Cpu 分支预测器和分支目标缓冲区如何共存？

我的问题是，在现代CPU体系结构中，它们是如何共存和协同工作的？

你的想法稍微颠倒了一下。每次提取时，您都会将索引编入分支预测器，该预测器会告诉您刚刚收到的指令是否会被解码为已执行的分支。如果不是，则获取下一个顺序地址。但是，如果分支预测器说它将是一个已执行的分支，那么您不知道下一步获取哪个指令，因为您还没有解码该指令。因此，为了不浪费等待分支解析的周期，您可以使用分支目标缓冲区（或BTB）。BTB存储分支重定向控制流的以前地址。使用此机制，您试图预测控制流这次将重定向到何处。这种技术对于无条件分支、函数调用和与返回地址堆栈配对时的返回具有100%的成功率。在条件分支上，成功率稍低，但考虑到分支目标的高时间局部性，仍然非常好。举个例子，你可以考虑一个循环的反向分支，它总是分支到同一个位置。 实际解析分支指令时（通常在管道的解码或执行阶段，取决于实现），您将调整分支预测器和BTB中的值，以便为将来的预测提供更多最新信息

以下是BTB查找和更新的图示说明：

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你把它稍微颠倒了一下。每次提取时，您都会将索引编入分支预测器，该预测器会告诉您刚刚收到的指令是否会被解码为已执行的分支。如果不是，则获取下一个顺序地址。但是，如果分支预测器说它将是一个已执行的分支，那么您不知道下一步获取哪个指令，因为您还没有解码该指令。因此，为了不浪费等待分支解析的周期，您可以使用分支目标缓冲区（或BTB）。BTB存储分支重定向控制流的以前地址。使用此机制，您试图预测控制流这次将重定向到何处。这种技术对于无条件分支、函数调用和与返回地址堆栈配对时的返回具有100%的成功率。在条件分支上，成功率稍低，但考虑到分支目标的高时间局部性，仍然非常好。举个例子，你可以考虑一个循环的反向分支，它总是分支到同一个位置。 实际解析分支指令时（通常在管道的解码或执行阶段，取决于实现），您将调整分支预测器和BTB中的值，以便为将来的预测提供更多最新信息

以下是BTB查找和更新的图示说明：

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他们为什么要互相干涉？第一个告诉你是否在条件分支上跳转，第二个告诉你在哪里跳转（在间接分支上）@Leeor，但我认为BTB用于从I$获取的每条指令。一旦命中，就不需要进行分支预测，我们可以继续在BTB的PC上获取指令。如果是失误，分支预测器将发挥作用并预测分支的结果。鉴于BTB的命中率超过90%，所以很少使用分支预测器。。。我哪里错了？如果分支预测器说您应该预测分支被执行，您只想使用BTB中的值。例如，如果分支仅针对分支历史表的某些值进行预测（对于两级自适应预测器）。@Danny谢谢！我认为现在更有意义了。他们为什么要互相干涉呢？第一个告诉你是否在条件分支上跳转，第二个告诉你在哪里跳转（在间接分支上）@Leeor，但我认为BTB用于从I$获取的每条指令。一旦命中，就不需要进行分支预测，我们可以继续在BTB的PC上获取指令。如果是失误，分支预测器将发挥作用并预测分支的结果。鉴于BTB的命中率超过90%，所以很少使用分支预测器。。。我哪里错了？如果分支预测器说您应该预测分支被执行，您只想使用BTB中的值。例如，如果分支仅针对分支历史表的某些值进行预测（对于两级自适应预测器）。@Danny谢谢！我认为现在更有意义了。+1当然，真正的实现可能更复杂。例如，BTB可能未标记或使用部分标记，因此存在将目标预测应用于不同分支的可能性（因此即使是无条件直接跳转也可能导致其目标预测失误）。作为目标预测的缓存，即使使用完整标记，也有可能出现容量和冲突（假设它不是完全关联的）未命中。具有多个目标的间接非返回跳跃也可能导致预测失误。甚至RAS也可能在溢出、上下文切换、分支错误计算等方面失败。我有几个Q。1） 由于间接分支具有更多可能的返回地址，因此在预测条件分支和间接分支之间，预测器如何变化？2） 不是先查看BTB，看看指令是否是一个分支（决定转到预测器）？3） 在解码阶段可以检测到哪种类型的分支预测失误？（我知道执行阶段实现）回答得好！我认为可能有一个输入错误：“在无条件分支上”->“在条件分支上”。+1当然，真正的实现可能更复杂。例如，BTB可能未标记或使用部分ta