隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,微處理器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度也越來越高。其中,在提高系統(tǒng)性能的同時(shí),保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性成為了設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)(DVFS)的技術(shù)可以動(dòng)態(tài)的將處理器片上頻率和電壓調(diào)節(jié)至設(shè)定值,這項(xiàng)技術(shù)的有效性已經(jīng)得到驗(yàn)證,并進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。這樣,在保證系統(tǒng)性能的情況下最大的降低功耗,就需要對(duì)各時(shí)鐘頻率下處理器的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì),以此來有效地調(diào)配處理器資源。 本文基于蹤跡驅(qū)動(dòng)的處理器模擬器smtsim,對(duì)處理器在不同頻率下的表現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。通過將處理器的執(zhí)行時(shí)間分為內(nèi)存操作和流水線中的處理時(shí)間,確定了在處理器片上時(shí)鐘頻率發(fā)生變化后,主要影響系統(tǒng)性能的部分。據(jù)此,將處理器的運(yùn)行過程劃分為需進(jìn)行內(nèi)存操作的各事件的區(qū)間,并分析了在處理器工作期間,各種高速緩存失效事件對(duì)處理器性能的影響和它們發(fā)生的具體過程。主要通過對(duì)失效事件發(fā)生后,處理器中的功能單元受到的局限和處理過程,詳細(xì)解釋了失效事件造成處理器停頓的原因和它們?cè)跁r(shí)鐘頻率變化后所發(fā)生的變化。 由此,本文進(jìn)一步研究了高速緩存失效事件的重疊對(duì)系統(tǒng)性能的影響。提出了在一個(gè)失效事件發(fā)生的區(qū)間內(nèi),失效事件所進(jìn)行內(nèi)存操作的時(shí)間互相重疊,導(dǎo)致了直接根據(jù)失效事件數(shù)對(duì)內(nèi)存操作時(shí)間進(jìn)行估計(jì)的不準(zhǔn)確。在對(duì)重疊的過程進(jìn)行詳細(xì)分析后,通過定義失效區(qū)間,對(duì)在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生重疊的失效事件進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì),和單獨(dú)發(fā)生的失效事件統(tǒng)一考慮后,得出對(duì)不同時(shí)鐘頻率下系統(tǒng)性能變化的主要因素。 然后,對(duì)在區(qū)間內(nèi)發(fā)生失效事件數(shù)量的不同與內(nèi)存到處理器片上的傳輸帶寬和內(nèi)存存取頻率的關(guān)系進(jìn)行了考察。提出隨著失效事件重疊程度的增大,內(nèi)存存取時(shí)間會(huì)相應(yīng)上升,并使用了線性回歸方程利用線下訓(xùn)練根據(jù)失效事件重疊度對(duì)不同頻率下內(nèi)存存取時(shí)間進(jìn)行了估計(jì)。綜合考慮各因素后,建立了根據(jù)內(nèi)存操作時(shí)間的變化對(duì)不同時(shí)鐘頻率下處理器性能進(jìn)行預(yù)測(cè)的模型,并使用了SPEC CPU2000基準(zhǔn)程序集對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)踐證明,模型能夠很好的對(duì)不同頻率下處理器的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),滿足對(duì)處理器進(jìn)行時(shí)鐘頻率調(diào)節(jié)時(shí)所需的依據(jù)。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TP332

【參考文獻(xiàn)】

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1 張戈;高性能通用處理器核的低功耗技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（計(jì)算技術(shù)研究所）;2006年

2 張福新;微處理器性能分析與優(yōu)化[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（計(jì)算技術(shù)研究所）;2005年

3 馬可;微處理器性能分析模型的建立和研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

4 陳永然;面向高性能計(jì)算的性能評(píng)價(jià)模型技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

5 凡啟飛;高性能嵌入式處理器低功耗技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2821152