| 题名 | 高性能暂存技术研究 |
| 作者 | 张科 |
| 答辩日期 | 2011-05-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王贞松 |
| 关键词 | 高速缓存 替换算法 固态记录器 存储控制器 流媒体处理 |
| 学位专业 | 其它专业 |
| 英文摘要 | 无论是在计算机领域还是更为宽泛的数据处理领域中，数据信息的采集、处理、存储以及传输之间的速度“趋异问题”普遍存在。本文提出使用“暂存技术”解决此类趋异问题。文章将暂存技术作为探讨和研究的核心，着重对三种数据处理应用场景中的暂存技术传统实现方式（高速缓存、缓冲器和Scratchpad Memory）进行改进和提高，分别提出了三种暂存策略或结构，并使用软件模拟器、硬件原型系统和FPGA芯片逻辑进行了相应的验证。三种数据处理应用场景的具体描述如下： 1. 在高性能计算应用场景中，针对高性能处理器中高速缓存Cache的控制策略，尤其是替换和预取策略，进行了深入地调研和分析，发现可以利用已经存在于当今商用处理器中的硬件预取器预测信息来辅助替换策略。基于此思想，本文给出了高速缓存中硬件预取器与替换策略相结合的方法，并提出了感知预测信息的高速缓存替换策略（PARS）。基于PARS策略，本文以被广泛采用的PLRU替换算法为基础，进而提出了基于预测信心感知预测信息的PLRU替换算法（PAC-PLRU）。模拟器实验结果表明，PARS策略和PAC-PLRU算法很好地利用了预取与替换之间新建立起的联系，并对提高Cache这种暂存技术的性能具有显著作用。 2. 在空间嵌入式应用场景中，为了缓解星上传感器采集数据量和数据率增长过快、而星地传输链路带宽受限的趋异问题，本文提出了一种由若干存储模块依靠高速串行通路互连构成的空间固态记录器体系结构（SLAB）。基于SLAB新体系结构，本文实现了空间固态记录器原型系统（NEMIS）。这种固态记录器是星载传感器与地面数据接收设备之间的暂时存储介质。实验结果表明，SLAB体系结构和NEMIS原型系统可以满足未来对地观测卫星系统的需求，并可缓解星地链路的趋异问题。 3. 在流媒体处理环境中，为了对高清数字电影流媒体进行实时处理，本文提出了基于乒乓操作的Scratchpad暂存控制策略，并在高清数字电影播放服务器硬件平台的FPGA芯片中实现了基于乒乓操作的Scratchpad暂存控制器。Scratchpad暂存技术将流媒体数据合理地缓存、调整并分配到并行的多路解压缩单元，从而完成实时处理。实际的流媒体测试结果表明，这种基于乒乓操作的暂存控制策略减少了高清数字电影流媒体的读取等待时间，提高了数据访存性能，达到了电影流畅并且持续稳定的高清视觉效果。 综上所述，本文为了解决趋异问题，在三种应用场景下，分别提出了三种暂存策略和结构，在此之上又进行了算法的软件仿真模拟、原型系统的硬件实现和FPGA芯片的逻辑验证。各项实验结果证明，本文提出的高性能暂存技术可缓解趋异问题，并且是推动暂存技术进步和发展的一种有益尝试。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 计算机系统结构 |
| 公开日期 | 2011-06-16 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ictir.ict.ac.cn/handle/311040/1043]  |
| 专题 | 中国科学院计算技术研究所学位论文_2011博士 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张科. 高性能暂存技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
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