Lab4: 动态分支预测(BTB与BHT)实验指南与性能优化

本实验指导主要涉及Lab4的分支预测部分，具体关注于动态分支预测中的两种基本策略：BTB（Branch Target Buffer，分支目标缓冲器）和BHT（Branch History Table，分支历史表）。BTB是一种简单的预测机制，通过记录历史跳转信息，使用1-bit信息预测下一条指令地址。在实现时，如果IF阶段预测到的PC地址在BTB中存在并匹配历史记录，那么可能会选择预测的地址，反之则在EX阶段更新表项。 BHT则更为复杂，采用N*2的缓存结构，每个项对应一个2-bit状态机。预测过程更为细致，首先在IF阶段检查当前PC是否在BTB中跳转，如果跳转，再查询BHT。只有当两者都预测到跳转时，才会确认预测。如果BHT预测跳转而BTB预测不跳转，或反之，都不会预测当前指令跳转。这种策略提高了预测准确性，但也会在特定情况下抑制错误预测。 实验的核心任务是通过实验操作，观察和分析BTB和BHT的命中情况，以及与实际分支指令跳转的匹配。在实验报告中，参与者需要填写输入数据，包括当前指令地址、BTB命中状态、BHT的状态（predicttaken状态）以及实际分支指令的跳转情况（REAL）。BTB和BHT的命中信号会在IF阶段生成，而EX阶段会根据实际跳转结果更新状态。 通过这个实验，学生将深入了解动态分支预测的工作原理，学习如何评估不同预测策略的效果，以及如何处理预测冲突和错误。这对于理解和优化现代处理器的性能至关重要，因为高效的分支预测可以显著减少处理器的分支延迟，提高程序执行效率。