Wie viele Verzögerungszyklen resultierten aus einer falsch vorhergesagten Verzweigung in der Anweisungspipeline

Der Grund, warum eine falsch vorhergesagte Verzweigung 3 Stall-Zyklen verursachen kann, liegt darin, dass in diesem Problem angegeben wird: "Angenommen, dass Verzweigungsergebnisse in der EX-Stufe bestimmt werden ..." Dies bedeutet, dass wir 3 Taktzyklen benötigen bestimmen, ob eine Verzweigung genommen wird oder nicht. Um auf Ihr Szenario zurückzukommen, fragen Sie sich vielleicht, wie dies auf die TINS-Anweisungen, also die Zielanweisungen, zutrifft. Wenn wir uns das allererste TINS1 ansehen, können wir beobachten, dass diese Anweisung HÖCHSTENS 3 Taktzyklen dauert , bevor wir zu INSNX abzweigen. Wenn Sie sich fragen, warum, müssen Sie verstehen, dass unsere Verzweigung in der Ausführungsphase vorhergesagt wird, die 3 UHRZYKLEN ist. Wenn wir also zu ISNX verzweigen, haben wir eine Strafe von 3 TAKTZYKLENum möglicherweise 3 (TINS1, TINS2, TINS3) Befehle auszuspülen. Bitte beziehen Sie sich auf Seite 308, Abbildung 4.59 der Computer Organization von Patterson und Hennessy Risc-V Edition, um eine bessere Visualisierung dessen zu erhalten, was ich meine. Das Problem ist sehr ähnlich. Ich hoffe das hilft.

BEQ       F   D   E  
TINS1         F   D   X        (Branch Taken prediction, target instruction prefetched,      
                                but prediction failed, thus instruction cancelled)
TINS2             F   X        (prediction failed, thus instruction cancelled)
INSNX                 F   D... (Instruction after BEQ executed)

             |<--->|           (Two instructions cancelled. 
                                Isnt this equals two stall cycles?)

Wenn Sie die Problembeschreibung von Patterson & Hennessys Computer Organization and Design Fourth/Fifth Edition mit der von MIPS 6th Edition/RISC-V 1st/2nd Edition vergleichen, werden Sie feststellen, dass spätere Versionen die Problembeschreibung als „Branch Outcomes are defined in der ID-Stufe und angewendet in der EX-Stufe", um die vorherige Mehrdeutigkeit aufzulösen. Der Registerabgleich, die Ermittlung der Zweigergebnisse oder der Zweigtest unterscheiden sich von der Entscheidung über die Verzweigung, der Anwendung der Zweigergebnisse oder der Zweigauswahl. Je nach Implementierung können die Bestimmung und die Anwendung unterschiedlich oder gleich sein.

Dieses Problem verwendet implizit die Implementierung der klassischen Pipeline im Lehrbuch, wo die Bestimmung der Verzweigungsergebnisse in der EX-Stufe und die Anwendung der Verzweigungsergebnisse in der MEM-Stufe erfolgt, dh um zu entscheiden, ob die Verzweigung genommen wird oder nicht genommen befindet sich noch im MEM-Stadium. Angesichts dieser Annahme ist es klar, dass 3 Verzögerungen eingefügt würden und 3 Taktzyklen der Strafe auferlegt würden (Sie können sich auf Abbildung 4.61 der fünften Ausgabe oder Abbildung 4.59 von RISC-V, 1. Ausgabe oder Abbildung 4.63 von RISC-V, 2. beziehen Auflage).