[發明專利]具有高效返回預測能力的分支目標緩沖器

有效

• 申請號: 201410069516.1
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN104020982B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: P·博塔;S·帕塔爾
• 申請（專利權）人: MIPS技術公司
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李玲

提供具有高效返回預測能力的分支目標緩沖器，并提供改善的分支目標緩沖器（BTB）和在具有流水線的微處理器中處理數據的方法。根據各種實施例，提供包含非返回緩沖器、返回緩沖器和多路復用器的BTB。非返回緩沖器被設計為存儲多個非返回條目。各非返回條目與非返回型指令對應。返回緩沖器被設計為存儲分別與返回型指令對應的多個返回條目。另外，返回緩沖器可產生控制信號。多路復用器也產生控制信號并輸出來自非返回緩沖器的數據或者來自返回預測棧（RPS）的數據。多路復用器是從非返回緩沖器還是從RPS返回數據依賴于控制信號。

技術領域

本發明一般涉及微處理器，特別是涉及使用具有分支目標緩沖器（BTB）的流水線的微處理器。

背景技術

BTB一般是與處理器中的流水線相關的存儲器的小型高速緩存。BTB被用于通過比較指令地址與存儲于BTB中的以前執行的指令地址來預測可能采取的分支的目標。這可節省處理時間，原因是它允許處理器“跳過”計算目標地址的步驟；事實上，它可只是在BTB中查看它。因此，BTB可產生對目標地址的“命中”的頻率直接影響指令執行的速度。即，執行的速度直接與BTB可存儲的條目的數量有關。常規上，僅有的增加BTB可存儲的條目的數量的方式是通過增加緩沖器的尺寸。

發明內容

考慮到空間在現代的微處理器中十分珍貴，會希望在不必增加緩沖器自身的尺寸的情況下提高BTB性能。因此，所需要的是相對于以前的緩沖器具有優化的命中率和改善的性能的改善的BTB。

因而，本公開的實施例涉及針對這些問題得以改善的BTB和處理數據的方法。改善的BTB有利于改善功率利用、加快執行和提高返回預測的效率。根據各種實施例，提供包含非返回緩沖器、返回緩沖器和多路復用器的BTB。非返回緩沖器被設計為存儲多個非返回條目。各非返回條目與非返回型指令（例如，無條件跳轉、條件分支等）對應。返回緩沖器被設計為存儲分別與返回型指令對應的多個返回條目。另外，返回緩沖器可產生控制信號。多路復用器也產生控制信號并輸出來自非返回緩沖器的數據或者來自返回預測棧（RPS）的數據。多路復用器是返回來自非返回緩沖器的數據還是來自RPS的數據依賴于控制信號。

根據各種實施例，返回緩沖器確定多個返回條目中是否有某一個包含與指令地址對應的標簽。并且，返回緩沖器產生控制信號，以使得該控制信號在返回緩沖器確定標簽與指令地址對應時導致多路復用器輸出來自RPS的頭部的數據，并在確定多個返回條目都不包含與指令地址對應的標簽時輸出來自非返回緩沖器的數據。非返回緩沖器還可確定多個非返回條目中是否有某一個與指令地址對應。

根據各種實施例，提供通過使用BTB取得地址的方法。根據該方法，接收與指令地址有關的數據。然后可確定存儲于返回緩沖器中的多個返回條目中是否有某一個與指令地址對應?？苫陬A測來輸出來自返回預測棧（RPS）的數據和來自非返回緩沖器的數據。

確定返回條目是否與指令地址對應包含確定多個返回條目中是否有某一個包含與指令地址對應的標簽。另外，可基于確定產生控制信號。當確定返回條目中的某一個與指令地址對應時，控制信號導致輸出來自RPS的數據。相反，當確定返回條目都不與指令地址對應時，可產生控制信號以導致輸出來自非返回緩沖器的數據。

附圖說明

在這里加入并形成說明書的一部分的附圖示出本發明，并與說明一起進一步用于解釋本發明的原理并使得本領域技術人員能夠實施和使用本發明。

圖1是示出根據各種實施例的指令流水線的功能框圖。

圖2A和圖2B示出根據各種實施例的指令流水線的動作。

圖3示出根據各種實施例的存儲于分支目標緩沖器中的數據。

圖4是示出根據各種實施例的取得地址的方法的流程圖。

圖5是示出根據各種實施例的分支目標緩沖器的功能框圖。