分支惩罚是什么意思？答案

【问题标题】：What does it mean by a branch penalty?分支惩罚是什么意思？
【发布时间】：2019-10-18 03:19:04
【问题描述】：

流水线中的分支惩罚是由 ALU 之间的非零距离导致的和如果。

这句话是什么意思？

【问题讨论】：

令人惊讶的是，Branch predictor - Wikipedia 在解释分支预测（相关模型）和错误预测惩罚方面做得非常好。始终是第一站的最佳竞争者。

标签： assembly cpu-architecture branch-prediction

【解决方案1】：

如果没有（正确的）分支预测，在 ALU 决定条件或间接分支的方向之前，fetch 不知道接下来要获取什么。所以它会停止直到分支在 ALU 中执行。

或者预测不正确，从错误路径获取/解码的指令是没有用的，所以我们称之为分支mispredict惩罚；分支预测在正常情况下隐藏它。

对此的另一个术语是“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：一条指令是是一个分支这一事实直到它被解码后才知道。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 中，经典的 5 阶段 RISC，条件分支在 EX 阶段只需要半个周期，IF doesn't need the address until the 2nd half of a clock cycle, so the total branch latency is kept down to 1 cycle。 MIPS 用branch-delay slot 隐藏了该延迟：分支之后的指令总是执行，无论它是否采用了分支。（包括无条件直接分支；ID 阶段可以自己产生目标地址。）后来更深的流水线 MIPS CPU（尤其是超标量和/或无序）确实需要分支预测，延迟槽不能完全隐藏分支延迟。

【讨论】：

【解决方案2】：

简答：

错误预测下一个可能的分支会导致时间浪费（CPU时钟周期），因为

错误预测的分支被提取并执行 推测地然后需要被丢弃和
需要获取并执行实际的下一个分支 被动地无论如何。

长答案：查找：“指令流水线”、“分支预测”、“循环展开”、...

【讨论】：

您使用“分支”一词来描述（可能的）执行路径上的非分支指令。这令人困惑。而是说“获取了错误预测的路径，需要丢弃”。例如，英特尔对 Skylake 上的 perf-counter 事件 int_misc.clear_resteer_cycles 的描述是“[Cycles the issue-stage is waiting for front-end to fetch from resteered path after branch mispredictor or machine清除事件]"。（重新转向 = 将 fetch 阶段指向正确的路径。）在具有类似 CPU 的 Linux 机器上运行 perf list 以查看。

【解决方案3】：

这意味着，您在处理器周期之间受到了惩罚。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：

流水线中的分支惩罚是由 ALU 之间的非零距离导致的和如果。

有一本很棒但很长的书叫Computer Architecture Piplined And Parallel Processor Design 。

它详细解释了这个问题。

【讨论】：

您的意思是阶段，而不是周期。 “周期”是时间单位，一个时钟周期。在此期间指令移动到下一个流水线阶段（如果它们没有停止）