分行罚款是什么意思？

Question

流水线中的分支惩罚是由 ALU 和 IF 之间的非零距离造成的。

这个声明是什么意思？

Answer 1

如果没有（正确的）分支预测，在 ALU 决定条件分支或间接分支走哪条路之前，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/解码的指令是无用的，所以我们称之为分支错误预测惩罚；分支预测在正常情况下隐藏它。

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：指令是分支的事实直到被解码后才知道。这在管道中比执行更早，因此可能的惩罚小于条件分支或间接分支。

例如，在第一代 MIPS R2000 中，经典的 5-stage RISC，条件分支在 EX 阶段只需要半个周期，而IF 直到第二个半时钟周期才需要地址，所以总分支延迟保持在 1 个周期。MIPS 使用分支延迟槽隐藏了延迟：分支后的指令总是执行，无论它是否采用了分支。（包括无条件直接分支；ID 阶段可以自行生成目标地址。）后来更深入流水线的 MIPS CPU（尤其是超标量和/或乱序）确实需要分支预测，延迟槽不能完全隐藏分支延迟。