相关分支预测

Question

我有与相关预测因子相关的练习，其中说明了以下内容：

A：BEQZ R1，D
...
D：BEQZ R1，F
...
F：不是R1，R1
G：JUMP A

预测的工作如下：

1. 获取当前指令

2. 如果是分支，则确定预测变量的当前状态并预测分支：

   a.row由分支地址（在这种情况下为A或D）确定 b.column由当前的全球移位寄存器确定 c。使用单元格中的值来确定状态机的预测（当前状态保存在单元格中）
   

3. 执行分支，并确定实际决策 （拍摄：1，未拍摄：0）：

   根据当前状态和更新来更新单元格 实际决定
   b.更新全局移位寄存器（向左移位并将实际决策位添加到右侧）

4. 转到第1步

这是解决方案 Solved exercise

我理解这个方案并且知道2位预测器意味着更少的错误，但是我无法解决这个问题而且我很难找到解决方案是如何找到的，任何帮助都会受到赞赏。

Answer 1

这是Agner Fog's microarchitecture paper（第15页）中简要描述的两级自适应预测器与全局历史表的变体。

在此变体中，历史记录寄存器在所有分支中共享，但模式历史记录表是分支 ¹ 的本地。

记住最后 n （在你的情况下为n = 2）分支的结果（0 =未采用，1 =采取），按时间顺序从左到右排序，形成所使用的 n 位的值以及分支地址 ² ，用于索引2位饱和计数器的表。

如果采用分支，则每个计数器递增，否则递减（这是规范实现，任何4状态FSA都会执行）。
每个计数器值的含义是：

00b (0) Strongly not taken
01b (1) Weakly not taken
10b (2) Weakly taken
11b (3) Strongly taken

饱和意味着超过3 + 1（再次采取强烈分支）= 3并且0-1（强烈未采用分支再次不被采用）= 0而通常对寄存器的算术是模2 ⁿ 。

在练习中，假设是：

1. 模式历史表作为2D表格给出，其中行对应于分支的完整地址，列对应于全局历史寄存器的值。
2. 所有计数器都以状态01b开始（弱未被采用）。
3. 重置时全局历史记录寄存器为00b。
4. R1在开头为0。

让我们看一下第一次迭代。

第一次迭代

指令是BEQZ R1, D（显然是分支），地址是A 由于R1为0，因此分支将采取（朝向D）。 使用全局历史00b和地址A索引到表中会给出计数器值01b（弱未采用），因此预测未采用。

一旦CPU执行了分支并刷新了错误预测的阶段，就必须更新表格 由于分支被采用，计数器从01b增加到10b 最后，全局历史从00b到01b，因为分支被采用（1从右侧移入）。



请注意，黄色突出显示的条目是在执行相应指令时读取的条目，而绿色条目是由先前预测更新的条目。

因此，要查看计数器值已递增，您必须查看下一行。

由于采用了分支，CPU处于D（BEQZ R1, F），这与之前完全相同，只有全局历史寄存器的值为01b。

执行该指令后，CPU处于F，因此R1变为111..11b（解决方案只是将其指示为1），并重新执行上述两个分支。

¹ 这是一个简化，表几乎总是一个缓存。对于可以找到分支的每个可能的存储器地址的条目是不切实际的。

² 部分地址用作缓存中的索引，一旦选择了一个集合，地址将再次与集合中每个方式的标记进行比较。