基于數(shù)據(jù)重用機(jī)制的超標(biāo)量處理器分支預(yù)測研究.pdf

1、最近的幾十年，為了提高處理器性能，流水線被設(shè)計(jì)得越來越深，越來越寬。但是，由于程序設(shè)計(jì)中普遍使用的分支指令存在著執(zhí)行行為的不確定性，處理器往往會(huì)因整條流水線停頓等待分支指令的執(zhí)行結(jié)果，從而降低處理器執(zhí)行效率。因此，針對分支指令優(yōu)化的一種技術(shù)--流水線分支預(yù)測技術(shù)，逐漸嶄露頭角，各種先進(jìn)的分支預(yù)測機(jī)制也逐漸被提出。如何提高分支預(yù)測的精度則成為該領(lǐng)域?qū)＜覀冄芯康闹饕较颉?br>　　 針對目前超標(biāo)量處理器中分支預(yù)測器預(yù)測精度的問題，近兩年

2、國外某些研究人員和機(jī)構(gòu)開始對處理器中數(shù)據(jù)重用技術(shù)進(jìn)行研究。旨在重用程序在執(zhí)行過程中產(chǎn)生的指令和計(jì)算數(shù)據(jù)冗余信息，提高分支預(yù)測精度，降低處理器功耗。而研究成果表明，合理利用數(shù)據(jù)重用技術(shù)不僅可以提高處理器性能，而且能夠降低處理器功耗。
　　 本文首先介紹了超標(biāo)量處理器、分支預(yù)測技術(shù)和數(shù)據(jù)重用理論的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。在配置了GAs型兩級動(dòng)態(tài)分支預(yù)測器的五級超標(biāo)量SimpleScalar仿真平臺(tái)后，利用SimpleScalar工具對已

3、有SPEC95標(biāo)準(zhǔn)測試集進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)測試集中不僅存在著一定的數(shù)據(jù)可重用，而且，目前所采用的預(yù)測恢復(fù)機(jī)制會(huì)帶來額外的時(shí)鐘周期損失。因此，本文利用數(shù)據(jù)重用機(jī)制對這兩個(gè)問題研究分析后，提出一種Loop檢測器及B-Cache（Branch Cache）預(yù)測失誤恢復(fù)器設(shè)計(jì)方案，即構(gòu)建了一種基于數(shù)據(jù)重用機(jī)制的超標(biāo)量處理器分支預(yù)測器理論模型。為驗(yàn)證所建立的模型，在分析SimpleScalar仿真平臺(tái)源代碼后，對Sim_Outorder仿