高性能计算机的xor斜排数据存取模式研究

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1、高性能计算机的XOR斜排数据存取模式研究-->第一章引言1.1问题的提出计算机系统结构技术的飞速发展使得单体存储系统提供数据的速度无法满足处理器运算所需操作数存取速度的要求，而且这一差距还在不断加大.这是因为在处理器中采用了超标量体系结构、流水线体系结构、超长指令字技术和精简指令集等先进的处理器体系结构技术，使得单个处理器的峰值运算速度在以每两年左右翻一翻的速度在发展，而同期主要的主存储器件的存取速度的提高却较慢，如动态存储器(DRAM)每8一10年才能提高一倍.这样，在程序执行过程中，如果处理器不能从存储系统及时得到所需的数据，那么处理器就必须插人等待周期，从而造成处理器运算能力的浪费.所以

2、，存储系统性能对于整个计算机系统变得越来越重要，已经成为提高计算机实际使用性能的一大瓶颈，在计算机系统整体性能中的关键性日益突出.在现在的计算机系统中，针对主存储器件的存取速度无法满足处理器存取速度要求的问题，人们设计了并行存储系统结构和层次存储系统结构.实践证明，它们可以提高存储系统的平均存取速度，是解决这一问题的有效方法.在并行存储系统中，其存储系统由许多可并行访问的存储模块组成，如果单个存储模块的存取速度为坛、，当存储访问均匀分布在N个并行存储模块中，那么整个存储系统可以在编时间内提供N个数据，即平均存储时间为标卿.这样就可以通过增加并行存储系统的并行存储模块数来提高存储系统访问速度.这

3、种并行存储系统在许多计算机系统中都得到了应用.即使在工作站和微型计算机系统中也可采样简单的并行存储技术来提高主存储系统的响应速度.层次存储结构是另一种提高存储系统的存取速度的方法，在层次存储系统中，存储系统由多个具有不同存取速度的存储层次组成，其中上一层次的存储器件较下一层次的存储器件具有更快的存取速度，最接近运算单元的寄存器具有最快的存取速度.由于寄存器采用与运算单元相同的半导体工艺技术，且在芯片内与运算单元相邻，所以它基本上可以满足运算单元的存取速度要求，其它存储层次由于采用的存储器件的存取速度越来越慢，所以提供数据的速度就越来越慢.层次存储结构的有效性是建立在处理器对存储系统访问的局部性

4、原理基础上的.存储访问的局部性原理是指在程序运行过程中，处理器对数据的访问在时间上、空间上和顺序上表现为成簇的访问，即大多数程序在执行过程的某段时间内访问其地址空间的相对固定的某一部分.高速缓存系统是层次存储结构中一个非常重要的组成部分，尤其是在主存储器的速度越来越无法满足高速处理器的存取要求的高性能计算机系统中，高速缓存技术得到了广泛的应用.同时为了最大限度地获得存储系统平均存取速度的提高，目前大多数处理器制造商都在处理器内部制作了一级高速缓存系统，以更高的速度向运算单元提供数据，有的厂家甚至在处理器内部制作了二级高速缓存系统.在高性能计算机中，人们还在主机板上设计了处理器片外的高速缓存系统

5、，以期得到更好的存储系统性能.1.2本文工作然而，尽管人们期望通过在高性能计算机中应用并行存储系统和层次存储系统来解决存储系统的存取速度与处理器的存取速度要求之间不断加大的差距，在实际应用中发现并不是总能达到预期的目的。这是由于处理器的存取访问在并行存储系统结构中和高速缓存系统中存在存储体冲突和高速缓存行冲突.当在并行存储系统中出现存储体冲突或层次存储系统中出现不命中时，处理器所要等待的时间会比传统的主存储系统的存取时间更长.所以人们倾注了很大的精力来研究如何改进并行存储系统结构和高速缓存系统结构，以提高并行存储系统和层次存储系统的实际存储性能.研究发现，并行存储系统和层次存储系统中的存储映射

6、方法对它们的存储性能有很大的影响.第二章并行存储技.........................14-252.1并行存储系...................15-182.1.1流水线访问的并行存.......................15-162.1.2并行访问的并行存储.......................16-182.2交叉存储系统................................18-202.3斜排存储系统...............................20-252.3.1素数存储.............................

7、20-212.3.2线性斜排存储.................................21-222.3.3XOR斜排存储方法—一种非线性.....................22-25第三章高速缓存技......................25-483.1层次存储系.....................25-283.2高速缓存的系统结构与..................