Накладные расходы (вычисления)
 | Эта статья нуждается в дополнительных ссылок для проверки . ( февраль 2018 г. ) |
В информатике накладные расходы — это любая комбинация избыточного или косвенного времени вычислений, памяти, пропускной способности или других ресурсов, которые необходимы для выполнения конкретной задачи . Это частный случай инженерных накладных расходов . Накладные расходы могут быть решающим фактором при разработке программного обеспечения в отношении структуры, исправления ошибок и включения функций. Примеры вычислительных затрат можно найти в объектно-ориентированном программировании (ООП), функциональном программировании , [ нужна цитата ] передача данных и структуры данных.
Разработка программного обеспечения [ править ]
Выбор реализации [ править ]
Программист/инженер-программист может выбирать из нескольких алгоритмов , кодировок , типов данных или структур данных , каждый из которых имеет известные характеристики. При выборе среди них следует также учитывать соответствующие накладные расходы.
Компромиссы [ править ]
В разработке программного обеспечения накладные расходы могут повлиять на решение о том, включать ли функции в новые продукты или исправлять ошибки. Функция, требующая больших затрат, может быть не включена – или для этого нужен большой финансовый стимул. Зачастую, даже несмотря на то, что поставщики программного обеспечения хорошо осведомлены об ошибках в своих продуктах, выгода от их исправления не стоит вознаграждения из-за накладных расходов.
Например, неявная структура данных или краткая структура данных могут обеспечить небольшие накладные расходы на пространство, но за счет низкой производительности (компромисс пространства/времени).
Сложность программного обеспечения время выполнения во
Алгоритмическая сложность обычно определяется с использованием нотации Big O. Это не дает комментариев о том, сколько времени требуется для выполнения чего-либо или сколько памяти оно использует, но показывает, как его увеличение зависит от размера входных данных. Накладные расходы намеренно не включаются в этот расчет, поскольку они варьируются от одной машины к другой, тогда как основное время работы алгоритма не меняется.
Это следует противопоставить алгоритмической эффективности , которая учитывает все виды ресурсов — комбинацию (хотя и не тривиальную) сложности и накладных расходов.
Примеры [ править ]
программирование (время выполнения и вычислительные затраты ) Компьютерное
Вызов функции приводит к небольшим накладным расходам во время выполнения. [1] Иногда компилятор может минимизировать эти издержки, встроив некоторые из этих вызовов функций . [2]
Кэш процессора [ править ]
В кэше ЦП «размер кэша» (или емкость ) означает, сколько данных хранит кэш . Например, «кеш 4 КБ» — это кеш, содержащий 4 КБ данных. «4 КБ» в этом примере исключают служебные биты, такие как информация о кадре, адресе и теге. [3]
Связь (накладные расходы на передачу данных) [ править ]
Надежная отправка полезных данных по сети связи требует отправки не только самих полезных данных. Это также включает отправку различных управляющих и сигнальных данных ( TCP ), необходимых для достижения пункта назначения. Это создает так называемые издержки протокола , поскольку дополнительные данные не влияют на внутренний смысл сообщения. [4] [5]
В телефонии набор номера и время установления вызова являются накладными расходами. В двусторонней (но полудуплексной ) радиосвязи использование «over» и других сигналов, необходимых для предотвращения коллизий, является накладными расходами.
Накладные расходы протокола могут быть выражены как процент неприкладных байтов (синхронизация протокола и кадров ), разделенный на общее количество байтов в сообщении.
Кодировки и структуры данных (затраты на размер) [ править ]
Кодирование . информации и данных также приводит к накладным расходам Дата и время «2011-07-12 07:18:47» могут быть выражены как время Unix с помощью 32-битного со знаком . целого числа 1310447927, занимая всего 4 байта. Представлено как ISO 8601. в формате UTF-8 в формате строка 2011-07-12 07:18:47дата будет занимать 19 байт, что на 375% превышает размер двоичного целочисленного представления. В формате XML эту дату можно записать следующим образом с дополнительными 218 символами, добавив при этом семантический контекст, что это CHANGEDATE с индексом 1.
<?xml version="1.0"coding="UTF-8"?>
<datetime qualifier= "changedate" index= "1" >
< год> 2011 </year>
<месяц> 07 </month>
<day> 12 </day>
<час> 07 </hour>
<минута> 18 < /минута>
<секунда> 47 </секунда>
</datetime>
349 байт, полученные из XML в кодировке UTF-8, соответствуют издержкам размера на 8625 % по сравнению с исходным целочисленным представлением.
Файловые системы [ править ]
Помимо самих файлов, компьютерные файловые системы занимают часть пространства для хранения имен и списков каталогов, имен файлов, расположения секторов файлов, таких атрибутов, как дата и время последней модификации и создания, способа фрагментации файлов , записи и свободные части места, и журнал на некоторых файловых системах.
Множество маленьких файлов создают больше накладных расходов, чем небольшое количество больших файлов.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Встроенные функции (C++)» . Microsoft Learn . Майкрософт . Проверено 22 марта 2024 г.
- ^ Махаффи, Терри (24 июля 2019 г.). «Встраивание решений в Visual Studio» . Блог команды C++ . Майкрософт.
- ^ Сорин, Дэниел Дж. (2009). «Кэши и иерархии памяти» (PDF) . Проверено 13 марта 2019 г. Презентация к курсу «Архитектура компьютеров».
- ^ Распространенные проблемы с производительностью сетевых приложений. Часть 1: Интерактивные приложения , Технические статьи по Windows XP, Microsoft
- ^ Накладные расходы протокола в сетях IP/ATM , Суперкомпьютерный центр Миннесоты