微处理器分支目标预测器 微处理器分支目标预测器是分支预测机制中的关键组件，专门用于预测条件分支指令（如if-else语句对应的跳转）的目标地址，即程序接下来要执行的指令位置。当处理器遇到分支指令时，需要确定是“跳转”还是“不跳转”，若跳转，还需计算目标地址。分支目标预测器的作用是在分支指令的译码或执行阶段前，快速提供预测的目标地址，使预取单元能提前获取后续指令，避免流水线停滞。 分支目标预测器的基本形式是分支目标缓冲区（BTB）。BTB是一个缓存结构，以分支指令的地址（程序计数器值）作为索引。每个BTB条目存储该分支指令上次执行时的目标地址。当处理器取指阶段遇到一个指令地址时，会并行查询BTB。若命中，则直接使用存储的目标地址作为预测值，预取该地址的指令；若未命中，则按顺序继续执行，待分支指令实际执行后，将地址与目标地址的映射加入BTB。 为处理间接分支（目标地址在运行时计算，如函数指针或虚函数调用），需更高级的预测器。间接分支的目标可能多变，简单BTB易失效。因此，采用基于模式的历史表，如关联BTB，通过记录分支地址与目标地址的序列模式，在检测到重复模式时预测下一个目标。 现代处理器还集成返回地址栈（RAS）用于函数返回。函数调用时，将返回地址压入RAS；预测返回指令时，从RAS弹出地址作为目标。RAS通过硬件栈维护调用关系，提高返回预测准确率。 分支目标预测器与方向预测器（预测跳转/不跳转）协同工作。方向预测器决定是否跳转，若预测跳转，目标预测器提供地址；若预测不跳转，则继续顺序执行。两者结合，最大限度减少流水线气泡。 优化方面，引入多级预测结构和融合技术。例如，将分支地址与全局历史寄存器（记录近期分支结果模式）组合索引预测表，提高上下文相关分支的准确率。部分设计还采用非对称预测器，对直接和间接分支使用不同算法，平衡资源与性能。 分支目标预测器的准确性直接影响处理器效率。误预测导致流水线清空，产生惩罚周期。通过增大BTB容量、优化索引算法和增强模式学习，现代处理器可将误预测率降至极低，维持高指令吞吐量。