طراحی و پیاده سازی پردازنده ابرمقیاسی عام منظوره و بهبود عملکرد آن با استفاده از ساختارهای قابل پیکربندی

گسترش فناوری های اطلاعاتی و ارتباطی، نیاز بشر به سیستم های قدرتمند پردازش و انتقال اطلاعات را بیش از پیش آشکار می سازد. ریز پردازنده ، به عنوان یکی از اساسی ترین بخش های سیستم های اطلاعاتی، نقش اساسی در تعیین عملکرد این سیستم ها بر عهده دارد. از این رو، بهبود عملکرد و توانایی اجرایی پردازنده ها، تأثیر بسزایی در ارتقای عملکرد سیستم های پردازش اطلاعات، خواهد داشت. در این پایان نامه، اعمال چندین تغییر اساسی در ساختار یک پردازنده ابر مقیاسی عام منظوره جهت ارتقای عملکرد و توان محاسباتی آن، مورد بررسی قرار گرفته است. افزودن قابلیت پیکربندی و کار در حالت های پردازشی یک، دو، سه و یا چهار رشته ای براساس تعداد فعالیت- های اجرایی مورد نیاز در سیستم، تغییر نحوه مدیریت دستورات انشعاب با استفاده از روش فراخوانی دستورها از هر دو مقصد احتمالی انشعاب، افزایش تعداد دستورهای قابل اجرا، حذف سطوح بالاتر حافظه های نهان و نیز کاهش شکاف عملکردی میان حافظه و پردازنده، از جمله مهمترین این تغییرات می باشند. در این پایان نامه، مراحل کامل طراحی و پیاده سازی پردازنده پیشنهادی و نحوه اعمال تغییرات فوق در ساختار آن، به تفصیل مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور ارزیابی کمی بازدهی تغییرات فوق، عملکرد پردازنده پیشنهادی در اجرای مجموعه ای ازکاربردهای آزمون با عملکرد تعدادی پردازنده منتخب، به نمایندگی از خانواده های مختلف پردازنده های عام منظوره، مقایسه شده است. بر اساس نتایج عملکردی حاصل از اجرای مجموعه کاربردهای آزمون، عملکرد پردازنده پیشنهادی در اجرای کاربردهای آزمون صحیح، به دلیل حذف پیش بینی در مدیریت دستورات انشعاب و در نتیجه کاهش سربار عملکردی این دستورات، افزایش تعداد دستورهای قابل اجرا و قابلیت بهره برداری بیشتر از توازی در سطح دستورات و نیز کاهش شکاف عملکردی میان پردازنده و حافظه اصلی، تقریباً در تمامی موراد، بهتر از عملکرد پردازنده های منتخب مورد بررسی می باشد. به دلیل ماهیت عموماً حلقه ای کاربردهای ممیز شناور و نیز محلیت بیشتر در دست یابی به داده ها، تأثیر اعمال تغییرات فوق در اجرای کاربردهای آزمون ممیز شناور، کمتر مشاهده می شود. علاوه بر این، ساختار پیشرفته تر واحدهای عملیاتی ممیز شناور در پردازنده های منتخب نیز، موجب برتری نسبی آنها در اجرای کاربردهای آزمون ممیز شناور نسبت به پردازنده پیشنهادی می شود. با استفاده از واحدهای عملیاتی جدیدتر و با توان محاسباتی بیشتر، می توان عملکرد پردازنده پیشنهادی در اجرای کاربردهای ممیز شناور را نیز تا حد زیادی افزایش داد. در کل، پردازنده پیشنهادی عملکرد قابل قبولی را در اجرای مجموعه کاربردهای آزمون از خود نشان می دهد و این امر تأثیر مثبت تغییرات اعمال شده در ساختار آن را، آشکار می نماید.