follow this with stochastic analyses of several schemes for speculative execution. ... Keywords. pipeline processors, speculative execution, branch prediction, ...
*,+.-0/13254567458:9;/=1&/@=4BAC8DACEFG045@-:9C-1&/H9;-I-1,9J/1,KL458LFG01NM /AO31P1,K0458IQC@RA;ESUTIVXW;SUT?Y[ZISV&\[Z];S^_CZ]C`:aIb;ced_Cf^hg)ci_CZDj!_,kVP` ^hZlCm n(Z]C` C b f^hfo];Zk7aI^hc g0`5];S^_CZ_pDqr_Ccsd:g)SV&\L];ZkutvVP`BV=w[_;cLcLg)Z0^w]CS^_CZuaIb;fSV&cLfxzy3{{|)} ~[ P 1 /4F1x08I89;2B1Cx+i{;C|{x+?}1P69;4B2s-0/[9;QGe>1P/4F1P 1P8458
)
ZÊ ÉaÒ ÄzÖÄùWÄQÎ ÉaÒ ÄzÊ)ÎÈåÎ ÒÄ6ÁOÂÁÄÍGù¶ÎÄQÇÄzÍiÉcÒ ÑÇaÍiÆÉcÒ¹Î Ò ÄÆÄXÐ=Î)ÂÆÊÎÇcÌOÉXÎ ÂÃÈfƹÂÆ¹Î Ò Ä ÁÇ ÈiÕiÇaÍiÖËÍiÊ Ê ÌÖ ÂÆ ÕÎ Ò ÄÑÇaÍiÆÉcÒ ÍiÊ * Hiþ ¤ú ûÒÄ 4> %424 469 : 7 B CKGÍGÁÁOÇ ÈfÍiÉcÒÓ Ä Æ ÄzÊÍiÆ ÈiÎ Ò ÄQÇ%ÊÎ ÍGÎ Â[É/Ê ÉcÒ ÄzÖÄiËBÂÆ ÒÂÉaÒ6Ê ÁÄzÉQÌOÅÍGÎ ÂÃÏiÄÄXÐ=ÄzÉQÌÎ ÂÃÈfÆ ÉXÈfÆHÎ ÂÆHÌÄzÊÍiÅÃÈfÆ ÕÖÌÅÃÎ ÂÁOÅÃÄ)ÁOÍGÎ ÒÊÈiùÍ +Bþ Qý aý þcþÇ ÄQÁÇ ÄzÊÄzÆHÎ ÂÆ ÕÎ ÒÄÁÇ ÈiÕiÇcÍiÖ úuÍiÉaÒ¹Æ ÈEÓ ÄÂÆÎ ÒÂ[ÊÎÇ ÄQÄ ÉXÈiÇ Ç ÄzÊ ÁÈfÆOÓÊ/ÎÈåÍÑÇcÍiÆÉaÒ ÂÆÊÎÇaÌÉXÎ ÂÃÈfÆ ÒOÂÅÃÄÄzÍiÉcÒ ÄzÓ ÕiÄÇcÄQÁÇ ÄzÊÄzÆHÎ ÊÍÊ ÄQÇcÂÃÄzÊÈiùÆ ÈfÆ Ô¤ÑÇcÍiÆÉaÒ ÂÆÊÎÇaÌÉXÎ ÂÃÈfÆÊ Î ÒÍGÎ Ó Ä Æ ÄA aý Xÿ ;H ÂÆ Î Ò Ä ÁÇ ÈiÕiÇcÍiÖú ZùWÎÄQÇ ùWÄQÎ ÉaÒÂÆ ÕVÍ¢ÑÇcÍiÆOÉcÒµÂÆOÊÎÇcÌÉXÎ ÂÃÈfÆ ÂÆBÎÈ2Î Ò Ä ÁOÂÃÁ?ÄiËÎ Ò Ä Ê ÉaÒ ÄzÖÄÁOÇ È=ÉXÄQÄzÓOÊ ÂÃÎ Ò¹ÍÁOÍGÇcÍiÅ[ÅÃÄzÅ@ÄXÐEÄzÉQÌ Î ÂÃÈfÆ ÈiùÎ ÒÄÎ È ÁOÍGÎ ÒÊÄzÖ ÍiÆÍGÎ ÂÆ Õù¶Ç ÈfÖ Î Ò Ä6ÉXÈiÇ ÇcÄzÊÁ?ÈfÆÓÂÆ Õ Æ ÈEÓ Ä6Â[Æ¹Î Ò ÄÎÇ ÄQÄiú ÆÓ ÄQÄzÓË&Î ÒÂ[ÊZÊ Â[ÖÁOÅÃÄÊcÉcÒ ÄzÖÄÍiÅ Í EÊ)ÕfÌÍGÇcÍiÆHÎÄQÄzÊÍÉXÈiÇ Ç ÄzÉXÎÁÇ ÄzÓOÂÉXÎ ÂÃÈfÆ J?Ò È ÄQÏiÄQÇzË ÂÊåÂÖÁÇcÍiÉXÎ Â[ÉQÍiÅÍiÊåÎ Ò Ä-Æ=ÌÖ6Ñ?ÄQÇÈiùÁÇ ÈEÉXÄzÊ Ê Â[Æ Õ¢ÄzÅÃÄzÖÄzÆHÎ Ê ÂÃÎåÌÊ ÄzÊ ÂÊåÄXÐ=Á?ÈfÆ ÄzÆHÎ ÂÍiÅZÂÆµÎ Ò Ä-ÅÃÄzÆ ÕiÎ Ò ÈiùÎ Ò Ä ÁOÂÃÁ?ÄzÅÂ[Æ Ä EË ¤ú Æ ÉXÈfÆBÎÇaÍiÊÎQË/Ó =ÆOÍiÖÂÉ Ê ÉcÒ ÄzÖÄzÊ ÉcÒÈHÈfÊÄ¹Î Ò ÄÁOÍGÎ Ò Î ÒÍGÎ Â[ÅÅuÑ?ÄÄXÐEÄzÉQÌ ÎÄzÓµÊÁ?ÄzÉQÌÅ[ÍGÎ ÂÃÏiÄzÅ 2ÌÊcÂÆ Õ Î Ò Ä ÍiÉQÉQÌÖÌÅÍGÎÄzÓÒÂ[ÊÎÈiÇ Èiù.ÑOÇcÍiÆÉcÒåÄXÐEÄzÉQÌ Î ÂÃÈfÆÂÆåÄzÍiÉcÒ Ê ÁÄzÉQ ÉÇcÌOÆ@úû =ÁOÂÉQÍiÅÅ iËEÓ EÆÍiÖÂÉZÊ ÉcÒÄzÖÄzÊ/ÂÖÁÇcÈÏiÄ ÈfÆÎ Ò ÄÁÄQÇcùWÈiÇcÖ ÍiÆÉXÄ5ÈiùÊ Î ÍGÎ ÂÉÊ ÉaÒ ÄzÖÄzÊQËOÓOÌ Ä5ÎÈÎ Ò ÄzÂÃÇZÌÊ ÍGÕiÄÈiùÊÎ ÍGÎ ÂÊÎ Â[ÉQÊ/ÈfÆ ÁÇcÈiÕiÇcÍiÖ Ñ?ÄzÒÍzÏEÂÃÈiÇ ¤ú ÊcÉcÒ ÄzÖÄÎ ÒÍGÎ5ÂÊ)ÉXÈfÖÖÈfÆOÅ ÂÖÁOÅÄzÖÄzÆBÎÄzÓ ÈfÆ ÖÈEÓ ÄQÇcÆ ÁOÇ È=ÉXÄzÊcÊÈiÇcÊ ¶Äiú Õ úÃË (ÆHÎÄzÅ Ê ÄzÆBÎ Â[Ì Ö %Ç È ¤Ë "!) # Ê È ÄQ$Ç &%(')*+ ÂÊÎ Ò -Ä ,;7 B. 0/ 4 12I>: 3 C541 GÊ ÉaÒ ÄzÖÄ ÍGÎÄzÍiÉcÒÑOÇcÍiÆÉcÒ ?þÈiùOÎ Ò ÄÁ?ÈfÊ Ê ÂÑOÅÃÄ%ÈfÌ Î ÉXÈfÖÄzÊ ÂÊÉcÒ ÈfÊ ÄzÆ@ËfÍiÆÓ6Î Ò Ä|ÉXÈiÇ ÇcÄzÊÁ?ÈfÆÓÂÆ ÕZÂÆÊÎÇcÌOÉXÎ ÂÃÈfÆÁOÍGÎ ÒÂÊÄXÐ=ÄzÉQÌÎÄzÓ TÌOÆBÎ ÂÅHÎ Ò ÄÆ ÄXÐ=ÎÑÇcÍiÆOÉcÒÂÊ.ÄzÆOÉXÈfÌÆBÎÄQÇcÄzÓ aú ûÒÂ[Ê ÍGÁÁÇcÈfÍiÉcÒ3ÒÍiÊåÑÄQÄzÆ Ê Ò È Æ ÄzÖÁOÂÃÇcÂ[ÉQÍiÅÅ ÎÈVÑ?Ĺ7Ä 6 ÉQÂÃÄzÆBÎ ù¶ÈiÇ Î ÒÄ ÊÁ?ÄzÉQÌÅÍGÎ ÂÏiĹÄXÐEÄzÉQÌ Î ÂÃÈfÆ Èiù Eþ ÑÇcÍiÆOÉcÒ ÄzÊQË ZÒ ÈfÊÄ Ç ÄzÊ ÈfÅÌ Î ÂÃÈfÆ ÉQÍiÆ Ñ?Ä ÁÇcÄzÓÂÉXÎÄzÓ ÉXÈiÇcÇ ÄzÉXÎ Å ÂÃÎ Ò ÁÇ ÈiÑOÍGÑ&ÂÅÂÃÎ VÒÂÃÕfÒÄQÇ Î ÒÍiÆ 98;: ù¶ÈiÇ :=@? GËÌÊ ÂÆ ÕÍÊ Î ÍiÆÓÍGÇcÓÁOÇ ÄzÓÂÉXÎÈi9 Ç BA.¤ú È |ÄQÏiÄQÇË&Î Ò Ä 41 ÍGÁÁÇ ÈfÍiÉaÒ Á?ÄQÇ ù¶ÈiÇcÖÊÁ?ÈHÈiÇaÅ ÒÄzÆÌÊÄzÓù¶ÈiÇ ÑÇcÍiÆOÉcÒ ÄzÊ/Î ÒOÍGÎÍGÇ ÄÒÍGÇaÓ ÄQÇ/ÎÈÁÇ ÄzÓOÂÉXÎQú C)ÒBÎÍiÆÓ EÂÆÓOÍGÕfD  Â[ÆBÎÇ ÈEÓÌÉXÄzÓ2Î Ò Ä 5K7 ,FE 7 B: 4> %42 4 469 : 7 B CGHKG6Ê ÉcÒÄzÖÄiË ÒÂÉaÒ¢ù¶ÄQÎ ÉcÒ ÄzÊÂÆHÎÈ Î Ò Ä)ÁOÂÃÁ?ÄÍGÎ/ÍiÆ Î ÂÖÄ)Î Ò ÄÊÄQÎÈi=ù / @ü @E QÿÃþÂÆÊÎÇcÌOÉXÎ ÂÃÈfÆÊ TÍiÊÓ ÄQÎÄQÇaÖÂÆ ÄzÓåÑ Î Ò ÄZÑOÇcÍiÆÉcÒåÁÇ ÄzÓOÂÉXÎÈiÇ aú uÍiÉaÒ Æ ÈEÓ Ä/ÂÆÎ Ò Ä/ÎÇ ÄQÄÈiù&ÑÇaÍiÆÉcÒ ÄzÊÂ[ÊÍiÊ ÊÈEÉQÂÍGÎÄzÓ ÂÎ ÒÍÁÇ ÄzÓÂÉXÎ ÂÈfÆ6ÁOÇ ÈiÑOÍGÑOÂÅ[ÂÃÎ ¶Î ÒÂ[ÊÂÊÖÍiÓ Ä/ÁÇcÄzÉQÂÊÄ/ÂÆ Î Ò ÄZùWÈfÅÅÈ ÂÆÕÊÄzÉXÎ ÂÃÈfÆ aHú GHÁÇcÈ=ÉXÄQÄzÓÊuÑ ÍiÅ Í =Ê|ùWÄQÎ ÉaÒÂÆ ÕÎ Ò ÄZÆ ÈEÓ ÄÎ ÒOÍGÎ|ÂÊ%ÖÈfÊÎ|Å iÄzÅ 6ÎÈ6Ñ?ÄÄXÐ=ÄzÉQÌÎÄzÓ Æ ÄXÐEÎQú÷ ÒOÂÅÃÄÎ Ò Ä 41Ê ÉaÒ ÄzÖÄÊÄzÅÃÄzÉXÎ ÊÍ6Ê Â[Æ ÕfÅÃÄÁOÍGÎ ÒËHÁÇcÈ=ÉXÄQÄzÓÂ[Æ Õù¶Ç ÈfÖ Î Ò ÄÉQÌ Ç ÇcÄzÆBÎ IùWÇ ÈfÆHÎ ÂÃÄQ$Ç J6Æ ÈEÓ ÄÎÈÂÃÎ Ê ÖÈiÇ ÄÁÇ ÈiÑ&ÍGÑOÅ ÉcÒÂ[ÅÓ TÍiÊ)ÕfÂÃÏiÄzÆ-Ñ Î Ò Ä6ÑOÇcÍiÆÉcÒ ÁÇ ÄzÓOÂÉXÎÈiÇ aË GH¹ÊÄzÅÃÄzÉXÎ Ê)ÈfÆ ÄÈiÇ5ÖÈiÇ Ä6ÄXÐ=ÄzÉQÌ Î ÂÈfÆ Á&ÍGÎ ÒÊ ù¶ÈiÇuÎ Ò ÄZÁÇ ÈiÕiÇcÍiÖË=ÑOÍiÊÄzÓ ÈfÆ Î ÒÄZÉXÈiÇ Ç ÄzÊ ÁÈfÆOÓÂÆ ÕÁÇ ÄzÓOÂÉXÎ ÂÃÈfÆÁÇcÈiÑOÍGÑOÂÅÂÎ ÂÃÄzÊQú.ûÒ=ÌÊQË GHÑ?ÄzÅÃÈfÆ ÕfÊuÎÈ6ÍÉQÅ[ÍiÊ Ê ÈiùÊ ÉaÒ ÄzÖÄzÊÎ ÒÍGÎ|ÌOÊÄÎ Ò Ä / =ÿ Tý£ü&ÿÃþü LKNMPORQ/ÍGÁÁÇ ÈfÍiÉaÒ@=ú Ê ÂÖÌÅÍGÎ ÂÈfÆÊÎ ÌÓ S @Ê Ò È |ÄzÓåÎ ÒÍGTÎ GDåÉQÍiÆ ÂÖÁOÇ ÈÏiÄÎ Ò ÄÁÄQÇcùWÈiÇcÖ ÍiÆÉXÄÈiUù 4 1 Ò ÄzÆ-ÂÖÁOÅÃÄzÖÄzÆBÎÄzÓ ÈfƹΠÒÄ V.ÄQÏiÈÖ ÍiÉcÒÂÆÄiË?ÌOÊ ÂÆ Õ Í tÔ¤ÑOÂÎZÉXÈfÌÆHÎÄQÇÍiÊ ÍÑÇaÍiÆÉcÒÁOÇ ÄzÓÂÉXÎÈiÇzú 1 2 46587 9;: : ? 4B CE1 = &? aË ÂÃÎ Ò ÄzÂÃÕfÒHÎ ÊÍiÊ6Ó Ä Æ ÄzÓ¢Â[Æ aËÉaÒ È=ÈfÊÄ Í Ê ÌÑOÊÄQÎ5Èiù E/Æ ÈEÓ ÄzÊ9]O L &??? &PO ;: ËÊ ÌÉcҢΠÒÍGÎ \< ' 8 NO >= ÂÊ ÖÍÐ ÂÖ QÄzÓú ÆÓ ÄQÄzÓËOÎ Ò ÄÖÍGÇE EÂÆ ÕÁÇ ÈiÑ&ÅÃÄzÖ ÂÊZÍÏiÄQÇcÊcÂÃÈfÆ ÈiùÎ Ò ÄD ÁOÇ ÈiÑOÅÃÄzÖË&ÂÆ ÒÂ[ÉcÒ ÄÇcÄzÅÍÐ Î Ò Ä Ç Ä =ÌÂÃÇ ÄzÖÄzÆBÎÎ ÒOÍGÎZÎ Ò ÄÊÄQÎ)Èiù%ÊÄzÅÃÄzÉXÎÄzÓ Æ ÈEÓ ÄzÊÂ[ÊZÍåÉXÈfÆÆ ÄzÉXÎÄzÓ Ê Ì ÑÎÇcÄQÄÈiù Zåï.é|öîiòfô@äé%ç!¨ãôî `çOè¤ç&ì=îiäï.éðã
"
¡
0
s
s'
0
! "
&
?
,
7
$
J
0$
$
J
0
$
$
?
$
0$
$
i
$
?
$
0$
u
$
¡
$
o'
$
u
$
0
$
$
0$
)
$
%
$
*
û ÒÄ/ÈiÁÎ ÂÖÍiÅÂÎ ÈiùÎ ÒÂÊÇaÌÅÃÄùWÈfÅÅÈ Êù¶Ç ÈfÖ Î |ÈÈiÑ&ÊÄQÇ ÏGÍGÎ ÂÃÈfÆÊ )Æ ÊÈfÅÌ Î ÂÈfÆ6ÎÈÎ Ò Ä/ÁOÍGÎ ÒEÔÊÄzÅÄzÉXÎ ÂÃÈfÆ ÁÇ ÈiÑ&ÅÃÄzÖù¶ÈiÇÁOÂÃÁ?ÄZÅÃÄzÆÕiÎ Ò EÖÍGÁOÊ TÌÆÓ ÄQÇ %ÎÈÍ6Á?ÈfÂÆHÎ|ÂÆ ?VÊ ÌÉcÒ Î ÒÍGÎ[J B& G"E(Ë ÍiÆÓÂÊ|Î ÒHÌOÊÂ[Æ E aú ZÄzÆÉXÄiË Î Ò Ä5ÊÄQÎ/ÈiùÊ ÈfÅÌ Î ÂÃÈfÆÊ Ä5ÉXÈfÆÊ ÂÓ ÄQÇ/ÂÊÁÇcÄzÉQÂÊÄzÅ Î Ò ÄÊ ÄQÎÈiùÍiÅÅùWÄzÍiÊcÂÃÑOÅÃÄÊÈfÅÌ Î ÂÈfÆÊQú ZÖÈfÆ ÕfÊÎ/ÍiÅÅ ÈiùÎ Ò Ä5ù¶ÄzÍiÊ ÂÃÑOÅÃÄ5ÊÈfÅ[Ì Î ÂÃÈfÆÊQË ÄÍGÇ ÄÉaÒ È=ÈfÊ ÂÆ ÕÎ Ò ÄÈfÆ Ä ÂÃÎ ÒÖÍÐ ÂÖÌÖ ÄXÐEÁ?ÄzÉXÎÄzÓÑ?ÄzÆ Ä ÎQú [
&
3"$
$
?
L
$
$
z
v$
ZÜÛàÚ$ zÜÛ,
Ý$ 6Ú?àY æ%îfäõ ô@èhì uçOõ ç ÷3ÒÂÅÃÄGH ÂÊ|ÈiÁÎ ÂÖÍiÅ&ù¶ÈiÇÎ ÒÄ ÁÇ ÈiÑ&ÅÃÄzÖË ÄÆ È Ê Ò È ÂÃÎ ÊÊ Ì Ñ?ÈiÁÎ ÂÖÍiÅ[ÂÃÎ ùWÈiÇÎ Ò Ä þcþ = >=&? 7- þ þ 05( )¶¸ .À * aý +Bþ EþD