【摘要】： 自1995年Tullsen基于超標(biāo)量處理器提出“同時(shí)多線程”技術(shù)以來(lái),越來(lái)越多的研究人員開始關(guān)注和研究這一技術(shù)。同時(shí)多線程技術(shù)允許多個(gè)線程(邏輯處理器)同時(shí)共享一套執(zhí)行部件,不僅避免了線程切換的開銷,也更充分地發(fā)揮了處理器的能力。 由于程序本身指令級(jí)并行性不足、編譯器的能力以及諸多動(dòng)態(tài)因素的影響,超長(zhǎng)指令字處理器尚未發(fā)揮出全部潛力。將同時(shí)多線程技術(shù)引入超長(zhǎng)指令字處理器為進(jìn)一步提高處理器的性能提供了一條新的技術(shù)途徑。 本文主要對(duì)同時(shí)多線程超長(zhǎng)指令字處理器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化進(jìn)行深入研究,分析了超長(zhǎng)指令字執(zhí)行語(yǔ)義帶來(lái)的兩種時(shí)序約束,研究了突破這些時(shí)序約束的方法,并提出了同時(shí)多線程微體系結(jié)構(gòu)MOSI;針對(duì)超長(zhǎng)指令字體系結(jié)構(gòu)在MOSI微體系結(jié)構(gòu)下呈現(xiàn)出的弊端,提出了新的性能優(yōu)化方法;解決了同時(shí)多線程處理器中線程性能難以預(yù)測(cè)的問題;實(shí)現(xiàn)了雙線程超長(zhǎng)指令字處理器原型。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)包括: 1.改進(jìn)了Rudd等人為實(shí)現(xiàn)精確中斷而提出的重放緩沖機(jī)制,降低了硬件開銷。 2.提出了基于超長(zhǎng)指令字處理器的同時(shí)多線程微體系結(jié)構(gòu)MOSI。MOSI突破了超長(zhǎng)指令字執(zhí)行語(yǔ)義帶來(lái)的時(shí)序約束,不僅滿足了同時(shí)多線程技術(shù)的基本要求,也降低了硬件的開銷。 3.在MOSI微體系結(jié)構(gòu)框架下,針對(duì)編譯器靜態(tài)指定功能單元帶來(lái)的弊端,提出了指令遷移技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)硬件動(dòng)態(tài)地自動(dòng)平衡各功能單元的負(fù)載,減少了功能單元沖突,提高了處理器的吞吐率。 4.基于MOSI微體系結(jié)構(gòu)模型,針對(duì)取指流水中無(wú)效取指請(qǐng)求帶來(lái)的程序Cache沖突問題,提出了一種非阻塞的流水線控制方式。通過(guò)減少取指單元載入無(wú)效指令的幾率,提高了取指單元以及整個(gè)處理器的吞吐率。 5.針對(duì)同時(shí)多線程處理器中線程性能難以預(yù)測(cè)的問題,提出了一種線程性能控制機(jī)制。通過(guò)不斷調(diào)整資源分配,使得各線程的性能趨于預(yù)先定義的值。 6.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于MOSI微體系結(jié)構(gòu)的雙線程超長(zhǎng)指令字處理器原型YHFT-DSP/SMT00,并完成了邏輯綜合、延時(shí)分析以及性能測(cè)試,給出了硬件開銷、引入的延遲等參數(shù)�？鄢舆t的影響,YHFT-DSP/SMT00的吞吐率提高了12-26%。 本文的研究成果為在超長(zhǎng)指令字處理器中實(shí)現(xiàn)同時(shí)多線程技術(shù)提供了可行的方案,對(duì)于進(jìn)一步研究如何更好地利用該技術(shù)提高超長(zhǎng)指令字處理器的實(shí)際性能具有重要的理論和實(shí)踐意義。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TP368.1
【圖文】：

能單元產(chǎn)生的結(jié)果。該過(guò)程持續(xù) N 拍后，執(zhí)行流水線順序保存了這 N 拍內(nèi)執(zhí)行流水線產(chǎn)生的結(jié)果。處理器開功能單元的結(jié)果不再進(jìn)入重復(fù)緩沖，而是直接提交。處理器進(jìn)入中斷現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)過(guò)程，RP 緩沖通過(guò)移位將結(jié)3.2 RP64 4474 448N64 4474 448N

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳勝剛;片上大規(guī)模并行嵌入式計(jì)算：層次結(jié)構(gòu)性能模型及H.264并行加速[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李聞博;FT-Matrix處理器指令集與指令派發(fā)設(shè)計(jì)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2748435