CPU前端解码器中跳转与call-ret对性能的影响分析

在指令数量少、缓存良好且分支预测准确的理想场景中，跳转指令与call-ret指令对CPU前端解码器的影响值得深入探讨。本文基于Intel N150 CPU开展针对性实验，具体内容如下：

实验设计与测试细节 #

• 测试平台：Intel N150 CPU
• 编译选项：采用两种配置对比测试，分别为-Og、-O3 -march=gracemont
• 测试场景：对比四种代码实现的性能表现
  • procItem函数未内联版本（包含call-ret指令对）
  • procItem函数内联版本（无call指令）
  • 手动添加jmp循环的版本
  • 循环展开后的版本
• 统计指标：运行耗时、内存带宽，以及VTune/perf采集的性能统计数据

核心疑问 #

基于实验数据，提出以下两个关键问题：

1. 寄存器跳转（如call-ret这类指令）是否会造成前端解码器停滞？分支预测器在这类场景下的工作机制是怎样的？
2. 在理想场景中，简单jmp指令相较于循环展开仍存在微小性能开销的原因是什么？分支指令是否存在无法彻底消除的前端处理开销？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者xealits