【摘要】：高速緩存一致性問題不僅關(guān)系著系統(tǒng)的正確性,還對(duì)系統(tǒng)的性能有著重要影響。多核處理器的高速緩存一致性協(xié)議設(shè)計(jì)更為復(fù)雜和驗(yàn)證更加困難。使用多核處理器構(gòu)建大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)成為主流。在此環(huán)境下,高速緩存一致性協(xié)議需要處理的一致性事務(wù)更多,涉及到處理器芯片內(nèi)多個(gè)高速緩存之間、處理器芯片內(nèi)高速緩存與片外高速緩存之間、處理器芯片之間的一致性問題等。所以研究多核處理器的高速緩存一致性問題具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用背景。首先,本文對(duì)多核處理器中的高速緩存一致性協(xié)議進(jìn)行了研究,重點(diǎn)研究了擴(kuò)放性較好、能適應(yīng)多核處理器本身特點(diǎn)的MOESI協(xié)議及其實(shí)現(xiàn),并對(duì)該協(xié)議做出了優(yōu)化;其次,本文研究了在由多核處理器構(gòu)建的并行計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境下的高速緩存一致性協(xié)議,實(shí)驗(yàn)證明本文工作能夠有效減少片內(nèi)高速緩存失效次數(shù)(13%到30%)和提高系統(tǒng)性能(運(yùn)行時(shí)間最多能減少30%左右);最后,本文研究了片上高速緩存的包含與非包含策略,提出了一個(gè)基于不包含策略的片上高速緩存系統(tǒng)設(shè)計(jì),從而提高了片上高速緩存容量的利用率和提升了多核處理器的性能。 高性能計(jì)算機(jī)是一個(gè)國家的重要戰(zhàn)略資源,其國產(chǎn)化水平是一個(gè)國家綜合國力的集中體現(xiàn)。目前采用我國具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的龍芯多核處理器構(gòu)建高性能計(jì)算機(jī)已經(jīng)被一些研究單位或機(jī)構(gòu)納入日程。首先,本文特別針對(duì)科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域應(yīng)用,對(duì)龍芯體系結(jié)構(gòu)的多核處理器的片上緩存系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評(píng)測,指出了龍芯多核處理器在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域中的一些性能特點(diǎn)。其次,依此進(jìn)行了一些設(shè)計(jì)空間上的探索。實(shí)驗(yàn)證明,在某些情況下可以使片上二級(jí)高速緩存命中率提高50%以上,等。 高性能計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò),對(duì)于機(jī)器的整體性能具有至關(guān)重要的作用。首先,本文研究了一種先進(jìn)的新型網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu):MPU,研究內(nèi)容包括其數(shù)學(xué)模型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒙酚伤惴ǖ�。其�?本文從理論上對(duì)MPU與當(dāng)前其他先進(jìn)高性能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了對(duì)比分析。最后,本文還介紹了為MPU所開發(fā)的一個(gè)大型并行模擬器MPUS的原理、架構(gòu)、工作流程,等。實(shí)驗(yàn)證明,MPU的設(shè)計(jì)正確,且具有良好的可擴(kuò)放性。 KD-50-Ⅰ萬億次計(jì)算機(jī)是首臺(tái)基于龍芯通用高性能處理器的國產(chǎn)萬億次計(jì)算機(jī)。首先,本文圍繞KD-50-Ⅰ的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),研究實(shí)現(xiàn)了KD-50-Ⅰ的無盤啟動(dòng)技術(shù)、構(gòu)建了KD-50-Ⅰ的高效操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)、優(yōu)化了KD-50-Ⅰ通信庫,從而提高了系統(tǒng)的性能和可用性,有利于KD-50-Ⅰ的推廣應(yīng)用。其次,本文研究了實(shí)際物理學(xué)研究中常用到的掃描電子顯微成像模擬程序在KD-50-Ⅰ上的應(yīng)用,并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。本項(xiàng)工作提高了應(yīng)用程序運(yùn)行效率,為KD-50-Ⅰ在不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供了示例。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP338

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2698651