随着现代超标量处理器性能的提升,处理器结构越来越复杂,对处理器性能的评估也更加困难。一直以来,模拟器以其灵活的方式和对处理器整体性能精确的评估,成为处理器性能评估的主要工具,但是用模拟的方式进行性能评估非常耗时,而且不能深刻洞察各种因素对处理器性能的影响。因此,建立一个快速、相对精确而且能够深刻洞察各种因素对处理器性能影响的模型有重要意义。根据区间分析理论,本文研究并实现了平衡的超标量处理器的性能分析模型,该模型以指令分派阶段的行为为研究对象,将处理器执行时间按缺失事件分成独立的区间,每个区间包括执行有用指令的时间和处理缺失事件的时间,以CPI堆栈的方式表示出各部分对性能的影响。模型仅需输入处理器结构参数、应用程序特性参数以及处理器与应用相关的参数即可分析处理器的性能,其中应用特性参数以及处理器与应用特性相关的参数可以通过功能模拟器快速得到。模型对处理器带宽分别为2、4、6、8的平衡超标量乱序结构进行了性能评估,与周期精确的M5模拟器的仿真结果相比,模型对SPEC CPU2000整型程序CPI的平均分析误差分别为7.89%、8.9%、9.46%、10.9%。实验结果表明,模型能在一定范围内进行快速、相对精确的性能评估,而且能够深刻洞察处理器结构以及程序特性对性能的影响。根据模型误差分析,模型的误差来自对缺失事件缺失损失的交叠的忽略以及对各缺失事件缺失损失的评估过于粗略。模型的最大误差源于对指令Cache缺失损失的评估过于粗略。鉴于此,本文首先应用区间分析理论详细分析了影响一级指令Cache平均缺失损失的前端因素,并用模拟实验验证了分析结果,研究表明下一级存储系统的访问时间、取指带宽、取指队列的大小、一级指令Cache缺失率以及程序特性都会对一级指令Cache平均缺失损失产生影响。