分岐予測

　パイプラインアーキテクチャを持つマイクロプロセッサを効率よく駆動するには、パイプラインに次々に命令を送り込まなければならない。 しかし条件分岐命令があると、パイプラインが停止してしまうことが多い。 分岐の成立／不成立によって、２つの命令シーケンスの流れのうちどちらを採用するかは、条件分岐命令の実行段が終了しないと決定できないからだ。

　この問題を解決するための方法の１つが分岐予測である。 分岐予測を行なうには、過去のある分岐命令が分岐したか、しなかったかという情報を「分岐予測バッファ」に記録しておき、次回の分岐ではそれをもとにして分岐先を決定できるようにする。 これにより、条件分岐命令の結果を待たずに、命令フェッチと実行を続けられる。 最初の１回だけは未定であるが、２回目からは過去の情報を元に、正しく分岐先からデータをフェッチすることが可能である。

　分岐命令もパイプラインで処理されているため、分岐命令に続く命令列もすでにパイプライン中に投入され実行が開始されている。 予測がヒットした場合は、それらの命令は処理を続行するが、分岐の予測が外れた場合は後続のパイプラインの内容をフラッシュして、命令のフェッチからやり直さなければならない。 この予測ミスに伴う処理の遅れは、ペナルティと呼ばれる。