處理器中指令關(guān)鍵性的研究與應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代超標(biāo)量處理器普遍采用激進(jìn)的亂序執(zhí)行技術(shù)，多條指令在處理器中同時(shí)亂序執(zhí)行，使得只有部分指令處于關(guān)鍵路徑上，對(duì)這部分指令鑒別和優(yōu)化成為認(rèn)識(shí)和突破現(xiàn)代處理器性能瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)之一。指令關(guān)鍵性研究建立在程序相關(guān)圖和關(guān)鍵路徑分析基礎(chǔ)之上，通過(guò)分析對(duì)程序執(zhí)行時(shí)間有貢獻(xiàn)的指令和微事件，揭示微處理器的性能瓶頸和程序特性，從而指導(dǎo)處理器優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本文研究了Fields程序相關(guān)圖模型，構(gòu)建了一種用以描述程序在分簇超標(biāo)量處理器中執(zhí)行的相關(guān)圖模

2、型，分析并實(shí)現(xiàn)了基于固定窗口的在線程序關(guān)鍵路徑分析框架，并對(duì)該框架的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。然后，提取了指令關(guān)鍵性信息，針對(duì)使用二值以及關(guān)鍵可能性（LoC，likelihood of criticality）度量的指令關(guān)鍵性信息，分別采用熵以及統(tǒng)計(jì)方法對(duì)指令關(guān)鍵性的特性進(jìn)行了研究，研究表明，使用二值度量的指令關(guān)鍵性具有極大的與歷史無(wú)關(guān)的隨機(jī)性，而使用LoC度量的指令關(guān)鍵性則存在一定的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)和動(dòng)態(tài)不變性。根據(jù)發(fā)現(xiàn)的指令關(guān)鍵性特性，本文提出了一

3、種靜態(tài)LoC關(guān)鍵性預(yù)測(cè)器設(shè)計(jì)方法，該方法通過(guò)Profile提取指令LoC并將其載入預(yù)測(cè)器，處理器使用載入的LoC來(lái)對(duì)指令執(zhí)行進(jìn)行優(yōu)化。最后，研究了關(guān)鍵性預(yù)測(cè)在提升分簇超標(biāo)量處理器性能方面的應(yīng)用。針對(duì)簇內(nèi)資源競(jìng)爭(zhēng)和簇間通信開銷對(duì)性能的影響，分別使用關(guān)鍵性預(yù)測(cè)來(lái)指導(dǎo)指令調(diào)度和分派。研究表明，基于關(guān)鍵性預(yù)測(cè)的指令調(diào)度能有效地提升程序性能，使用本文開發(fā)的靜態(tài) LoC預(yù)測(cè)器能夠獲得與動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)器相同的性能提升，在4x2、2x4和1x8處理器結(jié)構(gòu)下，