多线程计算模型、体系结构与编译技术

1 引言在过去的30年里,计算机体系结构经历了长足的发展,超标量、超流水线、VLIW等先进思想显著地提高了计算机的性能,但这些单线程的体系结构在提高指令级并行度方面也面临着巨大的困难。多线程体系结构被认为是一种提高并行度的有效模型,它结合了数据流结构和传统的冯·诺依曼控制流结构,既保持了指令执行的高性能,又实现了处理器的高     

静态数据流机操作开销的计算

本文提出静态数据流计算机和数据流图的模型,再由此建立计算数据流计算机中指令操作开销与并行度相互关系的模型。根据这一模型对具有各种并行度的程序进行计算,求出程序运行时实际并行度与指令操作开销的关系。由此得出结论,当程序一定时,它在一个系统上运行的实际并行度是由系统中指令操作开销唯一决定的,即为MP/(OH+1)(MP是程序的平均并行度,OH为指令平均操作开销)。因此,在数据流计算机中,操作开销对系统性能有着严重的影响。     

DSP分块内存和多AGU的编译指示优化

分块内存和多地址生成器(AGU)是DSP普遍采用的体系结构.传统的C语言编译器没有针对分块内存和多AGU结构进行代码优化,导致生成代码无法满足性能需求,影响了C语言编译器在数字信号处理领域的应用.为了解决这个问题,提出基于编译指示,与分块内存和多AGU结构相关的编译优化算法.该算法利用定义引用链和引用定义链中的数据流信息,为地址计算指令和访存指令分配AGU,从而提高生成代码的指令级并行度.实验结果表明此算法能够达到较好的优化效果.     

基于膜系统的逻辑运算研究

膜系统是在细胞层次上模仿自然过程的一种计算模型,最大的优点是可以以极大的并行度来进行计算。该文证明了执行逻辑运算在膜系统中的可能性,并给出了一个有效的方法来实施逻辑运算,这相对比在一般计算机体系结构中执行要简单。     

基于膜系统的逻辑运算研究

膜系统是在细胞层次上模仿自然过程的一种计算模型,最大的优点是可以以极大的并行度来进行计算。该文证明了执行逻辑运算在膜系统中的可能性,并给出了一个有效的方法来实施逻辑运算,这相对比在一般计算机体系结构中执行要简单。     

一个VLIW体系结构的单片多处理机

本介绍一个采用ＶＬＩＷ超长指令字体系结构的高性能单片多处理机，在这个体系结构中采用流水寄存器堆来消除循环程序内的数据相关，从而使程序能够在指令级以极高的并行度并行运行。模拟实验结果表明这个体系结构具有很高的运算速度和很好的性能价格比。     

数据流计算机概述

随着计算技术的深入发展和广泛应用以及近几年来并行处理技术的发展,传统的诺依曼机器面临着重大的挑战,人们认识到现有计算机体系结构已经严重地阻碍着它的进一步发展,体系结构的革新、软件危机的摆脱已势在必行。据此,人们提出了一种新的非诺依曼结构,这就是引入注目的数据流机器,它为解决诺依曼机器的固有困难如性能上的限制、软件危机等,提供了行之有效的途径。数据流机器的一个最显著特点是:不存在程序计数器和存贮单元这一概念。它的基本思想是:指令执行的顺序不是由程序计数器决定,而是由数据流驱动。也就是说,计算的顺序不是由程序直接给出,而是由数据之间的关系确定。这从本质上来说具备了并行处理的特性。     

日本正准备制造数据流计算机

数据流计算机的体系结构在日本已经有了拥护者。有两个研究部门最近公布了两项研究成果,一个是日本电报电话通用公司(NTT)的Musashino电子通信研究所;另一个是日本东京大学电子工程系。Musaghino电子通信研究所正在研究两种数据流计算机的体系结构。东京大学电子工程系从1978年以来一直在研究名为Topstar的数据流计算机。日本在从事数据流计算机软件和硬件两方面的研究,以便制造数据流计算机。日本电报电话通用公司正在研究两种数据流计算机的体系结构,一种体系结构是用于科学计算的全并行处理器阵列机;另一种是按数据流技术来设计的体系结构。它用函数语言Valid作     

757外围机概述

757外围机在整个系统中起什么作用?它与向量机有什么关系?机器间如何通讯?外围机与外部设备之间的联接,机器语言有何特点?本文就外围机中几个主要问题概述如下。一、为什么757采用外围机方案向量机的特点是善长向量计算。解算并行度高的问题能较好地发挥机器效率;标量运算多的题目就会降低向量机的效率。但计算机的系统程序主要为标量运算,因而考虑用外围机来分担这     

数据流计算机的互连结构

开拓数据驱动计算的高度并行度,要求程序工作者充分分析一维表达形式的程序段中的数据相关,进而将其转换成易于并行执行的二维形式的数据流程序图;要求系统结构工作者,要设计出能保证执行这种二维程序图的计算机系统,包括能提供高度并行执行程序图的操作执行机构和适应异步操作特点的包通信机构。本文,从数据流计算机的互连结构的角度出发,研究了当前的数据流计算机的系统组织原理:论述了适合于数据驱动操作特点的包通信机构;分析了目前数据流计算机中几种包开关互连结构在此基础上,评价并初步探讨了用于数据流计算机中的各种可能的互连网络,     

数据流计算机结构性能的初步分析

引言第五代计算机的主要目标之一是实现知识信息处理系统(KIPS)。KIPS主要包括推理机和知识库系统。进行高速推理操作需要高度并行的执行机构,数据流机器能有效地实现并行操作和推理功能。传统的冯·诺依曼计算机是单指令流、单数据流结构,它的一个最重要的概念是指令流。由指令流来控制整个机器的运行,在传统的计算机结构中,并行的概念受到限制,只能是一个处理机上不同进程的切换,或由程序员将程序分解成并行的指令或数据流,由各个处理机处理。为了提高计算能力,增强计算并行性,有各种多处理机的结构,但编制程序时,必须适合这些计算机的特殊结构,如对多机系统,程序员必须将任务划分成多个进程使其在多个处理机上执     

基于GCC的VLIW编译系统研究

VLIW机器在单个机器周期中同时发射并执行多个的并行操作,从而获得较高的指令级并行度,这些操作之间的依赖分析和调度工作则被完全交给相应的编译器执行,因此VLIW的并行性能能否充分发挥取决于VLIW体系结构相关编译器的质量。GNU开发的GCC是被最广泛使用的编译系统之一,它具有多语言、多平台支持的能力和开放的结构,能够运用各种成熟的常规编译优化技术生成高效的代码。文章分析了VLIW及GCC的结构特点,提出了一种基于GCC的VLIW编译系统设计方案,利用GCC进行RTL中间代码一级的体系结构无关优化和少量体系结构相关优化,在汇编代码一级针对VLIW结构进行体系结构相关的优化,从而充分利用GCC的成熟编译技术快速开发高效的VLIW多语言编译系统。     

计算机体系结构的分类模型

根据计算机体系结构的发展,以指令流（instruction stream）计算、数据流（data stream）计算与构令流（configuration stream）计算的概念为基础,提出了一种新的计算机体系结构的分类模型.     

关于高并行度计算机功能结构的探讨

引言 近二十年来,随着并行处理技术的发展计算机的体系结构也发生了很大变化。并行处理系统在计算机体系结构发展史上也是一个重要的突破。它包括多机系统、多处理机系统、阵列(并行)处理机、流水线处理机等。这些系统多是以并行计算为基础,它们在不同程度上使用了时间重迭、资源重复和资源共享三个基本的并行性概念。并行性除了与计算问题的算法及其程序结构密切相关外,高并行度的机器结构也是实现多级并行性的重要手段。     

基于FPGA的流水线微处理器设计

提高指令级并行度是微处理器体系结构发展的重要方向,也是开发基于FPGA的高性能微处理器的重要内容之一.本文论述了一个基于FPGA的流水线微处理器的指令流水线结构和系统设计,针对在指令流水执行过程中出现的相关问题,提出了相应的检查算法及解决方法.通过一个典型程序对流水线微处理器功能进行仿真,其运行结果表明此微处理器的最大吞吐率为一个时钟周期解释完一条指令,证实了流水线微处理器设计的正确性和高性能.该微处理器的设计在开发未来具有微处理功能的专用集成电路设计方面具有较高的实用价值.     

面向数据流结构的指令映射优化方法

在高性能计算领域,数据流是一类重要的计算结构,也在很多实际场景表现出很好的性能和适用性。在数据流计算模式中,程序是以数据流图来表示的,数据流计算中一个关键的问题是如何将数据流图映射到多个执行单元上。通过分析现有数据流结构的指令映射方法及其不足,提出了基于数据流结构的新型指令映射优化方法。主要是根据多地址共享数据包的特性对指令映射方法进行优化,延迟多地址共享数据路由包的拆分,减少网络拥堵。     

数据流数据库机的设计

本文讨论数据流计算机概念在一种执行关系代数查询的数据库计算机的设计和实现中的应用。通过分析多处理机嵌套循环和分类合并这两种 Join 算法的性能,我们说明一般而言前者优于后者。我们引入数据流数据库机上的三级不同大小的操作数,并利用嵌套循环 Join 算法对其进行比较。我们认为关系作为操作数太粗而元组作为操作数又太细。从硬软件一起看最好的办法是将关系划分成页,然后以页为操作数。最后给出一个数据流数据库机的初步设计方案,该机采用页级操作数并且支持指令执行的分布式控制。     

基于谓词代码的编译优化技术研究

程序中大量分支指令的存在,严重制约了体系结构和编译器开发并行性的能力。有效发掘指令级并行性的一个主要挑战是要克服分支指令带来的限制。利用谓词执行可有效地删除分支,将分支指令转换为谓词代码,从而扩大了指令调度的范围并且删除了分支误测带来的性能损失。阐述了基于谓词代码的指令调度、软件流水、寄存器分配、指令归并等编译优化技术。设计并实现了一个基于谓词代码的指令调度算法。实验表明,对谓词代码进行编译优化,能有效提高指令并行度,缩短代码执行时间,提高程序性能。     

SIGMA-1数据流巨型机-对新一代巨型机系统的挑战

SIGMA-1是一种很有前途的、基于数据流体系结构的实用计算机原型。它在性能上超过了传统的冯氏计算机。这种大规模数据流机用于科学技术计算。它正由日本通产省的电子技术实验室进行最后阶段的设计和制造。本文概述了SIGMA-1的系统结构,讨论了最近进行的性能测试,同时还给出了为达到SIGMA-1计划中提出的100MFLOPS性能指标所作的设计决策和有关体系结构的问题。最后简述了SIGMA-1计划的历史。     

CPU流水线技术中的结构相关和数据相关

CPU流水线技术是计算机CPU设计中普遍采用的一种并行处理技术。它可以提高指令的运行效率,但是其流水线相关问题是流水线执行过程中的主要障碍,会给流水线中指令序列的顺利执行带来许多不利的影响。流水线中的相关主要是结构相关和数据相关,本文重点介绍了他们的解决方法。其中数据相关较普遍,旁路技术是主要的解决方法。