Optimization 分支目标缓冲区检测到哪个分支预测失误？

我目前正在研究CPU管道的各个部分，它们可以检测分支预测失误。我发现这些是：

分支目标缓冲区（BPU清除）

分支地址计算器（BA清除）

跳转执行单元（此处不确定信号名称？？）

我知道2和3检测到什么，但我不了解在BTB内检测到什么预测失误。BAC检测BTB错误地预测了非分支指令的分支、BTB未能检测到分支或BTB错误预测了x86 RET指令的目标地址的位置。执行单元评估分支并确定其是否正确

在分支目标缓冲区检测到哪种类型的预测失误？这里究竟检测到什么是预测失误？

我能找到的唯一线索是《英特尔开发人员手册》第三卷（底部的两个BPU清除事件计数器）：

BPU在错误地假设一个分支为 还没拿

这似乎意味着预测不是“同步”进行的，而是“异步”进行的，因此“错误假设后”

更新：

罗斯，这是CPU分支电路，来自最初的英特尔专利（如何“读取”？）：

我没有看到“分支预测单元”吗？读过本文的人会认为“BPU”是一种将BTB电路、BTB缓存、BAC和RSB组合在一起的惰性方式，这是否合理

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所以我的问题仍然存在，哪个组件发出BPU清除信号？

这是一个好问题！我认为它引起的混乱是由于英特尔奇怪的命名方案，这常常使学术界的标准术语过载。我会尽力回答你的问题，也会澄清我在评论中看到的困惑

首先。我同意在标准的计算机科学术语中，分支目标缓冲区不是分支预测器的同义词。然而，在英特尔术语中，分支目标缓冲区（BTB）[大写]是一种特定的东西，它包含一个预测器和一个分支目标缓冲区缓存（BTBC），后者只是一个分支指令表及其在执行结果上的目标。这个BTBC被大多数人理解为分支目标缓冲区[小写]。那么什么是分支地址计算器（BAC），如果我们有BTB，为什么我们需要它呢

因此，您知道现代处理器被分成多个阶段的管道。无论这是一个简单的流水线处理器还是一个无序的超极处理器，第一阶段通常是先提取然后解码。在fetch阶段，我们所拥有的只是程序计数器（PC）中包含的当前指令的地址。我们使用PC从内存中加载字节并将其发送到解码阶段。在大多数情况下，我们增加PC以加载后续指令，但在其他情况下，我们处理的控制流指令可以完全修改PC的内容

BTB的目的是猜测PC中的地址是否指向分支指令，如果是，PC中的下一个地址应该是什么？这很好，我们可以对条件分支使用预测器，对下一个地址使用BTBC。如果预测是正确的，那就太好了！如果预测是错误的，那会怎样？如果BTB是我们拥有的唯一单元，那么我们必须等待分支到达管道的发布/执行阶段。我们必须冲洗管道，然后重新开始。但并非所有情况都需要这么晚才能解决。这就是分支地址计算器（BAC）的作用

BTB用于管道的提取阶段，但BAC位于解码阶段。一旦我们获取的指令被解码，我们实际上就有了更多有用的信息。我们知道的第一条新信息是：“我获取的指令实际上是一个分支吗？”在获取阶段，我们不知道，BTB只能猜测，但在解码阶段，我们肯定知道它。当指令实际上不是分支时，BTB预测分支是可能的；在这种情况下，BAC将停止提取单元，修复BTB，并正确重新初始化提取

像

无条件相对

和

调用

这样的分支呢？这些可以在解码阶段进行验证。BAC将检查BTB，查看BTBC中是否有条目，并将预测器设置为始终预测所采取的措施。对于

条件分支

分支，BAC无法确认它们是否已被占用/尚未占用，但它至少可以验证预测的地址，并在地址预测错误的情况下纠正BTB。有时BTB根本无法识别/预测分支。BAC需要纠正此问题，并向BTB提供有关此指令的新信息。由于BAC本身没有条件预测器，因此它使用一种简单的机制（向后分支，向前分支不被执行）

需要有人确认我对这些硬件计数器的理解，但我相信它们的含义如下：

• BACLEAR.CLEAR

  在获取中的BTB执行错误操作时递增 作业和解码中的BAC可以修复它

• BPU_清除。早期

  当fetch决定（错误地）加载下一个 在BTB预测它应该从中实际加载之前的指令 取而代之的是这条路。这是因为BTB需要多个周期，fetch使用该时间推测性地加载连续的指令块。这可能是由于Intel使用了两个BTB，一个快速，另一个较慢但更精确。需要更多的周期才能得到更好的预测

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这解释了为什么在BTB中检测到预测失误的惩罚是2/3个周期，而在BAC中检测到预测失误的惩罚是8个周期。

事实

BPU\u清除。早期