自我介紹

我叫阿Q，是CPU一號車間里的員工，我所在的這個CPU足足有8個核，就有8個車間，干起活來杠杠滴。

我所在的一號車間里，除了負責執(zhí)行指令的我，還有負責取指令的小A，負責分析指令的小胖和負責結果回寫的老K。

CPU的每個車間都有一堆箱子，人們把這些箱子叫做寄存器，我所在的一號車間也不例外，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。

由于我們四個人的出色工作，一號車間業(yè)績突出，在年會上還多次獲得了最佳CPU核心獎呢。

緩存

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

終于有一天，上面給我們下了命令，說競爭對手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，我們平時干活絕沒有偷懶，要怪只能怪內(nèi)存那家伙，是他拖了我們后腿。

一天晚上，我們哥四個在一起聚餐，討論起上面的這道命令來，大家都紛紛嘆氣。

就在一籌莫展之際，老K提出了一個想法：“兄弟們，我發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，咱們和內(nèi)存打交道的時候，如果訪問了某個地址的數(shù)據(jù)，它周圍的數(shù)據(jù)隨后也大概率會被訪問到”，說到這里，老K停頓了一下。

我一邊聽一邊想著，小A倒是先開口：“然后呢？你想表達什么意思？”

老K繼續(xù)說道：“咱每次數(shù)據(jù)都找內(nèi)存要，太慢了，我尋思在咱們車間劃一塊區(qū)域，結合我發(fā)現(xiàn)的那個現(xiàn)象，以后讓內(nèi)存一次性把目標區(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候就先去這里找，找不到再去找內(nèi)存要，豈不省事？”

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

說干就干，我們很快就付諸實踐了，我們還給這技術取了個名字叫緩存，效果居然出奇的好，后來為了進一步優(yōu)化，我們還把緩存分為了兩塊，一塊離寄存器很近叫一級緩存，剩下的叫二級緩存。一級緩存中進一步分了指令緩存和數(shù)據(jù)緩存兩塊。

我們車間的工作效率那是飛速提升，但不知道是誰走漏了風聲，其他幾個車間也知道了這項技術，紛紛效仿。

這天，為了業(yè)績，我們決定再加第三級緩存，這次把空間弄大點，不過咱們車間地盤有點局促，放不下，我們偷偷給上面領導反饋了這事兒，想讓領導幫我們協(xié)調一下。

領導倒是同意了，不過告訴我們他得一碗水端平，平衡各車間的利益。但是咱廠里空間也有限，不可能給每個車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，讓各個車間來共享。沒有辦法，我們也只好同意了。

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

亂序執(zhí)行

隨著技術的發(fā)展，咱們CPU工廠的工作性能也是不斷攀升，慢慢的，我們幾個又開始閑下來了，因為我們實在太快了，盡管有了緩存，但我們還是有了不少閑暇時間。

這天我還是像往常一樣，小A取指令去了，我們知道這得要點時間，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，“小胖，該你去指令分析了，你起來讓我來打幾把”。小胖趕緊起身干活，換上了小A上桌。

就這樣我們幾個輪流工作，一直保持著三個人的斗地主牌桌。

沒想到的是，沒過多久，廠里領導過來視察了，正好撞見我們幾個打牌，狠狠的訓斥了我們一頓。

“你們幾個上班時間玩得挺嗨啊”，領導的臉拉的老長。

“領導，我們沒有偷懶，這取指令、譯碼、執(zhí)行、回寫幾個步驟都得分步執(zhí)行，但是我們工作太快，存儲器跟不上我們，我們等得無聊打發(fā)時間嘛”，我上前解釋到。

“干等著你們也可以提前做一些后面的準備工作嘛，不要浪費時間，讓生產(chǎn)效率更上一層樓”，領導說完就離開了，留下我們幾個面面相覷。

不過領導的一番話倒是如一記重錘敲在我的頭上，對啊，我們有這打牌的時間不如提前把后續(xù)指令的準備工作先做了，肯定能提升不少效率呢！

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

老K聽后很贊賞我的思路，并補充到：“不僅是準備工作，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果，咱們完全可以提前把這加法指令執(zhí)行了嘛，把結果保存在緩存中，等真正輪到這條指令執(zhí)行的時候，再把緩存中的結果寫到內(nèi)存中，這不也是節(jié)約了時間嗎”

大家開始頭腦風暴起來，原來可以做的事情還這么多，之前光想著等靠要，現(xiàn)在要主動出擊了，因為打亂了順序提前會執(zhí)行后面的指令，我們把這個技術叫做亂序執(zhí)行.

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

分支預測

按照這次會議討論的結果，咱們第二天準備實行，不過剛一開始，就遇到了麻煩。

按照計劃，我們在空閑時間里，會提前把后續(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，因為不知道最終結果是true還是false，我們沒法知道后續(xù)是應該執(zhí)行分支A的指令還是分支B的指令。不敢輕舉妄動，怕一會做了無用功。

大家只好放棄了提前做準備工作的想法，還是一步步來。

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

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

果然，用上了分支預測和亂序執(zhí)行后，我們車間的效率又狠狠的提升了一把，在工廠的集體大會上又一次表揚了我們，并且把我們的先進技術向全廠推廣。

未完待續(xù)······

彩蛋

然而幸福的日子沒過太長，我們就因為這兩項技術闖下了彌天大禍。

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

預知后事如何，請關注后續(xù)精彩······

往期熱門回顧

哈希表哪家強？幾大編程語言吵起來了！

內(nèi)核地址空間大冒險4:線程切換

震撼！全網(wǎng)第一張源碼分析全景圖揭秘Nginx

一個整數(shù)＋1引發(fā)的災難

一網(wǎng)打盡！每個程序猿都該了解的黑客技術大匯總

看過無數(shù)Java GC文章，這5個問題你也未必知道！

一個Java對象的回憶錄：垃圾回收

誰動了你的HTTPS流量？

路由器里的廣告秘密

一個HTTP數(shù)據(jù)包的奇幻之旅

我是一個流氓軟件線程