模拟分支预测器实验报告.docVIP

模拟分支预测器 一、实验目标： 使用Computer Architecture: A Quantitative Approach (Fourth Edition)光盘中所附带的history.txt文件，模拟分支预测器的行为。该文件格式和题目要求如第2章Case Study 2所示。 二、实验要求： 写一段程序对一个64个入口的简单四状态转移目标缓存建模。需完成以下目标： 求出BTB的总体命中率为多少 求出冷启动的总体转移预测错误率为多少 找出最常见的转移。对该转移的正确预测在预测正确的总数中占多少。 统计转移预测器遇到了多少次容量缺失的情况。 比较冷启动和热启动的效果。使用相同的输入数据建立历史表，并收集统计信息。 冷启动BTB4次，BTB大小为16,32和64。得出导致的5个预测错误率，并得出5个命中率。 提交经过注释的、完成的代码。 三、程序设计与实现： 本程序我打算采用java进行编写，因为java能够很好地体现面向对象编程的优点。将BTB定义为一个类，然后将对它的属性的操作看做该类本身的行为，这样不但能够起到数据隐藏的效果，而且实现起来也比较方便。因此，首先定义BTB类如下： class BTB { int prediction; //预测是否发生，1表示转移，0表示不转移。 int addr_of_br; //转移指令的地址 int br_target; //转移目标 int hits; //命中次数 int misses; //缺失次数 } 此外还需要定义一个测试类对BTB的方法进行测试，以及完成一些初始化工作。 public class BTBTest { public static final int M = 1; public static final int N = 2; public static final int MAX_BTB_LEN = 1024;//最大的BTB数目 public static final long MAXITERS = 100000; public static int correct_predictions, mispredictions, tot_brs, btb_len; public static int msbraddr, msbraddr_hits, msbraddr_misses; public static HashSetString set = new HashSetString();// 不同的指令条数 static BTB btbs[] = new BTB[MAX_BTB_LEN]; static File f1, f2; 当生成该测试类的时候，同时对BTB进行初始化。 public BTBTest() { for (int i = 0; i btbs.length; i++) { btbs[i] = new BTB(); } } 因为需要通过一个16进制的指令地址得出其是否在BTB中，首先要根据该地址的索引字段进行比较，所以需要定义一个函数求出给定16进制地址的索引字段，可以通过将该地址与BTB大小数目-1相与而得出。如下所示： int get_btb_index(int addr_br_instr) { int index; index = addr_br_instr (btb_len - 1); return (index); } 通过四状态转移预测器来预测转移是否发生，当为该指令在BTB中的prediction字段为0或者1时，说明预测转移不发生，为2或者3时，预测转移发生。然后根据预测结果与该指令的真实转移结果进行比较，看是否一致，一致则说明预测正确，让预测正确数目加一，否则说明预测错误，让预测错误数目加一。具体如下所示： //branch字段为真实的转移结果，1表示转移，0表示不转移。 boolean check_prediction(int branch, int index) { switch (branch) { case 1: if (btbs[index].prediction = 2) { correct_predictions++; return true; } else { mispredictions++; return false; } case 0: if (btbs[index].prediction = 1) { correct_predictions++; return true; } else { mispredictions++;