4.11 PC预测
为什么需要PC预测
在流水线处理器中，取指阶段需要在当前时钟周期就确定下一条指令的地址。而对于某些指令，真正的下一地址要等到执行阶段甚至访存阶段才能确定。因此，必须做出预测。
预测策略
Y86-64 流水线采用的预测策略：
| 指令类型 | 预测策略 |
|---|---|
| 无条件跳转（jmp） | 预测 valC（跳转目标） |
| 条件跳转（jXX） | 预测 valC（总是预测跳转） |
| call | 预测 valC（调用目标） |
| ret | 无法预测，需要暂停 |
| 其他指令 | 预测 valP（顺序执行） |
条件跳转预测
Y86-64 的流水线采用了最简单的预测策略：总是预测条件跳转会执行（即预测跳转目标 valC）。
这种策略的优势在于：
- 实现简单，不需要复杂的分支预测器
- 在大多数情况下，循环的末尾条件跳转往往是”跳回”的，预测正确率尚可
预测错误的惩罚
当预测错误时，已经进入流水线的指令需要被取消（转换为气泡）：
- 条件跳转预测错误：条件跳转实际未执行（应继续顺序执行），此时已取指的后续指令需要被取消，插入 2 个气泡
- ret 指令：无法预测返回地址，需要等待 M 阶段的 valM，强制暂停 3 个周期
预测错误的代价（惩罚）体现在降低了流水线的有效吞吐量。减少惩罚是分支预测算法和处理器微架构优化的重要目标。
相关笔记
链接到
- 上一个知识点：4.10 流水线硬件结构
- 下一个知识点：4.12 数据相关与冒险