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动态分支预测
资料介绍
一、动态分支预测的基本概念
动态分支预测是处理器流水线架构中，用来解决控制冒险问题的核心技术之一。与静态分支预测依赖指令编码、编译器提示等固定信息判断分支走向不同，动态分支预测依靠程序运行过程中收集到的历史分支信息，实时预测分支指令的跳转结果，预测准确率会随着程序运行不断优化，能够更好地适应程序分支行为的动态变化。
在现代超标量流水线处理器中，取指阶段就需要得到下一条指令的PC值，如果分支指令的方向（跳转/不跳转）和目标地址需要等待执行阶段才能确定，就会导致流水线阻塞，严重降低处理器的指令吞吐率。动态分支预测就是在分支结果确定之前，提前给出预测结果，让流水线可以连续取指执行，从而避免流水线停顿，提升处理器整体性能。
二、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. 分支方向预测：判断当前分支指令是会发生跳转，还是顺序执行下一条指令。
2. 分支目标地址预测：如果预测分支发生跳转，需要提前计算出跳转的目标地址，供流水线取指使用。
三、经典动态分支方向预测算法
1. 1位饱和计数器预测
1位预测是最简单的动态预测算法，用1个二进制位记录分支最近一次的执行结果：该位为1表示上次分支发生跳转，预测本次也跳转；该位为0表示上次分支不跳转，预测本次也不跳转。
1位预测器的实现非常简单，硬件开销极小，但存在明显缺陷：对于循环分支来说，循环每次退出的时候都会预测错误——比如循环执行N次，1位预测会在最后一次退出的时候发生错误，同时下一次进入循环的第一次也会预测错误，总共有两次错误，对性能影响较大。
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