具有两个 for 循环的 2 位分支预测器

Question

我有一个 2 位的分支预测器，我的起始状态是弱取的，我需要计算预测精度：

for (int i=0; i < 100; i++)
{
   for (int j=0; j < 50; j++)
   {
   ...
   }
}

所以在 i = 0 时，我们采用分支，所以我们在 i = 0 和 j = 0 处，并将我们的预测器设置为强烈采用，对吧？因此，如果我们现在迭代 j，这是否意味着我们没有采用新的分支？由于我们仍在 i = 0 分支中，还是每次迭代都算作一个新分支？

Answer 1

让我们先手动将其编译成 x86 程序集以便更好地理解（任何其他都可以这样做）：

    mov ebx, 0        // this is our var i
.L0:
# /------------ inner loop start -----------\ 
    mov eax, 0        // this is our var j
.L1: 
    // ...
    add     eax, 1
    cmp     eax, 50
    jl      .L1       // jump one
# \------------ inner loop end -------------/
    add     ebx, 1
    cmp     ebx, 100
    jl      .L0       // jump two

即使你不熟悉汇编，我认为这段代码也很简单：

• 将 ebx 设置为 0
• 跳二回这里
  • 将eax设置为0
  • 跳一个回到这里
    • 执行我们的循环代码// ...
    • 将1 添加到eax
    • 比较 eax 和 50（这会设置标志寄存器中的一些位）
    • 如果 eax 不是 50，则跳转到标签 .L1:
  • 将1 添加到ebx
  • 比较 ebx 和 50（这会设置标志寄存器中的一些位）
  • 如果 ebx 不是 100，则跳转到标签 .L0:
• 循环结束

所以在第一次迭代中，我们到达 jump one 并预测它将被采用。从eax < 50 开始，我们接受它并将其更新为强烈接受。现在我们再做 48 次。在第 50 次迭代中，我们不会跳转，因为 eax == 50。这是一个单一的错误预测，我们更新为弱采用。

现在我们第一次到达跳二。因为ebx < 100 我们接受它并将其更新为强烈接受。现在我们通过跳转到L0 重新开始那个内部循环。我们又这样做了 98 次。在内部循环的 100 次迭代中，我们不会跳转，因为 ebx == 100。这是一个单一的错误预测，我们更新为弱采用。

所以我们执行内循环 100 次，每次 一次错误预测，对于 跳一次，总共 100 次错误预测 em> 和 100 * 49 = 4900 正确预测。外层循环只执行一次，并且只有 1 个错误预测 和 99 正确预测。