[发明专利]一种分支预测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及微处理器和计算机系统领域，具体地说，涉及面向处理器的取指处理装置。

背景技术

随着处理器技术的进步，处理器的速度不断提高，性能不断增强，同时用户对计算机或者处理器的要求越来越高。由于指令预取的效率对处理器性能影响很大，因此提高计算机的指令预取的效率尤其重要。

发明内容

本发明提出一种分支预测装置。

本发明的分支预测装置是作为处理器的一个组成部分，其执行的过程按照处理器的操作过程进行，在具体实现分支预测的过程，体现出本发明的内容。

本发明的分支预测装置包括：

指令存储装置，用来存储将要执行的指令代码，该装置接收地址，然后输出存储在该地址处的指令代码；

指令预取装置，该装置发出地址给指令存储装置，然后获得存储在该地址处的指令代码，并传送给指令译码装置，同时进行分支预测操作，准备好下一次需要输出的地址；

指令译码装置，该装置对指令代码进行译码分析，并发送给相应的执行装置；

程序控制指令执行装置，该装置属于执行装置的一种，用于执行程序控制指令代码，并将执行结果反馈给指令预取装置；

非程序控制指令执行装置，该装置用来执行除程序控制指令之外的其它指令代码。

分支历史表单元，该单元存储最近执行过的K条程序控制指令的分支历史信息；

选择预测表单元，该单元存储对正向和反向模式历史表单元的进行选择的记录；

正向模式历史表单元，该单元存储实际分支的状态记录，其状态倾向于预测发生跳转；

反向模式历史表单元，该单元存储实际分支的状态记录，其状态倾向于预测不发生跳转；

地址生成逻辑单元，该单元根据分支预测的结果，生成取指的地址。

所述指令预取装置向所述指令存储装置发出地址，然后获得存储在该地址出的所述程序控制指令，并传送给所述指令译码装置，同时所述指令预取装置进行分支预测操作，准备好下一此需要输出的地址；所述指令译码装置将所述程序控制指令分发给所述程序控制指令装置，然后所述程序控制指令装置根据所述程序控制指令执行程序控制操作，并将结果反馈给所述指令预取装置。

根据本发明的分支预测按操作可以可分为两大阶段，如图1，第一阶段是对分支进行预测。具体方法以及特征，在于包括以下步骤：

步骤1，向指令存储装置发出程序控制指令I的存储地址A；

步骤2，根据地址A，查询程序控制指令类型表，找出该地址对应的程序控制指令类型；

步骤3，根据该类型，查找分支历史表，找出该类型对应的分支历史信息；

步骤4，将步骤3中找出的分支历史信息和地址A进行异或，得到一个值；

步骤5，根据步骤4中得到的值，查找选择预测表，获得该值对应的选择值；

步骤6，根据步骤5中得到的选择值，从正向模式历史表和反向历史模式表中选出一个表；

步骤7，根据步骤4中得到的值，查找步骤6中选择出的模式历史表，获得对应的表项内容，根据该内容即可预测出指令I是否会导致跳转，以及新的分支地址值。

分支预测中的第二阶段足指令执行结果反馈，以及对分支历史表、选择预测表、模式历史表进行更新。具体方法以及特征，在于包括以下步骤：

步骤1，从指令存储装置获取存储在地址A的指令I的指令代码，并传送给指令译码装置；

步骤2，指令译码装置将程序控制指令I分发给程序控制指令执行装置；

步骤3，程序控制指令执行装置执行指令I，将指令I是否导致了跳转、以及新的分支地址值这些信息反馈回指令预取装置；

步骤4，根据步骤3的反馈信息，对分支历史表、选择预测表、模式历史表进行更新。

本发明根据分支历史信息、指令类型、模式历史信息，提升了预测准确率，提高了处理器的效率。

附图说明

参照如下附图将更加易于理解本发明：

图1所示为本发明提出的分支预测方法总体流程图；

图2所示为用于实现本发明的分支预测装置的结构框图；

图3所示为分支预测工作原理示意图；

图4选择预测表的格式；

图5选择预测表的更新状态图；

图6正向模式历史表的更新状态图；

图7反向模式历史表的更新状态图；

图8正向模式历史表、反向模式历史表的格式；

图9分支历史表的格式；

图10程序控制指令类型表的格式；

图11程序控制指令类型表、选择预测表、分支历史表、正向模式历史表示例；