一种监测函数语义信息访存地址序列的方法

准确地获取应用程序在真实系统上运行的访存地址序列(traces)是进行内存系统调度及结构优化的基础.HMTT是自主研发的软硬件结合的内存监测分析系统,能够实时获取完整的全系统访存traces.但是得到的traces与应用程序上层事件之间存在语义鸿沟问题,比如上层函数执行流与访存traces的同步问题.针对该问题提出了一种软硬件结合获取包含函数级别语义信息访存traces的方法,软件方面通过二进制插桩的方式,直接修改内存中的进程映像,在目标函数的入口及出口各插入标记tag访存指令,进而能够被HMTT卡监测并识别.采用二进制插桩不需要程序的源代码,不需要对程序重新编译链接,而且引入的运行开销很小.实验表明采用软硬件结合的方式能够有效地获取包含函数级别语义信息的访存traces,对于SPECCPU2006中的访存密集型程序引入的性能开销只是原程序的62%,而使用Pin工具的纯软件方式获取访存traces将导致至少10.4倍的性能开销.     

肢体协调运动康复机器人的机构设计与实验

针对临床上缺少一种肢体协调运动康复训练设备的现状,研制了一款适用于偏瘫患者个性化训练的上下肢协调运动康复机器人.首先,在探究正常步态上下肢协调运动规律的基础上,选择以肩、膝关节角度协调变化规律作为机器人的设计目标;然后,基于五杆变胞机构设计了康复训练机构及主/辅传动链,并对训练机构进行了运动学分析;最后,在样机上进行了实验,结果表明该机器人能够满足设计目标.     

大容量DRAM的刷新开销问题及优化技术综述

动态随机存储器(DRAM)具有速度快、密度高、成本低的优势,被广泛应用于计算机的主存.DRAM采用电容作为存储单元,电容电荷的多少表示数字“0”或“1”.由于存在漏电现象,电容里的电荷会缓慢流失,造成数据丢失.为保证数据正确性,DRAM采用周期性的刷新操作,在数据丢失前,把数据读出然后重新写入存储单元.刷新操作会阻碍正常访存的执行,造成性能上的开销;同时刷新操作会消耗额外的功耗,带来功耗上的开销.刷新的开销与DRAM密度相关：在过去,当DRAM密度较小时,需要刷新的存储单元数较少,刷新开销很小,并未引起关注;但是,随着摩尔定律的发展,DRAM密度越来越大,目前已发展到千兆比特级别,其刷新周期并没有改善,单位时间内需要刷新的存储单元数越来越多,从而使刷新带来的性能和功耗开销越来越严重.刷新问题目前得到了工业界和学术界的广泛关注.首先介绍了目前DRAM的刷新方式和开销,以及工业界已经实现的一些改进;然后把工业界和学术界提出的众多优化方法分为“减轻刷新操作对访存的阻塞”和“减少不必要的刷新操作”两大类,分别进行了分析和总结;最后给出了关于智能刷新管理的总结和展望.     

面向监听一致性协议的并发内存竞争记录算法

内存竞争记录是解决多核程序执行不确定性的关键技术,然而现有点到点的内存竞争记录机制带来的硬件开销大,难以应用到实际的片上多核处理器系统中.以降低点到点内存竞争记录方式的硬件开销为出发点,为采用监听一致性协议的片上多核处理器(chip multiprocessor, CMP)系统设计了基于并发记录策略的点到点内存竞争记录算法.该记录算法将两两线程间点到点的内存竞争关系扩展到所有线程,采用分布式记录方法为每个线程记录一个由内存竞争关系的一方构成的内存竞争日志;重演时采用简化的生产者消费者模型,确保了确定性重演的实现,有效降低了硬件消耗和带宽开销.在8核处理器系统中的仿真结果表明,该并发式点到点内存竞争记录算法为每个处理器核添加硬件资源约171B,每千条内存操作指令记录日志大小约2.3B,记录和重演阶段均添加不到1.5%的带宽开销.     

基于分类字典的多内容灰度图像彩色化算法

为解决基于字典学习与稀疏表示的灰度图像彩色化算法只对单一内容图像有效这一问题,提出了一种新型的图像彩色化方法.首先,根据目标灰度图像的子内容分别选取多组参考彩色图像,从各组参考彩色图像中选取对应子内容的样本图像块;然后,分别进行字典训练,得到基于内容的分类字典;最后,根据重建误差最小化原则,查找最佳匹配字典,进而实现灰度图像的彩色化.该算法是一种自动算法,在保证图像彩色化过程自动化的前提下,提高了彩色化效果.实验结果表明:该算法能够对目标灰度图像中的不同内容分别进行正确彩色化处理.     

采用流水化伪随机编码算法的相变存储器寿命延长方法

相变存储器(phase change memory, PCM)是一种颇具前景的新型存储器件,具有非易失性、静态功耗低和存储密度高的优点.然而,该类器件的低写入寿命是其在实用化中亟待克服的关键问题之一.一般来说,通过每次写入时仅写入相异位的策略,可以减少产生的平均写入量,从而延长PCM的写入寿命.然而,应用这一差异式的写入策略通常又会以降低读写速度为代价.为此,提出了一种兼具高效和快速特点的写入量减少方法FEBRE(a fast and efficient bit-flipping reduction technique to extend PCM lifetime).该方法在差分写入阶段前,设计并使用了一种快速的一对多映射,将待写入的数据并行映射为多个编码向量,从而增加了从其中找到一个与已有数据最近的向量的可能性.此外,还提出了一种流水化的伪随机编码算法,用以加速一对多映射中的编码过程,从而降低写入开销.实验表明,与目前领先的PRES(pseudo-random encoding scheme)方法相比,FEBRE方法在写入操作中,平均减少了5%以上的写入量,提升了2倍以上的编码速度;在读取操作中,减少了45%以上的解码操作次数.     

铁磁构件的缺口角度对磁记忆信号的影响研究

为研究静载拉伸载荷下铁磁构件磁记忆信号分布规律,对不同缺口角度的20钢试件进行外加载荷的拉伸试验,检测构件表面漏磁场法向分量Hp(y)值大小.试验结果表明:处于不同变形阶段的不同缺口角度的铁磁构件,磁记忆信号法向分量Hp(y)分布曲线表现出不同的非线性程度与幅值大小;随着构件缺口角度的增大,Hp(y)幅值也随着增大.分析试验结果可知,通过磁记忆分布曲线的特征可大致判断受力试件所在的变形阶段.     

基于PCM的大数据存储与管理研究综述

大数据已经成为当前学术界和工业界的一个研究热点.但由于计算机系统架构的限制,大数据存储与管理在性能、能耗等方面均面临着巨大的挑战.近年来,一种新型存储介质——相变存储器(phase Change Memory, PCM)——凭着其非易失、字节可寻址、读取速度快、低能耗等诸多优点,为计算机存储体系结构和数据管理设计带来了新的技术变革前景,也为大数据存储和管理带来了新的契机.PCM既是一种非易失存储介质,同时又具备了内存的字节可寻址和高速随机访问特性,模糊了主存和外存的界限,有望突破原有的存储体系架构,实现更高性能的存储与数据管理.概述了PCM存储器的发展现状;总结了目前基于PCM的持久存储技术和基于PCM的主存系统等方面的研究进展;并讨论了PCM在多个领域的应用现状.最后,给出了基于PCM的大数据存储与管理研究的若干未来发展方向,从而为构建新型存储架构下的大数据存储与管理技术提供有价值的参考.     

面向新型非易失存储器的文件级磨损均衡机制

自旋转移力矩磁存储器(spin transfer torque random access memory, STTRAM)和磁阻式随机存储器(magnetic random access memory, MRAM)等新型存储器具有接近于DRAM的访问速度,是构建高性能外存系统和提高计算机系统性能的重要手段,但有限的写次数是其重要局限之一.设计了文件系统级磨损均衡机制,使用Hash函数分散文件在外存中的存储,避免在创建和删除文件时反复分配某些存储块,通过分配文件空间时选择写次数较低的存储块,避免写操作的集中;使用主动迁移策略,在外存系统I/O负载较低时主动迁移写次数较高的数据块,减少磨损均衡机制对I/O性能的影响.最后在开源的基于对象存储设备Open-osd上实现了面向新型存储器文件系统级磨损均衡机制的原型,使用存储系统通用测试工具filebench和postmark的多个通用数据集进行了测试与分析,验证了基于新型存储器的文件系统级磨损均衡机制能稳定地将存储块写次数差减少到原来的1/20左右,同时最高仅损失了6%的I/O性能和增加了0.5%的额外写操作,具有高效和稳定的特性.     

Effects of Dietary n-3 LCPUFA Supplementation on the Hippocampus of Aging Female Mice: Impact on Memory,Lipid Raft-Associated Glutamatergic Receptors and Neuroinflammation

Long-chain polyunsaturated fatty acids (LCPUFA), essential molecules whose precursors must be dietary supplied, are highly represented in the brain contributing to numerous neuronal processes. Recent findings have demonstrated that LCPUFA are represented in lipid raft microstructures, where they favor molecular interactions of signaling complexes underlying neuronal functionality. During aging, the brain lipid composition changes affecting the lipid rafts’ integrity and protein signaling, which may induce memory detriment. We investigated the effect of a n-3 LCPUFA-enriched diet on the cognitive function of 6- and 15-months-old female mice. Likewise, we explored the impact of dietary n-3 LCPUFAs on hippocampal lipid rafts, and their potential correlation with aging-induced neuroinflammation. Our results demonstrate that n-3 LCPUFA supplementation improves spatial and recognition memory and restores the expression of glutamate and estrogen receptors in the hippocampal lipid rafts of aged mice to similar profiles than young ones. Additionally, the n-3 LCPUFA-enriched diet stabilized the lipid composition of the old mice’s hippocampal lipid rafts to the levels of young ones and reduced the aged-induced neuroinflammatory markers. Hence, we propose that n-3 LCPUFA supplementation leads to beneficial cognitive performance by “rejuvenating” the lipid raft microenvironment that stabilizes the integrity and interactions of memory protein players embedded in these microdomains.