分支预测 - 关于目标预测和使用PC的问题

Question

所以我理解流水线处理器分支预测中使用的基本技术 - 比如2位饱和计数器，两级自适应预测器等。

以下是我的问题：

1）分支目标预测：为什么这很重要，这里使用了哪些机制？当我想到一个分支时，我认为“bne r2，r3，LABEL”表示如果r2！= r3然后分支到LABEL，这意味着做PC（程序计数器）= PC + LABEL。在这里预测目标有什么神秘之处？你知道它将基于LABEL的编译值。 我可能在某种程度上忽略了这一点。

2）为什么程序计数器值本身（例如0x4001000C）或至少其最后几位用作分支预测方案的一部分？我看到了一种方案，其中PC的最后4位连接到（4位）分支历史寄存器，并且该8位值用于访问模式历史表。 我认为PC很随意！

感谢您了解这些问题的任何帮助

Answer 1

  

在这里预测目标有什么神秘之处？你知道它基于LABEL的编译值会是什么。

由于CPU流水线深度和缓存延迟，在获取指令，完全解码以识别分支目标以及能够获取该指令之间需要很多周期。所以你预测目标是为了先发制人地获取下一条指令。

  

为什么程序计数器值本身（例如0x4001000C）或至少其最后几位用作分支预测方案的一部分？

因此，PC唯一地标识特定的分支指令！您还要如何为分支预测表编制索引？

Answer 2

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1）对于您给出的示例，分支目标预测并非如此。对于虚函数和计算分支（对于switch语句等）而言，它更为重要。在这两种情况下，分支目标在编译时都是未知的。在虚函数的情况下，它必须从内存位置（虚函数表）加载，在switch语句中，我们通常通过在表中查找分支偏移来完成。即使虚函数案例是无条件的，它仍然会大量使用BTB。

2）基本上有两类通用预测器，即全局预测器和每地址预测器。全局预测器的好处是能够处理更长的模式历史（采取/不采用的历史）。每个地址预测器具有能够特定于某些分支位置的优点，但通常具有较短的历史（因为它们是每个地址并且因此占用大量空间）。许多处理器使用通常称为锦标赛分支预测器，其中既有全局预测器又有每地址预测器，然后有预测器（置信度估计器）来选择预期会给出更好答案的预测器。