“典型台式电脑”anno 2010 上各种操作的大致时间 [关闭]答案

【问题标题】：Approximate timings for various operations on a "typical desktop PC" anno 2010 [closed]“典型台式电脑”anno 2010 上各种操作的大致时间 [关闭]
【发布时间】：2023-03-14 04:13:02
【问题描述】：

在文章"Teach Yourself Programming in Ten Years"Peter Norvig（Google 研究总监）中，给出了 2001 年典型 1GHz PC 上各种操作的以下大致时间：

执行单条指令 = 1 纳秒 = (1/1,000,000,000) 秒
从 L1 高速缓存中提取字 = 2 纳秒
从主内存取字 = 10 纳秒
从连续磁盘位置获取字 = 200 纳秒
从新磁盘位置获取字（搜索）= 8,000,000 纳秒 = 8 毫秒

您对典型 PC 桌面版 2010 年的定义的相应时间安排是什么？

【问题讨论】：

我们现在是 9 年后，这意味着，根据摩尔定律，晶体管数量是 5 到 6 倍。因此，至少在 CPU 和主内存的速度方面，这转化为 32 或 64 倍的速度提升。除非我搞错了。磁盘性能与时间大致呈线性关系，因此这可能不会快太多。

标签： memory assembly computer-science performance

【解决方案1】：

高速缓存和主内存变得更快。磁盘具有更高的顺序带宽。 SSD 的寻道时间要短得多。

虽然原始列表非常糟糕，但他将延迟度量（如寻道时间）与 1/吞吐量混合在一起（如果您认为可以往返于磁盘控制器，即使数据已经在缓存中，您也是在做梦并且不需要头部移动，在 200ns 内）。

所有延迟都没有真正改变。单条指令和 L1 延迟实际上比他给出的数字要长，但是您可以得到多条指令并行工作（流水线），并且以一个价格从缓存中获取多个字。同样，对于磁盘传输，您会以更快的速度连续交付连续的块，但发出请求后的等待时间并没有太大变化，除非您已迁移到 SSD。

不过，CPU 架构已经发生了很大变化，试图在其中任何一个上加上一个数字是一种损失。不同的指令需要非常不同的执行时间，并且数据依赖关系控制着你看到的吞吐量。缓存行为主要由多核 CPU 之间的共享成本决定。以此类推。

【讨论】：

【解决方案2】：

我试图从这些时间中获得的主要信息是它们之间的规模差异：内存比直接在 CPU 上执行代码慢大约一个数量级，而磁盘比这慢几个数量级。

许多开发人员仍然在考虑 CPU 时间方面的优化。但是，如果有一次缓存未命中，那么在给定上述时序的情况下，您的 CPU 至少会空闲 10 个时钟周期。一个硬页面错误需要 800 万个时钟周期。这就是为什么优化内存使用（以减少页面错误）和优化数据布局（以减少缓存未命中）通常比任何只关注代码流的优化具有更高的回报。

【讨论】：