由于错误预测的分支与2位预测器有什么额外的CPI？

Question

在教科书＆＃34;计算机组织与设计第5期＆＃34;，第366页 问题4.15.3

答案：

我想知道为什么失速周期为3？

数据路径中有五个流水线（IF，ID，EX，MEM，WB）阶段。

问题是分支结果是在EX阶段确定的。

我认为它应该是这样的：

IF ID EX MEM WB
   nop
      nop
         IF ID EX  MEM 

失速周期是2，而不是3。

有人可以提供一些建议吗？

Answer 1

{p} Isuru H正好在their comment。

这是管道的数据路径，可以在引用的书籍的第289页找到

如第287页所述，PC在IF或MEM阶段进行更新

  

■选择PC的下一个值，在增量之间进行选择   PC和分支地址来自MEM阶段

^{_强调我的}

了解为什么在EX阶段执行分支时在MEM阶段更新PC的关键点是第289页的提示

  

PC可以被认为是一个流水线寄存器：一个为流水线的IF阶段供电。

这不仅显然意味着PC仅在时钟的上升/下降沿更新，而且PC不断呈现新值。

可以认为是

 write enable --
                |
 New            |
 value  .-------v-----.   Current value
-----> | Current value | --------->
        '-------------'
             PC

就像任何flip-flop一样。

让我们调用分支B，错误的路径W1，W2，W3，......上的指令以及右路径R1，R2，R3，......上的指令

当分支执行时，管道图就是这个

IF ID EX MEM WB
W2 W1 B

在B的EX阶段，PC显示地址W3

W3   .--.  W2
--> | W2 | -->
     '--'

因为这是IF阶段加法器计算的结果 当时钟到来时，分支将其输出写入EX / MEM寄存器，包括新PC值，PC用W3更新。
现在PC显示R1的地址

R1   .--.  W3
--> | W3 | -->
     '--'

但需要新时钟来锁存此值，因此只有当B存在MEM阶段时才能正确设置PC。

这是多周期管道图

IF ID EX MEM WB

B

W1 B

W2 W1 B           computing the branch outcome

W3 W2 W1 B        presenting the branch outcome to the PC

R1 W3 W2 W1  B    updated the branch outcome

注意在第4.8章（页316）的开头概述了分支的延迟。