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Técnicas de Predição de Desvios

• MO401 -Arquitetura de Computadores
• Jaudete Daltio
• RA 049240

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Motivação

• Exploração de paralelismo aumenta o desempenho
  dos processadores
• Retardo causado pelas instruções de desvio
  Conflitos de Controle
• Técnicas que reduzam as penalidades
• Perda de desempenho caso a previsão seja incorreta

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Tipos de Previsão

• Em Software
• Durante a compilação do programa de aplicação
• Em Hardware
• Durante a execução do programa de aplicação
• Estáticas e Dinâmicas

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Predição em Software

• Delayed Branch
• -instrução de desvio
• -sucessor seqüencial
• -destino de desvio
• Tornar a instrução do sucessor seqüencial válida
  e útil limitação de possibilidades
• Implementada em RISC, IBM 801, RISC I de
  Berkeley, i860 da Intel, MIPSStanford

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Predição em Software
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Predição em Software

• Branch Folding
• Cada instrução inclui o endereço de sua sucessora
• Emprega-se uma técnica estática para selecionar o
  destino
• O endereço alternativo é armazenado na cache para
  o caso da previsão incorreta
• Implementada em CRISP da ATT, PowerPC, IBM RISC
  System 6000

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Predição em Software

• In Line
• Substitui chamadas de sub-rotinas pelo código
  objeto
• Vantagem elimina passagem de parâmetros e
  chamadas e retornos de procedimentos.
• Desvantagem aumento do código objeto gerado pelo
  compilador

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Predição em Hardware

• Estáticas
• Baseiam-se em definições feitas na concepção de
  um novo processador
• Dinâmicas
• Baseiam-se em informações coletadas em tempo de
  execução

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Predição Estática

• Sempre tomado
• Implementada pelo IBM 360/91
• Nunca tomado
• Implementada pelo i960CA, MC68020 e o VAX 11/780
• Média de previsões incorretas igual à freqüência
  de desvios seguidos (ou não)
• Código do comando de desvio

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Predição Dinâmica

• Histórico do Desvio
• Buffer ou BHT (Branch History Table)
• Verificar o comportamento do desvio nas execuções
  mais recentes
• Considerar o número de entradas da BHT e tamanho
  do histórico armazenado

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Predição Dinâmica
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Predição Dinâmica

• Contadores Saturados
• Associa aos desvios um contador de controle
• Incrementado ao acerto e decrementado caso
  contrário
• Restrição ao tamanho dos contadores
• Neutralizar o efeito de outra instrução mapeada
  na mesma entrada

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Predição Dinâmica

• Tabela de Alvos dos Desvios
• BTB (Branch Target Buffer) contém os alvos das
  instruções de desvio
• mais eficiente que o BHT mais informações sobre
  a instrução alvo
• A antecipação reduz a introdução de instruções
  indevidamente no pipeline
• Implementada pelo microprocessador Pentium,
  março/93

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Predição Dinâmica

• Dois Níveis de História
• 1º nível BHR (Branch History Register)
• Informações globais originadas por diferentes
  instruções de desvio
• 2º nível PHT (Patttern History Table)
• Associados ao comportamento de uma instrução de
  desvio específica
• Implementada no Pentium Pro

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Predição Dinâmica
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Predição Dinâmica

• Híbridos
• Combina diferentes vantagens de outras técnicas,
  operadas em paralelo
• A técnica com maior probabilidade de acerto
  fornece o resultado
• Podendo atingir patamares superiores a 99

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Predição Dinâmica
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Conclusões

• Desempenho das técnicas relaciona-se diretamente
  com a aplicação
• A eficácia não depende apenas da previsão - custo
  da previsão incorreta
• Melhores desempenhos
• Combinações de técnicas de Hardware e Software
• Preditores híbridos