人類對計算能力的需求、新體系結(jié)構(gòu)和新工藝這三駕馬車推動著作為現(xiàn)代高端計算機系統(tǒng)核心和引擎的高性能微處理器性能的不斷提升。并行片上系統(tǒng)PSoC(Parallel System on Chip)的多核結(jié)構(gòu)成為當前高性能微處理器的主要形態(tài)。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,高端微處理器已經(jīng)從追求單一的高性能轉(zhuǎn)向追求綜合的高效能,以求解決當前高性能計算領(lǐng)域所面臨的實用性能、可編程性與成本、可移植性、魯棒性等方面的問題。本文著重研究了多核微處理器中高效能I/O體系結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)技術(shù),從涵蓋I/O的存儲一致性模型、I/O性能優(yōu)化方法、I/O虛擬化技術(shù)、I/O功耗優(yōu)化方法和容錯設(shè)計方法等方面展開研究,在體系結(jié)構(gòu)一級探索解決多核處理器I/O系統(tǒng)的易編程、高性能、易用性、低功耗和可靠性等問題。論文的研究工作和創(chuàng)新點主要有以下幾點:1、提出了面向多核結(jié)構(gòu)的擴展I/O廣義存儲一致性模型本文針對多核結(jié)構(gòu)中I/O相關(guān)的存儲一致性問題展開研究。采用生產(chǎn)者和消費者模型,從時間和空間角度對多核處理器芯片內(nèi)I/O一致性問題產(chǎn)生的原因進行分析,并提出了解決策略;針對多個處理器芯片直連構(gòu)成的SMP系統(tǒng)中遠程I/O訪問帶來的一致性問題... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：174 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

SPARCT2體系結(jié)構(gòu)圖

在圖 2.3（a）定義的訪問序列中，處理器核iPU 通過 LOAD 操作從存儲據(jù)，同時把數(shù)據(jù)副本保存在自己的私有 Cache 中，緊接著又通過 STORE了私有 Cache 中的數(shù)據(jù)副本；與此同時，jIOU 發(fā)起了一個到存儲器相同MA 讀操作，并直接從存儲器中返回了數(shù)據(jù)，由于取到的不是更新后的最此返回的是舊的錯誤數(shù)據(jù)，系統(tǒng)出現(xiàn)了 I/O 數(shù)據(jù)不一致的情況。在圖 2.的訪問序列中，處理器核iPU 先通過 LOAD 操作從存儲器取數(shù)據(jù)，并把保存在自己的私有 Cache 中，然后jIOU 通過 DMA 寫操作更新存儲器中數(shù)有失效或更新 Cache 中其它數(shù)據(jù)副本。之后，處理器核又通過 LOAD 操該數(shù)據(jù)，由于其私有 Cache 中保存了數(shù)據(jù)副本，Cache 命中，直接從 Cac數(shù)據(jù)。但由于數(shù)據(jù)已經(jīng)在存儲器中更新，因此從 Cache 中返回的是舊的。因此系統(tǒng)中也出現(xiàn)了 I/O 數(shù)據(jù)不一致性的情況。為了描述這種由于數(shù)據(jù)存儲位置造成的 I/O 一致性問題，我們做如下定義定義 2.7 多副本系統(tǒng)如果系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲集pcS 的不同位置保存有同一數(shù)據(jù)的多個副本，我們

前面我們分析了導(dǎo)致 I/O 數(shù)據(jù)不一致的原因，并通過例子和定理對 I/O 數(shù)據(jù)不一致產(chǎn)生的過程進行了說明和定義。根據(jù)上面的定義，我們按照引發(fā) I/O 數(shù)據(jù)一致性問題的原因?qū)?I/O 一致性問題進行了分類。如圖 2.4 所示。圖 2.4 I/O 一致性問題產(chǎn)生原因分類從圖 2.4 中可以看出，可能引起 I/O 一致性問題的源可以按照數(shù)據(jù)訪問時機和數(shù)據(jù)訪問位置分為兩大類，每一類中，又可以根據(jù)數(shù)據(jù)相關(guān)性分為 RAW 引起的、WAR 引起的和 WAW 引起的三種。I/O 一致性問題分類清楚地說明了引起 I/O 數(shù)據(jù)不一致的不同原因和它們的相互關(guān)系，這將成為我們分析和求解 I/O 一致性問題的基礎(chǔ)。2.3 I/O 一致性問題處理策略本節(jié)分別對數(shù)據(jù)訪問時機和數(shù)據(jù)訪問位置引入的 I/O 一致性問題提出解決策略。解決 I/O 一致性問題的根本就是要打破產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致的點，避免不合適的數(shù)據(jù)訪問時機或?qū)﹀e誤數(shù)據(jù)存儲位置的訪問。2.3.1 數(shù)據(jù)訪問時機引起的一致性問題

【參考文獻】：
期刊論文
[1]涵蓋I/O的廣義存儲一致性模型[J]. 李瓊,鄧明堂,楊學(xué)軍.  國防科技大學(xué)學(xué)報. 2010(01)
[2]用于低功耗編譯的SPM部件功耗模型研究[J]. 蔣湘濤,胡志剛,賀建飚.  電子與信息學(xué)報. 2009(04)
[3]一種支持事務(wù)內(nèi)I/O操作的事務(wù)存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[J]. 劉軼,李明修,張昕,李鶴,焦林,錢德沛.  電子學(xué)報. 2009(02)
[4]一種星載計算機數(shù)據(jù)流軟故障糾正算法[J]. 李愛國,洪炳镕,王司.  宇航學(xué)報. 2007(04)
[5]全耗盡CMOS/SOI工藝[J]. 劉新宇,孫海峰,劉洪民,陳煥章,扈煥章,海潮和,和致經(jīng),吳德馨.  半導(dǎo)體學(xué)報. 2003(01)

博士論文
[1]面向科學(xué)計算應(yīng)用的多核處理器Cache劃分策略研究[D]. 所光.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[2]面向高性能計算的可擴展I/O體系結(jié)構(gòu)研究與實現(xiàn)[D]. 李瓊.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[3]多核微處理器容軟錯誤設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 龔銳.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[4]微處理器中Cache漏流功耗的體系結(jié)構(gòu)級優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 周宏偉.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[5]低功耗軟件優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 陳娟.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[6]基于SMP的CC-NUMA類大規(guī)模系統(tǒng)中Cache一致性協(xié)議研究與實現(xiàn)[D]. 龐征斌.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[7]超深亞微米微處理器漏流功耗的體系結(jié)構(gòu)級優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 張承義.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006
[8]并行分布操作系統(tǒng)共享存儲管理及其優(yōu)化技術(shù)的研究[D]. 戴華東.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2002

碩士論文
[1]高可靠微處理器設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D]. 陳微.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006



本文編號：2940771