«Ра-а-авняйсь, смирно!». Выравниваем данные
В современных компиляторах задача векторизации циклов является очень важной и нужной. В большинстве своем, при успешной векторизации производительность приложения может быть существенно увеличена. Способов добиться этого достаточно много, а тонкостей, связанных именно с получением ожидаемого «ускорения» нашего приложения – ещё больше.
Сегодня мы поговорим о выравнивании данных, его влиянии на производительность и векторизацию и работу с ним в компиляторе, в частности. Очень подробно само понятие дается в этой статье, как и множество других нюансов. Но нас интересует влияние выравнивания при векторизации. Так вот, если вы прочитали статью или просто знаете, как происходит работа с памятью, то известие о том, что данные считываются блоками вас не удивит.
Когда мы оперируем с элементами массивов (и не только с ними), то на самом деле постоянно работаем с кэш-линиями размером по 64 байта. SSE и AVX векторы всегда попадают в одну кэш линию, если они выравнены по 16 и 32 байта, соответственно. А вот если наши данные не выравнены, то, очень вероятно, нам придётся подгружать ещё одну «дополнительную» кэш-линию. Процесс этот достаточно сильно сказывается на производительности, а если мы при этом и к элементам массива, а значит, и к памяти, обращаемся непоследовательно, то всё может быть ещё хуже.
Кроме этого, ещё и сами инструкции могут быть с выравненным или невыравненным доступом к данным. Если в инструкции мы видим буковку u (unaligned), то скорее всего это инструкция невыравненного чтения и записи, например vmovupd. Стоит отметить, что начиная с архитектуры Nehalem скорость работы этих инструкций стала сопоставима с выравненными, при условии выравненности данных. На более старых версиях то не так.
Разработчикам нужно взять за правило выравнивать данные «как надо»: 16 байт для SSE, 32 для AVX и 64 для MIC & AVX-512. Как это можно делать?
Для выделения выравненной памяти на С/С++ в куче используется функция:
В Linux есть функция:
Для переменных на стэке используется атрибут __declspec:
Или специфичная для Linux:
Проблема в том, что __declspec неведом для gcc, так что возможна проблема с портируемостью, поэтому стоит использовать препроцессор:
Интересно, что в компиляторе Фортрана от Intel (версии 13.0 и выше) имеется специальная опция -align, с помощью который можно сделать данные выравненными (при объявлении). Например, через -align array32byte мы скажем компилятору, чтобы все массивы были выравнены по 32 байта. Есть и директива:
Теперь про сами инструкции. При работе с невыравненными данными инструкции невыравненного чтения и записи очень медленные, за исключением векторных SSE операций на SandyBridge и новее. Там они по скорости могут не уступать инструкциям с выравненным доступом при соблюдении ряда условий. Невыравненные векторные инструкции AVX для работы с невыравненными данными медленнее аналогичных для работы с выравненными, даже на последних поколениях процессоров.
При этом компилятор предпочитает генерировать невыравненные инструкции для AVX, потому что в случае выравненных данных они будут работать так же быстро, а если данные окажутся не выравнены – то будет более медленное выполнение, но оно будет. Если же сгенерируются выравненные инструкции, а данные окажутся не выравнены – то всё упадёт.
Подсказывать компилятору какой набор инструкций использовать можно через директиву pragma vector unaligned/aligned.
Например, рассмотрим этот код:
Для него при использовании AVX инструкций мы получи следующий ассемблерный код:
Стоит отметить, что в этом случае не будет того самого peel loop’а, потому что мы использовали директиву.
Если мы заменим unaligned на aligned, дав тем самым гарантии компилятору, что данные выравнены и безопасно генерировать соответствующие выравненные инструкции, мы получим следующее:
Последний случай будет работать быстрее при условии выравненных a, b и с. Если же нет – всё будет плохо. В первом случае мы получаем чуть более медленную реализацию при условии выравненных данных за счет того, что у компилятора не было возможности использовать vmovntpd, и появилась дополнительная инструкция vextractf128.
Ещё один важный момент – это понятие выравненности начального адреса и относительного выравнивания. Рассмотрим следующий пример:
Вопрос здесь только один – заработает ли данный код при условии, что a, b и с выравнены по 16 байт, и мы собираем наш код c использованием SSE? Ответ зависит от значения COLWIDTH. В случае нечетной длины (длина регистров SSE / размер double = 2, значит COLWIDTH должно делиться на 2), наше приложение закончит своё выполнение намного раньше ожидаемого (после прохода по первой строке массива). Причина в том, что первый элемент данных во второй строчке оказывается невыравненным. Для таких случаев необходимо добавлять фиктивные элементы («дырки») в конец каждой строки, чтобы новая строка оказалась выравненной, делая так называемый padding. В данном случае мы можем это сделать с помощью COLWIDTH, в зависимости от набора векторных инструкций и типа данных, которые мы будем использовать. Как уже говорилось, для SSE это должно быть четное число, а для AVX — делиться на 4.
Если мы знаем, что только начальный адрес выравнен, можно дать эту информацию компилятору через атрибут:
Аналог для Фортрана:
Я немного поигрался с простым примером перемножения матриц на Haswell, чтобы сравнить скорость работы приложения с AVX инструкциями на Windows в зависимости от директив в коде:
Выравнивал данные по 32 байта:
Примерчик идёт вместе с сэмплами к компилятору от Intel, весь код можно посмотреть там. Так вот, если мы используем директиву pragma vetor aligned перед циклом, то время выполнения цикла составляло 2.531 секунды. При её отсутствии, оно увеличилось до 3.466 и появился peel цикл. Вероятно, про выравненные данные компилятор не узнал. Отключив его генерацию с помощью mP2OPT_vec_alignment=6, цикл выполнялся почти 4 секунды. Интересно, что «обмануть» компилятор оказалось весьма не просто в таком примере, потому что он упорно генерировал рантайм проверку данных и делал несколько вариантов цикла, в результате чего скорость работы с невыравненными данными была незначительно хуже.
В сухом остатке нужно сказать, что выравнивая данные вы почти всегда избавитесь от потенциальных проблем, в частности, с производительностью. Но выравнять данные само по себе не достаточно — необходимо информировать компилятор о том, что известно вам, и тогда можно получить на выходе наиболее эффективное приложение. Главное — не забывать о маленьких хитростях!
Тест на тему «Форматирование текста»
Задание 1 Размер шрифта называют
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Задание 2 Существуют следующие типы принтеров:
Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
Задание 3 Правда ли, что к одному фрагменту текста можно применить сразу полужирное, подчеркнутое и курсивное начертание?
Выберите один из 2 вариантов ответа:
Задание 5 Различные операции по оформлению текста называются
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Задание 6 Укажите порядок действий для изменения цвета шрифта фрагмента текста
Укажите порядок следования всех 3 вариантов ответа:
__ выделить фрагмент текста
__ нажать на раскрывающееся меню кнопки 
__ навести курсор на нужный цвет в наборе цветов, и щелкнуть левой кнопкой мыши
Задание 7 Правда ли, что нельзя изменить шрифт уже набранного текста?
Выберите один из 2 вариантов ответа:
Задание 8 Единица для измерения размера шрифта называется
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Задание 9 Сделайте сопоставление между кнопками для форматирования текста и их значением
Укажите соответствие для всех 3 вариантов ответа:
1) создает подчеркнутое начертание
2) создает полужирное начертание
3) создает курсивное начертание
__ 
__ 
__ 
Задание 10 Сделайте сопоставление между кнопками тестового процессора и их значением
Укажите соответствие для всех 4 вариантов ответа:
1) выравнивание текста по ширине
2) выравнивание текста по правому краю
3) выравнивание текста по центру
4) выравнивание текста по левому краю
__ 
__ 
__ 
__ 
Задание 1 Размер шрифта называют
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Задание 2 Существуют следующие типы принтеров:
Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
Задание 3 Правда ли, что к одному фрагменту текста можно применить сразу полужирное, подчеркнутое и курсивное начертание?
Выберите один из 2 вариантов ответа:
Задание 5 Различные операции по оформлению текста называются
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Задание 6 Укажите порядок действий для изменения цвета шрифта фрагмента текста
Укажите порядок следования всех 3 вариантов ответа:
__ выделить фрагмент текста
__ нажать на раскрывающееся меню кнопки
__ навести курсор на нужный цвет в наборе цветов, и щелкнуть левой кнопкой мыши
Задание 7 Правда ли, что нельзя изменить шрифт уже набранного текста?
Выберите один из 2 вариантов ответа:
Задание 8 Единица для измерения размера шрифта называется
Выберите один из 4 вариантов ответа:
Задание 9 Сделайте сопоставление между кнопками для форматирования текста и их значением
Укажите соответствие для всех 3 вариантов ответа:
1) создает подчеркнутое начертание
2) создает полужирное начертание
3) создает курсивное начертание
__
__
__
Задание 10 Сделайте сопоставление между кнопками тестового процессора и их значением
Укажите соответствие для всех 4 вариантов ответа:
1) выравнивание текста по ширине
2) выравнивание текста по правому краю
3) выравнивание текста по центру
4) выравнивание текста по левому краю
__
__
__
__
2) Верные ответы: 1; 3; 4;
4) Верный ответ: «шрифт», «шрифтом».
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс профессиональной переподготовки
Информатика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-1194079
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
В России утвердили новый порядок формирования федерального перечня учебников
Время чтения: 1 минута
Росприроднадзор призвал ввести в школах курс по экологии
Время чтения: 1 минута
Дума приняла закон о бесплатном проживании одаренных детей в интернатах при вузах
Время чтения: 1 минута
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
ЕГЭ в 2022 году пройдет в доковидном формате
Время чтения: 1 минута
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Тест по информатике «Текстовый редактор»
Тест Текстовый редактор
1) фрагмент текста, заканчивающийся нажатием на клавишу Enter
2) текст, начинающийся с отступа
3) текст, начинающийся несколькими пробелами
4) одна строка текста
2. Для сохранения нового документа нужно выбрать команду:
2) Файл – Сохранить как…
3) можно выбрать любую из команд Файл – Сохранить или Файл – Сохранить как…
3. Чтобы сохранить документ под другим именем или в другом месте, нужно выбрать команду:
2) Файл – Сохранить как…
3) можно выбрать любую из команд Файл – Сохранить или Файл – Сохранить как…
4. К операциям форматирования абзаца относятся:
1) выравнивание, межстрочный интервал, задание отступа
2) начертание, размер, цвет, тип шрифта
3) удаление символов
4) копирование фрагментов текста
5. К операциям форматирования символов относятся:
1) выравнивание, межстрочный интервал, задание отступа
2) начертание, размер, цвет, тип шрифта
3) удаление символов
4) копирование фрагментов текста
6. Какие команды заносят фрагмент текста в буфер?
1) вырезать, копировать
7. Шрифт без засечек называется:
8. Разные символы шрифта имеют разную ширину – это шрифт:
9. Все символы шрифта имеют одинаковую ширину – это шрифт:
10. Какой шрифт хранится в виде набора пикселей, из которых состоят символы?
11. В каком шрифте используется способ задания конфигурации символов с помощью векторов?
2) в пропорциональном
12. Для форматирования абзаца нужно выбрать команду:
4) Вид – Разметка страницы
5) Файл – Параметры страницы…
13. Для форматирования шрифта нужно выбрать команду:
4) Вид – Разметка страницы
5) Файл – Параметры страницы…
14. Информация, выраженная с помощью естественных и формальных языков в письменной форме, называется:
Б) текстовая информация;
15. Информация в памяти компьютера представлена в:
А) десятичной системе счисления;
Б) шестнадцатеричной системе счисления;
В) двоичной системе счисления.
16. В кодировке Unicode 1 символ «весит»:
17. Текстовые редакторы позволяют:
А) создавать, редактировать, форматировать, сохранять и распечатывать документы;
Б) хранить звуковую информацию;
В) создавать презентации.
18. К параметрам страницы относятся:
Б) поля, формат листа;
В) выравнивание абзацев.
19. Какой вид списка вы используете для написания инструкции:
20. Единицей измерения размера шрифта является:
21. В кодировке Windows 1 символ «весит»:
22. В маркированном списке для обозначения элемента списка используются:
В) графические значки.
23. Редактирование документа – это:
А) копирование, перемещение или удаление фрагментов документа;
Б) изменение цвета шрифта;
В) изменение начертания шрифта.
24.При создании текстовых документов, содержащих большое количество однотипных названий, числовых данных или изображений с текстовой подписью используется:
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс профессиональной переподготовки
Информатика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Похожие материалы
Программа внеурочной деятельности «Школьные проекты с применением информационных технологиq»
Урок на тему «Файл. Файловая система» 7 класс
Урок на тему «Эволюция носителей информации» 5 класс
Рабочая программа по информатике в 7 классе по Босовой Л.Л. Соответствует ФГОС
Контрольный тест по теме «Память компьютера» для 7 класса
Практикум по Corel Draw
Не нашли то что искали?
Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5401345 материалов.
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
Костромская область разработала программу привлечения педагогических кадров
Время чтения: 2 минуты
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
В России утвердили новый порядок формирования федерального перечня учебников
Время чтения: 1 минута
Минпросвещения планирует выделить «Профессионалитет» в отдельный уровень образования
Время чтения: 2 минуты
В Хабаровском крае введут уроки по вакцинации в некоторых школах и колледжах
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
