分支惩罚是什么意思？

Question

管道分支惩罚是ALU和IF之间非零距离的结果。

这句话是什么意思？

Answer 1

简短的回答：

错误预测下一个可能分支的惩罚将导致时间浪费（CPU时钟周期），如下所示：

1. 然后，需要丢弃推测获取和执行的错误预测分支

长答案：查找：“指令流水线”、“分支预测”、“循环展开”、。。。

Answer 2

这意味着，在处理器的周期之间有惩罚。每个处理器都有操作周期，周期中的每个延迟都会导致惩罚，因为它会等待分支在ALU中执行，或者：

管道分支惩罚是ALU和IF之间非零距离的结果。

有一本很棒但很长的书叫做《计算机体系结构流水线和并行处理器设计》。

它详细解释了这个问题。

Answer 3

如果没有（正确的）分支预测，fetch不知道下一步要获取什么，直到ALU决定条件或间接分支的方向。因此它会暂停，直到分支在ALU中执行。

或者，如果预测不正确，则从错误路径获取/解码的指令无效，因此我们称之为分支预测失误惩罚；分支预测在正常情况下会隐藏它。

另一个术语是“分支延迟”——从获取分支指令到前端获取有用的下一条指令的周期数。

请注意，即使是无条件分支也有分支延迟：一条指令是一条分支的事实直到解码后才知道。这在管道中比执行更早，因此可能的惩罚小于条件或间接分支。

例如，在第一代MIPS R2000（经典的5级RISC）中，条件分支在EX阶段只需要半个周期，IF直到时钟周期的后半部分才需要地址，因此总分支延迟保持为1个周期。MIPS用分支延迟槽隐藏了该延迟：分支后的指令总是执行，无论它是否占用了分支。（包括无条件直接分支；ID阶段可以自行产生目标地址。）后来更深入流水线的MIPS CPU（尤其是超标量和/或乱序）确实需要分支预测，延迟槽无法完全隐藏分支延迟。