高性能计算机的存储方法研究

发布时间：2020-04-14 10:07

【摘要】：半导体技术的发展，，使得主存储器件的存取速度不能满足处理器存取数据的要求，人们在各种计算机系统中广泛采用了并行存储系统和层次存储系统，以提高整个存储系统的平均存取速度。然而，在实际应用中却发现，传统的并行存储系统和层次存储系统并不是总能达到人们的预期目的。这是由于处理器的存取访问在并行存储系统中和高速缓存系统中存在存储体冲突和高速缓存行冲突。进一步的研究发现，并行存储系统和层次存储系统中的存储映射方法对它们的存储性能有很大的影响。 XOR斜排存储方法是一类非常有效的非线性斜排存储方法，作者在研究了许多具有实际使用价值的XOR存储方法的基础上，提出了LR-XOR斜排存储方法．在采用LR-XOR斜排存储方法的并行存储系统中，不仅可以并行存取在传统的交叉并行存储系统中可以并行存取的连续存储数据存取模式，而且可以并行存取N×N矩阵的矩阵行、矩阵列、矩阵主P×Q块、矩阵散列P×Q块以及间隔为2~i的等间隔主向量、间隔为2~i的移位等间隔主向量等许多在科学和工程应用程序中常用的数据存取模式，可以大幅度地提高并行存储系统的平均存取速度。本文在对高速缓存系统结构进行深入分析的基础上，把XOR斜排存储映射方法应用于数据高速缓存的存储映射中。理论分析表明，在高速缓存映射系统中采用EE-XOR和LR-XOR存储映射方法，可以使科学和工程应用程序中大量常用存取模式的所有数据元素同时驻留在高速缓存系统中，把应用程序中的数据复用率更多地转化为高速缓存系统中暂存数据的复用率，从而大幅度地提高层次存储系统的平均存取速度，充分发挥处理器的运算能力。作者创造性地在高速缓存系统的映射机构中实现了EE-XOR斜排存储方法，以使高速缓存系统可以充分地利用程序执行过程中存储访问的局部性。在作者设计的Pentium和平实验系统中，其二级高速缓存映射中使用
【图文】：

数据高速缓存,存储方法,处理器,高速缓存

存储方法在片内数据高速缓存中应用EE一x0R存储方法的Pneutim处理器结构如图5.11所示，处理器访问数据高速缓存的地址信号线是单向传输的，它只需在数据高速缓存的存储访问地址通道中加人适当的变换电路，加人的硬件电路非常简单.尽管在存储容量较小、存取速度较快的片内高速缓存中EE一XDR必然会获得很好的性能提高，但是这种对处理器内部的硬件进行改动只有处理器制造厂家才能做到.图5.11在Petllnill、处理器片内数据高速缓存中应用EE一XOR存储方法

结构框图,二级高速缓存,存储方法,控制器

速缓存管理模块中采用EE一XOR存储方法后，访问其高速缓存存储体的地址就不再能直接采用处理器发出的存储访问物理地址，而要采用变换后的地址，所以整个计算机系统的结构框图如图5.13所示.注意，从信号线连接关系看，只有访问二级高速缓存存储器的地址由与处理器连接改为与82437FX相连接，其它连接关系不变.事实上方案二是在二级高速缓存系统中采用EE一XOR存储方法的最简单的方法.这是因为8243F7X是一个多功能控制器，它与处理器接口的地址总线不仅应用于二级高速缓存控制，而且与主存储管理等其它功能模块有关，所以要想在不影响其它功能模块的前提下在二级高速缓存存储访问中应用EE一XOR存储方法，最好把地址变换电路制作在8243F7X控带诺片内部
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（计算技术研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：1997
【分类号】：TP333

【参考文献】