動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)一、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)概述1、

動(dòng)態(tài)移預(yù)測(cè)概念

1）

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)就是運(yùn)用硬件來動(dòng)態(tài)地預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為，以減少轉(zhuǎn)移指令對(duì)流水線性能影響，也就是減少轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移開銷。

2）

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)相對(duì)是靜態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)，所謂靜態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)，是指在編譯階段由軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)

3）

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)發(fā)生在程序編譯之后、執(zhí)行之前

2、

態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)思想

運(yùn)用前面一條轉(zhuǎn)移指令行為去預(yù)測(cè)背面一條轉(zhuǎn)移指令行為3、

態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)

1）

預(yù)測(cè)是由硬件來實(shí)現(xiàn)

2）動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)方案

一位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

二位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

3）詳細(xì)實(shí)現(xiàn)辦法

設(shè)立一種用來預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為硬件，這個(gè)硬件叫做轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器事實(shí)上是一種存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)了轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為

IF段取出一條轉(zhuǎn)移指令時(shí)，運(yùn)用轉(zhuǎn)移指令低位地址去訪問轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器，在讀出轉(zhuǎn)移指令同步也讀出了對(duì)轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)值

4、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)要解決問題動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)要解決對(duì)問題是由轉(zhuǎn)移指令所引起控制有關(guān)和控制冒險(xiǎn)

5、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)原理在沒有采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)流水線中，如果采用第一種實(shí)現(xiàn)方式，轉(zhuǎn)移指令在ID流水段判斷轉(zhuǎn)移行為，在EX流水段計(jì)算目的地址，在MEM流水段完畢轉(zhuǎn)移；如果采用是第二種方案，在ID流水段判斷轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為、計(jì)算轉(zhuǎn)移目的地址、轉(zhuǎn)移完畢。從上述可知，不論是采用哪種實(shí)現(xiàn)方案，在沒有使用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)流水線中，轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移與否成功要到ID流水段結(jié)束后才干懂得。但采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)后，在IF流水段取出指令后，運(yùn)用指令低位地址去訪問轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器，也就是在讀出轉(zhuǎn)移指令時(shí)候，對(duì)轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)值也被讀出，因此在采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)流水線中，轉(zhuǎn)移指令在IF流水段就可以懂得其轉(zhuǎn)移行為，也就是提前一種時(shí)鐘周期懂得其轉(zhuǎn)移行為，因此可以減少流水線停頓。

6、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)性能1）預(yù)測(cè)對(duì)的率

假設(shè)一段程序有n條轉(zhuǎn)移指令，在執(zhí)行時(shí)候其中有m條轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)是對(duì)的，那么預(yù)測(cè)對(duì)的率為m/n2）預(yù)測(cè)錯(cuò)誤恢復(fù)方略

二、一位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器1、示意圖

2、工作原理

設(shè)立一種只有一位緩沖器，有兩個(gè)狀態(tài)值0和1，其中0值預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移不成功，1值預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移是成功。假設(shè)預(yù)測(cè)器初始值是0，也就是對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移不成功，當(dāng)這條轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是轉(zhuǎn)移不成功，那么預(yù)測(cè)是對(duì)的，預(yù)測(cè)器狀態(tài)位不變，對(duì)下條轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移不成功；當(dāng)這條轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是轉(zhuǎn)移成功，那么預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，預(yù)測(cè)器狀態(tài)位變?yōu)?，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功。假設(shè)預(yù)測(cè)器初始值是1，也就是對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功，當(dāng)這條指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是轉(zhuǎn)移不成功，那么預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值邊變?yōu)?，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移不成功；當(dāng)這條轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是成功，那么預(yù)測(cè)對(duì)的，預(yù)測(cè)器狀態(tài)位不變，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)也是轉(zhuǎn)移成功

3、實(shí)現(xiàn)辦法

設(shè)立一種只有一位預(yù)測(cè)器，在IF段讀出一條轉(zhuǎn)移指令時(shí)用指令低位地址去訪問這個(gè)預(yù)測(cè)器，讀出這條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)值

4、性能

一位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器性能比較差，當(dāng)程序轉(zhuǎn)移行為是間隔變換，那么對(duì)轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)對(duì)的率為0

5、改進(jìn)

對(duì)一位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器改進(jìn)就是使用二位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

三、二位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

1、示意圖

2、工作原理

設(shè)立一種兩位預(yù)測(cè)緩沖器，有00、01、10、11四個(gè)狀態(tài)值，其中00、01是預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移不成功，10、11是預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移成功。

假設(shè)預(yù)測(cè)器初始值是00，那么對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為是預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移不成功，當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是成功，那么預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值變?yōu)?1，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是不成功；當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是不成功，那么預(yù)測(cè)對(duì)的，預(yù)測(cè)器狀態(tài)位保持00不變，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是不成功。

假設(shè)預(yù)測(cè)器初始值是01，那么對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移不成功，當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是成功，那么預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值變?yōu)?0，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功；當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是不成功，那么預(yù)測(cè)對(duì)的，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值變?yōu)?0，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是不成功

假設(shè)預(yù)測(cè)器初始值是10，那么對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功，

當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是不成功，那么預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值變?yōu)?1，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是不成功；當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是轉(zhuǎn)移成功，那么預(yù)測(cè)對(duì)的，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值變?yōu)?1，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功

假設(shè)預(yù)測(cè)器初始值是11，那么對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功，當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令實(shí)際轉(zhuǎn)移行為是不成功，那么預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值變?yōu)?0，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功；當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令是轉(zhuǎn)移成功，那么預(yù)測(cè)對(duì)的，預(yù)測(cè)器狀態(tài)值不變，對(duì)下一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)移成功。

3、實(shí)現(xiàn)辦法

1）

設(shè)立一種專門CACHE，在IF流水段讀出一條轉(zhuǎn)移指令時(shí)候，用轉(zhuǎn)移指令低位地址去訪問轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)器，讀出對(duì)轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)值。

2）

在CACHE每一行設(shè)立兩個(gè)附加標(biāo)志位，用來標(biāo)志對(duì)轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為，當(dāng)讀出一條轉(zhuǎn)移指令時(shí)候，連同預(yù)測(cè)值一起讀出

4、二位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)器性能

二位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)器性能比一位轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)器性能好

5、改進(jìn)辦法

1）

增長(zhǎng)位數(shù)

2）

增長(zhǎng)容量

四、有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

1、有關(guān)轉(zhuǎn)移指令概念有兩條轉(zhuǎn)移指令，后一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為與前面那條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移行為有關(guān)，那么這兩條轉(zhuǎn)移指令叫有關(guān)轉(zhuǎn)移指令。

2、有關(guān)轉(zhuǎn)移指令例子11）

程序IF(aa==2)aa=0;IF(bb==2)bb=0;IF(aa!==bb){……}2）

指令序列DSUBIR3，R1，#2BNEZR3，L1；br.b1(aa!=2)DADDR1，R0，R0；aa==0L1：DSUBIF3，R2，#2BNEZR3，L2；br.b2(bb!=2)DADDR2，R0，R0；bb==0L2：DSUBR3，R1，R2；R3=aa-bbBEQZR3，L3；br.b3(aa==bb)3）

有關(guān)性分析轉(zhuǎn)移指令b3轉(zhuǎn)移行為與轉(zhuǎn)移指令b1和轉(zhuǎn)移指令b2轉(zhuǎn)移行為是有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)移指令b1和轉(zhuǎn)移指令b2轉(zhuǎn)移行為是不成功，那么b3轉(zhuǎn)移是成功。

3、有關(guān)轉(zhuǎn)移指令例子21）

程序If(d==0)d=1;if(d==1){…...}2）指令序列BNEZR1，L1；brb1，(d!=0)DADDIUR1，R0，#1；d==0，sod=1L1：DADDIUR3，R1，#-1;BNEZR3，L2；brb2，(d!=1)……L2:3）有關(guān)性分析

4、有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器是對(duì)普通轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器進(jìn)行改造，使改造后預(yù)測(cè)緩沖器既可以解決不有關(guān)轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)，也可以解決有關(guān)轉(zhuǎn)移指令預(yù)測(cè)

5、對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器改進(jìn)

把（1，1）維有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器改成（m,n）維，其中值m表達(dá)具備有關(guān)性轉(zhuǎn)移指令數(shù)量，n表達(dá)有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器位數(shù)

6、有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器性能

有關(guān)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器性能比普通轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器性能好

五、目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器

1、目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器定義轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器存儲(chǔ)了被調(diào)用指令下一條要執(zhí)行預(yù)測(cè)指令地址，這個(gè)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器叫目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器。

2、目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器示意圖

3、目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器工作原理

轉(zhuǎn)移指令地址存儲(chǔ)在BranchPC，轉(zhuǎn)移指令所相應(yīng)轉(zhuǎn)移目的指令地址存儲(chǔ)在PredictedPC中，當(dāng)從內(nèi)存中取出一條轉(zhuǎn)移指令后，用這條指令PC值，也就是地址值去查找目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器BranchPC，如果在BranchPC中找到相等項(xiàng)，那么接下來到BranchPC中該項(xiàng)所相應(yīng)PredictedPC值所批示內(nèi)存中去取下一條指令，如果在BranchPC中沒有找到，那闡明這條指令不是轉(zhuǎn)移指令，或是轉(zhuǎn)移指令而預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移是不成功，接下來要到PC+4內(nèi)存中去取指令

4、目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器特點(diǎn)1）

目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器在指令I(lǐng)F段就去讀轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器，在IF段結(jié)束時(shí)候就懂得該指令與否轉(zhuǎn)移指令和轉(zhuǎn)移指令與否轉(zhuǎn)移成功2）

在訪問目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器時(shí)候，還無法判斷與否是轉(zhuǎn)移指令，以及無法判斷轉(zhuǎn)移與否成功，還要進(jìn)行匹配3）

目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器工作原理象CACHE工作原理同樣4）

目的轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)緩沖器只存儲(chǔ)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移是