分岐予測
分岐予測
分岐予測とは、プログラム実行の流れの中で条件分岐命令が分岐するかしないかを予測することにより、命令パイプラインの効果を可能な限り維持し、性能を高めるためのCPU内の機能である。
条件分岐は、分岐せず (not taken) に分岐命令直後に続く命令の流れをそのまま実行し続ける場合と、分岐して (taken) プログラム内の異なる位置に分岐してそこから命令実行を続行する場合がある。
条件分岐命令が分岐するかしないかは、分岐条件を計算し、条件分岐命令が実行ステージを過ぎるまでわからない。
分岐予測を行わない場合、条件分岐命令が実行ステージを過ぎるまで次にフェッチすべき命令が定まらず、プロセッサはパイプラインのフェッチステージで待つことになる。分岐予測は条件分岐命令が分岐しそうかしそうでないかを推測することで、この無駄な時間を排除しようと試みる。
分岐予測の結果に基づいて次に実行されそうな命令をフェッチし投機的に実行する。後で予測が間違っていたことが判明したら、投機的に実行した、あるいは実行途中だった命令は捨てられ、パイプラインは改めて正しい分岐で処理を再開する。その際、遅延が生じる。
実際のプログラムの大半では、ループ処理や例外処理など各分岐先への分岐比率は偏りが大きいため、分岐予測によるメリットが分岐予測失敗によるデメリットを上回ることが多い。つまり分岐予測の的中率は、使用するアプリケーションと、分岐予測に採用した技法次第である。
命令パイプライン
命令パイプラインは、コンピュータなどのデジタル電子機器で命令スループット（単位時間当たりに実行できる命令数）を向上させる設計技法の1つで、命令レベルの並列性(プログラムの中で並行して実行できる処理がいくつあるか)を高める1技法である。
命令パイプラインのあるプロセッサは、命令の処理を独立して実行できる工程（ステージ）に分割する。各工程は、前の工程の出力を自身の入力とし、自身の出力を次の工程の入力とするように相互接続されている。このような構成で各工程を並列化し、全体としての処理時間を大幅に削減する。
