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《哈尔滨工程大学》 2007年
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基于MIPS处理器的分支预测机制的研究与设计

李静梅  
【摘要】: 随着应用对微处理器性能要求的提高,微处理器设计技术不断进步,流水线变得越来越宽,越来越深。流水线技术的应用从本质上提高了微处理器的性能,成为现代微处理器的基本特征。但指令流分支行为的不确定性影响了流水线性能的充分发挥,分支预测技术的出现在很大程度上解决了这一问题,良好的分支预测技术能有效地提高微处理器的取指效率,是微处理器性能提升的基本保证。因而,自上个世纪九十年代以来,分支预测技术一跃成为了微处理器领域研究的热点及难点,一直以来,人们都在研究更加有效的分支预测结构,尽量减小由分支预测失效所带来的性能损失。 本文首先介绍分支预测算法的国内外现状,接下来对基于软硬件的静态分支预测“猜测法”等进行研究,并结合目前较为流行的典型动态分支预测技术的现状,重点分析了动态分支预测的原理、实现方式。文中根据MIPS处理器的特点,通过对MIPS指令集和其五级流水线结构的介绍使得对其分支预测原理及硬件机构有了一个清晰的认识。在此基础上详细分析开源超标量模拟器SimpleScalar,它是易于扩充修改的、具有5级流水的RISC体系结构的CPU模型。通过分析模拟器的体系结构框架,就移植的过程实例及移植过程中的难点问题和优化等技术问题进行了深入的探讨,并将MPIS体系结构成功移植到SimpleScalar上,实现其多级分支预测机制。仿真试验采用SPEC95中的测试程序进行测试,通过分析统计工具sim-profile分析分支预测机制的性能优劣,针对存在问题,改进分支预测策略,通过对比分析得出改进的分支预测策略具有较高命中率。 本文结合目前研究热点问题,将MIPS体系结构移植到SimpleScalar模拟器中,设计并模拟实现了一种具有较高命中率的分支预测策略,并通过软件测试的手段验证该机制的合理性与可行性,为今后在此方面的进一步研究奠定了良好的基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP332

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李静梅;多核处理器的设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 焦平;基于数据重用机制的超标量处理器分支预测研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈立,王志英,鲁建壮,戴葵;基于控制流的混合指令预取[J];电子学报;2003年08期
2 陈剑龙,傅忠传,崔刚;SimpleScalar模拟器内核分析及应用[J];哈尔滨工业大学学报;2004年05期
3 张宇;潘国腾;谢伦国;;一种基于人工神经元网络的条件分支预测算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年S1期
4 陈跃跃,周兴铭;一种精确的分支预测微处理器模型[J];计算机研究与发展;2003年05期
5 任建;安虹;路放;梁博;;同时多线程处理器上的动态分支预测器设计方案研究[J];计算机科学;2006年03期
6 邓让钰,谢伦国,肖立权;一种硬件预取机构及其对系统影响的研究[J];计算机工程与科学;2001年06期
7 连瑞琦,张兆庆,乔如良;指令级并行编译器的数据预取及优化方法[J];计算机学报;2000年06期
8 何立强;刘志勇;;一种有效的同时多线程处理器取指控制机制[J];计算机学报;2006年04期
9 苏铭,赵荣彩,宋宗宇;安腾处理器中多级分支预测机制[J];微计算机信息;2005年21期
10 杨波,高德远,张盛兵;一种高效预取机制的设计与实现[J];微电子学与计算机;2001年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 高军;EPIC体系结构研究与流水线设计及实现[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 周宏伟;64位高性能微处理器前端取指部件的设计与实现[D];国防科学技术大学;2003年
3 薛燕;Cache预测技术的研究[D];西北工业大学;2005年
4 戴曦;X通用微处理器指令控制部件的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王恒娜;访问局部性原理在Cache系统优化及设计中的应用[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2004年04期
2 宋静,姚晟;计算机性能评价与测试的主观误区研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年01期
3 汤伟;黄永灿;;单芯片多处理器中Cache一致性的分析[J];安阳师范学院学报;2009年02期
4 方娟;王晓翠;;改进的异构预取协调算法[J];北京工业大学学报;2012年03期
5 王允珲;;80x86指令计算机[J];巴音郭楞职业技术学院学报;2008年04期
6 孙玉钰;关于冯·诺依曼型计算机设计思想的探讨[J];长春大学学报;2001年03期
7 曾绍华;魏延;;共享存储器多处理机并行计算编译及调度机制[J];重庆师范大学学报(自然科学版);2006年01期
8 陈书开;十进制计算机中机器码的研究[J];长沙电力学院学报(自然科学版);1998年04期
9 王海英;一种改进的多线程模型[J];东北林业大学学报;2002年01期
10 梁嘉森,王德源;高可靠性多机容错系统[J];大连海运学院学报;1989年04期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 胡社教;陈航宇;潘宗岭;;基于ADE7169F16的仿真器设计[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
2 陈经野;吴巨红;张开圣;陈曾平;张银福;;一种共享存储式SOPC并行系统的设计与实现[A];全国第一届信号处理学术会议暨中国高科技产业化研究会信号处理分会筹备工作委员会第三次工作会议专刊[C];2007年
3 朱成博;孙彩霞;王永文;;微处理器流水线前端的设计与验证[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
4 冯国柱;陈吉华;宋芳芳;张子杰;;高速多端口寄存器文件的可测性设计[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李静梅;多核处理器的设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 何义;流体系结构指令管理及系统虚拟化仿真技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 伍湘君;GRAPES高分辨率气象数值预报模式并行计算关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 欧国东;基于线程的数据预取技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
5 郭御风;面向多核微处理器芯片的高效能I/O体系结构及其实现技术[D];国防科学技术大学;2010年
6 成斌;基于TCPN模型的并行系统性能分析方法研究[D];上海大学;2011年
7 宋辉;量子计算机体系结构及模拟技术的研究与实现[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
8 车永刚;科学计算程序性能分析与优化关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
9 姜晶菲;可重构密码处理结构的研究与设计[D];国防科学技术大学;2004年
10 沈立;动态VLIW体系结构关键技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘文佳;多核处理器Cache一致性研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 焦平;基于数据重用机制的超标量处理器分支预测研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 徐向前;基于Linux的嵌入式路由器软件的设计与实现[D];苏州大学;2010年
4 周丽;PLD安全性漏洞检测平台研究与实现[D];解放军信息工程大学;2010年
5 韩振江;基于PowerPC片上高速缓存的设计[D];西安电子科技大学;2011年
6 康颖;支持异构并行多处理器的SRAM控制接口模块的设计研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 潘忠斌;网络打印安全系统嵌入式平台的研究与实现[D];西安电子科技大学;2009年
8 王重阳;单、双、扩展精度自适应浮点乘、除和开方运算单元的实现[D];华北电力大学(北京);2011年
9 刘凤;核外并行求解线性方程组的设计与实现[D];辽宁师范大学;2011年
10 高金华;基于多核的任务调度研究与实现[D];中南大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈剑龙,傅忠传,崔刚;SimpleScalar模拟器内核分析及应用[J];哈尔滨工业大学学报;2004年05期
2 陈跃跃,周兴铭;一种精确的分支预测微处理器模型[J];计算机研究与发展;2003年05期
3 周学海;余洁;李曦;王志刚;;基于指令行为的Cache可靠性评估研究[J];计算机研究与发展;2007年04期
4 李仁发;刘彦;徐成;;多处理器片上系统任务调度研究进展评述[J];计算机研究与发展;2008年09期
5 田杭沛;高德远;樊晓桠;朱怡安;;面向实时流处理的多核多线程处理器访存队列[J];计算机研究与发展;2009年10期
6 任建;安虹;路放;梁博;;同时多线程处理器上的动态分支预测器设计方案研究[J];计算机科学;2006年03期
7 王晶;樊晓桠;叶曾;;一种基于综合历史信息的SMT结构分支预测算法[J];计算机科学;2008年02期
8 邓让钰,谢伦国,肖立权;一种硬件预取机构及其对系统影响的研究[J];计算机工程与科学;2001年06期
9 何立强;刘志勇;;一种有效的同时多线程处理器取指控制机制[J];计算机学报;2006年04期
10 张仕健;胡伟武;;一种向分支指令后插入冗余指令的容错微结构[J];计算机学报;2007年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 鲁建壮;单芯片多处理器关键技术的研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
2 张福新;微处理器性能分析与优化[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
3 高翔;多核处理器的访存模拟与优化技术研究[D];中国科学技术大学;2007年
4 岳虹;嵌入式异构多核处理器设计与实现关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
5 李德贤;专用处理器及片上通信架构设计研究[D];浙江大学;2008年
6 张晔;基于模块的调度策略及其对多处理器系统的支持[D];中国科学技术大学;2009年
7 凡启飞;高性能嵌入式处理器低功耗技术研究[D];中国科学技术大学;2009年
8 王嘉捷;多重循环程序内存访问越界增量检测方法[D];中国科学技术大学;2009年
9 伍楠;高效能流体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
10 李琼;面向高性能计算的可扩展I/O体系结构研究与实现[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 景涛;多核环境下基于L2 Cache的目录一致性协议的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘文佳;多核处理器Cache一致性研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 焦平;基于数据重用机制的超标量处理器分支预测研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 高军;EPIC体系结构研究与流水线设计及实现[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
5 周宏伟;64位高性能微处理器前端取指部件的设计与实现[D];国防科学技术大学;2003年
6 薛燕;Cache预测技术的研究[D];西北工业大学;2005年
7 戴曦;X通用微处理器指令控制部件的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
8 焦永;X微处理器分支预测机制设计及模糊加权的分支预测研究[D];国防科学技术大学;2004年
9 王海洋;适于频繁上下文切换的TG-share分支预测器[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2002年
10 冯雷;一种适用于MIPS指令系统的分支预测方法[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2002年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李静梅;多核处理器的设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 臧佳;基于MPSoC的空间光学CCD遥感相机控制系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王学清;基于多核处理器NetlO技术的高速信令数据采集系统的研究与实现[D];北京邮电大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 张报昌;64位微处理器体系结构发展回顾和展望(上)——2002年全国计算机体系结构学术会议技术报告[J];电子科技;2002年23期
2 沈立,王志英,鲁建壮,戴葵;基于控制流的混合指令预取[J];电子学报;2003年08期
3 赵荣彩,唐志敏,张兆庆,Guang R.Gao;编译指导的多线程低功耗技术研究[J];计算机研究与发展;2002年12期
4 陈跃跃,周兴铭;一种精确的分支预测微处理器模型[J];计算机研究与发展;2003年05期
5 邓让钰,谢伦国,肖立权;一种硬件预取机构及其对系统影响的研究[J];计算机工程与科学;2001年06期
6 沈立,戴葵,王志英;以基本块为单位的非顺序指令预取[J];计算机工程与科学;2003年04期
7 胡伟武,唐志敏;龙芯1号处理器结构设计[J];计算机学报;2003年04期
8 高辉;高性能Pentium处理器的结构特征[J];微机发展;2002年01期
9 马婉良,高德远,张盛兵;微处理器设计中提高访存效率的一种方法[J];西北工业大学学报;1999年03期
【相似文献】
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1 曹学飞;张盛兵;张骏;;32位CISC微处理器流水线的设计[J];微电子学与计算机;2007年04期
2 曹学飞;张盛兵;;“LongtiumC2”微处理器流水线设计[J];微处理机;2010年01期
3 陈智勇;;基于FPGA的流水线微处理器设计[J];微计算机信息;2009年05期
4 张英武;袁国顺;;32位嵌入式RISC处理器的设计与实现[J];微电子学与计算机;2008年06期
5 归发弟;;基于FPGA的32位微处理器设计[J];中国科技信息;2011年16期
6 张国萍;邓先灿;;一种SOC微处理器IP核的优化设计[J];杭州电子科技大学学报;2006年01期
7 汪永威;樊晓桠;黄小平;;32位RISC微处理器中分支预测器的硬件实现[J];计算机应用研究;2009年02期
8 黎冀湘;;Core和45纳米:英特尔的反击[J];新电脑;2006年05期
9 蒋江;;通用EPIC微处理器中指令控制流水线的研究与实现[J];小型微型计算机系统;2006年09期
10 陈恺冬;史江一;郝跃;;一种基于双模结构的预测器[J];微电子学与计算机;2008年05期
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1 李保社;;人为给CT埋下祸根[A];中华医学会医学工程学分会第一次医学影像设备应用技术研讨会论文集[C];1999年
2 巩恩环;赵海发;;传感器、微处理器、电子技术应用与汽车的升级换代[A];第三届河南省汽车工程科技学术研讨会暨2006年省汽学会理事会议资料[C];2006年
3 佟国香;周亦敏;温田学;吉田修;浦野启;铃木英次;;基于μpd78F9222的无刷电机控制系统的实现[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年
4 田倩;;SPEEDTRONIC~(TM) Mark-Ⅵ燃机控制系统简介[A];第七届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2006年
5 张开生;郭国法;;料仓物位仪的研制与开发[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
6 赵利;陈中梁;胡瑜;李晓维;;软硬件协同的微处理器可靠性设计评估平台[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年
7 杨宗正;;简易诊断技术用于设备中CPU及内存储器等电路的调试和维修[A];第十届全国设备监测与诊断技术学术会议论文集[C];2000年
8 凌宏江;魏必明;支合一;薛江;;智能仪器及其在型砂性能检测中的应用[A];2004中国铸造活动周论文集[C];2004年
9 吴琦;魏建中;;微处理器(CPU)的稳态电离辐射(总剂量)试验[A];第十一届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2005年
10 张琪;李胜勇;管强;;基于微处理器件电路板的TPS开发研究[A];舰船电子装备维修理论与应用——中国造船工程学会电子修理学组第四届年会暨信息装备保障研讨会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者  朱泉峰;微处理器启示录[N];计算机世界;2006年
2 刘洪宇;揭秘Nehalem微架构[N];中国计算机报;2008年
3 记者 赵艳秋;谁将在新一轮微处理器核竞争中胜出?[N];中国电子报;2005年
4 宁雷;POWER6 IBM帝国的反击[N];中国电脑教育报;2007年
5 中国科学院计算技术研究所 宫曙光博士;MPF2007:微处理器技术展望[N];中国计算机报;2007年
6 江南计算技术研究所 董立平 胡苏太;创新型多核处理器的发展[N];计算机世界;2006年
7 阿戈;多核技术已成潮流[N];中国计算机报;2007年
8 ;全球速度最快的商用微处理器面市[N];人民邮电;2007年
9 王伟光;寂寞英雄全美达[N];中国电脑教育报;2008年
10 本报记者 殷鸣方;透视“中国芯”的新动向[N];计算机世界;2001年
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1 马可;微处理器性能分析模型的建立和研究[D];中国科学技术大学;2007年
2 李静梅;多核处理器的设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张荣华;神经信息传导的电路模型[D];天津大学;2010年
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8 唐遇星;面向动态二进制翻译的动态优化和微处理器体系结构支撑技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
9 王蕾;异步嵌入式微处理器设计与分析关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
10 李建;低功耗低电压CMOS流水线摸数转换器的结构研究与实现[D];复旦大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李静梅;基于MIPS处理器的分支预测机制的研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2007年
2 林昌辉;基于“龙腾R2”微处理器的SMT结构的研究[D];西北工业大学;2007年
3 江国范;异质媒体双发射处理器的设计研究[D];浙江大学;2008年
4 吴曙荣;直接数字频率合成器的设计[D];西安电子科技大学;2006年
5 甘初晖;基于Alpha的分簇超标量处理器IU单元的设计[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 单卫杰;自适应算术编码器的FPGA实现[D];大连海事大学;2009年
7 严奇;10位40MHz流水线模数转换器的设计[D];西安电子科技大学;2006年
8 庞科;四位高速低功耗微控制器芯片的设计研究[D];天津大学;2004年
9 何一凡;入侵检测引擎的设计研究[D];浙江大学;2006年
10 郑鹏;10 Bit 50 MSPs流水线模数转换器的设计与实现[D];复旦大学;2009年
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