众所周知,多核处理器体系结构是下一代微处理器体系结构的主流,而该结构的一种具体实现方式为片上多核处理器(CMP),也称为多核微处理器。设计CMP的首要问题是选择程序执行模型,只有适当的执行模型才能最大限度地挖掘程序的并行性,最大化地利用CMP中多处理节点的潜能。面向对象是一种基于人类认知规律的方法学,它所倡导的抽象分层原则是解决复杂问题的关键。经过几十年的发展,面向对象模型已经显现出其适用于作为并发和分布式系统架构的前途。但是,计算机体系结构与程序设计语言之间越来越大的鸿沟导致程序运行效率越来越低,而当程序结构贴近目标机器多核体系结构时,机器的能力将会被彻底挖掘出来。因此若能针对复杂问题的分解方式,将面向对象模型与多核处理器体系结构相结合,设计支持对象运行的多核处理器,不仅可以解决多核处理器下并行编程的问题,而且能够提高面向对象程序的运行效率。此外,由于传统共享总线通信结构中存在的延迟、通信性能瓶颈以及设计效率等问题,片上网络(NoC)被认为是一种更适合于构建多核系统的方式。本文基于一个以片上基三互连网络为拓扑结构搭建的支持面向对象范型的基三多内核体系结构——TriBA(Triple-based Architecture),并重点研究TriBA中存储体系结构的相关问题,以及支持面向对象思想的关键技术。研究内容及成果主要包括:(1)提出一种适用于TriBA体系结构的层次化分布式共享存储体系结构——HSMA(Hierarchical Shared Memory Architecture),以及适用于该存储结构的部分包含存储映射策略。HSMA在并行多端口共享存储器的支持下,采用了将分布式存储器和共享存储器相结合的方法,有效的体现并支撑了TriBA的运算和通讯局域性,为TriBA提供了高效的存储访问支持。给出了HSMA的具体设计方案及实现策略,对分布式系统的存储体系结构设计具有很好的指导意义。此外,结合TriBA支持面向对象的特点,设计了一种新的部分包含缓存映射策略,研究表明该种方法着重关注系统层次特性、面向对象特性及协同工作特点,对于HSMA具有很好的适应性和灵活性。(2)研究TriBA系统对面向对象思想的支持方法和实现机制。介绍了面向对象程序在TriBA中的软件运行模型,并从面向对象特征实现和面向对象语法支持的角度提出了具体方案。由于TriBA中以对象为基本处理单元,因此为对象在系统中的存储、访问和管理设计了对象全局唯一标识和分类多级对象表结构。此外,设计了用有限的对象标识位数表示系统中不断生成的对象的方法,即可重用对象表及对象编号重用算法。最后,给出了对象寻址过程,包括对象地址空间划分和访问及对象地址转换。(3)设计TriBA片上多核系统中用于系统通讯的消息机制。给出了消息请求和消息对象的具体格式,以及消息机制的运行方法。在比较了基三网络与2D-Mesh的拓扑特点之后,得出了基三网络用来构建多核处理器上的核间互连网络的优越性。针对TriBA基三网络的传输瓶颈问题,充分利用基三网络的局域性特点,提出了提高系统通讯效率的两点措施,并重点探讨了TriBA层次化分布式共享存储结构对系统通讯的辅助作用。结合通讯方式及消息内容,为系统设计了六种通讯消息类型,其中具体研究了每种消息的运行过程和适用领域。最后从理论上和模拟实验结果上证明该种消息机制的高效性及适用条件。(4)提出一种公平的动态分时复用共享存储器带宽的存储访问调度机制——DBTDMA(Dynamic Bandwidth Time Division Multiplex Access),用于解决多核计算机系统中由于处理核间竞争共享资源而加重存储墙的问题。随着处理器性能的不断提高,存储系统的速度已经逐渐成为整个系统的性能瓶颈。随着处理器中处理核数量以及应用程序中线程数量的增加,越来越多的应用程序的性能将受制于作为共享资源的处理器存储系统带宽的限制,这个问题在TriBA系统中体现在同组处理核对组内共享存储与组间共享存储之间数据通道的争用。为共享存储器设计一种新的访存请求响应的调度机制,并提出一种可变优先级仲裁及调整策略,实现对多处理核访存请求的公平响应和动态规划。实验结果表明DBTDMA机制避免了访存请求无法预料的长时间等待或饿死,并且缩短了存储访问响应的平均延迟。