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我正在运行x86处理器，但我相信我的问题很笼统。我很好奇CMP + JE序列与单个MUL操作消耗的时钟周期的理论差异。

在 C 伪代码中：

unsigned foo = 1;    /* must be 0 or 1 */
unsigned num = 0;

/* Method 1: CMP + JE*/
if(foo == 1){
    num = 5;
}

/* Method 2: MUL */
num = foo*5;    /* num = 0 if foo = 0 */

不要对伪代码看得太深，它纯粹是为了阐明这两种方法背后的数学逻辑。

我实际比较的是以下两个指令序列：

方法一：CMP+JE

    MOV EAX, 1    ; FOO = 1 here, but can be set to 0
    MOV EBX, 0    ; NUM = 0

    CMP EAX, 1    ; if(foo == 1)
    JE  SUCCESS   ; enter branch
    JMP FINISH    ; end program

SUCCESS:
    MOV EBX, 5    ; num = 5

FINISH:

方法 2：MUL

    MOV EAX, 1    ; FOO = 1 here, but can be set to 0

    MOV ECX, EAX  ; save copy of FOO to ECX
    MUL ECX, 5    ; result = foo*5
    MOV EBX, ECX  ; num = result = foo*5

似乎单个MUL（总共 4 条指令）比（总共 6 条指令）更有效CMP + JE，但是指令消耗的时钟周期相同- 即完成一条指令所需的时钟周期数与任何其他指令相同?

如果实际消耗的时钟周期取决于机器，那么单个MUL通常比大多数处理器上的分支方法更快，因为它需要更少的总指令？

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现代 CPU 性能比仅仅计算每条指令的周期数要复杂得多。您需要考虑以下所有因素（至少）：

  • 分支预测
  • 指令重新排序
  • 注册重命名
  • 指令缓存命中/未命中
  • 数据缓存命中/未命中
  • TLB 未命中/页面错误

所有这些都将受到周围代码的严重影响。

所以本质上，几乎不可能进行这样的微基准测试并获得有用的结果！

但是，如果我不得不猜测，我会说没有 JE 的代码通常会更有效，因为它消除了分支，从而简化了分支预测行为。

于 2013-05-29T18:56:04.863 回答
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通常，在现代 x86 处理器上，指令CMP和MUL指令都将占用一个整数执行单元一个周期（CMP本质上是 aSUB丢弃结果并仅修改标志寄存器）。然而，现代 x86 处理器也是流水线、超标量和无序的，这意味着性能不仅仅取决于这个底层周期成本。

如果不能很好地预测分支，那么分支错误预测惩罚将淹没其他因素，并且MUL版本的性能会明显更好。

另一方面，如果可以很好地预测分支并且您立即num在后续计算中使用，那么分支版本可能在平均情况下表现更好。num这是因为当它正确预测分支时，它可以在比较结果可用之前使用 的预测值开始推测性地执行下一条指令（而在这种MUL情况下，后续使用的num结果将依赖于MUL- 在该结果退出之前它将无法执行）。

于 2013-05-30T00:20:07.963 回答