* La dipendenza dell'esecuzione speculativa dalla previsione: L'esecuzione speculativa funziona anticipando il risultato di un'istruzione di filiale (come un'istruzione `if`) * prima * viene effettivamente valutata la condizione di filiale. Il processore indovina quale percorso prenderà il codice (prelevato ramo o non preso la filiale) e inizia a eseguire le istruzioni lungo quel percorso previsto. Questo accade *fuori servizio *, prima che il processore sappia con certezza se la previsione era corretta.
* Il costo di malpredizione: Se la previsione del ramo non è corretta, viene sprecato tutto il lavoro svolto in modo speculativo lungo il percorso sbagliato. Il processore deve:
* Roll Back: Scartare tutti i risultati dall'esecuzione speculativa. Ciò comporta la rovina delle modifiche a registri, memoria e potenzialmente la cache.
* Riavvia: Inizia l'esecuzione sul percorso corretto. Ciò comporta il recupero e l'esecuzione delle istruzioni dal ramo corretto.
Questo processo di rollback e riavvio è estremamente dispendioso in termini di tempo, creando sanzioni di prestazioni significative. Più errate previsioni, più tempo il processore trascorre in questa attività dispendiosa.
* Impatto sull'efficienza della pipeline: I processori moderni hanno architetture profondamente pipeline. Un'errata pressione può eliminare l'intera pipeline, causando un ritardo significativo prima che riprendano il lavoro utile. Questo ritardo è molto più lungo del tempo necessario per eseguire le istruzioni in sequenza senza speculazione.
* Previsione accurata =guadagno delle prestazioni: Previsione accurata del ramo consente al processore di eseguire istruzioni lungo il percorso corretto per la maggior parte del tempo. Questo porta a significativi miglioramenti delle prestazioni perché:
* Aumento del parallelismo a livello di istruzione (ILP): Il processore può mantenere la sua pipeline piena e sovrapporre l'esecuzione di più istruzioni.
* Latenza ridotta: Il processore completa prima le istruzioni, riducendo il tempo di esecuzione complessivo.
* Utilizzo della cache migliorato: L'accesso speculativo ai dati porta a un migliore utilizzo delle cache se la previsione è corretta.
In sostanza, la previsione della filiale funge da guida cruciale per l'esecuzione speculativa. L'accuratezza della previsione influisce direttamente sui benefici delle prestazioni della speculazione. I processori moderni utilizzano sofisticate tecniche di previsione delle filiali, come:
* Predittori basati sulla storia: Tieni traccia della storia recente dei risultati delle filiali per fare previsioni migliori.
* Predittori correlati: Considera i risultati di altri filiali per migliorare l'accuratezza della previsione.
* Predittori del torneo: Combina più tecniche di previsione per ottenere una maggiore precisione.
Un alto tasso di errata pressione annulla efficacemente i benefici dell'esecuzione speculativa, rendendolo un fattore critico nella progettazione di processori ad alte prestazioni. L'unità costante per velocità di clock della CPU più elevate e prestazioni migliori dipende fortemente dai meccanismi di previsione dei rami in continua evoluzione.
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