如果您仍然需要检查条件，则分支预测如何工作？

我正在从https://stackoverflow.com/q/11227809/555690阅读有关分支预测的流行答案，这使我感到困惑：

• 如果您猜对了，它将继续进行。
• 如果您猜错了，机长会停下来，后退并大喊大叫，以拨动开关。然后，它可以沿着其他路径重新启动。

如果您每次都猜对了，火车将永远不会停止。

如果您经常猜错，火车将花费大量时间停止，备份和重新启动。

但这不是我所能得到的：要知道您的猜测是对还是错，无论如何都必须进行条件检查。那么，如果您仍在进行相同的条件检查，那么分支预测甚至如何工作？

我要说的是，分支预测是否与完全没有分支预测完全相同，因为无论如何您都在执行相同的条件检查？（显然我错了，但我不明白）

当然，条件是每一次检查一次。但是，在进行检查时，它已深入到CPU管道中。同时，其他指令也已进入管道，并且处于执行的各个阶段。

通常，条件紧随其后是条件分支指令，如果条件评估为TRUE则分支，如果条件评估为FALSE则通过。这意味着根据条件是TRUE还是FALSE，可以在条件指令和分支指令之后将两种不同的指令流加载到管道中。不幸的是，在加载条件指令和分支指令之后，CPU尚不知道条件将对结果求值，但是它仍然必须继续将内容加载到管道中。因此，它会根据条件评估结果的选择来选择两组指令之一。

稍后，随着条件指令沿管线传递，现在是时候对其进行评估了。那时，CPU会发现其猜测是对还是错。

如果猜测正确，则分支转到正确的位置，并将正确的指令加载到管道中。如果事实证明猜测是错误的，那么条件分支指令之后加载到管道中的所有指令都是错误的，因此必须将其丢弃，并且必须从正确的位置重新开始获取指令。

修正案

为了回应StarWeaver的评论，给出一个CPU执行一条指令所必须做的事情的想法：

考虑一下MOV AX,[SI+10]我们人类天真地认为“将AX加上SI加10的单词” 这样简单的事情。大致来说，CPU必须：

1. 将PC的内容（“程序计数器寄存器”）发送到地址总线；
2. 从数据总线读取指令操作码；
3. 增量PC
4. 解码操作码以弄清楚该如何处理；
5. 将PC的内容发送到地址总线；
6. 从数据总线读取指令操作数（在这种情况下为10）；
7. 增量PC
8. 将操作数和SI馈入加法器；
9. 将加法器的结果发送到地址总线；
10. 从数据总线读取AX。

这是多达10个步骤。这些步骤中的某些步骤甚至在非流水线CPU中也会被优化，例如，CPU几乎总是与下一步并行地递增PC，这很容易做到，因为PC是非常非常特殊的寄存器，从未用于其他任何作业，因此，CPU的不同部分之间不可能争用该特定寄存器。但是，对于这样一条简单的指令，我们只剩下8个步骤，并且请注意，我已经代表CPU承担了某种程度的复杂性，例如，我假设对于该CPU，不需要整个额外的步骤。加法器实际执行加法，然后才能从中读取结果，

现在，考虑存在更复杂的寻址模式，例如MOV AX, [DX+SI*4+10]，甚至更复杂的指令，例如MUL AX, operand，它们实际上在CPU内部执行循环以计算其结果。

因此，我的意思是，“原子级”隐喻远不适合CPU指令级。如果您不想深入到实际的逻辑门级别，则它可能适合于流水线步骤级别。

可以将其视为没有GPS的公路旅行。您来到一个十字路口，认为您需要转弯，但并不确定。因此，您转弯，但请您的乘客检查地图。也许到您完成关于位置的争论时，您已经走了三英里。如果您是对的，那么您比转弯之前停下来并争吵的距离要远三英里。如果输入错误，则必须转身。

CPU管道以相同的方式工作。到他们可以检查状况时，他们已经是一条路。不同之处在于，他们不必向后行驶三英里，他们只是失去了领先优势。这意味着尝试没有任何危害。

根据我的理解，当需要检查的条件需要昂贵或仍在进行中的结果时，分支预测最有用，否则您将不停地拨动拇指，等待值来评估条件。

对于乱序执行之类的事情，您可以使用分支预测来开始填充管道中本来无法使用的空白点。由于某种原因，在流水线中没有任何空闲周期的情况下，是的，分支预测没有收益。

但是这里的关键是，CPU正在为一个预测的分支开始工作，因为它尚不能评估条件本身。

简写：

一些CPU可以在完成旧指令之前开始处理新指令。这些是使用分支预测的CPU。

伪代码示例：

int globalVariable;
int Read(int* readThis, int* readThat)
{
    if ((globalVariable*globalVariable % 17) < 5)
       return *readThis;
    else
       return *readThat;
}

上面的代码检查条件，并根据结果需要返回存储在内存位置addThis的值或存储在的值readThat。如果分支预测预测条件为true，则CPU将addThis在执行评估if语句所需的计算时已经读取存储在内存位置的值。这是一个简化的示例。

是的，可以通过任何一种方式检查条件。但是分支预测的优点是您可以做工作而不是等待条件检查的结果。

假设您必须写一篇论文，并且它可能是关于主题A或主题B的。您从以前的论文中知道，您的老师比B更好地喜欢主题A，并且选择频率更高。不必等待他的决定，您可以开始撰写有关第一个主题的文章。现在有两种可能的结果：

1. 您开始撰写的主题错误，因此必须放弃到目前为止所写的内容。您必须开始写另一个主题，这与您等待时一样。
2. 您猜对了，并且您已经完成工作。

现代CPU大部分时间都处于空闲状态，因为它们正在等待IO响应或其他计算的结果。这段时间可以用来做一些将来的工作。

即使您不得不忽略在这段空闲时间里正在做的事情-如果您能够猜测程序将选择哪个路径，那么最有可能更有效。并且现代CPU具有此功能。