当前位置:主页 > 科技论文 > 计算机论文 >

基于计算模型的体系结构模拟器研究

发布时间:2018-01-23 04:02

  本文关键词: 模拟器 计算模型 优化 出处:《复旦大学》2013年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:随着对处理器性能提升需求的不断增长,如何快速且有效地验证处理器设计的正确性和性能的高效性变得越来越具有挑战性。体系结构模拟器是一种模拟处理器硬件全部或者部分行为的工具软件,并且可以通过简单地修改参数来方便地模拟不同的目标体系结构的行为。因此,模拟器受到了众多处理器设计和体系结构相关领域研究人员的广泛使用。 目前使用最为广泛的完全详细模拟的周期精确体系结构模拟器,虽然这样的模拟器可以保证结果的精确性,但是这类模拟器普遍存在开发周期漫长和运行速度缓慢两个方面的问题。现有的绝大多数对周期精确模拟器进行优化的研究工作主要包括对模拟器架构的优化和对模拟器性能的优化,但是这些研究成果都无法同时解决上述的两个问题。另一种类型的模拟器是基于抽象模型的模拟器。这种类型的模拟器的设计思想主要是通过提升模拟器设计模型的抽象层次,即通过计算而非模拟的方式实现模拟器部分或者全部的硬件部件的功能,从而对模拟器的设计和性能进行优化的方式。Interval Simulation就是基于部分抽象模型的设计思路。它的设计假设是只有Miss事件才是对性能结果有重要影响的因素。因此,在模拟过程中,精确模拟造成Miss的事件,而忽略其他非Miss事件的影响。通过只关注造成Miss的事件模拟,达到提升模拟器模拟速度的目标。但是由于需要得到Miss事件的精确结果,对于目标体系结构最终性能结果具有重大影响的一些硬件部件,如高速缓存器等,还是需要基于完全详细模拟的。同时,interval simulation也存在一些精确性方面的问题。由于主要关注Miss事件,而忽略了正常模拟指令流的评估,该模拟器对目标体系结构的最终性能模拟的结果会存在很大的偏差,达到15.62%。 本文从更高抽象层次的基于完全抽象模型的角度出发,提出了基于计算模型模拟器的设计思路。这种设计思路首先从目标体系结构中选取出对模拟器模拟的最终性能结果具有重大影响的模块进行相应的计算模型的建立,然后利用这些计算模型计算出每一条指令到达流水线各个阶段的时钟周期——包括取指周期、调度周期、执行周期、完成周期和提交周期,从而获得目标体系结构最终模拟执行的性能结果。这种模拟器的设计思路最大的优势在于完全不需要构建并实现完整的流水线和相关的硬件部件(包括分支预测器和高速缓存器等)进行具体地模拟执行,有利于简化模拟器的设计和提升模拟器的性能。本文的主要贡献包括: (?)分析研究当前主流的周期精确模拟器的设计思路,发现并指出了造成此类模拟器设计结构复杂且运行速度缓慢的主要原因。分析研究interval simulation的设计思路,并指出基于计算模型模拟器与之的不同之处。 (?)提出了基于计算模型模拟器的设计思路,并在此基础上根据对目标体系结构性能结果具有重大影响的因素设计实现三个计算模型,分别为乱序执行流水线计算模型、分支预测错误计算模型和高速缓存失效计算模型。 (?)实验结果表明,基于计算模型模拟器在最终的性能结果的误差率仅为2.47%的情况下,和模拟相同目标体系结构的一款周期精确模拟器的运行速度的加速比达到了22.74倍,并且实际的运行速度达到了1.27MIPS,相比与interval simulation的性能提升了78.19%,并可以支持全系统模拟。
[Abstract]:With the increasing demand of processor performance, efficiency, how to quickly and effectively verify the correctness and performance of processor design is becoming more and more challenging. The architecture simulator is a simulation of the processor hardware all or part of the tool software, and can conveniently simulate different target architectures behavior through simply modify the parameters. Therefore, the simulator has been widely used in many research processor design and architecture.
At present, using cycle accurate Architecture Simulator is the most complete with a wide range of simulation accuracy, although this simulator can guarantee results, but this kind of simulator exists long development cycle and the slow speed of the two aspects of the problem. The most research work to optimize the cycle accurate simulator includes optimization of the simulator architecture and optimization of the simulator's performance, but the results of these studies can also solve the above two problems. Another type of simulator is the abstract model simulator based on design ideas of this type of simulator is mainly through to raise the abstraction level simulator design model, namely by calculation rather than analog way simulator of some or all of the hardware components and function, design and performance of the simulator to optimize the way .Interval Simulation is based on the design part of the abstract model. It is designed to assume only the Miss event is the factors have important influence on the performance of the results. Therefore, in the process of simulation, accurate simulation of the cause of the Miss event, and ignore the other non Miss events. Through the focus on the cause of the Miss event simulation, achieve enhance the speed of the target simulator. But due to the need to obtain accurate results for the Miss event, some hardware components have a great influence on the final performance of the target architecture results, such as cache, still need to complete detailed simulation based on interval simulation. At the same time, there are also some accuracy problems. Because the main concern Miss event. While ignoring the evaluation of normal instruction flow simulation, simulation of the final performance of the simulator to a target architecture, the results will exist deviation, Reach 15.62%.
In this paper, from a higher level of abstraction of the fully abstract model based perspective, put forward a design calculation model based on simulator. The design idea first from the target architecture selected has a significant impact on the final performance of the simulator simulation module, the corresponding calculation model, and then calculate each instruction at each stage of the pipeline clock cycle -- including fetch cycle, using the calculation model of scheduling period, execution cycle, cycle time and deadlines, so as to obtain the performance results of the target architecture. The final simulation execution simulator based on the biggest advantage is that don't need to construct and implement a complete production line and related hardware components (including branch predictor and cache etc.) specific simulation execution, to simplify the design of simulator And improve the performance of the simulator. The main contributions of this article include:
(?) design analysis cycle accurate simulator research current, and points out that the main cause of this kind of simulator design of complex structure and slow speed. Analysis and design approach to interval simulation, and pointed out the difference calculation model and based on the simulator.
(?) the design calculation model based on simulator, design factors based on the structural performance of the target system result has a significant impact on the realization of the three models, respectively, out of order execution pipeline calculation model, branch prediction error calculation model and the cache invalidation model.
(?) the experimental results show that the error model in the simulator performance the final result was only 2.47% cases based on the simulated acceleration and a cycle accurate simulator architecture of the same target speed ratio reached 22.74 times, and the actual operating speed of up to 1.27MIPS, and the performance of interval simulation compared to 78.19% increase, and can support the full system simulation.

【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP332

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张德群;龙建国;;现代作战实验仿真体系结构探讨[J];军事运筹与系统工程;2005年04期

2 荣剑;;云计算及其应用[J];办公自动化;2012年10期

3 赵会群;孙晶;;网构软件体系结构代数模型[J];中国科学:信息科学;2013年01期

4 李增智,张鹏;一种新的联网体系结构—TINA[J];微机发展;1999年04期

5 付晓红;;浅论自动控制理论基础课程的新体系结构[J];河北农机;2014年04期

6 ;体系结构[J];个人电脑;2001年11期

7 薛恩;分布式数据库系统的体系结构浅析[J];武汉职业技术学院学报;2003年01期

8 刘克丽;旧桃当新符[J];个人电脑;2005年07期

9 叶钰,应时,李伟斋,张韬;面向服务体系结构及其系统构建研究[J];计算机应用研究;2005年02期

10 周莉;养路费征收管理系统中异构体系结构的实现[J];电子器件;2005年01期

相关会议论文 前10条

1 董永贵;董恩生;贾惠波;;生物启发仪器的体系结构及实现技术[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

2 王翠茹;高丽鲜;;元数据集成体系结构的研究[A];2009全国计算机网络与通信学术会议论文集[C];2009年

3 魏晨曦;房鸿瑞;;NASA未来深空测控新概念研究[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年

4 甘仞初;谢莹;曹炳文;;需求驱动的自适应体系结构的知识体系研究[A];第八届中国管理科学学术年会论文集[C];2006年

5 余亚平;马秀琴;;国内PACS系统浅析[A];中华医学会第十三届全国放射学大会论文汇编(下册)[C];2006年

6 李俊超;张占月;甘朝虹;杨欣;;C~4ISR体系结构设计方法研究[A];2013第一届中国指挥控制大会论文集[C];2013年

7 李海灵;;信息化矿山建设体系结构在嘉乐泉煤矿的应用[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集(下册)[C];2011年

8 楚旺;钱德沛;;基于体系结构的软件生产线开发方法的形式化框架[A];2005年全国理论计算机科学学术年会论文集[C];2005年

9 余毅敏;何川;杨青彬;;浅析移动Agent技术及其在TMN管理中的应用优势[A];2008通信理论与技术新进展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(上)[C];2008年

10 陈英武;葛冰峰;熊健;姜江;杨克巍;;基于可执行体系结构的体系优化设计过程[A];经济全球化与系统工程——中国系统工程学会第16届学术年会论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 刘群峰邋李德彪;重视体系结构力的再生[N];中国国防报;2007年

2 ;Power Architecture:不断满足新兴市场需求[N];中国电子报;2006年

3 ;电联关注面向用户基于业务的体系结构[N];人民邮电;2001年

4 中科院计算所 孙凝晖;体系结构—创新的步伐不断[N];计算机世界;2003年

5 ;EA的新回报[N];网络世界;2005年

6 ;王钢:发展通用CPU走自主知识产权之路[N];人民政协报;2004年

7 ;网络体系:促进电信与IP的融合[N];人民邮电;2000年

8 梁懿娴;美国F5公司推出互联网控制体系结构[N];国际商报;2001年

9 安烨;企业门户的特点及体系结构[N];网络世界;2001年

10 雷震洲;GENI治理网络“亚健康”[N];计算机世界;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 李嘉欣;基三体系结构中并行运算的关键机制研究[D];北京理工大学;2010年

2 李长云;基于体系结构的软件动态演化研究[D];浙江大学;2005年

3 文梅;流体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年

4 姜军;可执行体系结构及DoDAF的可执行化方法研究[D];国防科学技术大学;2008年

5 伍楠;高效能流体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年

6 樊金斗;高性能路由器中存储体系结构的研究[D];清华大学;2013年

7 高妍妍;ASIP体系结构形式化建模与验证方法研究[D];中国科学技术大学;2009年

8 何义;流体系结构指令管理及系统虚拟化仿真技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

9 蒋哲远;基于Web服务的特定领域软件体系结构及其关键技术研究[D];合肥工业大学;2006年

10 张波涛;片上高性能嵌入式计算—面向软基带的应用并行处理模型及体系结构[D];国防科学技术大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 郝永春;基于排队理论的软件体系结构性能研究[D];太原理工大学;2003年

2 李礼;流体系结构存储访问机制的研究[D];国防科学技术大学;2006年

3 高俊;基于体系结构的软件自适应方法研究[D];湖南工业大学;2009年

4 姚伟波;信息系统体系结构中服务产品设计研究[D];国防科学技术大学;2009年

5 彭宁;面向MES开放式体系结构应用研究[D];华中科技大学;2007年

6 黄霞辉;基于软件生产线的体系结构和组装过程相关技术研究[D];电子科技大学;2010年

7 潘加顺;城市体系结构与中国区域经济发展研究[D];浙江工商大学;2014年

8 赵毅;Linux集群体系结构[D];青岛大学;2009年

9 张晓敏;基于体系结构的软件系统族开发方法研究[D];华中科技大学;2004年

10 王员云;基于J2EE的面向服务体系结构的研究与设计[D];南昌大学;2007年



本文编号:1456656

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/1456656.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户5d0e3***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com