我可以理解“预测未采取”的工作原理。它只是继续获取 PC+4 指令。直到分支解决，如果分支被取走，则刷新之前取到的所有指令。
但我不明白“预测采取”是如何工作的。我认为分支指令需要处于解码阶段（并且需要完成分支目标地址计算），然后处理器才能预测它会被占用，对吧？
那么如何在 MIPS 5-stage pipeline 这样的机器上实现“预测”？ （分支目标地址计算和分支是否采取在ID（指令解码）阶段决定）
如果分支可以在ID阶段解决，是否意味着在IF（指令获取）阶段进行了预测？
我很困惑，因为有人说“预测采取”或“预测未采取”被称为“静态分支预测”，编译器会做所有的事情。所以在“预测采取”的情况下，编译器会将分支目标指令插入到分支指令之后的位置。
我的想法对吗？还是他的说法是正确的？
【问题讨论】：
标签： pipeline cpu-architecture branch-prediction
MIPS 具有分支延迟槽，可以隐藏简单 5 阶段管道的分支延迟，对于无条件分支（在 ID 中检测，获取后的阶段），甚至是通过在 EX 的前半部分评估条件分支，及时转发到 IF 的第二半。 （MIPS I R2000 did that）。
但是，是的，完全避免提取气泡需要在解码之前预测分支的存在，以及它们的目标地址。 （包括无条件直接分支）。真正的预测者会这样做。有关现代 x86 的示例，请参阅 Slow jmp-instruction。
但这与经典的 5 阶段 RISC 相去甚远。
如果您将这样的动态预测器放入没有分支延迟槽的 5 阶段 RISC，例如一个简单的 RISC-V，您可能会在 fetch 当前正在获取的位置之前实际检查它，因此您可以预测在 下一个 周期中要获取的内容。
您只能对 条件 分支使用静态始终采用的预测。（并且通常只使用向后位移，因为这些通常是循环分支；预测前向分支到be not-taken 在实践中效果很好，特别是当编译器/程序员相应地布置他们的代码时，if()-type 分支的常见情况是不被采用的）。当您可以检测到有一个分支时，您已经知道它是否是无条件的并且在这种情况下不需要任何预测。
如果您尚未使用 MIPS I 分支条件早期评估等技巧，则条件分支的分支延迟将是 2 个周期（IF 到 EX）。 静态始终采用的预测会将其缩短到 1 个周期（IF 到 ID）。 不是 0，正如您所说，因为在分支指令本身正在解码时仍在获取未采用的路径。
即您可以设计 ID 阶段以在看到条件分支时重新引导下一个周期的提取。 （可能在检查向前/向后的位移后，即只是 2 的补码值的高位。）
因此，您可以针对前向分支的直通和向后循环的分支进行优化，因为它们相对常见。为了做得更好，您将使用按地址或以各种复杂方式索引的动态预测缓存（例如，TAGE 使用最近的分支历史作为索引的一部分，并参见 https://danluu.com/branch-prediction/ 以了解从非常简单到较少的历史进展简单的预测器）。
【讨论】：