Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.240

Еще один подход к прогнозированию перехода — следить, были ли совершены последние k условных переходов независимо от того, какие это были команды. Это ^-разрядное число, которое хранится в сдвиговом регистре динамики переходов, затем сравнивается параллельно со всеми элементами таблицы с ^-разрядным ключом, и в случае совпадения применяется тот прогноз, который найден в этом элементе. Удивительно, но эта технология работает достаточно хорошо.

Статическое прогнозирование ветвлений

Все технологии прогнозирования ветвлений, которые обсуждались до сих пор, являются динамическими, то есть выполняются во время работы программы. Они приспосабливаются к текущему режиму работы программы, и это их положительное качество. Отрицательной стороной этих технологий является то, что они требуют специализированной и дорогостоящей аппаратуры, и микросхемы для реализации этих технологий получаются очень сложными.

Можно пойти другим путем, призвав на помощь компилятор. Обратите внимание на следующий оператор:

for (I = 0: i < 1000000; i++) { ... }

Когда компилятор встречает такой оператор, он знает, что переход в конце цикла будет происходить практически всегда. Если бы был способ сообщить это аппаратуре, можно было бы избавиться от огромного объема работы.

Хотя такой подход связан с изменением архитектуры (а не только реализации), в некоторых машинах, например, UltraSPARC III, помимо обычных команд условного перехода (которые нужны для обратной совместимости), имеется еще один набор команд. Новые команды содержат бит, по которому компилятор определяет, совершать переход или не совершать. Когда встречается такой бит, блок выборки команд просто делает то, что ему положено. Более того, нет необходимости тратить драгоценное пространство в таблице динамики переходов для этих команд, что сокращает количество конфликтных ситуаций.

Наконец, наша последняя технология прогнозирования ветвлений основана на профилировании [65]. Это тоже статическая технология, только в данном случае программа не заставляет компилятор вычислять, какие переходы нужно совершать, а какие нет. Программа реально выполняется, а ветвления фиксируются, эта информация поступает в компилятор, который затем использует специальные команды условного перехода для того, чтобы сообщить аппаратуре, что нужно делать.

Исполнение с изменением последовательности и подмена регистров

Большинство современных процессоров являются и конвейеризированными и суперскалярными, как показано на рис. 2.5. Это означает, что имеется блок выборки команд (IFU), который заранее вызывает команды из памяти и передает их в блок декодирования. Блок декодирования, в свою очередь, передает декодированные команды соответствующим функциональным блокам для выполнения. В некоторых случаях блок декодирования может разбивать отдельные команды на микрооперации перед тем, как отправить их функциональным блокам.

Ясно, что проще всего выполнять все команды в том порядке, в котором они вызываются из памяти (предполагается, что прогнозирование ветвлений всегда оказывается верным). Однако из-за взаимозависимости команд такое последовательное выполнение не всегда дает оптимальную производительность. Если команде требуется значение, которое вычисляется предыдущей командой, вторая команда не сможет выполняться, пока первая не выдаст нужную величину. Таким образом, в ситуации реальной взаимозависимости второй команде приходится ждать. Существуют и другие виды взаимозависимостей, но о них мы поговорим позже.