[發明專利]支持混合模式的分支歷史計數器

有效

• 申請號: 202010113275.1
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111209047B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 楊思博;蒙思銘;于敦山;劉剛
• 申請（專利權）人: 江蘇華創微系統有限公司;中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了支持混合模式的分支歷史計數器，采用3位分支歷史位，在程序運行時根據條件分支的數量動態決定其運行模式，包括兩種針對分支歷史位的判斷和更新方法：映射到分支歷史位上的是一條條件分支指令，則對分支歷史位的判斷和更新方法與一個3位的常規分支歷史計數器相同；映射到分支歷史位上的是2條條件分支指令，則對分支歷史位的判斷和更新方法相當于2個2位的分支歷史計數器，實現了即可支持一個條件分支，也可支持兩個條件分支混合模式；本發明充分利用了分支歷史位，避免了對分支歷史位的浪費；本發明實現簡單，不需要對占用面積最大的分支歷史表進行改動。

技術領域

本發明涉及分支歷史計數器技術領域，具體為支持混合模式的分支歷史計數器。

背景技術

現代處理器普遍采用分支預測技術在分支指令執行前對分支的方向和目標地址進行預測，如果預測為跳轉，根據預測的地址提前取指以避免分支發生時產生流水線氣泡影響性能。分支預測的原理是保存分支指令的歷史信息，當再次遇到同一條分支指令時，根據保存的歷史信息預測分支指令這次的行為。

一般來說，程序中的分支指令中所占比例最大的是條件分支指令，這種指令根據對跳轉條件的判斷，決定是否發生跳轉。分支指令發生跳轉時的目標地址可以通過將分支指令的PC加上指令中攜帶的立即數而得到，不需要保存歷史信息進行預測，而只需要保存是否發生跳轉的歷史信息。

對條件分支指令，其是否進行跳轉的歷史信息保存在分支歷史表中。當對條件分支指令進行預測時，根據它的地址從分支歷史表中得到分支歷史位，根據分支歷史位的值進行預測；而在分支指令執行完成后根據結果對分支歷史位進行更新使其能反映最新的分支指令行為。

對分支歷史位的更新由分支歷史計數器完成，最常見的分支歷史計數器如圖1所示。條件分支指令因為可能不發生跳轉，因此需要一次對多條條件分支預測進行預測：先預測第一條條件分支指令是否跳轉，如果預測為不跳轉，則會繼續預測后面的指令是否跳轉。傳統的分支預測器處理在處理這個問題時，會在分支歷史表中的表項中針對每一條可能是條件分支的指令設置獨立的分支歷史位，并分別使用相應的分支歷史計數器進行更新。

在傳統技術中，每個分支歷史計數器只能針對一條分支歷史指令，因此如果CPU可以同時處理更多的指令，就必須根據可能遇到的最大數量的條件分支指令來設置相應數量的分支歷史位和分支歷史計數器，這會造成很大的浪費，因為絕大多數情況下不會每條指令都是分支指令，而且前面的分支發生跳轉時，后面的分支是否跳轉已無意義，但是傳統方法還是會記錄此時后面的分支是否跳轉的無效信息。

發明內容

本發明的目的在于提供支持混合模式的分支歷史計數器，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：支持混合模式的分支歷史計數器，采用3位分支歷史位，在程序運行時根據條件分支的數量動態決定其運行模式，包括兩種針對分支歷史位的判斷和更新方法：

映射到分支歷史位上的是一條條件分支指令，則對分支歷史位的判斷和更新方法與一個3位的常規分支歷史計數器相同；

映射到分支歷史位上的是2條條件分支指令，則對分支歷史位的判斷和更新方法相當于2個2位的分支歷史計數器。

優選的，在針對2條條件分支指令進行預測時，包括三種預測結果：

兩個分支都不跳轉：對應預測結果FF；

第一個分支跳轉：跳轉發生時分支后的指令會被取消，第二個分支是否跳轉已經沒有意義，對應預測結果TX；

第一個分支不跳轉，第二個分支跳轉：對應預測結果FT。

優選的，針對上述三種預測結果，由3位歷史位表示的8個狀態被分成了4組：

第一組：000和001，預測結果為FF，在分支結果連續為FF時達到000穩定狀態；