隨著應(yīng)用對微處理器性能要求的提高，微處理器設(shè)計(jì)技術(shù)不斷進(jìn)步，流水線變得越來越寬，越來越深。流水線技術(shù)的應(yīng)用從本質(zhì)上提高了微處理器的性能，成為現(xiàn)代微處理器的基本特征。但指令流分支行為的不確定性影響了流水線性能的充分發(fā)揮，分支預(yù)測技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這一問題，良好的分支預(yù)測技術(shù)能有效地提高微處理器的取指效率，是微處理器性能提升的基本保證。因而，自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來，分支預(yù)測技術(shù)一躍成為了微處理器領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)，一直以來，人們都在研究更加有效的分支預(yù)測結(jié)構(gòu)，盡量減小由分支預(yù)測失效所帶來的性能損失。 本文首先介紹分支預(yù)測算法的國內(nèi)外現(xiàn)狀，接下來對基于軟硬件的靜態(tài)分支預(yù)測“猜測法”等進(jìn)行研究，并結(jié)合目前較為流行的典型動(dòng)態(tài)分支預(yù)測技術(shù)的現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了動(dòng)態(tài)分支預(yù)測的原理、實(shí)現(xiàn)方式。文中根據(jù)MIPS處理器的特點(diǎn)，通過對MIPS指令集和其五級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的介紹使得對其分支預(yù)測原理及硬件機(jī)構(gòu)有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析開源超標(biāo)量模擬器SimpleScalar，它是易于擴(kuò)充修改的、具有5級(jí)流水的RISC體系結(jié)構(gòu)的CPU模型。通過分析模擬器的體系結(jié)構(gòu)框架，就移植的過程實(shí)例及移植過程中的難點(diǎn)問題和優(yōu)化等技術(shù)問題進(jìn)行了深入的探討，并將MPIS體系結(jié)構(gòu)成功移植到SimpleScalar上，實(shí)現(xiàn)其多級(jí)分支預(yù)測機(jī)制。仿真試驗(yàn)采用SPEC95中的測試程序進(jìn)行測試，通過分析統(tǒng)計(jì)工具sim-profile分析分支預(yù)測機(jī)制的性能優(yōu)劣，針對存在問題，改進(jìn)分支預(yù)測策略，通過對比分析得出改進(jìn)的分支預(yù)測策略具有較高命中率。 本文結(jié)合目前研究熱點(diǎn)問題，將MIPS體系結(jié)構(gòu)移植到SimpleScalar模擬器中，設(shè)計(jì)并模擬實(shí)現(xiàn)了一種具有較高命中率的分支預(yù)測策略，并通過軟件測試的手段驗(yàn)證該機(jī)制的合理性與可行性，為今后在此方面的進(jìn)一步研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：TP332
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 概述
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的主要工作
        1.3.1 了解MIPS體系結(jié)構(gòu)
        1.3.2 研究分支預(yù)測技術(shù)
        1.3.3 分析模擬器結(jié)構(gòu)
        1.3.4 具體的研究步驟
    1.4 論文的章節(jié)安排
第2章 基于MIPS的分支預(yù)測原理及硬件機(jī)構(gòu)
    2.1 MIPS的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
    2.2 分支預(yù)測機(jī)制的基本原理
    2.3 多級(jí)分支預(yù)測
        2.3.1 分支指令預(yù)測
        2.3.2 多級(jí)自適應(yīng)分支預(yù)測結(jié)構(gòu)
    2.4 硬件機(jī)制
    2.5 本章小結(jié)
第3章 靜態(tài)分支預(yù)測
    3.1 軟件"猜測法"
    3.2 硬件"猜測法"
    3.3 兩個(gè)指令緩沖棧
    3.4 完美循環(huán)退出預(yù)測
    3.5 返回地址堆棧
    3.6 本章小結(jié)
第4章 動(dòng)態(tài)分支預(yù)測
    4.1 典型的動(dòng)態(tài)分支預(yù)測技術(shù)
        4.1.1 一位/兩位分支預(yù)測（Bimod）
        4.1.2 基于相關(guān)的分支預(yù)測
    4.2 預(yù)測算法的改進(jìn)
    4.3 分支預(yù)測模型
    4.4 在指令Cache中記錄轉(zhuǎn)移歷史信息
    4.5 轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址緩沖棧
    4.6 轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令緩沖棧
    4.7 混合分支預(yù)測策略B2L
    4.8 本章小結(jié)
第5章 基于SimpleScalar模擬器的仿真實(shí)現(xiàn)
    5.1 SimpleScalar總體介紹
        5.1.1 SimpleScalar模擬器的軟件架構(gòu)
        5.1.2 SimpleScalar虛擬資源部件
    5.2 SimpleScalar中的分支預(yù)測
        5.2.1 分支預(yù)測的各參數(shù)定義
        5.2.2 函數(shù)的聲明
    5.3 基于SimpleScalar模擬器的仿真實(shí)現(xiàn)
        5.3.1 模擬器中的工具集
        5.3.2 SimpleScalar模擬程序的流程
        5.3.3 部分編碼設(shè)計(jì)
        5.3.4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝
個(gè)人簡歷

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李靜梅;多核處理器的設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 焦平;基于數(shù)據(jù)重用機(jī)制的超標(biāo)量處理器分支預(yù)測研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2878703