【摘要】： 據(jù)估計(jì)，未來半導(dǎo)體技術(shù)仍將保持持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展勢頭，可以預(yù)期未來的芯片上將集成巨大數(shù)目的晶體管。當(dāng)前，如何利用這些晶體管實(shí)現(xiàn)更高性能的處理器是體系結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)，也是面臨的挑戰(zhàn)。 前瞻執(zhí)行是提高處理器性能的一條途徑。本文分析高性能處理器大量應(yīng)用前瞻技術(shù)帶來的問題。特別是深度前瞻技術(shù)在長流水線機(jī)器中的應(yīng)用，使系統(tǒng)復(fù)雜性上升，前瞻錯誤的開銷增大。針對前瞻技術(shù)的不足，本課題提出并研究了“多路徑Trace處理器”(MPTP)模型。 MPTP模型對低可預(yù)測性分支采取分支兩個(gè)方向同時(shí)執(zhí)行，減少前瞻錯誤的開銷；對高可預(yù)測性分支采取單路徑前瞻執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)大指令窗口。MPTP處理器以Trace處理器為基礎(chǔ)，重復(fù)設(shè)置多個(gè)超標(biāo)量處理單元，把指令流的多條Trace發(fā)送到處理單元同時(shí)執(zhí)行。 本文分析了MPTP模型的設(shè)計(jì)思想，研究了MPTP的執(zhí)行機(jī)制，給出了MPTP的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MPTP的關(guān)鍵技術(shù)�？偨Y(jié)起來，MPTP的關(guān)鍵技術(shù)有： 1．基于分支可預(yù)測性的多路徑執(zhí)行——MPEBP機(jī)制。MPEBP評估分支的可預(yù)測性，然后根據(jù)評估結(jié)果決定分支的執(zhí)行模式。置信度閥值是評估分支可預(yù)測性的關(guān)鍵，不同的閥值影響路徑的派生和資源的使用。 2．基于分支目標(biāo)提取的Trace預(yù)構(gòu)——TPBTP機(jī)制。TPBTP機(jī)制從直接分支指令中提取目標(biāo)地址，彌補(bǔ)分支預(yù)測和分支目標(biāo)緩存的不足，加速指令讀取，實(shí)現(xiàn)Trace預(yù)構(gòu)。 3．多路徑執(zhí)行的控制機(jī)制。多路徑的執(zhí)行控制將路徑中的分支方向編碼為路徑標(biāo)識，辨別不同Trace之間的路徑隸屬關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，實(shí)施多條Trace執(zhí)行時(shí)的數(shù)據(jù)和控制信息的正確傳播。 4．Trace的執(zhí)行控制機(jī)制。Trace的執(zhí)行開發(fā)程序的控制無關(guān)性，粗／細(xì)兩種粒度的控制無關(guān)性相結(jié)合實(shí)現(xiàn)指令窗口的層次式管理。指令窗口的層次式管理降低了復(fù)雜性。 本文采用處理器體系結(jié)構(gòu)研究廣泛認(rèn)可的SimpleScalar模擬器驗(yàn)證MPTP的設(shè)計(jì)思想。本文根據(jù)MPTP模型對模擬器進(jìn)行了必要的擴(kuò)充。模擬器以SPECint95程序進(jìn)行基準(zhǔn)測試。 模擬實(shí)驗(yàn)表明，在資源約束的條件下，MPEBP機(jī)制對錯誤預(yù)測的分支有較高的覆蓋率，TPBTP機(jī)制有效提高了指令的讀取速度，MPTP處理器的整體性能有顯著的提高�？偟膩碚f，MPTP處理器模型是實(shí)現(xiàn)寬指令發(fā)射的一種有潛力的模型。 本論文的主要研究成果：獨(dú)創(chuàng)性地提出并研究了多路徑Trace處理器——MPTP的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2001
【分類號】：TP332

【引證文獻(xiàn)】

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1 歐國東;基于線程的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 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

3 楊華;片上多線程體系結(jié)構(gòu)資源分配策略的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

4 陳微;基于動態(tài)二進(jìn)制翻譯的協(xié)同設(shè)計(jì)虛擬機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

本文編號：2735204