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自我介紹
我叫阿Q，是CPU一号工廠中的房間裡的員工，我所在的這個CPU足足有8個核，就有8個工廠中的房間，幹起活來杠杠滴。
我所在的一号工廠中的房間裡，除了負責執行指令的我，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的每個工廠中的房間都有一堆箱子，人們把這些箱子叫做
寄存器
，我所在的一号工廠中的房間也不例外，我們每天的工作就是不斷執行指令，然後折騰這些箱子，往裡面存東西取東西。
由于我們四個人的出色工作，一号工廠中的房間業績突出，在年會上還多次獲得了最佳CPU核心獎呢。
緩存
我們每天都需要跟記憶體打交道，不過由于記憶體這家夥實在太慢了，我們浪費了很多時間等待他給我們資料傳輸。
終于有一天，上面給我們下了指令，說競争對手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，我們平時幹活絕沒有偷懶，要怪隻能怪記憶體那家夥，是他拖了我們後腿。
一天晚上，我們哥四個在一起聚餐，讨論起上面的這道指令來，大家都紛紛歎氣。
就在一籌莫展之際，老K提出了一個想法：“兄弟們，我發現了一個現象，咱們和記憶體打交道的時候，如果通路了某個位址的資料，它周圍的資料随後也大機率會被通路到”，說到這裡，老K停頓了一下。
我一邊聽一邊想着，小A倒是先開口：“然後呢？你想表達什麼意思？”
老K繼續說道：“咱每次資料都找記憶體要，太慢了，我尋思在咱們工廠中的房間劃一塊區域，結合我發現的那個現象，以後讓記憶體一次性把目标區域附近的資料一起給我們，我們存在這塊區域，後面在需要用到的時候就先去這裡找，找不到再去找記憶體要，豈不省事？”
聽老K這麼一描述，感覺靠譜，我也趕緊附和：“好辦法！你們看啊，這記憶體老是拖咱後退，但是這家夥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。”
說幹就幹，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，後來為了進一步優化，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資料緩存兩塊。
我們工廠中的房間的工作效率那是飛速提升，但不知道是誰走漏了風聲，其他幾個工廠中的房間也知道了這項技術，紛紛效仿。
這天，為了業績，我們決定再加第三級緩存，這次把空間弄大點，不過咱們工廠中的房間地盤有點局促，放不下，我們偷偷給上面上司回報了這事兒，想讓上司幫我們協調一下。
上司倒是同意了，不過告訴我們他得一碗水端平，平衡各工廠中的房間的利益。但是咱廠裡空間也有限，不可能給每個工廠中的房間都配置設定那麼大的空間，于是決定由廠裡統一安排一塊大的區域，讓各個工廠中的房間來共享。沒有辦法，我們也隻好同意了。
現在，我們用上了三級緩存技術，記憶體那家夥拖後腿的現象緩解了不少，相當部分時間我們都能從這三級緩存裡面找到我們需要的資料。
亂序執行
随着技術的發展，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我們仨鬥起了地主。
打了好幾把，小A才氣喘籲籲的回來，“小胖，該你去指令分析了，你起來讓我來打幾把”。小胖趕緊起身幹活，換上了小A上桌。
就這樣我們幾個輪流工作，一直保持着三個人的鬥地主牌桌。
沒想到的是，沒過多久，廠裡上司過來視察了，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”，上司的臉拉的老長。
“上司，我們沒有偷懶，這取指令、譯碼、執行、回寫幾個步驟都得分步執行，但是我們工作太快，存儲器跟不上我們，我們等得無聊打發時間嘛”，我上前解釋到。
“幹等着你們也可以提前做一些後面的準備工作嘛，不要浪費時間，讓生産效率更上一層樓”，上司說完就離開了，留下我們幾個面面相觑。
不過上司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後續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讨方案，“兄弟們，我們最主要的時間都浪費在等待記憶體資料上了，如果我們能在等待的時間裡把後續指令需要的資料提前準備到緩存中來，那可就節約不少時間了，不用每次都等那麼久。”
老K聽後很贊賞我的思路，并補充到：“不僅是準備工作，像有些指令，比如加法，如果參與加法的資料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行了嘛，把結果儲存在緩存中，等真正輪到這條指令執行的時候，再把緩存中的結果寫到記憶體中，這不也是節約了時間嗎”
大家開始頭腦風暴起來，原來可以做的事情還這麼多，之前光想着等靠要，現在要主動出擊了，因為打亂了順序提前會執行後面的指令，我們把這個技術叫做
亂序執行
.
“這次大家要保密哦，不能讓隔壁工廠中的房間知道咱們的這次讨論内容”，會議結束前，我提醒大家。
分支預測
按照這次會議讨論的結果，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，我們在空閑時間裡，會提前把後續要執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，我們沒法知道後續是應該執行分支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。
大家隻好放棄了提前做準備工作的想法，還是一步步來。
不過很快我們發現，我們經常執行到這個判斷指令，而且每次結果都是去執行A分支，從沒有去過B分支。
于是我們幾個又商量，發明了一種叫
分支預測
的技術，遇到分支跳轉時，按照之前的經驗，如果某個分支經常被執行，那後續再去這個分支的機率一定很大，那這樣咱們預測後面會去到這個分支，就提前把這個分支後面指令能做的工作先做了。
果然，用上了
分支預測
和
亂序執行
後，我們工廠中的房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······
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，可不久發現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，我們發現出事兒了······
預知後事如何，請關注後續精彩······
來源 | 程式設計技術宇宙
作者 | 軒轅之風