用C++实现的一个RISC-V模拟器

• sequential：顺序执行

• tomasulo：tomasulo算法，尝试了分支预测

分支预测的正确率

由于 JAL 指令和 JALR 指令是永远预测正确和永远预测错误，不计入正确率的计算。这里只统计所有的 branch 类型指令

预测永远跳转（main.cpp）

测试点	总预测数	预测正确数	预测正确率	总时钟周期
array_test1	22	10	0.454545	285
array_test2	26	13	0.5	315
basicopt1	155139	63642	0.410226	1068921
bulgarian	71493	35289	0.493601	990137
expr	111	69	0.621622	879
gcd	120	45	0.375	893
hanoi	17457	8732	0.5002	231053
lvalue2	6	2	0.333333	80
magic	67869	31801	0.468564	783950
manyarguments	10	2	0.2	108
multiarray	162	132	0.814815	2124
naive	0	0	/	34
pi	39956380	23066734	0.577298	207718315
qsort	200045	140018	0.699933	1722449
queens	77116	28362	0.367784	849598
statement_test	202	82	0.405941	1754
superloop	435027	55272	0.127054	2085385
tak	60639	15160	0.250004	2137393

二位饱和计数器1（Two-bit_1.cpp）

初始所有的都是强不跳转，取指令的后12位寻址

测试点	总预测数	预测正确数	预测正确率	总时钟周期
array_test1	22	13	0.590909	290
array_test2	26	16	0.615385	317
basicopt1	155139	124121	0.800063	962646
bulgarian	71493	66218	0.926217	422274
expr	111	94	0.846847	805
gcd	120	82	0.683333	830
hanoi	17457	10791	0.618147	222831
lvalue2	6	4	0.666667	81
magic	67869	51597	0.760244	697499
manyarguments	10	8	0.8	94
multiarray	162	134	0.82716	2103
naive	0	0	/	34
pi	39956380	32773103	0.820222	169051727
qsort	200045	176402	0.881812	1528621
queens	77116	53464	0.693293	730904
statement_test	202	136	0.673267	1640
superloop	435027	399334	0.917952	1348670
tak	60639	44754	0.73804	2057794

二位饱和计数器2（Two-bit_2.cpp）

冷静分析一下，发现如果取最后12位，所有branch语句的后7位都是相同的，跳转pc的长度由于是4的倍数，所以还有一位永远是0，最后12位其实只有4位有用，冲突率肉眼可见的高。

分（hu）析（zhou）了一下之后取了[22:20],[17:9]

另外把计数器的初始状态改成了弱不跳转。

（于是成功拉低了前两个点的正确率）

测试点	总预测数	预测正确数	预测正确率	总时钟周期
array_test1	22	12	0.545455	287
array_test2	26	15	0.576923	323
basicopt1	155139	127840	0.824035	964592
bulgarian	71493	67527	0.944526	415445
expr	111	94	0.846847	795
gcd	120	81	0.675	825
hanoi	17457	10667	0.611044	222808
lvalue2	6	4	0.666667	81
magic	67869	53220	0.784158	686037
manyarguments	10	6	0.6	101
multiarray	162	135	0.833333	2087
naive	0	0	/	34
pi	39956380	32925342	0.824032	172694481
qsort	200045	174888	0.874243	1529793
queens	77116	53393	0.692373	731626
statement_test	202	123	0.608911	1709
superloop	435027	408156	0.938231	955290
tak	60639	44755	0.738056	2057790

二级自适应预测器（Adaptive-two-level.cpp）

总预测数较大的时候相对于二位饱和计数器有明显提升

正确率根据初始状态的设置略有差异，但对于比较大的测试点基本稳定

测试点	总预测数	预测正确数	预测正确率	总时钟周期
array_test1	22	12	0.545455	296
array_test2	26	13	0.5	341
basicopt1	155139	136541	0.88012	918145
bulgarian	71493	67410	0.94289	416025
expr	111	85	0.765766	851
gcd	120	73	0.608333	884
hanoi	17457	15097	0.864811	199128
lvalue2	6	4	0.666667	81
magic	67869	55508	0.81787	674091
manyarguments	10	8	0.8	94
multiarray	162	107	0.660494	2224
naive	0	0	/	34
pi	39956380	33311012	0.833684	170892766
qsort	200045	183338	0.916484	1492524
queens	73721	53694	0.728341	683265
statement_test	202	134	0.663366	1640
superloop	435027	413764	0.951123	871505
tak	60639	45906	0.757038	2054270

如果只截取预测数大于10000的测试点

测试点	总预测数	预测正确数	预测正确率	总时钟周期
basicopt1	155139	136541	0.88012	918145
bulgarian	71493	67410	0.94289	416025
hanoi	17457	15097	0.864811	199128
magic	67869	55508	0.81787	674091
pi	39956380	33311012	0.833684	170892766
qsort	200045	183338	0.916484	1492524
queens	73721	53694	0.728341	683265
superloop	435027	413764	0.951123	871505
tak	60639	45906	0.757038	2054270