[发明专利]具有高效返回预测能力的分支目标缓冲器

说明书

提供具有高效返回预测能力的分支目标缓冲器，并提供改善的分支目标缓冲器（BTB）和在具有流水线的微处理器中处理数据的方法。根据各种实施例，提供包含非返回缓冲器、返回缓冲器和多路复用器的BTB。非返回缓冲器被设计为存储多个非返回条目。各非返回条目与非返回型指令对应。返回缓冲器被设计为存储分别与返回型指令对应的多个返回条目。另外，返回缓冲器可产生控制信号。多路复用器也产生控制信号并输出来自非返回缓冲器的数据或者来自返回预测栈（RPS）的数据。多路复用器是从非返回缓冲器还是从RPS返回数据依赖于控制信号。

技术领域

本发明一般涉及微处理器，特别是涉及使用具有分支目标缓冲器（BTB）的流水线的微处理器。

背景技术

BTB一般是与处理器中的流水线相关的存储器的小型高速缓存。BTB被用于通过比较指令地址与存储于BTB中的以前执行的指令地址来预测可能采取的分支的目标。这可节省处理时间，原因是它允许处理器“跳过”计算目标地址的步骤；事实上，它可只是在BTB中查看它。因此，BTB可产生对目标地址的“命中”的频率直接影响指令执行的速度。即，执行的速度直接与BTB可存储的条目的数量有关。常规上，仅有的增加BTB可存储的条目的数量的方式是通过增加缓冲器的尺寸。

发明内容

考虑到空间在现代的微处理器中十分珍贵，会希望在不必增加缓冲器自身的尺寸的情况下提高BTB性能。因此，所需要的是相对于以前的缓冲器具有优化的命中率和改善的性能的改善的BTB。

因而，本公开的实施例涉及针对这些问题得以改善的BTB和处理数据的方法。改善的BTB有利于改善功率利用、加快执行和提高返回预测的效率。根据各种实施例，提供包含非返回缓冲器、返回缓冲器和多路复用器的BTB。非返回缓冲器被设计为存储多个非返回条目。各非返回条目与非返回型指令（例如，无条件跳转、条件分支等）对应。返回缓冲器被设计为存储分别与返回型指令对应的多个返回条目。另外，返回缓冲器可产生控制信号。多路复用器也产生控制信号并输出来自非返回缓冲器的数据或者来自返回预测栈（RPS）的数据。多路复用器是返回来自非返回缓冲器的数据还是来自RPS的数据依赖于控制信号。

根据各种实施例，返回缓冲器确定多个返回条目中是否有某一个包含与指令地址对应的标签。并且，返回缓冲器产生控制信号，以使得该控制信号在返回缓冲器确定标签与指令地址对应时导致多路复用器输出来自RPS的头部的数据，并在确定多个返回条目都不包含与指令地址对应的标签时输出来自非返回缓冲器的数据。非返回缓冲器还可确定多个非返回条目中是否有某一个与指令地址对应。

根据各种实施例，提供通过使用BTB取得地址的方法。根据该方法，接收与指令地址有关的数据。然后可确定存储于返回缓冲器中的多个返回条目中是否有某一个与指令地址对应。可基于预测来输出来自返回预测栈（RPS）的数据和来自非返回缓冲器的数据。

确定返回条目是否与指令地址对应包含确定多个返回条目中是否有某一个包含与指令地址对应的标签。另外，可基于确定产生控制信号。当确定返回条目中的某一个与指令地址对应时，控制信号导致输出来自RPS的数据。相反，当确定返回条目都不与指令地址对应时，可产生控制信号以导致输出来自非返回缓冲器的数据。

附图说明

在这里加入并形成说明书的一部分的附图示出本发明，并与说明一起进一步用于解释本发明的原理并使得本领域技术人员能够实施和使用本发明。

图1是示出根据各种实施例的指令流水线的功能框图。

图2A和图2B示出根据各种实施例的指令流水线的动作。

图3示出根据各种实施例的存储于分支目标缓冲器中的数据。

图4是示出根据各种实施例的取得地址的方法的流程图。

图5是示出根据各种实施例的分支目标缓冲器的功能框图。