单核处理器片上渗透数据调配实现机制研究

发布时间：2020-11-21 15:24

　　 “存储墙”问题指的是处理器处理数据的速度远大于访问内存的速度,使得处理器与内存之间巨大的速度差。渗透延迟容忍机制为缓和“存储墙”问题提供了新思路,初步研究结果表明其对处理器内数据传输性能有良好的改进。然而现有的基于渗透延迟容忍和渗透技术的研究还存在不足:研究角度大多站在软件层面;手动控制线程和数据渗透的研究方法,不能反映处理器主动获取数据的特性。由此,亟需深入研究计算机体系结构,形成实现处理器自动迁移数据的一般方法。为改进此前关于渗透延迟容忍的问题,本文在分析及时局部性、渗透数据、渗透思想的基础上,提出渗透流水线技术作为实现片上数据迁移的方法。主要工作如下。(1)提出渗透流水线技术。计算机流水线技术是指令级并行的一个方面,可以提高处理器性能。本文提出一种渗透流水线技术,使用该技术可以实现处理器主动迁移片上数据,并将其分布在片上合适的存储空间中。(2)提出渗透寄存器。渗透寄存器的使用,扩展了片上存储层次。寄存器是计算机系统中最快的存储器件,本文将寄存器纳入片上渗透存储层次,我们称之为渗透寄存器。渗透寄存器用来承接流水线迁移的数据并传递给CPU。本文设计并实现了仿真工具。在仿真工具上进行仿真实验证明了使用渗透流水线和渗透寄存器方法迁移片上数据的有效性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP332
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究内容
    1.4 论文结构
    1.5 本章小结
2 渗透数据调配实现机制研究
    2.1 及时局部性和渗透数据分析
    2.2 渗透思想分析
    2.3 渗透寄存器研究
        2.3.1 渗透寄存器结构
        2.3.2 扩展的片上存储层次
        2.3.3 渗透数据在新存储层次中的调配方法
    2.4 渗透流水线研究
        2.4.1 渗透流水线与主流水线的协同工作
        2.4.2 指令相关和流水线冲突
        2.4.3 渗透流水线执行阶段
    2.5 渗透流水线和渗透寄存器优点
    2.6 本章小结
3 渗透数据调配仿真工具设计
    3.1 设计方案
        3.1.1 需求分析
        3.1.2 渗透流水线仿真工具总体设计
        3.1.3 传统流水线仿真工具总体设计
    3.2 指令集设计
    3.3 功能模块设计
        3.3.1 驱动模块设计
        3.3.2 时钟分频模块设计
        3.3.3 处理器控制模块设计
        3.3.4 处理器模块设计
        3.3.5 指令存储器模块设计
        3.3.6 渗透寄存器模块设计
        3.3.7 缓存模块设计
        3.3.8 内存模块设计
        3.3.9 顶层模块设计
    3.4 本章小结
4 渗透数据调配仿真实验
    4.1 流水线有效性评估
    4.2 测试指令
    4.3 实验一:传统流水线功能验证
    4.4 实验二:渗透流水线可行性证明
        4.4.1 渗透流水线阶段证明
        4.4.2 渗透流水线执行过程证明
    4.5 实验总结
    4.6 本章小结
5 结论
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

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本文编号：2893209