JP3802038B2 - 情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明はパイプライン処理を行なう情報処理装置についての技術に関し、更に詳しくは分岐予測におけるパイプライン制御についての技術に関する。

半導体テクノロジの進歩と共に高集積化、高クロック化が進んでいるマイクロプロセサに代表される情報処理装置では、近年、命令の実行処理速度を上げる為に、1つの命令を実行する際に行われる処理を複数のステージに分け、各ステージの処理機構を独立して並列動作させることにより処理の高速化を図るパイプライン技術が用いられている。また多くの情報処理装置では、このようなパイプラインを複数備えるスーパスカラとよばれる手法が採用されており、複数のパイプラインで投機的に命令が実行されている。

パイプライン処理を行なう場合、いくつもの命令を流れ作業的に同時に実行するので、分岐命令でメモリ内の別の部分に分岐してしまうと、処理を開始している後続の命令を全て破棄しなくてはならず、処理効率が低下する。これを防ぐための手法として、情報処理装置では分岐予測が行われる。分岐予測では、分岐命令が分岐するかどうかを予測し、分岐しそうな場合は分岐先の命令をパイプラインに流しこむ。

この分岐予測の手法の一つとして、分岐の履歴を記録しておき、この履歴に基づいて分岐するかどうかを予測する方式がある。
この方式では、ＢＨＴ(Branch History Table)と呼ばれる分岐履歴に基づいた分岐予測情報を記録した記憶領域を参照して分岐の強度を判断し、分岐予測を行なう。この時ＢＨＴを検索するタグとしては、命令フェッチ時のアドレス（以下ＦＰＣという）、及びグローバルヒストリレジスタ（以下ＢＨＲ(Branch History Register)という）内の値（以下ＢＨＲ情報という）の組み合わせを使用する方式が一般的である。

図１は、分岐履歴を用いた方法による分岐予測の説明図である。
同図において、ＢＨＴ１はフェッチされたアドレスやＢＨＲ情報に基づく不図示のタグと、そのタグに対応するアドレスの分岐情報において分岐が行われたかどうかに基づいた２bitの分岐予測情報を記録するテーブルである。またＢＨＲ２は、直近に実行された複数（同図の場合５つ）の分岐命令において、どのような分岐予測が行われたかを示す履歴を記録する複数ビット（同図の場合５ビット）構成のレジスタである。

分岐予測を行なう際、情報処理装置内では、フェッチされたプログラムカウンタ値（ＦＰＣ）とその時のＢＨＲ２内のＢＨＲ情報からタグを生成し、このタグを用いてＢＨＴ１を検索してＢＨＴ１から読み出した分岐予測情報から分岐予測を行なう。

ＢＨＴ１には、分岐予測情報としてStrongly Not-Taken、Weakly Not-Taken、Strongly Taken及びWeakly Takenの４つのいずれかが記憶されている。そして、ＢＨＴ１から読み出された分岐予測情報が、Strongly Not-TakenまたはWeakly Not-Takenの時はNot-Takenと予測され、Strongly Taken又はWeakly Takenの時はTakenと予測される。尚このＢＨＴ１内の分岐予測情報は、実際に分岐が行われたかどうかの結果に基づいて順次更新されてゆく。尚以下の説明では、分岐命令において、分岐を行なう若しくは行なうと予測する場合はTaken、分岐を行なわない若しくは行なわないと予測する場合はNot-Takenという。

また分岐予測の結果が求まると、ＢＨＲ２では１ビット左シフトされ、予測の結果が最下位のビットにセットされる。例えば分岐（Taken）と予測した場合には１が、非分岐(Not-Taken)を予測した場合には０がセットされる。尚以下の説明でＢＨＲの最下位ビットに１がセットされてシフトされる場合を１ｓｈｉｆｔ、０がセットされてシフトされる場合を０ｓｈｉｆｔという。

分岐命令において分岐が行われるかどうかを命令フェッチ時に予測しながら処理を先に進める分岐予測の手法をパイプラインに適用した場合、分岐予測をミスした時には、パイプラインの各スロットに現在の処理に関与しないステージが生じるいわゆるパイプラインバブルが生じ、性能が大幅に低下する。

分岐予測では、予測ミスによる性能に対するペナルティが大きいため、性能向上のためには、予測精度を高めることが重要となる。また予測制度を高める為には、分岐予測を外した場合に分岐予測前の状態を如何に再現するかも重要になる。

分岐予測に対する技術としては、様々な提案が成されているが、例えば特開平６−３０１５３４号公報（情報処理装置）に開示された手法がある。
上記公報には、分岐命令より前の命令を実行するパイプラインと分岐命令後の命令を先行実行するパイプラインとを２つの実行パイプラインを持つ構成が開示されている。そして分岐予測を外した場合は、パイプラインを切り替えることによって状態を元に戻すことができる。

また分岐履歴を用いたものに対するものとして、特開２００１−２４３０６９号公報（分岐予測装置及び分岐予測方法）には、分岐予測情報の状態遷移が実際の分岐動作とはずれるのに対処する為、分岐予測の状態遷移をパイプライン上の同一分岐命令の分岐予測状態にバイパスする手法が開示されている。

分岐履歴を用いた方法では、従来、パイプラインの浅い構造の情報処理装置においては、ＢＨＴ１を検索して分岐予測を行ってから、次のフェッチを行なうまでが１サイクル内で行われるため、ＦＰＣ、ＢＨＲ情報の更新制御が容易であった。しかし近年、動作クロックの高周波化によって性能を向上させることが一般的になっており、そのためにパイプラインを深くする制御構造が用いられるようになっている。そのため、このような情報処理装置では、命令フェッチ時の分岐予測が、数サイクルに渡って行われるようになる。

またパイプラインが深い場合、命令フェッチアドレス（ＦＰＣ）とＢＨＲ１内の値によって、ＢＨＴ２を検索して分岐予測を行なう構成の情報処理装置では、命令フェッチを開始してからある一定のサイクル後に分岐予測を行なう制御構造となる場合がある。そして、分岐予測をミスすると、ミスした分岐命令の直後に戻って再フェッチする必要があるが、その為に分岐命令用のリザベーションステーションに分岐命令に関する情報を格納しておき、分岐ミスが確定するとリザベーションステーションに格納された情報を用いて、その分岐命令をフェッチしたときの状態に戻してフェッチをやり直す。

この時ＢＨＲ情報についても、各パイプラインで更新制御を行ない分岐命令をフェッチした時点での値に戻すことになるが、パイプラインが深く、フェッチが数サイクルにわたる場合、ＢＨＲ情報についてはフェッチした時点のパイプラインの状態をすべて復元することはできず、例えばＢＨＲ情報の復元処理として、分岐予測ミスが発生した時のＢＨＲ情報をそのまま用いてＢＨＲ情報を復元する等の処理が行われる。

しかしこの場合には、分岐命令をフェッチした時点のＢＨＲ情報が正確に復元されるわけではないので、分岐予測の精度が低下してしまうという問題がある。

本発明による情報処理装置は、分岐予測制御に複数サイクル要する情報処理装置を前提とし、分岐ヒストリ情報記憶手段及びＢＨＲ再構成手段を備える。
分岐ヒストリ情報記憶手段は、フェッチした命令に対する分岐ヒストリ情報を記憶する。

ＢＨＲ再構成手段と前記命令が分岐命令で、該分岐命令に対する分岐予測をミスしたとき、前記分岐ヒストリ情報記憶手段に記憶された分岐ヒストリ情報を用いて、分岐予測に用いられるＢＨＲ情報を復元する。

これにより分岐予測ミスが生じても正確にＢＨＲ情報を復元することが出来る。よって予測精度を向上することができる。
また分岐ヒストリ情報を、前記複数サイクル分のＢＨＲ情報に基づいた情報、例えば前記フェッチした命令の分岐予測に用いられたＢＨＲ情報及び他のＢＨＲ情報との差分情報を含む構成とすることにより、また簡易な構成や制御によって正確な分岐予測制御を実現することが出来る。

本発明に拠れば、高クロック化に伴って深いPipeline構造をとり、分岐予測制御に数サイクル要するような情報処理装置であっても、正確な分岐予測制御を行うことができるため、予測精度を向上することができる。

また制御や構成の簡易さを保ちながら正確な分岐予測制御を実現することが出来る。

図２は、本実施例における情報処理装置の分岐予測に関する部分の構成を示すブロック図である。
同図において、本実施例における情報処理装置は、ＢＨＲ１１、ＢＨＴ１２、ｂｒｈｉｓ（branch history）１３、１次命令キャッシュ１４、分岐予測制御部１５、命令デコード部１７、分岐命令専用リザベーションステーション１８、ＢＨＲ再構成部１９、整数命令専用リザベーションステーション２０、浮動小数点演算専用リザベーションステーション２１、ＬＯＡＤ／ＳＴＯＲＥ命令専用リザベーションステーション２２、整数演算器２３、浮動小数点演算器２４及び１次データキャッシュ２５を備えている。

ＢＨＲ１１は、グローバルヒストリレジスタで、直近に実行された複数の分岐命令（本実施例の場合、分岐命令１０個分）において、Takenだった場合は‘１’、Not-Takenだった場合は‘０’として記録された分岐履歴を保持する１０ビットのレジスタである。また本実施例における情報処理装置では、このＢＨＲ１１が複数のＢＨＲ情報を記憶する構成を持つ。

ＢＨＴ１２は、フェッチされたアドレス等から生成される不図示のタグと、そのタグに対応するアドレスにおいて実際に分岐が行われたかどうかに基づく２ビットの分岐予測情報を記録するテーブルである。本実施例では、ＢＨＴ１２は、２ビット×１６ｋアドレスの構成をもつものとする。ｂｒｈｉｓ１３は、過去に実行された分岐命令についての情報を持つテーブルで、参照されたアドレスの命令コードが分岐命令かどうか、分岐命令の場合そのターゲットアドレスやどんな属性の分岐命令か等の情報が記録されている。ｂｒｈｉｓ１３は、アドレスから生成されたＴａｇを記憶しており、フェッチアドレスから生成されるＴａｇがｂｒｈｉｓ１３内のＴａｇとを比較し（Ｔａｇ Ｍａｔｃｈ）、ヒットしてｂｒｈｉｓ１３から情報が読み出されると、分岐予測制御部１５はフェッチされた命令コードが分岐命令だと判断する。１次命令キャッシュ１４は、１次の命令キャッシュメモリで命令デコード部１７はこの１次命令キャッシュ１４からデコードする命令コードを読み出す。

分岐予測制御部１５は、分岐予測処理を司るもので、ＦＰＣによるｂｒｈｉｓ１３とのＴａｇ Ｍａｔｃｈの結果からＦＰＣによって参照される命令が分岐命令かどうかを調べ、また同時にＦＰＣとその時のＢＨＲ１１内のＢＨＲ情報によってＢＨＴ１２から読み出された分岐予測情報に基づいて分岐命令がTakenかNot-Takenかの分岐予測を行なう。またその分岐予測の結果に基づいて、ＢＨＲ１１内のＢＨＲ情報を更新する。

命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６は、分岐予測制御部１５による分岐予測結果等に基づいてフェッチアドレスを生成するもので、このフェッチアドレスを用いて、ＢＨＴ１２、ｂｒｈｉｓ１３及び一次命令キャッシュ１４が参照される。命令デコード部１７は、フェッチされた命令コードを一次命令キャッシュ１４から読み出してデコードし、その結果に基づいてフェッチされた命令を整数命令専用リザベーションステーション２０、浮動小数点演算専用リザベーションステーション２１及びＬＯＡＤ／ＳＴＯＲＥ命令専用リザベーションステーション２２のいずれかに振り分ける。分岐命令専用リザベーションステーション１８は、条件分岐命令の分岐条件となる各種状態を示すコンディションコードレジスタを監視して、分岐予測制御部１５によって行われた分岐予測の結果がミスしたかどうかを判断し、ミスした場合には復元パス２６を介して予測ミスの通知と共にＢＨＲ情報を復元するための分岐ヒストリ情報を命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６及びＢＨＲ再構成部１９に送る。

ＢＨＲ再構成部１９は、分岐命令専用リザベーションステーション１８から予測ミスの通知を受けると分岐ヒストリ情報に基づいて、ＢＨＲ情報を予測をミスした分岐命令がフェッチされた時の状態に戻す。このＢＨＲ再構成部１９の動作についての詳細は後述する。

整数命令専用リザベーションステーション２０及び浮動小数点演算専用リザベーションステーション２１は、それぞれ整数演算命令及び浮動小数点演算命令用のリザベーションステーションで、命令デコード部１７によって振り分けられた命令を蓄え、順番の組換え等を行った後整数演算器２３若しくは浮動小数点演算器２４に送出する。またＬＯＡＤ／ＳＴＯＲＥ命令専用リザベーションステーション２２は、メモリへのＬＯＡＤ／ＳＴＯＲＥ命令用のリザベーションステーションで、命令デコード部１７によって流し込まれた命令に基づいて１次データキャッシュ２５にアクセスする。

整数演算器２３は、整数演算命令を処理する演算器、浮動小数点演算器２４は、浮動小数点演算命令を実行処理する演算器である。１次データキャッシュ２５は、１次のデータキャッシュメモリで、ＬＯＡＤ／ＳＴＯＲＥ命令専用リザベーションステーション２２は、ＬＯＡＤ／ＳＴＯＲＥ命令に対してこの１次データキャッシュ２５に対してアクセスする。

命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６によって示されたフェッチ時のアドレス（ＦＰＣ）に基づいて、一次命令キャッシュ１４から読み出された命令コードは命令デコード部１７によってデコードされる。また分岐予測制御部１５ではその時のＢＨＲ１１内のＢＨＲ情報とＦＰＣを用いてＢＨＴ１２及びｂｒｈｉｓ１３を参照し、分岐予測を行う。そして分岐予測に用いたＢＨＲ情報は、パイプラインのステージの進行と共に、その差分情報等と共に分岐ヒストリ情報として命令デコード部１７、分岐命令専用リザベーションステーション１８と転送されてゆく。そして分岐命令専用リザベーションステーション１８において、分岐予測ミスと判断され、再フェッチを行なう際には、分岐命令専用リザベーションステーション１８は対応する分岐ヒストリ情報をＢＨＲ再構成部１９に送り、ＢＨＲ再構成部１９はこの分岐ヒストリ情報に基づいて、この分岐命令に対して正確に予測が行われた状態にＢＨＲ情報を復元する。

図３は、本実施例の情報処理装置における、予測ミス時のＢＨＲ情報の復元の原理を示す説明図である。
本実施例の情報処理装置では、図３(ａ)に示すように、各パイプライン毎にそのパイプラインの命令がフェッチされた時のＢＨＲ情報を示す分岐ヒストリ情報が、分岐予測制御部１５から、命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６、命令デコード部１７、分岐命令専用リザベーションステーション１８と転送されてゆく。分岐命令専用リザベーションステーション１８には、複数の命令の分岐ヒストリ情報が保持されており、分岐命令専用リザベーションステーション１８で分岐予測ミスと判断されると、その分岐命令の分岐ヒストリ情報が分岐ミスの通知と共にＢＨＲ再構成部１９に送られる。そしてＢＨＲ再構成部１９では、この分岐ヒストリ情報に基づいてｎサイクル分のＢＨＲ情報を復元してＢＨＲ１１に戻し、再フェッチの時には、この復元されたＢＨＲ情報に基づいて分岐予測が行われる。尚このｎの値は、パイプラインの構成や、命令フェッチに要するステージ数等に基づいて決まる。

分岐ヒストリ情報としては、様々なものが考えられるが、例えば命令コードをフェッチしてからｎサイクル分全てのＢＨＲ情報を分岐ヒストリ情報として持つ構成が考えられる。或いは、図３(ｂ)のようにフェッチした時のＢＨＲ情報及びこのＢＨＲ情報とその後のｎサイクル分のＢＨＲ情報との差分情報を分岐ヒストリ情報として持つ構成が考えられる。

図３(ｂ)に示した差分情報を持つ構成の場合、ハードウエア資源を節約できるので、以下の例ではこの構成を用いた例を示す。
本実施例における情報処理装置は、命令フェッチ部分において以下のような３つのステージを持つパイプライン構造を備えるものとする。

Ａステージで、ＢＨＴ１２、ｂｒｈｉｓ１３、一次命令キャッシュ１４を検索する。
Ｔステージで、ｂｒｈｉｓ１３、ＢＨＴ１２の読み出しを行なう。
Ｕステージで、ｂｒｈｉｓ１３のＴａｇ Ｍａｔｃｈを行ないＴａｇ Ｍａｔｃｈ情報に基づき、ＢＨＴ１２による分岐予測を行なう。

このように、本実施例でのパイプラインでは、ＡステージでＢＨＴ情報を用いてＢＨＴ１２を参照し、３サイクル後のＵステージで分岐予測の結果が確定する。よってＢＨＲ１１は、３サイクル分のＢＨＲ情報（ＢＨＲ０、ＢＨＲ１、ＢＨＲ２）及びその差分情報を記憶する構成を持つ。

またＢＨＲ情報の更新条件としては様々なものが考えられるが、今回の例では次のような条件で更新されるものとする。
（１）条件分岐命令でTakenと予測→１ｓｈｉｆｔ
（２）条件分岐命令でNot-Takenと予測→０ｓｈｉｆｔ
（３）分岐命令がない（ｂｒｈｉｓ１３にヒットしない）→そのまま
（４）非条件分岐命令でＴａｋｅｎと予測し、前のｓｌｏｔに条件分岐命令がない場合→そのまま（ｓｌｏｔについては後述する）
（５）非条件分岐命令でＴａｋｅｎと予測し、前のｓｌｏｔに条件分岐がある場合→０ｓｈｉｆｔ
各パイプライン間のＢＨＲ情報の依存関係が複雑になるため、ＢＨＲ１１は、３サイクル分のＢＨＲ情報（ＢＨＲ０、ＢＨＲ１、ＢＨＲ２）を記憶し、フェッチ時に使用するＢＨＲ情報をＢＨＲ０―＞ＢＨＲ１―＞ＢＨＲ２―＞ＢＨＲ０と巡回させて更新し、使用する。また使用するＢＨＲ情報をポインタで示し、フェッチする毎にこのポインタをインクリメントさせる。

また、ＢＨＲ１１は３つのＢＨＲ情報に対して以下のような互いの差分情報BHR0_RESTORE、BHR1_RESTORE及びBHR2_RESTOREを持ち、ＢＨＲ情報の更新時にはその差分情報も更新される。
BHR0_RESTORE[1:0]: BHR2[9:0]→BHR0[9:0]の差分情報
BHR1_RESTORE[1:0]: BHR0[9:0]→BHR1[9:0]の差分情報
BHR2_RESTORE[1:0]: BHR1[9:0]→BHR2[9:0]の差分情報
各差分情報は２ビットの情報で、以下のような意味を持つ。
‘11’: 1shift
‘01’: 0shift
‘x0’: 変更なし（xは任意）
例えばBHR0_RESTOREが‘11’の時は、ＢＨＲ０は、ＢＨＲ２を１ｓｈｉｆｔすることによって求まる。

まず分岐予測結果が正しかった場合のＢＨＲ情報の更新動作を説明する。
上記した本実施例のパイプラインの構成の場合、ＢＨＲ情報を使ってＢＨＴ１２を参照してから分岐予測結果が確定するまで２サイクルかかる為に、分岐予測の結果が確定する２サイクル前のＢＨＲ情報を使ってＢＨＴ１２の検索を行なうこととなる。そして、分岐予測の結果がTakenだった場合、次の分岐先アドレスのフェッチを開始する時に２サイクルのバブルが発生する。またNot-Taken予測時には、フェッチ時に参照に用いたＢＨＲ情報のみが更新され、分岐時、及び再フェッチ時には全てのＢＨＲ情報が同時に更新される。

図４は、本実施例における情報処理装置でのＢＨＲ情報の変化例を示す図である。同図は、分岐予測が全て正しかった場合を例として示している。尚同図において命令Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は分岐命令で、それぞれの分岐予測結果がNot-Taken、Not-Taken、Takenであったものとする。また命令Ｉ１より前にフェッチされた不図示の３命令は分岐命令でなく、これらの命令によってはＢＨＲ情報は更新されなかったものとする。

図４において、まず周期１で分岐命令Ｉ１がフェッチされ、この分岐命令Ｉ１がＢＨＲ０の値０００１によるＢＨＴ１２の参照結果から、周期３でNot-Takenと予測されたとする。この間、周期２で分岐命令Ｉ２、周期３で分岐命令Ｉ３がフェッチされ、またＢＨＲ１の値０００１とＢＨＲ２の値０００１を用いてＢＨＴ１２が参照される。

分岐予測の結果がNot-Takenの時には、再フェッチの必要はないので命令Ｉ１及びＩ２の予測結果が確定してもそのまま継続される。しかし、Taken予測の時は、分岐先の命令をフェッチしなければならないので、再フェッチが行われ以降の命令が無効となり、パイプラインバブルが生じる。同図の場合、命令Ｉ３に対する分岐予測結果が、周期４でTakenと確定し、続く命令Ｉ４、Ｉ５部分がパイプラインバブルとなる。

そして、分岐命令Ｉ３の分岐先から命令Ｉ６、Ｉ７、Ｉ８が順にフェッチされるが、この時命令Ｉ６、Ｉ７、Ｉ８に対するＢＨＲ情報は、命令Ｉ３に対するＢＨＲ情報（ＢＨＲ１：０００１）を元にして、命令Ｉ３の予測結果（Taken）からこれを１ｓｈｉｆｔして求める。

このように本実例における情報処理装置では、ＢＨＲ情報を用いるサイクルと分岐予測結果が確定するサイクルが異なっており、分岐予測の結果がTakenとなってもＢＨＲ情報を正確に復元することが出来る。

次に、分岐予測をミスした場合の動作について説明する。
フェッチ時に用いられたＢＨＲ情報は、差分情報等再フェッチ時に必要となる他の情報と共に、命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６から命令デコード部１７を経て、分岐命令専用リザベーションステーション１８へ送られる。

分岐命令が参照するコンディションコードレジスタの状態が確定することによって、分岐命令で実際に分岐が行われるかどうかが決まる。分岐命令専用リザベーションステーション１８は、コンディションコードレジスタの状態から分岐予測による分岐方向と実際の分岐方向が一致したかどうかの判断を行ない、一致しなかった場合は、再フェッチ要求と共に、再フェッチ開始アドレス、分岐ヒストリ情報等を命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６へ送る。このうち分岐ヒストリ情報は、フェッチ時のＢＨＲ情報を復元するのに使用される。

図５は、Not-Takenと予測した分岐命令が実際にはTakenだった場合の本実施例における情報処理装置でのＢＨＲ情報の変化例を示す図である。
図５において、命令Ｉ１はNot-Takenと予測されていたが、コンディションコードレジスタの状態から実際はTakenであったとする。

周期１のＡステージでフェッチされた命令Ｉ１は、周期３のＵステージまでに分岐予測が行われる。本例では、Not-Takenと予測しているので、命令Ｉ２、Ｉ３は破棄されずそのまま処理されてゆく。

命令Ｉ１の分岐条件が確定し、コンディションコードレジスタの状態から分岐予測をミスしたのが分かると、分岐命令専用リザベーションステーション１８は、命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６及びＢＨＲ再構成部１９に分岐予測ミスを通知し、ＢＨＲ再構成部１９では、分岐ヒストリ情報から命令Ｉ１がTakenと予測したようなＢＨＲ情報を復元して、分岐先の命令Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６のフェッチに用いるＢＨＲ情報を生成する。

命令Ｉ４のＢＨＲ情報は、命令Ｉ１で用いられたＢＨＲ情報（ＢＨＲ０：０００１）と差分情報から命令Ｉ２で用いられたＢＨＲ情報（ＢＨＲ１：００１０）を復元し、この命令Ｉ２で用いられたＢＨＲ情報と差分情報から命令Ｉ３で用いられたＢＨＲ情報（ＢＨＲ２：００１０）を復元する。そしてこの命令Ｉ３で用いられたＢＨＲ情報に対して、命令Ｉ１でTakenと予測されたかのように１ｓｈｉｆｔを行ない、命令Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６に用いるＢＨＲ情報を生成する。図５では、命令Ｉ１で用いられたＢＨＲ情報（ＢＨＲ０：０００１）に対して差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE1＝BHR1_RESTORE＝０１を適用してＢＨＲ１：００１０を復元し、これに差分情報（P_REIFCH_BHR_RESTORE2＝BHR2_RESTORE=００を適用してＢＨＲ２：００１０を復元する。そしてこのＢＨＲ２：００１０に対して、１ｓｈｉｆｔして、命令Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６に用いるＢＨＲ情報ＢＨＲ０：０１０１、ＢＨＲ１：０１０１、ＢＨＲ２：０１０１が生成される。尚P_REIFCH_BHR_RESTORE1及びP_REIFCH_BHR_RESTORE2については後述する。

次にTakenと予測した分岐命令が実際にはNot-Takenだった場合におけるＢＨＲ情報の復元について説明する。
Takenと予測して実際にはNot-Takenだった場合は、キャリーが発生する場合と発生しない場合とで再フェッチを開始する位置が異なる。

本実施例の情報処理装置では、命令コードを特定の数づつ同時にフェッチする。予測の対象となった分岐命令がこのフェッチ単位の最後の命令（対象となっている分岐命令が遅延分岐命令の場合には、遅延分前にずれた命令）であるとき、キャリーが発生し、再フェッチを開始する位置がずれる。従って、ＢＨＲ情報の復元処理もキャリーが発生する場合としない場合とで、場合分けする必要がある。

図６は、ｓｌｏｔ及びキャリーの説明図である。本実施例の情報処理装置は、ｓｌｏｔ単位で命令コードを同時にフェッチする。図６の例では１ｓｌｏｔ＝８としており、同図(ａ)は、キャリーが発生しない場合、同図(ｂ)はキャリーが発生する場合を示している。

図６(ａ)では、命令Ｉ５が分岐予測がTakenと予測して実際にはNot-Takenだった命令で、この場合にはキャリーは発生せず、命令Ｉ１〜Ｉ８が再フェッチされる。
また同図(ｂ)では、命令Ｉ８が分岐予測がTakenと予測して実際にはNot-Takenだった命令で、この場合はキャリーが発生し、命令Ｉ８に続く命令Ｉ９〜Ｉ１６が再フェッチされる。尚遅延分岐命令の場合には、その遅延の大きさ分前の命令、同図(ｂ)の場合命令Ｉ７やＩ６が、分岐予測がTakenと予測して実際にはNot-Takenだった命令の時にキャリーが発生する。

図７は、Takenと予測して実際にはNot-Takenだった場合で、キャリーが発生しない場合のＢＨＲ情報の変化例を示す図である。
同図は、分岐命令Ｉ１でTakenと予測して実際にはNot-Takenだった場合を例として示している。

命令Ｉ１の分岐条件が確定し、コンディションコードレジスタの状態から分岐予測をミスし、実際はNot-Takenだったのが分かると、分岐命令専用リザベーションステーション１８は、命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６及びＢＨＲ再構成部１９に分岐予測ミスを通知し、命令Ｉ１の部分から再フェッチを行なわせる。

キャリーが発生しない場合、同図の網かけ部分に示したように命令Ｉ１で用いられたＢＨＲ情報から復元するので、分岐命令専用リザベーションステーション１８が予測ミスと判断するとＢＨＲ再構成部１９では、分岐ヒストリ情報内の命令Ｉ１で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ０：０００１に差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE1＝‘01’を用いて命令Ｉ２で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ１：００１０を復元し、これに差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE2＝‘00’を適用して命令Ｉ３で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ１：００１０を復元する。そして命令Ｉ１の位置から再フェッチが行われまた命令Ｉ１はTaken予測なので、命令Ｉ３で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ１：００１０に対して１ｓｈｉｆｔしてＢＨＲ情報０１０１を求め、これを命令Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６で用いられるＢＨＲ情報ＢＨＲ０、ＢＨＲ１及びＢＨＲ２にする。

図８は、Takenと予測して実際にはNot-Takenだった場合で、キャリーが発生する場合のＢＨＲ情報の変化例を示す図である。
命令Ｉ１の分岐条件が確定し、コンディションコードレジスタの状態から分岐予測をミスしたのが分かると、分岐命令専用リザベーションステーション１８は、命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６及びＢＨＲ再構成部１９に分岐予測ミスを通知し、命令２の部分から再フェッチを行なわせる。

キャリーが発生する場合、同図で網かけで示した命令Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４で用いられたＢＨＲ情報を復元する。分岐命令専用リザベーションステーション１８が予測ミスの通知を受けると、ＢＨＲ再構成部１９では、分岐ヒストリ情報内の命令Ｉ１で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ０：０００１と差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE1＝‘10’を用いて命令Ｉ２で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ１：００１０を復元し、これに差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE2＝‘00’を適用して命令Ｉ３で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ１：００１０を復元する。

そして命令Ｉ３で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ１：００１０に対してTaken予測なので１ｓｈｉｆｔしてＢＨＲ情報０１０１を求め、これを命令Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６で用いるＢＨＲ情報とする。ただし、命令Ｉ４のＢＨＲ情報は、命令Ｉ１がNot-Takenだったので命令Ｉ３で用いられたＢＨＲ情報ＢＨＲ１：００１０に差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE1＝‘01’(固定値)を適用してＢＨＲ０：０１００となる。

図９は、ＢＨＲ１１及びそのの周辺部分の構成例を示すブロック図である。
同図は、ＢＨＲ１１及び分岐予測制御部１５と命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６の関連部分を示しており、ＢＨＲ情報記憶レジスタ３１−１〜３１−３、演算器３２−１〜３２−３及び差分情報記憶レジスタ３３−１〜３３−３が図２のＢＨＲ１１に、命令Ｆｅｔｃｈ制御部３６が命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６のＢＨＲとの関連部分、他の部分が分岐予測制御部１５のＢＨＲとの関連部分、及びＢＨＴ３８がＢＨＴ１２に対応する。

同図においてＢＨＲ情報記憶レジスタ３１−１〜３１−３は、ＢＨＲ０、ＢＨＲ１及びＢＨＲ２の３つのＢＨＲ情報を記憶する。また差分情報記憶レジスタ３３−１〜３３−３は、上記した差分情報BHR0_RESTORE、BHR1_RESTORE及びBHR2_RESTOREを記憶する２ビットのレジスタで、これらの値はＢＨＲ情報記憶レジスタ３１内のＢＨＲ情報の値を用いて演算器３２によって求められる。ＢＨＲ情報記憶レジスタ３１−１〜３１−３内のＢＨＲ情報は、命令フェッチ時にＢＨＲ０、ＢＨＲ１、ＢＨＲ２、ＢＨＲ０、・・・と順番に用いられる。

カウンタ３４は、ＢＨＲ０、ＢＨＲ１及びＢＨＲ２の中で、どれが最新の値か、すなわち、現在ＢＨＲ情報記憶レジスタ３１−１〜３１−３のうちどのレジスタに最新のＢＨＲ情報が格納されているかを示すカウンタで、ＢＨＲ情報が更新される度にＢＨＲ０−＞ＢＨＲ１−＞ＢＨＲ２−＞ＢＨＲ０と変化する。カウンタ３５は、次にＢＨＲ０、ＢＨＲ１及びＢＨＲ２のどれを用いてフェッチするかを示すカウンタで、フェッチが行われる度にＢＨＲ０−＞ＢＨＲ１−＞ＢＨＲ２−＞ＢＨＲ０と変化する。

ＢＨＲ更新回路３７は、ＢＨＲ情報が更新される際、最新のＢＨＲ情報から更新されたＢＨＲ情報を生成し、これを対応するＢＨＲ情報記憶レジスタ３１に送る。またセレクタ３９はＢＨＲ情報記憶レジスタ３１−１〜３１−３のうちカウンタ３４が示す最新のＢＨＲ情報を記憶しているものを選択し、保持内容をＢＨＲ更新回路３７に出力する。

セレクタ４０は、ＢＨＲ情報記憶レジスタ３１−１〜３１−３のうちカウンタ３５が示すフェッチに用いるＢＨＲ情報を記憶しているものを選択する。このＢＨＲ情報が用いられてＢＨＴ３８は参照される。

命令Ｆｅｔｃｈ制御部３６内のＩＢＲ ＢＨＲ３６１は、命令Ｆｅｔｃｈ制御部３６から、命令デコード部１７を介して分岐命令専用リザベーションステーション１８に送られるibr_bhr情報を格納するバッファで、ＢＨＴ３８の参照に用いたＢＨＲ情報及び他のＢＨＲ情報との差分情報を保持する。

ibr_bhr情報は、分岐命令をフェッチした際、ＢＨＴ１２の参照に用いられたＢＨＲ情報を示すP_REIFDCH_BHR及びそのＢＨＲ情報と他の２つのＢＨＲ情報との差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE1、P_REIFCH_BHR_RESTORE2及びP_REIFCH_BHR_RESTORE3から構成されている。P_REIFDCH_BHRと差分情報の関係は、P_REIFCH_BHR_RESTORE1がP_REIFDCH_BHRと次のＢＨＲ情報との差分を示し、P_REIFCH_BHR_RESTORE1が次のＢＨＲ情報とその次のＢＨＲ情報との差分情報を示す。例えばP_REIFDCH_BHRがＢＨＲ１対するものであった時、P_REIFCH_BHR_RESTORE1にはＢＨＲ１とＢＨＲ２との差分を示すBHR2_RESTOREがなり、P_REIFCH_BHR_RESTORE2にはＢＨＲ２とＢＨＲ０との差分を示すBHR0_RESTOREがなる。尚P_REIFCH_BHR_RESTORE3は、キャリーが発生した場合にのみ用いられるもので、固定値（‘01’）となっている。

バッファ３６３−１〜３６３−３は、カウンタ３４の値をバッファリングするもので、ＡステージでＢＨＴ３８の参照に用いられたＢＨＲ情報が格納されているＢＨＲ情報記憶レジスタ３１を示すカウンタ値は、バッファ３６３−１〜３６３−３によって、Ｔ、Ｕ、Ｍステージまで保持され、Ｍステージの時セレクタ３６２にＢＨＲ情報記憶レジスタ３１内のＢＨＲ０〜ＢＨＲ２とその差分情報の選択を指示する。

命令がフェッチされ、ＢＨＴ３８の参照に用いられたＢＨＲ情報は、その命令がＭステージに達するとセレクタ３６２によって差分情報と共に選択され、ＩＢＲ ＢＨＲ３６１に格納される。ＩＢＲ ＢＨＲ３６１内のibr_bhr情報は、命令デコード部１７を介して分岐命令専用リザベーションステーション１８に送られる。分岐命令専用リザベーションステーション１８で、その命令が分岐予測ミスと判断されるとibr_bhr情報を含む分岐ヒストリ情報が分岐予測ミスの通知と共にＢＨＲ再構成部１９に送られ、ＢＨＲ再構成部１９では、分岐ヒストリ情報を元にＢＨＲ情報を復元する。

図１０は、ＢＨＲ再構成部１９の概略構成を示す図である。
ＢＨＲ再構成部１９は、分岐ミス種別判定回路４１とＢＨＲ復元マルチプレクサ４２から構成される。

分岐ミス種別判定回路４１は、分岐ヒストリ情報と共に送られてくる分岐命令の種類（条件分岐／非条件分岐等）や予測ミスの種類（分岐方向の予測ミス／分岐アドレスのミス等）を示す分岐命令種別情報から分岐ミスの種別を判別し、ＢＨＲ復元マルチプレクサ４２に通知する。ＢＨＲ復元マルチプレクサ４２は、分岐ミス種別判定回路４１から通知された種別に応じて分岐ヒストリ情報内のＢＨＲ情報や差分情報からＢＨＲ情報を復元する。

図１１は、ＢＨＲ再構成部１９の構成をより詳細に示す図である。
分岐ミス種別判定回路４１に入力される分岐命令種別情報（ｂ）ａには、p_tiar_match、p_pred_taken、p_taken、p_always、p_has_not_taken及びp_iar_carryがある。

p_tiar_matchは、分岐先であるターゲットアドレスが予測どおりだったかどうかを示す情報である。p_pred_takenは、分岐命令に対する分岐予測がTakenだったかどうかを示す情報である。p_takenは、分岐命令が実際にはTakenだったかどうかを示す情報である。p_alwaysは、その分岐命令が無条件分岐命令かどうかを示す情報である。p_has_not_takenは、その分岐命令と同じｓｌｏｔ内のその分岐命令より前にNot-Takenだった分岐命令があるかどうかを示す情報である。p_iar_carryは、再フェッチの際キャリーが発生するかどうかを示す１ビットの情報である。

分岐ミス種別判定回路４１は、これらの情報から分岐ミスの種別を、(1)条件分岐でTaken予測で実際はNot-Taken、(2)非条件分岐で同一ｓｌｏｔ内でその命令より前にNot-Takenと予測した命令がある、(3)非条件分岐で同一ｓｌｏｔ内でその命令より前にNot-Takenと予測した命令がない、(4)条件分岐でNot-Taken予測で実際はTakenの場合でキャリーが発生する、(5)条件分岐でNot-Taken予測で実際はTakenの場合でキャリーが発生しない、の５つに判別する。

上記種別かどうかの判定は、以下の論理式によって行われる。尚下記式で‘&’はＡＮＤ、‘|’はＯＲ、‘~’は否定を意味し、またp_taken_missは(~p_tiar_match&p_pred_taken&p_taken)|(~p_pred_taken&p_taken)、p_taken_missはp_pred_taken&~p_takenを表す。
(1) p_taken_miss &~p_always
(2) p_taken_miss &p_always& p_has_not_taken
(3) p_taken_miss &p_always& ~p_has_not_taken
(4) p_taken_miss &~p_ iar_carry
(5) p_taken_miss & p_iar_carry
ＢＨＲ復元マルチプレクサ４２は、その命令の分岐予測に用いたＢＨＲ情報を示す１０ビットのP_REIFDCH_BHR、２ビットの差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE1、P_REIFCH_BHR_RESTORE2及びP_REIFCH_BHR_RESTORE3を用い、分岐ミス種別判定回路４１からの種別に判定結果に基づいて、ＢＨＲ情報を復元する。

分岐ミス種別判定回路４１から分岐ミスが種別（１）と通知された時は、ＢＨＲ復元マルチプレクサ４２は、P_REIFDCH_BHR（ｂ）をシフタ４２１によってP_REIFCH_BHR_RESTORE1（ｃ）に基づいてシフトし、これをシフタ４２２によってP_REIFCH_BHR_RESTORE2（ｄ）に基づいてシフトした値を、シフタ４２４で１ｓｈｉｆｔした値をセレクタ４２６で選択し、バッファ５１、５２、５３を介して復元されたＢＨＲ情報P_REIFDCH_BHR0（Ａ）、P_REIFDCH_BHR1（Ｂ）及びP_REIFDCH_BHR2（Ｃ）を出力する。分岐ミス種別判定回路４１から分岐ミスが種別（２）と通知された時は、シフタ４２２の出力をシフタ４２５で０ｓｈｉｆｔした値をセレクタ４２６で選択し、バッファ５１、５２、５３を介して復元されたＢＨＲ情報P_REIFDCH_BHR0（Ａ）、P_REIFDCH_BHR1（Ｂ）及びP_REIFDCH_BHR2（Ｃ）を出力する。また分岐ミスが種別（３）と通知された時は、シフタ４２２の出力をセレクタ４２６で選択して復元されたＢＨＲ情報P_REIFDCH_BHR0（Ａ）、P_REIFDCH_BHR1（Ｂ）及びP_REIFDCH_BHR2（Ｃ）を出力する。

分岐ミス種別判定回路４１から分岐ミスが種別（４）と通知された時は、セレクタ４２７でP_REIFDCH_BHR（ｂ）を選択して復元されたＢＨＲ情報（ＢＨＲ０）P_REIFDCH_BHR0（ｄ）として出力し、セレクタ４２８でシフタ４２１の出力を選択して復元されたＢＨＲ情報（ＢＨＲ１）P_REIFDCH_BHR0（ｅ）として出力し、セレクタ４２９でシフタ４２２の出力を選択して復元されたＢＨＲ情報（ＢＨＲ２）P_REIFDCH_BHR2（ｆ）として出力する。また分岐ミスが種別（５）と通知された時は、セレクタ４２７でシフタ４２１の出力を選択してP_REIFDCH_BHR0（ｄ）として出力し、セレクタ４２８でシフタ４２２の出力を選択してP_REIFDCH_BHR0（ｅ）として出力し、セレクタ４２９でシフタ４２３の出力を選択してP_REIFDCH_BHR2（ｆ）として出力する。

次に分岐ミスによる再フェッチ時のＢＨＲ情報の復元の仕方について説明する。
再フェッチ時には、分岐ヒストリ情報を用いてＢＨＲ再構成部１９が、ＢＨＲ０、ＢＨＲ１、ＢＨＲ２を復元する。以下に予測がNot Taken、実際がTakenの時と予測がTakenの時と、実際がNot Takenの時とに場合分けして説明する。
(1)Not Takenと予測し実際はTakenだった場合、及びTaken予測で実際もTakenだったが分岐先アドレスが誤っていた場合
この場合、予測ミスした分岐命令の分岐先から再フェッチを開始する。
(1-1)予測ミスした分岐命令が条件分岐命令の場合（図１１の種別（１）に該当）
ＢＨＴを参照するのに用いたＢＨＲ情報P_REIFDCH_BHR[9:0]に差分情報P_REIFCH_BHR_RESTORE1[1:0]、P_REIFCH_BHR_RESTORE2[1:0]を順に適用し、さらに１ｓｈｉｆｔを行って生成したＢＨＲをＢＨＲ０、ＢＨＲ１、ＢＨＲ２とする。また差分情報BHR0_RESTORE、BHR1_RESTORE、BHR2_RESTOREへは‘00’を書き込む。
(1-2)予測ミスした分岐命令が非条件分岐命令の場合（図１１の種別（２）、（３）に該当）
P_REIFDCH_BHR[9:0]にP_REIFCH_BHR_RESTORE1[1:0]、P_REIFCH_BHR_RESTORE2[1:0] を順に適用する。そしてp_has_not_takenが真のとき（ｓｌｏｔ内にその分岐命令より前にNot-Takenだった分岐命令がある場合）０ｓｈｉｆｔした後そのまま生成したＢＨＲをＢＨＲ０、ＢＨＲ１、ＢＨＲ２とし、has_not_takenが真で無い場合はそのまま生成したＢＨＲをＢＨＲ０、ＢＨＲ１、ＢＨＲ２とする。また差分情報BHR0_RESTORE、BHR1_RESTORE、BHR2_RESTOREへは‘00’を書き込む。
(2)Takenと予測し実際はNot Takenだった場合
この場合、予測ミスした分岐命令の次の命令から再フェッチ開始する。
(2-1)予測ミスした分岐命令がフェッチ単位の最後の命令ではなく、キャリーが発生しない場合（図１１の種別（４）に該当）
P_REIFCH_BHR[9:0]をＢＨＲＸ（その分岐命令が用いていたＢＨＲ（ＢＨＲ０／１／２））へ、P_REIFCH_BHR[9:0]にP_REIFCH_BHR_RESTORE1[1:0]を適用した値をＢＨＲ（Ｘ＋１）（Ｘ＝２のときはＸ＋１＝０）へ、そのＢＨＲ（Ｘ＋１）にP_REIFCH_BHR_RESTORE2[1:0]を適用した値をＢＨＲ（Ｘ＋２）（Ｘ＝１のときＸ＋２＝０、Ｘ＝２のときＸ＋２＝１）へそれぞれ書き込む。また差分情報BHR0_RESTORE、BHR1_RESTORE、BHR2_RESTOREへは‘00’を書き込む。
(2-2)予測ミスした分岐命令アドレスがフェッチ単位の最後であり、キャリーが発生する場合（図１１の種別（５）に該当）
P_REIFCH_BHR[9:0]にP_REIFCH_BHR_RESTORE1[1:0]を適用した値をＢＨＲＸ（その分岐命令が用いていたＢＨＲ（ＢＨＲ０／１／２））へ、P_REIFCH_BHR[9:0]にP_REIFCH_BHR_RESTORE2[1:0]を適用した値をＢＨＲ（Ｘ＋１）（Ｘ＝２のときはＸ＋１＝０）へ、そのＢＨＲ（Ｘ＋１）にP_REIFCH_BHR_RESTORE3[1:0]を適用した値をBHR2へそれぞれ書き込む。また差分情報BHR0_RESTORE、BHR1_RESTORE、BHR2_RESTOREへは‘00’を書き込む。

図１２及び図１３は、本実施例における情報処理装置でのＢＨＲ情報の更新動作例を示す図である。
図１２は分岐予測が正しかった場合を示しており、（１）で再フェッチにより、フェッチを開始し分岐予測の結果、ＵステージでNot-Takenと予測したとする。この予測結果に基づいて最新のＢＨＲ情報であるＢＨＲ２を０ｓｈｉｆｔしてＢＨＲ０を更新し、また差分情報BHR0_RESTOREを‘１０’に書き換える。そして、（１）で用いたＢＨＲ情報であるＢＨＲ０と差分情報BHR1_RESTORE及びBHR2_RESTOREは、ibr_bhr情報として命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６から一次命令キャッシュ１４から命令コードが届くのと同じタイミングで命令デコード部１７へ送られる。

またこの間（２）で（１）の次のアドレスをフェッチし、この命令はTakenと予測したとする。Taken予測の場合には、（２）で用いたＢＨＲ情報であるＢＨＲ１を元に３つ全部のＢＨＲ情報を書き換える。また（２）で用いたＢＨＲ情報であるＢＨＲ１と差分情報BHR2_RESTORE及びBHR0_RESTOREが、ibr_bhr情報として命令Ｆｅｔｃｈ制御部１６から命令デコード部１７へ送られる。

（２）でTakenと予測するまでの間、（３）、（４）がフェッチされるが、これらは（２）がTaken予測となった時点で破棄され、ＢＨＲ情報の更新やibr_bhr情報の登録は行われない。

（２）の分岐予測の結果に基づいて分岐先の命令（５）がフェッチされる。この（５）のフェッチには、（２）で用いられたＢＨＲ２を１ｓｈｉｆｔしたものが用いられる。
図１３は分岐予測ミスをした場合のＢＨＲ情報の更新動作例を示している。

図１３では、（１）、（２）では分岐予測の結果が判明するまでは、図１２の時と同様に処理が行われる。コンディションコードレジスタの状態から（２）のTaken予測が外れたことが判明すると、実際の分岐先の（３）’から再フェッチを行なう。

この時ＢＨＲ情報は、(２)で命令デコード部１７に送られたibr_bhr情報内のP_REIFCH_BHRからＢＨＲ０を復元し、これにP_REIFCH_BHR_RESTORE1(BHR1_RESTORE)を適用してＢＨＲ１を復元し、更にこれにP_REIFCH_BHR_RESTORE2（BHR0_RESTORE）を適用してＢＨＲ２を復元する。尚キャリーが発生する場合には、P_REIFCH_BHRにP_REIFCH_BHR_RESTORE1(BHR1_RESTORE)を適用してＢＨＲ０を復元し、これにP_REIFCH_BHR_RESTORE2（BHR0_RESTORE）を適用してＢＨＲ１を復元し、更にこれにP_REIFCH_BHR_RESTORE3（固定値）を適用してＢＨＲ２を復元する。

このように、本実施例の情報処理装置では、分岐予測ミスが生じても正確にＢＨＲ情報を復元することが出来る。その為、精度の高い分岐予測を実現でいる。また複雑な回路構成や制御を用いなくてもＢＨＲ情報の復元を実現することが出来る。

尚本実施例の情報処理装置では、図１に示したようにＢＨＲ情報は、情報処理装置内で分岐予測を行い、この分岐予測結果に対する分岐履歴に基づいたものを用いているが、本発明はこのようなＢＨＲ情報のみに適用されるものではなく、他の形式のもの、例えばＢＨＲ情報が、コンパイル時に分岐予測を行って命令コードにその結果を埋め込む方式において、この埋め込まれた予測内容に対するカウントを行ったものに対しても適用することが出来る。

分岐履歴を用いた方法による分岐予測の説明図である。 本実施例における情報処理装置の分岐予測に関する部分の構成を示すブロック図である。 本実施例の情報処理装置における、予測ミス時のＢＨＲ情報の復元の原理を示す説明図である。 分岐予測が全て正しかった場合の本実施例における情報処理装置でのＢＨＲ情報の変化例を示す図である。 Not-Takenと予測した分岐命令が実際にはTakenだった場合の本実施例における情報処理装置でのＢＨＲ情報の変化例を示す図である。 （ａ）はキャリーが発生しない場合、(ｂ)はキャリーが発生する場合を示したｓｌｏｔ及びキャリーの説明図である。 Takenと予測して実際にはNot-Takenだった場合で、キャリーが発生しない場合のＢＨＲ情報の変化例を示す図である。 Takenと予測して実際にはNot-Takenだった場合で、キャリーが発生する場合のＢＨＲ情報の変化例を示す図である。 ＢＨＲ及びその周辺部分の構成例を示すブロック図である。 ＢＨＲ再構成部の概略構成を示す図である。 ＢＨＲ再構成部の構成をより詳細に示す図である。 分岐予測が正しかった場合の本実施例における情報処理装置でのＢＨＲ情報の更新動作例を示す図である。 分岐予測ミスをした場合の本実施例における情報処理装置でのＢＨＲ情報の更新動作例を示す図である。

Claims (12)

1. 複数のパイプラインステージにより分岐命令の分岐予測制御を行う分岐予測装置において、
   前記複数のパイプラインステージに対応して、フェッチした命令に対する分岐ヒストリ情報を記憶する分岐命令リザベーションステーション手段と、
   分岐命令の分岐結果であるグローバルヒストリ情報を保持するグローバルヒストリ記憶手段と、
   前記グローバルヒストリ記憶手段に保持されたグローバルヒストリ情報を復元するグローバルヒストリ情報再構成手段とを備え、
   前記グローバルヒストリ情報再構成手段は、
   前記フェッチした命令が分岐命令である場合に、分岐命令に対する分岐予測をミスしたときには、
   前記分岐命令リザベーションステーション手段に記憶された分岐ヒストリ情報に含まれる前記フェッチした命令の分岐予測に用いられ、前記複数のパイプラインステージのうち、前記グローバルヒストリ情報に対応する一のパイプラインステージにおける第１のグローバルヒストリ情報と、
   前記第１のグローバルヒストリ情報と他のパイプラインステージにおける第２のグローバルヒストリ情報との差分情報とを用いて、前記グローバルヒストリ記憶手段に保持されたグローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする分岐予測装置。
2. 分岐命令に対して分岐が成立すると予測した場合において、実際には分岐が不成立だったとき、
   前記グローバルヒストリ再構成手段は、前記分岐ヒストリ情報が有する前記第１のグローバルヒストリ情報と前記差分情報とを用いて、前記グローバルヒストリ記憶手段に保持されたグローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項１記載の分岐予測装置。
3. 分岐命令に対して前記分岐命令より以前に分岐が成立しないと予測した命令がある場合において、
   前記グローバルヒストリ再構成手段は、前記分岐ヒストリ情報が有する前記第１のグローバルヒストリ情報と前記差分情報と、
   さらに前記グローバルヒストリ情報を１ビット上位側にシフトするとともに最下位に１を補充することにより求めたグローバルヒストリ情報とを用いて、前記グローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項１記載の分岐予測装置。
4. 分岐命令に対して前記分岐命令より以前に分岐が成立しないと予測した命令がない場合において、
   前記グローバルヒストリ再構成手段は、前記分岐ヒストリ情報が有する前記第１のグローバルヒストリ情報と前記差分情報と、
   さらに前記グローバルヒストリ情報を１ビット上位側にシフトするとともに最下位に０を補充することにより求めたグローバルヒストリ情報とを用いて、前記グローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項１記載の分岐予測装置。
5. 前記分岐予測装置は、前記差分情報を記憶する差分情報記憶手段をさらに備え、前記グローバルヒストリ情報記憶手段が保持するグローバルヒストリ情報の更新とともに前記差分情報が更新されることを特徴とする請求項１記載の分岐予測装置。
6. 前記グローバルヒストリ再構成手段は、
   分岐命令リザベーションステーション手段に記憶される分岐ヒストリ情報を用いて、分岐予測ミスの種類の判別を行う分岐ミス種別判定回路を有し、
   前記分岐ミス種別判定回路の出力に基づいて前記グローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項１記載の分岐予測装置。
7. 複数のパイプラインステージにより分岐命令の分岐予測制御を行う分岐予測方法において、
   前記複数のパイプラインステージに対応して、フェッチした命令に対する分岐ヒストリ情報を記憶する分岐命令リザベーションステーション装置と、
   分岐命令の分岐結果であるグローバルヒストリ情報を保持するグローバルヒストリ記憶装置と、
   前記グローバルヒストリ記憶装置に保持されたグローバルヒストリ情報を復元するグローバルヒストリ情報再構成装置とを備え、
   前記フェッチした命令が分岐命令である場合に、分岐命令に対する分岐予測をミスしたことを判断する分岐ミス判断ステップと、
   前記分岐命令リザベーションステーション装置に記憶された分岐ヒストリ情報に含まれる前記フェッチした命令の分岐予測に用いられ、前記複数のパイプラインステージのうち、前記グローバルヒストリ情報に対応する一のパイプラインステージにおける第１のグローバルヒストリ情報と、
   前記第１のグローバルヒストリ情報と他のパイプラインステージにおける第２のグローバルヒストリ情報との差分情報とを用いて、前記グローバルヒストリ記憶装置に保持されたグローバルヒストリ情報を復元するグローバルヒストリ情報再構成ステップとを有することを特徴とする分岐予測方法。
8. 分岐命令に対して分岐が成立すると予測した場合において、実際には分岐が不成立だったとき、
   前記グローバルヒストリ再構成ステップは、前記分岐ヒストリ情報が有する前記第１のグローバルヒストリ情報と前記差分情報とを用いて、前記グローバルヒストリ記憶装置に保持されたグローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項７記載の分岐予測方法。
9. 分岐命令に対して前記分岐命令より以前に分岐が成立しないと予測した命令がある場合において、
   前記グローバルヒストリ再構成ステップは、前記分岐ヒストリ情報が有する前記第１のグローバルヒストリ情報と前記差分情報と、
   さらに前記グローバルヒストリ情報を１ビット上位側にシフトするとともに最下位に１を補充することにより求めたグローバルヒストリ情報とを用いて、前記グローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項７記載の分岐予測方法。
10. 分岐命令に対して前記分岐命令より以前に分岐が成立しないと予測した命令がない場合において、
    前記グローバルヒストリ再構成ステップは、前記分岐ヒストリ情報が有する前記第１のグローバルヒストリ情報と前記差分情報と、
    さらに前記グローバルヒストリ情報を１ビット上位側にシフトするとともに最下位に０を補充することにより求めたグローバルヒストリ情報とを用いて、前記グローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項７記載の分岐予測方法。
11. 前記分岐予測方法は、前記差分情報を記憶する差分情報記憶装置をさらに備え、前記グローバルヒストリ情報記憶装置が保持するグローバルヒストリ情報の更新とともに前記差分情報が更新される差分情報更新ステップを有することを特徴とする請求項７記載の分岐予測方法。
12. 前記グローバルヒストリ再構成ステップは、
    分岐命令リザベーションステーション装置に記憶される分岐ヒストリ情報を用いて、分岐予測ミスの種類の判別を行う分岐ミス種別判定ステップを有し、
    前記分岐ミス種別判定ステップの判断結果に基づいて前記グローバルヒストリ情報を復元することを特徴とする請求項７記載の分岐予測方法。

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