性能的提高一直是計(jì)算機(jī)研究人員孜孜不倦追求的目標(biāo)。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,處理器的計(jì)算能力飛速提高。計(jì)算機(jī)性能提高的瓶頸由計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)榇鎯?chǔ)。存儲(chǔ)性能是程序訪存特征和特定的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果。程序訪存特征的研究一直伴隨著處理器的發(fā)展,為存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)提供發(fā)展方向。 針對(duì)Cache結(jié)構(gòu)不區(qū)分程序數(shù)據(jù)和主存物理實(shí)現(xiàn)一維連續(xù)的特征,本文選取具有典型訪存特征的應(yīng)用程序,通過分析訪存特征給出合理的存儲(chǔ)優(yōu)化方案: 1)在共享Cache存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)中,利用Simics+GEMS體系結(jié)構(gòu)模擬器,分析基于PostgreSQL數(shù)據(jù)庫在線事務(wù)處理不同數(shù)據(jù)集的訪存特征,建立數(shù)據(jù)分類模型,將數(shù)據(jù)集劃分為放棄型、保護(hù)型和自由競爭型三類;然后提出一種軟件協(xié)同的半透明共享Cache結(jié)構(gòu)區(qū)分對(duì)待三類數(shù)據(jù)集,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明Cache失效率最高下降率為12%。 2)針對(duì)矩陣行列訪問二維連續(xù)的特征和DRAM存儲(chǔ)一維連續(xù)的特性,提出一種針對(duì)行列交替訪問的優(yōu)化方案——窗口訪問,并證明了最優(yōu)窗口原理,利用可重構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)窗口訪問存儲(chǔ)控制器,實(shí)驗(yàn)證明矩陣行列交替訪問的存儲(chǔ)性能提高可達(dá)73.6%,一維FFT并行算法性能可提高45.1%。 3)基于窗口訪問原理,指導(dǎo)CPU和GPU上矩陣數(shù)據(jù)的布局,優(yōu)化矩陣行列交替訪問程序,實(shí)驗(yàn)證明CPU中矩陣行列交替訪問的存儲(chǔ)性能最大提高58.4%,并實(shí)現(xiàn)窗口訪問和FFTW結(jié)合的一維FFT并行算法,與FFTW相比計(jì)算性能提高可達(dá)7%;分析CUDA編程框架和相應(yīng)GPU的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將窗口原理應(yīng)用到GPU中以warp為單位的訪存過程上,實(shí)驗(yàn)表明矩陣行列交替訪問的存儲(chǔ)性能提高了1倍。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

在組相聯(lián)和全相聯(lián) Cache 中，有多個(gè) Cache 塊供選擇，就必須使用替換算法。主要的替換算法有隨機(jī)法、先進(jìn)先出法（First-In-First-Out，F(xiàn)IFO）、最近最少使用法（Least Recently Used，LRU）。隨機(jī)法，顧名思義隨機(jī)選擇一個(gè)塊替換出去；FIFO 替換最早調(diào)入的塊；LRU 選擇最近訪問最少的塊作為被替換出去的塊。通過以上對(duì) Cache 組織結(jié)構(gòu)、替換算法的描述，可知提高 Cache 命中率的方法有：增加 Cache 容量，優(yōu)化 Cache 組織結(jié)構(gòu)，更加有效的替換算法，優(yōu)化算法使存儲(chǔ)訪問更加連續(xù)；減少訪存時(shí)間的方法有：多級(jí) Cache，數(shù)據(jù)預(yù)取，根據(jù)算法特性優(yōu)化數(shù)據(jù)放置。2.3.3 DRAM 的存儲(chǔ)特點(diǎn)主存是存儲(chǔ)層次中位于 Cache 下的一個(gè)層次，是數(shù)據(jù)輸入的主要目的地和數(shù)據(jù)輸入的發(fā)源地，用來滿足 Cache 和 I/O 外設(shè)的請(qǐng)求。主存的性能主要通過延遲和貸款來衡量。DRAM 是一種高速動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問的存儲(chǔ)器，其工作速度和系統(tǒng)總線速度同步，支持高速總線時(shí)鐘頻率，內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如 2.2 所示[13][14][15]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 朱海濤;陳云霽;錢誠;王玲;胡偉武;;基于向量擴(kuò)展多核處理器的矩陣乘法算法優(yōu)化研究[J];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 周杰;合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的細(xì)粒度并行算法與結(jié)構(gòu)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

2 鄧林;單芯片多核處理器存儲(chǔ)優(yōu)化技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李鑫;面向事務(wù)處理應(yīng)用的多核共享存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

2 雷元武;合成孔徑雷達(dá)成像處理硬件加速器技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

3 蘇波;ATLAS在龍芯2F上的訪存優(yōu)化[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2822704