面向低功耗的多核处理器Cache设计方法

针对多核处理器下的共享二级缓存(L2 Cache)提出了一种面向低功耗的Cache设计方案(LPD)。在LPD方案中,分别通过低功耗的共享Cache混合划分算法(LPHP)、可重构Cache算法(CRA)和基于Cache划分的路预测算法(WPP-L2)来达到降低Cache功耗的目的,同时保证系统的性能良好。在LPHP和CRA中,程序运行时动态地关闭Cache中空闲的Cache列,节省了对空闲列的访问功耗。在WPP-L2中,利用路预测技术在Cache访问前给出预测路信息,预测命中时则可用最短的访问延时和最少的访问功耗完成Cache访问;预测失效时,则结合Cache划分策略,降低由路预测失效导致的额外功耗开销。通过SPEC2000测试程序验证,与传统使用最近最少使用(LRU)替换策略的共享L2 Cache相比,本方案提出的三种算法虽然对程序执行时间稍有影响,但分别节省了20.5%、17%和64.6%的平均L2 Cache访问功耗,甚至还提高了系统吞吐率。实验表明,所提方法在保持系统性能的同时可以显著降低多核处理器的功耗。     

多核处理器面向低功耗的共享Cache划分方案

随着多核处理器的发展,片上Cache的容量随之增大,其功耗占整个芯片功耗的比率也越来越大。如何减少Cache的功耗,已成为当今Cache设计的一个热点。本文研究了面向低功耗的多核处理器共享Cache的划分技术(LP-CP)。文中提出了Cache划分框架,通过在处理器中加入失效率监控器来动态地收集程序的失效率,然后使用面向低功耗的共享Cache划分算法,计算性能损耗阈值范围内的共享Cache划分策略。我们在一个共享L2 Cache的双核处理器系统中,使用多道程序测试集测试了面向低功耗的Cache划分:在性能损耗阈值为1%和3%的情况中,系统的Cache关闭率分别达到了20.8%和36.9%。     

混合Cache的低功耗设计方案

在嵌入式处理器中,Cache的功耗所占的比重越来越大。为降低嵌入式系统中混合Cache的功耗,引入一种基于程序段的重构算法——PPBRA,并提出一种新的基于分类访问的可重构混合Cache结构,该方案能够根据不同程序段对Cache容量的需求,动态地分配混合Cache的指令路数和数据路数,还能够对混合Cache进行分类访问,过滤对不必要路的访问,从而实现降低混合Cache的功耗的目的。Mibench仿真结果表明,该方案在有效降低Cache功耗的同时,还能提高Cache的综合性能。     

WPP-L2:多核处理器中共享Cache低功耗路预测算法

针对片上多核处理器下的二级共享Cache的能耗问题提出了基于Cache划分的路预测Cache结构WPP-L2,该结构首先对共享Cache进行公平性划分,然后采用路预测的方法降低了预测命中和失效时各自的能耗开销。实验表明,在基本保持多核处理器性能的同时,8核处理器系统下WPP-L2Cache比基于路预测的L2Cache的能耗延迟乘积EDP(Energy Delay Product)平均下降24.7%,比传统的L2Cache的EDP平均下降66.1%,极大地降低了L2Cache功耗。     

多核处理器可重构Cache功耗计算方法的研究

多核动态可重构Cache是解决Cache功耗困扰的一个重要方法。现有Cache功耗模拟器并不能很好地支持多核动态可重构Cache功耗研究,通过对多核动态可重构Cache的功耗模型进行研究,找到了计算可重构Cache的方法和思路,应用CACTI来分别构建各个组成结构的Cache功耗模型,以较为准确地测算可重构Cache的功耗。在Simics模拟器下构建动态可重构Cache,运行测试程序,对比传统的体系结构,可重构Cache的功耗能够得到10.4%的降低。同时,实验中发现功耗的降低不仅仅是动态可重构Cache贡献的,而是由系统综合产生的,因此在低功耗设计中,要综合考虑整体系统的功耗和性能,避免片面地考虑Cache结构而导致整体功耗的提高。     

Cache结构的低功耗可重构技术研究

在分析Cache性能的基础上介绍了当前低功耗Cache的设计方法,提出了一种可重构Cache模型和动态可重构算法。Cache模型能够在程序运行过程中改变相联度和大小,动态可重构算法能够在运行时针对不同的应用程序对可重构Cache进行配置。通过对Cache的动态配置,不仅可以提高Cache命中率,还能够有效降低处理器的功耗。     

基于预缓冲机制的低功耗指令Cache

为降低微处理器中片上Cache的能耗,设计一种基于预缓冲机制的指令Cache。通过预缓冲控制部件的预测,使处理器需要的指令尽可能在缓冲区命中,从而避免访问指令Cache所造成的功耗。对7个测试程序的仿真结果表明,预缓冲机制能节省23.23%的处理器功耗,程序执行性能平均提升7.53%。     

基于页着色的多核处理器共享Cache动态分区

随着多核/众核成为处理器结构发展的主流,并行任务间共享地使用Cache而导致的冲突越来越成为性能提升的瓶颈.利用页着色可以实现对Cache的分区管理,减少共享Cache导致的冲突.页着色的原理是利用内存与Cache之间的组相联映射关系,通过控制分配固定区域的内存而达到分配固定区域Cache的目的,这一方面限制了任务能够请求的物理内存范围,另一方面调整程序使用的Cache空间需要做大量的内存拷贝,带来了不可忽视的开销.为了克服页着色的缺点,文中通过动态内存分配的方式,只对动态分配的页进行着色,在不修改内核和程序源码的前提下实现了动态Cache分区.文中提出的动态内存分配策略(CachePM)会根据运行时环境为任务分配内存,避免不同任务间共享Cache的冲突和同一任务内出现Cache的访问热点,通过合理划分程序运行时动态分配的内存达到Cache分区的目的.当任务的运行环境改变时,CachePM自适应地改变已经分配的堆中数据在物理内存中的布局,以实现Cache分区的动态调节.为进一步降低动态页着色的开销,作者采用了减少和延迟内存拷贝的策略.实验表明,该方法能够有效实现动态Cache分区,从而提高并行运行的任务的性能;同时由于动态内存分配策略避免了同一任务内出现Cache访问热点,单独运行的任务的性能也较在libc下运行有所提升.     

基于流水化和滑动窗口结构的低功耗指令Cache设计

嵌入式处理器中Cache的应用极大地提高了处理器的性能,同时Cache,尤其是指令Cache功耗占据了处理器很大一部分功耗,关闭不必要的tag SRAM和data SRAM的访问,可以极大地降低功耗。提出了一种流水化的指令Cache访问机制,关闭不必要的data SRAM的访问;并且通过记录指令Cache行的信息和预测下一行的Cache形成一个Cache行滑动窗口,关闭不必要的tag SRAM访问。所提出的方法没有性能损失,在SMIC 90nm工艺下进行功耗分析,其指令访问的功耗降低50%。     

一种嵌入式系统的滑动Cache机制设计

为了提高嵌入式系统中Cache的使用效率,针对不同类型的应用程序对指令和数据Cache的容量实时需求不同,提出一种滑动Cache组织方案.均衡考虑指令和数据Cache需求,动态地调整一级Cache的容量和配置.采用滑动Cache结构,不但降低了一级Cache的动态和静态泄漏功耗,而且还降低了整个处理器的动态功耗.模拟仿真结果表明,该方案在有效降低Cache功耗的同时能够提高Cache的综合性能.     

机车空调逆变电源设计

本文讨论的是机车空调逆变电源系统的设计与研究。该电源系统主要是由DC/DC的BOOST升压部分和DC/AC三相逆变部分两部分组成。DC/DC部分所得直流电压通过DC/AC部分逆变成三相交流电,供给空调机组工作。同时,为使电源系统能更可靠的运行,也设计了相应的故障检测、保护等辅助电路。     

桥面损坏状态评估专家系统探讨

介绍关于桥梁结构损坏状态评估专家系统，在讨论状态评估方法的基础上，重点介绍损坏状态评估因素关系树的建立及各因素状态的模糊表达式等，最后以桥面诊断过程为例介绍系统的构成及诊断流程图，知识表达方式，系统推理过程及工作流程。     

联合收割机脱粒滚筒恒速智能控制器设计

研究了轴流式联合收割机的控制问题,给出了联合收割机脱粒滚筒的数学模型,介绍了基于模式识别的智能控制原理,建立了联合收割机脱粒滚筒恒速控制模型,设计了基于模式识别的智能恒速控制器.应用Matlab/Simulink进行了控制器仿真,其结果表明,将基于模式识别的智能控制应用于联合收割机脱粒滚筒的恒速控制,其过渡过程平稳、响应速度快、无超调、无振荡并且无稳态误差.     

计算机辅助课表编排技术的研究

讨论了几种实用的计算机辅助课表编排技术及在实际编排中的应用。应用分析表明，采用分批与或图搜索和分批优化的匈牙利算法相结合的方法，在计算机辅助课表编排中是行之有效的。     

Complexity of approximation of 3-edge-coloring of graphs

The problem to find a 4-edge-coloring of a 3-regular graph is solvable in polynomial time but an analogous problem for 3-edge-coloring is NP-hard. To make the gap more precise, we study complexity of approximation algorithms for invariants measuring how far is a 3-regular graph from having a 3-edge-coloring. We show that it is an NP-hard problem to approximate such invariants with an error O(n1−ε), where n denotes the order of the graph and 0<ε<1 is a constant.     

课程表自动编排系统的再开发

根据课程表自动编排系统运行过程中的需求变化，应用敏捷软件开发思想重构系统，对系统再分析。     

发热量测定仪系统设计

本文介绍了发热量测定仪的结构、工作原理、硬件系统功能,阐述了应用铂电阻进行高精度温度测量的方法,系统用AT89C52单片机作为处理和控制芯片,该发热量测定仪性能符合水泥企业应用要求。     

变电站一次设备喷涂PRTV用量的分析

对国网宁夏电力检修公司宁安运维站近2年来一次设备喷涂PRTV用量的统计数据进行分析整理,得出各类一次设备按照标准要求喷涂PRTV时的用量估算值,并针对现存作业中存在的问题,提出相应解决方案。     

汇集点的计算方法研究

利用图像坐标计算交比,就可能出现计算故障或者引起计算精度的下降,采用N矢量表示视平面上的点和直线,建立交比的N矢量计算公式;在此基础上,研究了纯平移运动汇集点的N矢量计算方法,该公式只需要知道纯平移运动一个空间点在3个时刻t1、t2、t3的投影点或者该点的N矢量m、N速度 ()tm 以及加速度 ()tm ,都可求出动点的汇集点。最后,通过举例分析和实验验证,证明该算法实用、可靠。     

基于离散度函数的DNA序列的相似性分析

用一种新的信息离散性量度法分析DNA序列的相似性。该法用DNA序列的子序列分布来描述DNA序列,从而充分考虑了DNA序列的信息。对不同的子序列长度,分析了11类不同生物的β-globin基因的第一个外显子的编码序列的相似性,结果表明,该法是分析DNA序列相似性的简单而有效的工具。