBM S/370, PDP-11 и VAX, написанные на языках С, Pascal и FORTRAN. Конечно, эти характеристи-ки очень зависят от особенностей архитектуры компьютеров и качества компиляторов, но, тем не менее, они несут объективную информацию о соотношении разных способов обращения к переменным в программах.
Последние из упомянутых работ, с одной стороны, свидетельствуют о важности учета характеристик компьютера при анализе, а с другой — указывают, на какие способы обращения к операндам нужно обратить особое внимание конструкторам процессоров, поскольку они встречаются в программах чаще других. Из исследований Паттерсона следует, что в первую очередь нужно оптимизировать механизм обращения к локальным скалярным переменным.
Таблица 12.3. Динамическое распределение типов операндов в программах
| Pascal | C | В среднем | |
| Целые константы | 16 | 23 | 20 |
| Скалярные переменные | 58 | 53 | 55 |
| Массивы/структуры | 26 | 24 | 25 |
Вызовы подпрограмм
Выше неоднократно подчеркивалось, что обращение к подпрограммам является одним из наиболее важных аспектов программирования на языках высокого уровня. Данные, , представленные в табл. 12.2, свидетельствуют о том, что больше всего времени при выполнении типичных программ тратится именно на операции вызова подпрограмм и возврата из подпрограмм. Следовательно, разработка методов оптимальной реализации таких операторов на уровне машинных команд принесет наибольший эффект. При выборе методов реализации нужно принимать во внимание два аспекта: количество параметров (аргументов), передаваемых при вызове подпрограммы, и переменных, с которыми работает подпрограмма; глубина вложенности вызовов подпрограмм.
В своей работе [TANE78] Таненбаум (Tanenbaum) показал, что при вызове 98% подпрограмм передается менее 6 параметров и что в 92% вызванных подпрограмм' используется менее 6 скалярных локальных переменных. Аналогичные результаты получила и группа исследователей из Беркли [КАТЕ83] (табл. 12.4). Они свидетельствуют, что для активизации подпрограмм нужно передавать весьма ограниченное количество слов данных. Работы, на которые мы ссылались выше, также указывают на то, что большая часть операций внутри подпрограмм выполняется с локальными скалярными переменными, причем количество таких переменных в типичном случае весьма невелико.
Группа исследователей RISC-архитектуры из Беркли также проанализировала типичную последовательность вызовов подпрограмм и возврата из них в главной программе, написанной на языке высокого уровня. Было обнаружено, что в программах довольно редко встречается непрерывная последовательность вызовов вложенных подпрограмм и, соответственно, непрерывная последовательность операторов возврата из подпрограмм. Значительно чаще программа имеет дело со сравнительно узким окном вложенности. Ранее, в главе 4, мы уже иллюстрировали это свойство типичных программ диаграммой, представленной на рис. 4.29. Результаты упомянутых исследований еще раз подтверждают уже неоднократно описанное свойство локализации ссылок, присущее подавляющему большинству компьютерных программ.
Таблица 12.4. Аргументы ж локальные переменные подпрограмм
| Характеристика выполняемой подпрограммы | Компиляторы, интерпретаторы | Небольшие программы, не включающие численных расчетов |
| Более 3 аргументов | 0-7% | 0-5% |
| Более 6 аргументов | 0-3% | 0% |
| Более 8 слов аргументов и локальных скалярных переменных | 1-20% | 0-6% |
| Более 12 слов аргументов и локальных скалярных переменных | 1-6% | 0-3% |
Реализация
Описанные выше результаты привели большинство исследователей к заключению, что разрабатывать набор машинных команд, близкий к операторам языков высокого уровня, — это отнюдь не самая эффективная стратегия. Многие обращают внимание на целесообразность поиска путей оптимальной реализации групп машинных команд, которые соответствуют тем операторам языков высокого уровня, выполнение которых в типичной программе занимает больше всего времени. В результате обобщения проведенных исследований были сформулированы три характерных черты RISC-архитектуры.
Во-первых, использование большого количества регистров в составе процессора или применение компиляторов, оптимизирующих работу с регистрами в машинной программе. Это должно привести к повышению эффективности механизма обращения к операндам. Упомянутые выше исследования также свидетельствуют, что значительная часть ссылок на операнды при этом приходится на операторы пересылки данных (операторы присваивания в языках высокого уровня). Поскольку для программ характерна локализация ссылок и доминирование локальных скалярных переменных, то эффективным путем повышения производительности программ должно стать сокращение количества обращений к переменным, хранящимся в памяти, и более интенсивное использование переменных, хранящихся в регистрах процессора. Поскольку подавляющее большинство ссылок локализовано, для этого вполне реально включить в состав процессора расширенный набор регистров.
Во-вторых, серьезное внимание должно быть уделено организации конвейера выполнения машинных команд. Поскольку в программах значительное место занимают- команды, условного перехода и вызова подпрограмм, простой механизм конвейерного выполнения, будет неэффективным в виду того, что от довольно большой части заранее выполненных команд потом придется отказаться.
И в-третьих, из приведенного анализа следует, что в процессорах можно использовать сокращенный набор команд. Этот вывод не кажется очевидным, но мы постараемся убедить вас в его справедливости по мере дальнейшего изложения.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
