存储墙问题是指处理器计算速度与访存速度不匹配的问题,渗透延迟容忍机制是近年来解决该问题的新思路。虽然目前的仿真实验已经初步证明了该机制的有效性,但是在现有的研究中还存在以下问题:一方面对渗透数据与片上缓存之间的关系认识不够全面;另一方面缺少维护渗透数据实时及时局部性的方法。这些问题导致渗透延迟容忍机制没有发挥出最大的作用。针对该问题,本文分析了渗透数据与渗透缓存之间的关系,研究了渗透数据在缓存中的迁移规律,从而提出了鲜活度思想和鲜活度调度算法。该算法通过协调数据在缓存层级间调配的过程,达到提升处理器访存性能的目的。本文的主要工作内容如下:(1)提出鲜活度思想。鲜活度指的是渗透数据在片上缓存中新鲜活跃的程度。鲜活度思想的意义是首次结合了数据的时间局部性和空间局部性,度量数据在片上缓存中存在的优先级。鲜活度思想的目的是得到数据将要被访问的优先级,为渗透数据在片上缓存中的分布提供依据。(2)提出鲜活度缓存单元模型。鲜活度缓存单元是在传统缓存单元的基础上进行了改进,添加了描述该数据块的时间局部性字段、空间局部性字段和鲜活度字段,为后文中数据调配的理论研究和仿真实验提供硬件基础。(3)提出鲜活度调度算法。鲜活度调度算法的主要思想是根据鲜活度判断出数据的及时局部性并对渗透数据进行实时动态的调配,最终在片上缓存形成整体数据的实时动态及时局部性态势。该态势最大化的将有用数据留了在片上缓存,从而隐藏了处理器发出访问请求后数据从主存到缓存的迁移时间。(4)设计并实现了数据调配算法仿真工具。本文在设计阶段进行了处理器、缓存、主存等模块的仿真;实现了本文提出的鲜活度调度算法以及与之进行对比实验的随机调度算法、先进先出调度算法和最近最久未使用调度算法。在实验阶段对四个算法的命中率进行比较,得出的实验结果表明鲜活度调度算法较传统调度算法有更高的命中率,并且该算法的命中率提升是具有稳定性的。