CS152 · Homework 3 导读
这份导读帮你理解 HW3 在考什么、需要哪些前置知识。它不包含完整解答——答案需要你自己动手推导。
一句话总结：亲手逐周期推演一台乱序处理器（单发射、支持寄存器重命名）在无限 ROB 和有限（4 项）ROB 两种情况下如何调度一段真实的浮点/整数混合指令序列；再用一个具体的循环+分支例子，追踪 2 位饱和计数器分支预测器的状态演化，计算预测准确率。
给定一段 7 条指令的序列（load、fadd.d、fmul.d、addi、又一条 load 造成 WAW 需要重命名、fadd.d、fmul.d），以及一套完整的时序规则：load 延迟 2 周期、加法器 3 周期、乘法器 6 周期（均全流水化）；整数结果发射后 1 周期即可旁路、发射后 2 周期写回；浮点结果写回后还需要额外多停留 1 周期才能被依赖指令使用；ROB 写端口只有一个（写回冲突时，更旧的指令优先，年轻的指令被推迟）；单发射（每周期系统中只能有一条指令发射）；提交严格按顺序，写回后最早 1 周期提交。
解题的关键提醒：这道题最容易出错的地方，是"自然"的写回周期（延迟直接相加得到）和"实际"的写回周期（还要考虑单一 ROB 写端口的争用）之间的区别——较年轻的指令即使自己的操作数都已就绪，也可能因为更旧的指令同一周期也想写 ROB 而被迫推迟写回，进而连带推迟它自己的提交时间。另外别忘了浮点结果比整数结果多出的那 1 个"停留"周期——这个细节会直接影响后续依赖指令的发射时间。建议先严格按照第 11、12 课讲的"发射→完成→提交"三阶段模型，把每条指令的四个关键时间点（发射、开始执行、写回、提交）分别列成表格，再逐条核对依赖关系。
给定一段遍历数组 array[N] 的循环代码，外层循环分支（bnez 风格）在 5 次里有 4 次被采纳，内层的 if(array[i]!=0) 分支（beqz 风格，判断元素是否为零）行为则取决于具体数组内容。要求你从初始状态开始，逐次追踪一个 2 位饱和计数器 BHT 的状态演化，分别对两条分支各自计算预测准确率。
与第 15 课的直接呼应：这道题就是第 15 课"2 位饱和计数器"和"BHT"内容的直接练习——记住核心规则："只有连续两次预测错误才会真正翻转预测方向"。解题时，把每次分支的（预测，实际结果，新状态）三元组按顺序列成表格，会比试图心算整个过程更不容易出错。题目后续部分还会问到"如果两条分支共享同一个计数器（发生别名）会怎样"，以及"该给哪条分支加静态预测提示"——后者应该回到第 15 课"数据无关的循环分支适合静态提示，数据相关的条件分支不适合"这条论点来组织答案。
问题 1：Problem 1 中，为什么"自然"写回周期（延迟直接相加）和"实际"写回周期可能不同？
问题 2：Problem 5 要求追踪 2 位饱和计数器 BHT 的状态演化，这类计数器最核心的规则是什么？
sp23/hw03.pdf（UC Berkeley CS152, Spring 2023）