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动态分支预测-核心机制
资料介绍
什么是动态分支预测
动态分支预测是现代高性能处理器流水线架构中，用于解决控制冒险的核心技术之一。和静态分支预测直接由编译器在编译阶段根据程序语法或规则预先确定分支预测结果不同，动态分支预测依靠处理器硬件，在程序运行过程中，根据分支指令过往的执行历史信息，动态判断分支是否会发生跳转，预测结果会随着程序实际运行的轨迹动态调整，能够更好适配程序运行时的变化场景。
在流水线处理器中，分支指令会打断流水线的连续执行：只有当分支指令执行到写回阶段，处理器才能得到分支的目标地址和实际跳转结果，如果没有预测机制，流水线会因为等待分支结果产生多个周期的气泡，大幅降低处理器的吞吐率。动态分支预测可以在取指阶段就得到预测的跳转方向和目标地址，让流水线持续取指执行，只有预测错误时才会冲刷流水线回滚状态，将性能损失降到最低。
动态分支预测的核心问题
动态分支预测需要解决两个核心问题：
1. 方向预测：判断当前分支指令是否会发生跳转，即预测结果是"跳转"还是"不跳转"
2. 目标地址预测：如果预测发生跳转，给出跳转的目标地址，保证流水线可以正确从目标地址取指
两个问题缺一不可，即使方向预测正确，如果目标地址预测错误，仍然会导致流水线执行错误。
经典动态分支预测技术演进
1. 1位饱和计数器预测
1位饱和预测是最早的动态分支预测方案，核心思路是给每个分支指令分配一个1位的预测状态位：
· 状态位为1表示预测该分支跳转
· 状态位为0表示预测该分支不跳转
每次分支实际执行完成后，会更新状态位为当前实际的执行结果：如果实际发生跳转就把状态位置1，否则置0。
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