【摘要】：多線程處理器已經(jīng)成為市場主流,但是由于并行開發(fā)環(huán)境還不成熟,大量歷史遺留代碼以及采用串行模型開發(fā)的新代碼不能利用多線程處理器中的多個(gè)現(xiàn)場并行執(zhí)行,反而會(huì)因?yàn)楹推渌�程競爭使用共享資源而降低執(zhí)行速度。在多線程處理器上加速執(zhí)行歷史遺留代碼等單線程應(yīng)用成為處理器體系結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)�；诰�程的數(shù)據(jù)預(yù)取方法利用空閑現(xiàn)場執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)取線程,計(jì)算存儲(chǔ)指令訪存地址并發(fā)起預(yù)取,可以改善系統(tǒng)存儲(chǔ)行為、加速單線程應(yīng)用、提高系統(tǒng)吞吐率。 基于線程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)是多線程環(huán)境下傳統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)的繼承和發(fā)展,也是多線程結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展和增強(qiáng)。 本文全面研究了數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù),尤其是在當(dāng)前多線程環(huán)境下的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)。在深入分析當(dāng)前多線程執(zhí)行、線程輔助執(zhí)行研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,展開基于線程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)研究。本文的創(chuàng)新性主要集中在以下幾個(gè)方面: 1.分析應(yīng)用程序訪存行為,定義問題存儲(chǔ)指令和關(guān)鍵存儲(chǔ)指令,并提出一種關(guān)鍵存儲(chǔ)指令解決方法——基于線程的多路徑數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)。 2.提出一種兩階段數(shù)據(jù)預(yù)取線程評估策略,在數(shù)據(jù)預(yù)取線程構(gòu)建及執(zhí)行階段對數(shù)據(jù)預(yù)取線程的預(yù)取效果進(jìn)行評估,選擇更高效的數(shù)據(jù)預(yù)取線程。 3.系統(tǒng)分析基于線程的多路徑數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)中的控制流行為,提出了一種優(yōu)化的錯(cuò)誤前瞻多路徑數(shù)據(jù)預(yù)取方法,通過分支指令控制數(shù)據(jù)預(yù)取線程的行為,提高數(shù)據(jù)預(yù)取的準(zhǔn)確性、減少無效預(yù)取數(shù)目、降低cache污染。 4.提出一種基于置信度的數(shù)據(jù)預(yù)取線程控制機(jī)制,利用置信度機(jī)制增強(qiáng)分支預(yù)測,特別是多分支預(yù)測的性能,并用它來控制數(shù)據(jù)預(yù)取線程的提取、孵化和執(zhí)行。 本文在兩種不同的同時(shí)多線程處理器(普通超標(biāo)量同時(shí)多線程,顯式并行指令計(jì)算同時(shí)多線程)以及單芯片多處理器上實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了基于線程的多路徑數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明,基于線程的多路徑數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)在改善系統(tǒng)存儲(chǔ)行為、加速單線程應(yīng)用的同時(shí),還可以有效地提高系統(tǒng)吞吐率。目前,基于線程的多路徑數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)已經(jīng)在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2002AA110020, 2005AA110020)以及國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(60376018)中得到應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP332
【圖文】：

基于線程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)是多線程環(huán)境下傳統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)的繼承和發(fā)展以有效地處理關(guān)鍵存儲(chǔ)指令，高效地利用片上資源�；诰�程的數(shù)據(jù)預(yù)取技僅可以加速單線程應(yīng)用，還可以提高系統(tǒng)的吞吐率，是多線程結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展和。通常，基于線程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)不會(huì)修改目標(biāo)程序的體系結(jié)構(gòu)狀態(tài)，對目標(biāo)執(zhí)行的正確性沒有影響。數(shù)據(jù)預(yù)取線程是從目標(biāo)程序中直接提取出來的特殊蹤跡，本質(zhì)上是前瞻的，不能直接提交執(zhí)行結(jié)果。它對目標(biāo)程序的主要影響數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)離處理器的共享存儲(chǔ)層次提升到離處理器更近的共享存儲(chǔ)層次，間用于主線程�；诰�程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)開發(fā)的是一種新型局部性：程序片（slice）局部性程序片局部性是通過存儲(chǔ)指令展現(xiàn)的：存儲(chǔ)指令訪問的地址可能無法預(yù)測產(chǎn)生該地址的指令序列卻是可以預(yù)測的[6]，它們是靜態(tài)程序代碼的不同執(zhí)行�；诰�程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)采用預(yù)先計(jì)算方式[5, 8, 10, 37]獲得訪存地址，不再依靠猜測獲得地址，相比傳統(tǒng)基于歷史結(jié)果預(yù)測的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)，準(zhǔn)確性有提高，而且適用于多種情況[37]，能夠以一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行預(yù)取。

圖 2- 4 前瞻預(yù)計(jì)算圖 2- 4 中結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)不同的地方在于，它建立在 Itanium 處理器上，使用式觸發(fā)器和基本觸發(fā)器，采用低開銷的線程孵化機(jī)制，提前進(jìn)行地址計(jì)算以及據(jù)讀取操作，隱藏主線程存儲(chǔ)訪問延遲。Luk 提出了軟件控制的預(yù)計(jì)算方法[37]。這種方法在類似 Alpha21264 的同時(shí)多程處理器上，通過程序員或者編譯器在目標(biāo)程序中插入特殊的數(shù)據(jù)預(yù)取線程，瞻地計(jì)算訪存地址并進(jìn)行預(yù)取。在這種方法中，數(shù)據(jù)預(yù)取線程相對于其它方法說是重量級(jí)的，包含了顯式的控制流，每個(gè)線程需要執(zhí)行上百條甚至更多的指。Luk 給出了四種預(yù)取線程形式，用于匹配研究中用到的測試程序：遍歷多個(gè)指鏈；間接數(shù)組訪問；執(zhí)行過個(gè)過程調(diào)用；遍歷多個(gè)控制流路徑。他還把他的方和軟件預(yù)取方法進(jìn)行了比較。Luk 發(fā)現(xiàn)他的方法比傳統(tǒng)的預(yù)取方法效果要好很。前瞻預(yù)計(jì)算的后續(xù)研究包括：動(dòng)態(tài)前瞻預(yù)計(jì)算[10]，它與一般前瞻預(yù)計(jì)算不同

圖 2- 6 數(shù)據(jù)預(yù)取線線程構(gòu)造中的主確識(shí)別關(guān)鍵存儲(chǔ)指存儲(chǔ)相關(guān)性處理，存儲(chǔ)相關(guān)性難以判慮其影響，本文研取的準(zhǔn)確性和及時(shí)對于線程預(yù)取有著據(jù)預(yù)取線程為多個(gè)到預(yù)取線程 cache在 TMPDP 的設(shè)計(jì)取線程可能帶來的

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 孫彩霞;張民選;;基于多個(gè)取指優(yōu)先級(jí)的同時(shí)多線程處理器取指策略[J];電子學(xué)報(bào);2006年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 鄧濵;前瞻多線程編譯優(yōu)化技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2001年

2 杜貴然;多路徑Trace處理器[D];中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2001年

3 黃光奇;SCMP中共享多端口數(shù)據(jù)Cache結(jié)構(gòu)的研究[D];中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2000年

4 沈立;動(dòng)態(tài)VLIW體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2003年

5 曹宏嘉;面向微處理器設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

6 唐遇星;面向動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和微處理器體系結(jié)構(gòu)支撐技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

7 趙榮彩;多線程低功耗編譯優(yōu)化技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（計(jì)算技術(shù)研究所）;2002年

8 孫彩霞;同時(shí)多線程處理器中的資源分配策略研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2767446