适用于上下文切换的分支预测方法技术

本发明专利技术一种适用于上下文切换的分支预测方法，包含下列步骤：ａ）将进入预测器的分支指令进行进程号的比较；ｂ）依据比较结果，如果相等或全局位为“１”，对于不同的进程号采用不同的全局分支历史寄存器，并读取其中的分支历史寄存器，并对全局位为“１”，使用一个固定的；ｃ）如果比较结果不等且全局位不为“１”，选择一个空的分支历史寄存器，在没有空闲分支历史寄存器时，选择一个分支历史寄存器进行替换；ｄ）使用读出的全局分支历史与分支指令的地址进行操作，形成模式表的索引；ｅ）访问模式表，读出相关内容；ｆ）根据查找到的结果进行预测，决定是否跳转。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微处理器体系结构领域，特别涉及一种微处理器的分支预测方法。(2)采取一定程度的预测，在分支结果出来之前，就按预测的地址取指。这种方法当猜测正确时，并不产生延迟，但当猜测错误时，就要取消已经取进的指令并重新取指，从而引起流水线断流，增加了延时。如MIPS的R10000，Alpha的21064、21164、21264，Sun的UltraSparc系列，Intel的P6系列微处理器等。第二种方案为当前流行方案，被大多数微处理器采用。其中MIPS的R10000，Alpha的21064、21164，Sun的UltraSparc I采用的是两位的双峰(Bimodal Predictor)预测器；Sun的UltraSparcSun的UltraSparc III采用的是Gshare预测器(Gshare Predictor)；Intel的P6系列微处理器采用的是PAs配置(PAs configuration)的两层预测器(Two-level Predictor)；Alpha的21264采用的是混合预测器(Hybrid Predictor)。在这些方案中，双峰(Bimodal Predictor)预测器基本上已经很少使用，或与其它预测器配合使用，而其它几种都属于两层预测器，按照配置不同分为GAs、PAs和混合(Hybrid)。这些方案基本上都是利用分支的历史记录和程序计数器PC，形成对模式历史表PHT(Pattem HistoryTable)的索引，然后根据从PHT中读出的内容决定是否转移。例如，附图说明图1为使用Gshare(属于GAs配置)方法的预测器的示意图。它直接使用全局分支历史(Global Branch History)与一部分转移指令地址相异或，在拼接上一部分转移指令地址，形成对PHT的索引，再用这个索引从PHT表中读出相应的表项，并根据读出的内容决定是否预测跳转。这些预测器的预测方法具有严重的缺点，它们没有对多用户(multi-user)、多道程序(multi-programming)、多线程(multi-threading)进行考虑，而多用户、多道程序、多线程的应用在当今和未来的处理器中是不可避免的，甚至是一种潮流，所以虽然它们在预测单道程序上都有很高的命中率，但是在实际应用中，受进程(包括线程)的上下文切换(contextswitching)的影响，效果并不理想。有些处理器为了提高命中率，使用较多的位来记录转移信息，占用了很大的、宝贵的芯片面积，例如，Alpha的21264的预测器一共使用了28K bits，但实际应用中的命中率并不会有很大改善。现在已经有人开始在理论上研究多线程处理器(multi-threadedprocessor)的分支预测，如J.Gummaraju和M.Franklin提出的方案，但是这种方案并不实用，因为它为每一个进程设立了一个PHT(PatternHistory Table)，这样的预测器所需的预测位的数量、所要占用的芯片面积将是实际应用中很难接受的。因此也并没有被真正应用。所以现有预测方法的不适合应用于多用户、多道程序、多线程环境下的进程(包括线程)的上下文切换，而且理论上的多线程预测方法存在占用芯片面积大、不实用的不足。本专利技术一种，其特征在于，包含下列步骤a)将进入预测器的分支指令进行进程(包括线程)号的比较； b)依据比较结果，如果相等或全局位为“1”，对于不同的进程号采用不同的全局分支历史寄存器(Global Branch History Register)GBHR，并读取其中的全局分支历史，并对全局位为“1”，使用一个固定的分支历史寄存器；c)如果比较结果不等且全局位不为“1”，选择一个空的分支历史寄存器，在没有空闲分支历史寄存器时，选择一个分支历史寄存器进行替换d)使用读出的全局分支历史与分支指令的地址进行操作，形成模式表(Pattem History Table)PHT的索引；e)访问模式表(Pattern History Table)PHT，读出相关内容；f)根据查找到的结果进行预测，决定是否跳转。其中于步骤a)中进程(包括线程)号的比较是使用分支指令的进程号和每个GBHR对应的进程号，包括进程标示符ASID(address spaceidentifier)的比较和全局位Global的检查。其中于步骤b)中除Global为“1”使用的GBHR，其它的每一个GBHR都有一个对应的ASID，用来进行比较。本专利技术提供的一种，结合参阅图2所示，包含下列步骤 a)将进入预测器的分支指令进行进程(包括线程)号的比较，进程(包括线程)号的比较是利用收到与该分支指令相关的Global位和ASID和每个全局分支历史寄存器(Global Branch History Register)GBHR对应的ASID进行的，包括ASID的比较和Global位的检查，请参阅图2中的左上部分；b)依据比较结果，如果Global位为“1”，表明该指令的地址是全局使用的，选择使用专门的GBHR(Global Branch History Register)，例如0号GBHR，并且该GBHR是不可重新分配给任何其它进程的，请参阅图2中的左下部分；c)如果Global位为“0”则要根据ASID的比较结果来决定选用哪个GBHR1)有GBHR对应的ASID域的内容与该指令的ASID相等，则选用第一个相等的GBHR；2)如果没有相等的，但还有空余未分配的GBHR，则选择一个空的，并将对应的ASID域的内容设置成该条指令的ASID；3)如果没有相等的，且没有空余未分配的GBHR，则根据一定的规则挑选一个GBHR，重新分配给该ASID，并将对应的ASID域的内容改成该条指令的ASID，请参阅图2中的左下部分；d)使用读出的全局分支历史与分支指令的地址进行操作，形成模式表(Pattern History Table)PHT的索引；e)访问模式表(Pattern History Table)PHT，读出相关内容；f)根据查找到的结果进行预测，决定是否跳转，步骤d至步骤f请参阅图2中的右半部分。由前述方法可知本专利技术具有下列有点1.由于本专利技术在预测方法中采用了专门的进程识别，所以这是一个专门针对多用户、多道程序、多线程环境，能很好地适应进程(包括线程)的上下文切换的分支预测器方法。它保证了，即使预测器工作在多用户、多道程序、多线程环境也不会因为上下文切换而影响预测器的性能。2.而且由于在预测部分只使用了全局转移历史(Global BranchHistory)，采取了较为易行的预测结构，避免了实现复杂性。因此本专利技术克服了现实中的预测器不适用于进程(包括线程)的上下文切换的不足，以及理论上的多线程预测器实现复杂、可行性差的不足。权利要求1.一种，其特征在于，包含下列步骤a)将进入预测器的分支指令进行进程号的比较；b)依据比较结果，如果相等或全局位为“1”，对于不同的进程号采用不同的全局分支历史寄存器，并读取其中的分支历史寄存器，并对全局位为“1”，使用一个固定的；c)如果比较结果不等且全局位不为“1”，选择一个空的分支历史寄存器，在没有空闲分支历史寄存器时，选择一个分支历史寄存器进行替本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于上下文切换的分支预测方法，其特征在于，包含下列步骤： ａ）将进入预测器的分支指令进行进程号的比较； ｂ）依据比较结果，如果相等或全局位为“１”，对于不同的进程号采用不同的全局分支历史寄存器，并读取其中的分支历史寄存器，并对全局位为“１”，使用一个固定的； ｃ）如果比较结果不等且全局位不为“１”，选择一个空的分支历史寄存器，在没有空闲分支历史寄存器时，选择一个分支历史寄存器进行替换； ｄ）使用读出的全局分支历史与分支指令的地址进行操作，形成模式表的索引； ｅ）访问模式表，读出相关内容； ｆ）根据查找到的结果进行预测，决定是否跳转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王海洋，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]