分支预测

支持的分支预测类型

l         二级分支预测 ：也就是通过移位寄存器（一级）和PHT表（二级），在PHT表中根据2位饱和计数器分析当前分支的跳转情况。

参数：   N —— 一级入口数目

              W —— 移位寄存器的宽度

              M —— 二级入口数目

对于       Gag ：三个参数值为别为： 1   W  2^W

          Gap： 三个参数值为别为： 1   W  M

              （只有一个移位寄存器，因此N为1，又因为当只有一个PHT表，因此，Gag中M是2^w，此时，通过移位寄存器，查找PHT表，得到分支情况；而在Gap中，不同的分支有不同的PHT表，因此需要利用分支指令的地址获取多个PHT表中的其中一个，因此M ＝ K*2^w，其中的K应该是设定的PHT表的个数，而且，K应该是2的指数级）

              Pag：三个参数值为别为： N  W  2^W

              Pap：三个参数值为别为： N  W  M

              （此时，将同时利用分支指令的地址索引移位寄存器和PHT表，如果是PAG，那么，利用分支指令地址索引多个移位寄存器，获取的值再去索引PHT表，获取跳转情况，如果是PAP，则同时利用分支指令地址索引移位寄存器和PHT表，得到跳转情况）。

l         二位饱和计数预测模式

支持的预测方式是当  XX = 0X时不跳转

                                   XX = 1X时跳转

l         预测不跳转
l         预测跳转

分支预测的各参数定义
1） 定义了分支预测的类型

enum bpred_class{ }

2） 定义了BTB（分支目的缓冲）表的结构

书中定义的BTB表含有三个部分：分支指令的地址，分支跳转的目的地址，以及预测结果

这儿的结构中定义了四个部分：分支指令的地址；针对当前地址的OP；如果分支跳转，那么跳转的目的地地址；以及形成BTB表的链表结构（双向链表）

3） 定义了二位饱和计数的预测结构，考虑到二级分支预测也使用了二位饱和计数器，因此利用union定义了各部分：

class -说明是二级分支预测还是bimod预测；

然后如果是bimod，那么需要定义一个计数器结构，即：bimod.size和bimod->table；

如果是二级分支预测，需要定义的类型为：寄存器的个数，PHT表的个数，移位寄存器中保存的分支历史长度；把分支历史和分支地址是否XOR的标志；指向历史表的指针和指向PHT表中的指针；

4） 定义了分支预测器：

定义分支预测的类型，以及指向的相应的预测器元素；

       定义了BTB表的组数，以及BTB组中的相联程度，以及BTB表

       定义了返回栈：返回栈的大小，返回栈的栈顶，而返回栈也是利用了BTB的结构

       同时还定义了多个计数：方向预测的正确性（向前，向后——是否跳转）、地址预测的正确性（不仅是向前向后正确，还要有地址的正确。等等结构。

这儿不仅预测分支指令，其中还包括了程序间调用的返回等。

5） 定义了预测更新的消息
然后是各函数的声明

1）  创建分支预测器

2）  创建了分支方向预测器

3）  分支预测器配置的输出

4）  分支预测状态的输出

5）  在数据库（sdb）中存储分支预测的信息

6）  在主要的地点存储分支信息
7）  利用分支预测器处理下一条指令
8）  预防因为前瞻执行导致的错误
9）  对分支预测器中若干元素的更新

10）为了调试导出分支预测器的信息。

各函数的具体说明
1）  创建一个分支预测器
看这个函数需要先看一下创建分支方向预测器的函数
根据class，首先创建分支方向预测器（包括二级、bimod等方向预测器）
然后继续根据分支预测器的类型class，分配返回栈
        首先看一下BTB表的结构，如果BTB表大小为0或者不是2的指数倍，不行。然后根据BTB表的组×相联 分配空间
        接下来把各项BTB结构挂接成为链表
在分配完BTB之后，分配返回栈结构。而返回栈其实就是一个数组
2）  创建一个分支方向预测器
首先分配一个结构大小的空间
然后是说明当前要创建的分支方向预测器的类型（class）
接下来是根据class按需要给其中的参数赋值：
        如果是二级分支预测：参数有   一级的大小（即移位寄存器有几个）
                                                         二级的大小（即PHT表的个数）
                                                         移位寄存器的大小（0<SIZE<=30）
                                                         是否需要分支指令地址与移位寄存器XOR
                                                         根据移位寄存器的大小分配合适的int空间
                                                         根据PHT表的大小分配合适的unsigned char空间
                                                         然后要在PHT表中初始化预测信息，这儿是初始
                                                  为1－2－1－2的格式
        如果是2位饱和计数器的预测：参数都类似

3）  输出分支方向预测器的配置信息
4）  输出分支预测器的配置信息
5）  以及预测的一些信息
6）  然后是保存sdb中分支预测的信息
7）  关键地区的信息，不重要。
8）  预测一个分支的方向
首先给的参数的选择的方向预测器的类型class和该分支的指令地址。函数处理过程中，首先让分支指令地址右移2位，与移位寄存器做与 得到当前有效的

而l2index则是获取当前移位寄存器中的值

反正现在知道l2index是获取2位饱和计数器的值的索引的。

这儿是考虑了如果有多个移位寄存器时的情况，因为l1size是移位寄存器的个数，不是移位寄存器的宽度。因此如果是Ga*的话，l1index=0。然后，l2index只是获取了如果有多个移位寄存器的话的其中之一。

如果需要移位寄存器中的数和分支地址做XOR的话（也就是哪个什么很精确的分支预测法），这儿考虑了。

是直接取得二位饱和计数器中的值，用到了一个BIMOD_HASH的宏，而在有很多2位的饱和计数器时，通过BIMOD_HASH宏获取其中的一个，可以看出，是把多个2位计数器听过HASH链表连接的。

9）  预测下一条指令的地址

注意，这儿是考虑了所有的指令，不仅仅是分支指令，即代码中的获取指令操作码的宏。

在这儿的预测中，首先是预测一下分支的方向，得到pdir1的结果。然后是对分支指令的跳转地址的预测。由于是预测条件分支，也就是说，非条件分支是不预测的。在这儿，先看一下对返回栈的处理。

        先得到返回栈的栈顶。

        然后如果指令的返回指令，即过程调用的return，那么目的地址就是栈里面的地址。

              然后如果指令是函数调用指令，那么则把返回地址值压入栈中

              然后如果两者都不是，就先查找BTB表，由于BTB可能是组相联，因此先找到组数，然后找具体的BTB入口。

如果在BTB中没有找到相应的指令地址，那么根据前面的pdir，分析是不是跳转，即只能给出方向

10）              为了防止分支预测出现错误，和推测执行情况下，程序的问题，在预测的分支处保存当前的返回栈地址

11）              对分支预测的各个参数的更新。

首先是判断是不是分支指令。

如果是分支指令，而且地址也对，那么预测正确数＋1，否则是方向＋1

这个函数是当分支指令执行完毕之后处理的。但不是很明白其中的stateful 预测是什么意思。针对BTB表的处理是有的更新，没有的话利用LRU替换。

       

       

3）  输出分支方向预测器的配置信息
4）  输出分支预测器的配置信息
5）  以及预测的一些信息
6）  然后是保存sdb中分支预测的信息
7）  关键地区的信息，不重要。
8）  预测一个分支的方向
首先给的参数的选择的方向预测器的类型class和该分支的指令地址。函数处理过程中，首先让分支指令地址右移2位，与移位寄存器做与 得到当前有效的

而l2index则是获取当前移位寄存器中的值

反正现在知道l2index是获取2位饱和计数器的值的索引的。

这儿是考虑了如果有多个移位寄存器时的情况，因为l1size是移位寄存器的个数，不是移位寄存器的宽度。因此如果是Ga*的话，l1index=0。然后，l2index只是获取了如果有多个移位寄存器的话的其中之一。

如果需要移位寄存器中的数和分支地址做XOR的话（也就是哪个什么很精确的分支预测法），这儿考虑了。

是直接取得二位饱和计数器中的值，用到了一个BIMOD_HASH的宏，而在有很多2位的饱和计数器时，通过BIMOD_HASH宏获取其中的一个，可以看出，是把多个2位计数器听过HASH链表连接的。

9）  预测下一条指令的地址

注意，这儿是考虑了所有的指令，不仅仅是分支指令，即代码中的获取指令操作码的宏。

在这儿的预测中，首先是预测一下分支的方向，得到pdir1的结果。然后是对分支指令的跳转地址的预测。由于是预测条件分支，也就是说，非条件分支是不预测的。在这儿，先看一下对返回栈的处理。

        先得到返回栈的栈顶。

        然后如果指令的返回指令，即过程调用的return，那么目的地址就是栈里面的地址。

              然后如果指令是函数调用指令，那么则把返回地址值压入栈中

              然后如果两者都不是，就先查找BTB表，由于BTB可能是组相联，因此先找到组数，然后找具体的BTB入口。

如果在BTB中没有找到相应的指令地址，那么根据前面的pdir，分析是不是跳转，即只能给出方向

10）              为了防止分支预测出现错误，和推测执行情况下，程序的问题，在预测的分支处保存当前的返回栈地址

11）              对分支预测的各个参数的更新。

首先是判断是不是分支指令。

如果是分支指令，而且地址也对，那么预测正确数＋1，否则是方向＋1

这个函数是当分支指令执行完毕之后处理的。但不是很明白其中的stateful 预测是什么意思。针对BTB表的处理是有的更新，没有的话利用LRU替换。

       

       

分支预测的各参数定义
1） 定义了分支预测的类型

enum bpred_class{ }

2） 定义了BTB（分支目的缓冲）表的结构

书中定义的BTB表含有三个部分：分支指令的地址，分支跳转的目的地址，以及预测结果

这儿的结构中定义了四个部分：分支指令的地址；针对当前地址的OP；如果分支跳转，那么跳转的目的地地址；以及形成BTB表的链表结构（双向链表）

3） 定义了二位饱和计数的预测结构，考虑到二级分支预测也使用了二位饱和计数器，因此利用union定义了各部分：

class -说明是二级分支预测还是bimod预测；

然后如果是bimod，那么需要定义一个计数器结构，即：bimod.size和bimod->table；

如果是二级分支预测，需要定义的类型为：寄存器的个数，PHT表的个数，移位寄存器中保存的分支历史长度；把分支历史和分支地址是否XOR的标志；指向历史表的指针和指向PHT表中的指针；

4） 定义了分支预测器：

定义分支预测的类型，以及指向的相应的预测器元素；

       定义了BTB表的组数，以及BTB组中的相联程度，以及BTB表

       定义了返回栈：返回栈的大小，返回栈的栈顶，而返回栈也是利用了BTB的结构

       同时还定义了多个计数：方向预测的正确性（向前，向后——是否跳转）、地址预测的正确性（不仅是向前向后正确，还要有地址的正确。等等结构。

这儿不仅预测分支指令，其中还包括了程序间调用的返回等。

5） 定义了预测更新的消息
然后是各函数的声明

1）  创建分支预测器

2）  创建了分支方向预测器

3）  分支预测器配置的输出

4）  分支预测状态的输出

5）  在数据库（sdb）中存储分支预测的信息

6）  在主要的地点存储分支信息
7）  利用分支预测器处理下一条指令
8）  预防因为前瞻执行导致的错误
9）  对分支预测器中若干元素的更新

10）为了调试导出分支预测器的信息。

各函数的具体说明
1）  创建一个分支预测器
看这个函数需要先看一下创建分支方向预测器的函数
根据class，首先创建分支方向预测器（包括二级、bimod等方向预测器）
然后继续根据分支预测器的类型class，分配返回栈
        首先看一下BTB表的结构，如果BTB表大小为0或者不是2的指数倍，不行。然后根据BTB表的组×相联 分配空间
        接下来把各项BTB结构挂接成为链表
在分配完BTB之后，分配返回栈结构。而返回栈其实就是一个数组
2）  创建一个分支方向预测器
首先分配一个结构大小的空间
然后是说明当前要创建的分支方向预测器的类型（class）
接下来是根据class按需要给其中的参数赋值：
        如果是二级分支预测：参数有   一级的大小（即移位寄存器有几个）
                                                         二级的大小（即PHT表的个数）
                                                         移位寄存器的大小（0<SIZE<=30）
                                                         是否需要分支指令地址与移位寄存器XOR
                                                         根据移位寄存器的大小分配合适的int空间
                                                         根据PHT表的大小分配合适的unsigned char空间
                                                         然后要在PHT表中初始化预测信息，这儿是初始
                                                  为1－2－1－2的格式
        如果是2位饱和计数器的预测：参数都类似

3）  输出分支方向预测器的配置信息
4）  输出分支预测器的配置信息
5）  以及预测的一些信息
6）  然后是保存sdb中分支预测的信息
7）  关键地区的信息，不重要。
8）  预测一个分支的方向
首先给的参数的选择的方向预测器的类型class和该分支的指令地址。函数处理过程中，首先让分支指令地址右移2位，与移位寄存器做与 得到当前有效的

而l2index则是获取当前移位寄存器中的值

反正现在知道l2index是获取2位饱和计数器的值的索引的。

这儿是考虑了如果有多个移位寄存器时的情况，因为l1size是移位寄存器的个数，不是移位寄存器的宽度。因此如果是Ga*的话，l1index=0。然后，l2index只是获取了如果有多个移位寄存器的话的其中之一。

如果需要移位寄存器中的数和分支地址做XOR的话（也就是哪个什么很精确的分支预测法），这儿考虑了。

是直接取得二位饱和计数器中的值，用到了一个BIMOD_HASH的宏，而在有很多2位的饱和计数器时，通过BIMOD_HASH宏获取其中的一个，可以看出，是把多个2位计数器听过HASH链表连接的。

9）  预测下一条指令的地址

注意，这儿是考虑了所有的指令，不仅仅是分支指令，即代码中的获取指令操作码的宏。

在这儿的预测中，首先是预测一下分支的方向，得到pdir1的结果。然后是对分支指令的跳转地址的预测。由于是预测条件分支，也就是说，非条件分支是不预测的。在这儿，先看一下对返回栈的处理。

        先得到返回栈的栈顶。

        然后如果指令的返回指令，即过程调用的return，那么目的地址就是栈里面的地址。

              然后如果指令是函数调用指令，那么则把返回地址值压入栈中

              然后如果两者都不是，就先查找BTB表，由于BTB可能是组相联，因此先找到组数，然后找具体的BTB入口。

如果在BTB中没有找到相应的指令地址，那么根据前面的pdir，分析是不是跳转，即只能给出方向

10）              为了防止分支预测出现错误，和推测执行情况下，程序的问题，在预测的分支处保存当前的返回栈地址

11）              对分支预测的各个参数的更新。

首先是判断是不是分支指令。

如果是分支指令，而且地址也对，那么预测正确数＋1，否则是方向＋1

这个函数是当分支指令执行完毕之后处理的。但不是很明白其中的stateful 预测是什么意思。针对BTB表的处理是有的更新，没有的话利用LRU替换。

       

       

3）  输出分支方向预测器的配置信息
4）  输出分支预测器的配置信息
5）  以及预测的一些信息
6）  然后是保存sdb中分支预测的信息
7）  关键地区的信息，不重要。
8）  预测一个分支的方向
首先给的参数的选择的方向预测器的类型class和该分支的指令地址。函数处理过程中，首先让分支指令地址右移2位，与移位寄存器做与 得到当前有效的

而l2index则是获取当前移位寄存器中的值

反正现在知道l2index是获取2位饱和计数器的值的索引的。

这儿是考虑了如果有多个移位寄存器时的情况，因为l1size是移位寄存器的个数，不是移位寄存器的宽度。因此如果是Ga*的话，l1index=0。然后，l2index只是获取了如果有多个移位寄存器的话的其中之一。

如果需要移位寄存器中的数和分支地址做XOR的话（也就是哪个什么很精确的分支预测法），这儿考虑了。

是直接取得二位饱和计数器中的值，用到了一个BIMOD_HASH的宏，而在有很多2位的饱和计数器时，通过BIMOD_HASH宏获取其中的一个，可以看出，是把多个2位计数器听过HASH链表连接的。

9）  预测下一条指令的地址

注意，这儿是考虑了所有的指令，不仅仅是分支指令，即代码中的获取指令操作码的宏。

在这儿的预测中，首先是预测一下分支的方向，得到pdir1的结果。然后是对分支指令的跳转地址的预测。由于是预测条件分支，也就是说，非条件分支是不预测的。在这儿，先看一下对返回栈的处理。

        先得到返回栈的栈顶。

        然后如果指令的返回指令，即过程调用的return，那么目的地址就是栈里面的地址。

              然后如果指令是函数调用指令，那么则把返回地址值压入栈中

              然后如果两者都不是，就先查找BTB表，由于BTB可能是组相联，因此先找到组数，然后找具体的BTB入口。

如果在BTB中没有找到相应的指令地址，那么根据前面的pdir，分析是不是跳转，即只能给出方向

10）              为了防止分支预测出现错误，和推测执行情况下，程序的问题，在预测的分支处保存当前的返回栈地址

11）              对分支预测的各个参数的更新。

首先是判断是不是分支指令。

如果是分支指令，而且地址也对，那么预测正确数＋1，否则是方向＋1

这个函数是当分支指令执行完毕之后处理的。但不是很明白其中的stateful 预测是什么意思。针对BTB表的处理是有的更新，没有的话利用LRU替换。