Techniken, mit denen sich die CPU-Leistung steigern lässt?

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Techniken, mit denen sich die CPU-Leistung steigern lässt?

1. Reduzierung der Strafen für Zweigstellen-Fehlvorhersagen

- Verzweigungsprädiktoren werden verwendet, um den nächsten auszuführenden Befehl vorherzusagen. Wenn eine korrekte Vorhersage getroffen wird, werden die Anweisungen bereits vorab abgerufen und es kommt daher nicht zu einem Pipeline-Stillstand. Andererseits tritt im Falle einer falschen Vorhersage die Ausführung in Erholungsphasen ein. Ein Stillstand der Pipeline führt zu Leistungsverlusten.

- Techniken, die zur Reduzierung von Verzweigungsfehlvorhersagen angewendet werden können, sind:Erhöhen der Puffergröße, Schleifenabrollen, Schleifenfusion.

2. Reduzierung der Datencache-Fehlerstrafen

- Der Datencache wird verwendet, um die Lade- und Speicherzeiten beim Abrufen von Daten aus dem Hauptspeicher zu verkürzen. Wenn die angeforderte Speicheradresse jedoch nicht im Cache gefunden wird, spricht man von einem Cache-Miss und die Daten müssen aus dem Hauptspeicher abgerufen werden, was länger dauert.

- Es gibt zwei Arten von Cache-Fehlern:

a) Cold Misses – Tritt auf, wenn der referenzierte Speicherblock nicht im Cache ist und auch vorher nicht dort war.

b) Kapazitätsfehler – Tritt auf, wenn der angeforderte Block nicht im Cache vorhanden ist, aber hätte vorhanden sein können, wenn genügend Speicherplatz vorhanden wäre.

- Techniken zur Reduzierung von Cache-Fehlern:Erhöhen der Cache-Größe, räumliche Lokalität (Zusammenfassen der Daten mit hoher Zugriffswahrscheinlichkeit).

3. Reduzierung des Kontrollfluss-Overheads

- Kontrollflussanweisungen in einem Programm ändern die Reihenfolge der Ausführung von Anweisungen.

- Techniken, die zur Reduzierung des Kontrollflusses verwendet werden können:Reduzieren der Anzahl von Zweigen (z. B. Entfernen des verschachtelten if-else), Verwendung von Jump-Table, Abwickeln von Schleifen.

4. Spekulative Ausführung

- Bei der spekulativen Ausführung wird eine Anweisung über eine Verzweigungsanweisung hinaus ausgeführt, wobei davon ausgegangen wird, dass die Verzweigung ausgeführt wird.

- Spekulationen werden je nach späterer tatsächlicher Richtung der Branche entweder bestätigt oder unterdrückt.