[发明专利]多标记分支预测表

说明书

系统和方法涉及一种分支预测表，所述分支预测表包括一或多个条目。每个条目包括一或多个分支预测计数器，所述一或多个分支预测计数器对应于被提取以用于在处理器中进行处理的指令的提取组中的一或多个指令。两个或两个以上提取组中的每个提取组包括至少一个分支指令，所述一或多个分支预测计数器中的至少一个分支预测计数器用于针对所述至少一个分支指令进行分支预测。两个或两个以上标记字段与每个条目相关联，其中所述两个或两个以上标记字段对应于两个或两个以上提取组。在所述分支预测表中出现未命中的情况下，以实现构造性混叠并防止破坏性混叠的方式执行对所述分支预测计数器和所述两个或两个以上标记字段的更新。

技术领域

所公开的各方面涉及在处理系统中进行分支预测。更具体地说，示范性方面涉及针对每个条目配置有两个或两个以上标记的分支预测表。

背景技术

处理系统可以采用引起控制流改变的指令，如条件分支指令。条件分支指令的方向基于条件评估的方式，但是仅知道所述评估可以深入到处理器的指令流水线。为了避免在知道评估之前停止流水线，处理器可以采用分支预测机制来早早预测流水线中条件分支指令的方向。基于所述预测，处理器可以推测性地从两个路径中的一个路径—开始于分支目标地址的“采用(taken)”路径或开始于条件分支指令之后的下一个连续地址的“未采用(not-taken)”路径—中的预测地址中提取指令并执行指令。

在对条件进行评估并且确定实际分支方向时，如果误预测了分支(即，按照错误路径执行)，则可以从流水线中清除推测性地提取的指令，并且可以从正确的下一地址中提取正确路径中的新指令。因此，提高条件分支指令的分支预测准确性减轻了与误预测和错误路径指令的执行相关联的处罚并且相应地提高了处理系统的性能和能量利用。

常规分支预测机制可以包含一或多个状态机，所述一或多个状态机可以用过去和当前分支指令的评估历史来进行训练。状态机可以组织在称为分支预测表的表中。分支预测表可以包含包括条件分支指令的状态机的条目，其中所述条目可以使用条件分支指令的地址来进行索引和标记。分支预测表的结构可以扩展以容纳指令集架构，其中在每个处理周期中可以提取和执行多于一个指令。

例如，在超标量处理器中，可以在每个周期提取包括一或多个指令的提取组。可以(例如通过编译器)选择每个提取组中的指令，以利用可以由超标量处理器支持的指令级并行性。例如，可以以最大化对用于并行地执行提取组中的指令的硬件和/或软件支持的利用的方式组织提取组中的指令。尽管提取组中可能存在两个或两个以上分支指令，但是每个提取组通常更可能被设计成包括至多一个分支指令。然而，一或多个分支指令(如果存在于提取组中的话)的一或多个位置在不同的提取组中可以变化。

在常规实施方案中，从超标量处理器的分支预测表可以设置有甚至对提取组中的所有指令均为分支指令的不太可能的情况提供预测的能力的意义上来说，分支预测表可以被超裕度设计。换言之，常规分支预测表的每个条目可以针对提取组中的每个可能的指令位置具有分支预测机制，使得每个条目可以提供的最大预测数可以等于提取组中可以存在的最大指令数。例如，可以存在如状态机等可以用于潜在地预测提取组中的多个分支指令(如果存在的话)的多个分支预测机制。

尽管超标量处理器的分支预测表可以被超裕度设计有针对提取组中的多个指令的多个分支预测机制，但是分支预测表中的每个条目可以针对提取组共同地标记。共同标记可以基于提取组的特性，如提取组的共同地址或标识。然而，在每个条目中具有用于多个分支预测机制的共同标记导致未充分利用所述多个分支预测机制，因为在可能的场景中，每个提取组中可以有至多一个分支指令。