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8/16bit長数値ﾃﾞｰﾀの演算効率
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投稿日時: 2003-07-28 11:39
ﾘｱﾙﾀｲﾑ処理で複雑な数値計算(巨大な行列計算等)をする場合、効率を考慮する必要があります。ここでいう効率とは①CPU負荷(演算速度)②資源効率(ﾒﾓﾘの消費量)を想定しています。C#で数値計算の効率を追求する場合、どのようなﾙｰﾙが適用されるのでしょうか?
★演算速度についての疑問 背景 「Pentium-4は32bitCPUなので32bit演算(int,float等)を最も効率良く処理でき る」と記述している本があります。この記述を文字どうり信用して良いのでしょ うか?つまり、ﾒﾓﾘ消費量が問題にならない場合、あらかじめ変数の取りうる範囲 が8bit(byte)あるいは16bit(short等)範囲に収まることが明白であっても効率最 優先なら無条件にintやfloatを使うべきという理屈が成り立ちます。 しかし、一般的に演算精度が高くなればなるほど演算負荷が高くなるという理屈 も成り立ちます。C#の場合、Pentium-4の上にNetFrameworkがかぶさっているので 更に複雑です。加減算より演算負荷が高い乗除算やSystem.Mathの関数を参照する 場合、まめにbyte,shortで宣言したほうが良いのかそれとも常にintで宣言しよう か迷ってしまいます。 Q1-1. 乗除算およびSystem.Math関数を使う場合、CPU負荷を優先する場合intを使うべきか? それともbyte,shortを使うべきか? (例 short*shortとint*intの比較) Q1-2. 異なった型同士の演算は避けて同一型どうしの演算にすべきか? (例 short*intとint*intの比較,float*intとfloat*floatの比較) ｺﾝﾊﾟｲﾗが常に演算前に高位の型に変換(例 short→int)してから演算しているなら shortやbyteを混ぜると変換の分ｵｰﾊﾞﾍｯﾄﾞがかかってしまうことになります。 そうでなくて異なった型どうしでも最適な演算ﾛｼﾞｯｸが個別に用意されているなら もしかするとshort*intのほうがint*intより高速である可能性があるはずです。 実際どう実装されているのでしょうか? ★ﾒﾓﾘ消費量についての疑問 Q2-1.bool型は論理的には1bitしか消費しないはずですが、CPUの処理効率を考慮して 実際は8bitあるいは16bit長の領域のうち下位の1bitを占有するかたちで実装する 処理系も一般的だと思います。C#(NetFramework)の場合、bool型はどう実装されている のでしょうか? | ||||
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投稿日時: 2003-07-28 12:49
コンパイラが最適化を行ってくれますが、乗除を行うところを和差に置き換える方が早くはなるでしょう。２倍／半分にするところをビットシフトに置き換えたり・・・。そういえば大学の講義で、乗算は２倍と足し算に置き換えろ、みたいなことが 例：x * 3→x * 2 + x ただ、最近のコンパイラは賢いので、これくらいの最適化はしてくれていたと思います。 それよりも、結局はPentiumの機械語に置き換わるのですから、ニーモニック表を見て、Pentium4の命令にどんなものがあるか調べてみては如何でしょうか。１命令に収まるような演算、例えば乗除算をする命令があれば、乗除算について考える必要はなくなるでしょう。 その中で３２ビット未満の演算をする命令があるなら、shortなどを使えばよいし、内なら３２ビットで演算する方が速いでしょう。また６４ビットの演算をする命令もあったと思います（マルチメディア系）。 ただ、これらの命令を「本当に使おうと思ったら」、アセンブラで書くか、インテルのコンパイラを使用する必要があると思います。.NETは結局インタープリターみたいな所があるので、ネイティブに置き換えられるものを使わないと、恩恵にあずかれないのではないでしょうか。その意味で、一連のご質問はナンセンスかと思います。 | ||||
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投稿日時: 2003-07-28 13:02
こんにちは、meiです。
C#におけるリアルタイムシステムについてですが、 http://www.computer.org/software/homepage/2003/s1lap_1.htm ↑この辺が参考になると思います。 double vs floatについては、こちらを。 http://www.pro.or.jp/~fuji/mybooks/cdiag/cdiag.4.4.html ちょっと時間がないので、簡単ですが・・・ | ||||
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投稿日時: 2003-07-28 13:05
> ﾘｱﾙﾀｲﾑ処理で複雑な数値計算(巨大な行列計算等)をする場合
互換性を無視して効率を優先するならば... 数値計算部をC++で実装でしょう。 で、混合モードで表示して効率を確認するのが良いと思います。 | ||||
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投稿日時: 2003-07-28 13:31
返答ありがとうございます。おっしゃる通りだと思います。
製造業の技術者なのであんまり長々C#のIDEに向かっていると周囲から冷たい 視線で「趣味の世界で遊んでいる」と言われかねないので、恥も外聞も無く この会議室に投稿している次第です。(本当は四の五の言わず自分でも色々 実験してみたいのですけどね)私もMS-C Ver6の頃まではｺﾝﾊﾟｲﾙして逆ASMして 解析していました。今は時間が…ありません。 余談ですが、昔のｽｰﾊﾟｰｺﾝﾋﾟｭｰﾀ全盛時代の技術計算用のｺﾝﾊﾟｲﾗは最適化ﾛｼﾞｯｸに 様々な工夫を凝らしていて(ﾛｼﾞｯｸの変更を含む広域最適化までしてくれた!) 非常に賢いものもありましたが、C#のｺﾝﾊﾟｲﾗが最適化面で賢いかどうかはあやし いと思っています。 | ||||
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投稿日時: 2003-07-29 08:33
> 製造業の技術者なのであんまり長々C#のIDEに向かっていると周囲から冷たい
> 視線で「趣味の世界で遊んでいる」と言われかねないので 気持ちわかります。 わたしも製造業なので...。 現実的には... ・とりあえず、C#やVB.NETで作ってみる ・パフォーマンスに難があれば、部分的にC++で実装する ・まだパフォーマンスに難があれば、速いPCを購入 といったところでしょうね。 | ||||
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