第五章 标量处理机

3、两个指令缓冲栈

  上面介绍的两种"猜测法"都是针对循环程序的。由于控制循环的条件转移指令,其进入循环的概率要比出循环的概率大得多;因此,采用软件或硬件"猜测法"可以使转移指令对流水线的影响减少到很小。然而,在实际的程序中,还有大量的普通条件转移指令;例如,由高级语言中的"IF"语句编译产生的条件转移指令。这种条件转移指令转移成功与不成功的概率一般各为50%。对于这类条件转移指令,无论采用何种猜测法,其效果都是一样的。
  一种比较有效的方法是再增加一个指令目标缓冲栈。当指令分析器分析到条件转移指令时,按照转移成功的方向预取指令到这个指令目标缓冲栈中。原先的指令缓冲栈仍然按照转移不成功的方向继续预取指令。当指令执行部件产生转移条件码时,如果转移不成功,则继续分析原先指令缓冲栈中指令,如果转移成功,则分析新增设的指令目标缓冲栈中的指令。
  图5.34就是采用两个指令缓冲栈时的条件转移指令执行流程,AIB是新增加的指令目标缓冲栈,IB是原先的指令缓冲栈。是两个暂存寄存器,用来保存现行程序计数器PC和先行程序计数器中的内容,当转移不成功时,可以用保存在中的内容恢复这两个程序计数器。

  IBM 370/165机就采用了两个指令缓冲栈。其中,指令目标缓冲栈AIB的缓冲深度为4。另外,为了简化对两个指令缓冲栈的控制,在转移成功时,交换指令目标缓冲栈AIB和原先的指令缓冲栈IB中内容,使指令分析器仍然从指令缓冲栈IB中的取指令。