分支預測器（Branch Predictor） 彙總介紹
阿新 • • 發佈：2019-02-01
動態分支預測是近來的處理器已經嘗試採用的的技術。最簡單的動態分支預測策略是分支預測緩衝區（Branch Prediction Buff)或分支歷史表(branch history table)。
BHT——Branch History Table，顧名思義，這是記錄分支歷史資訊的表格，用於判定一條分支指令是否token；這兒記錄的是跳轉資訊，簡單點的，可以用1bit位記錄，例如1表示跳轉，0表示不跳轉，而這個表格的索引是指令PC值；考慮在32位系統中，如果要記錄完整32位的branch history，則需要4Gbit的儲存器，這超出了系統提供的硬體支援能力；所以一般就用指令的後12位作為BHT表格的索引，這樣用4Kbit的一個表格，就可以記錄branch history了。當然，通過大夥的不懈努力和分析，發現在BHT中用1bit位記錄分支是否跳轉還不夠準確，用2bit位記錄就非常好了，而用3bit或者更多位記錄，效果與2bit類似。所以在BHT中，一般就用2bit位記錄分支是否跳轉：例如11和10表示這條分支會跳轉；01和00表示分支不會跳轉。這個2bit計數器大夥叫做飽和計數器。
BTB——用於記錄一條分支指令的跳轉地址，由於這兒儲存的是指令地址，例如32位地址，因此，這個表格就不能做到儲存BHT那樣多的內容了，如果也支援4K條指令，則需要128Kbit的儲存空間，這幾乎可以趕上一個L1Cache的容量了，所以BTB一般很小，就32項或者64項。由於這個BTB容量小，並且其用於是記錄分支指令的跳轉地址，因此，如果這條指令不跳轉，即其下一條指令就是PC+4，則不會在BTB中記錄的。
基於BTB和BHT的分支預測就很簡單了：
1）在取指階段利用PC定址BTB，如果命中，則說明這是一條跳轉指令，利用從BTB中獲取到的地址去取icache；
2）由於BTB中儲存的內容不夠多，因此BHT的準確率更高，這個時候索引BHT表格，如果發現BHT也跳轉，則說明這條指令預測是跳轉的；如果BHT不跳轉，則說明不跳轉，這個時候就取消BTB中的指令地址，重新PC+4去取icache；
BHT——Branch History Table，顧名思義，這是記錄分支歷史資訊的表格，用於判定一條分支指令是否token；這兒記錄的是跳轉資訊，簡單點的，可以用1bit位記錄，例如1表示跳轉，0表示不跳轉，而這個表格的索引是指令PC值；考慮在32位系統中，如果要記錄完整32位的branch history，則需要4Gbit的儲存器，這超出了系統提供的硬體支援能力；所以一般就用指令的後12位作為BHT表格的索引，這樣用4Kbit的一個表格，就可以記錄branch history了。當然，通過大夥的不懈努力和分析，發現在BHT中用1bit位記錄分支是否跳轉還不夠準確，用2bit位記錄就非常好了，而用3bit或者更多位記錄，效果與2bit類似。所以在BHT中，一般就用2bit位記錄分支是否跳轉：例如11和10表示這條分支會跳轉；01和00表示分支不會跳轉。這個2bit計數器大夥叫做飽和計數器。
BTB——用於記錄一條分支指令的跳轉地址，由於這兒儲存的是指令地址，例如32位地址，因此，這個表格就不能做到儲存BHT那樣多的內容了，如果也支援4K條指令，則需要128Kbit的儲存空間，這幾乎可以趕上一個L1Cache的容量了，所以BTB一般很小，就32項或者64項。由於這個BTB容量小，並且其用於是記錄分支指令的跳轉地址，因此，如果這條指令不跳轉，即其下一條指令就是PC+4，則不會在BTB中記錄的。
基於BTB和BHT的分支預測就很簡單了：
1）在取指階段利用PC定址BTB，如果命中，則說明這是一條跳轉指令，利用從BTB中獲取到的地址去取icache；
2）由於BTB中儲存的內容不夠多，因此BHT的準確率更高，這個時候索引BHT表格，如果發現BHT也跳轉，則說明這條指令預測是跳轉的；如果BHT不跳轉，則說明不跳轉，這個時候就取消BTB中的指令地址，重新PC+4去取icache；