一种面向多核独享L2 Cache的缓存一致性设计实现

近年来,独享L2 Cache是实现高性能多核处理器的主流架构,但是该架构在维护Cache一致性上需要多次访存,增加了系统开销.为此,本文基于PowerPC指令架构实现了一种基于私有Cache状态机与片上总线监测机制相融合的多核缓存一致性设计,使处理器之间可以直接通过干涉接口交互数据.采用硬件描述语言Verilog HDL设计并实现了该多核缓存结构,仿真结果表明,在实现缓存一致性时,这种具有干涉路径的结构相比于传统访存方法最大能够节省87.06%的时间开销,有效地提升了多核处理器性能.最后经过实物芯片在板级上的测试,与仿真结果保持一致.

一种面向多核系统的PLB转AXI桥接器设计

针对多核系统中PLB和AXI总线间协议转换的需求,首先研究了总线协议与PowerPC处理器的访存行为,进一步研究了流水控制、读写叠加等高效率转换策略,最后研究了面向多核系统应用的缓存一致性维护策略.针对命令信号、读数据信号和写数据信号独立传输的特点,设计多通道流水线结构,既实现了命令与数据的流水并行也实现了读事务与写事务的叠加并行;在多通道流水线结构的基础上,提出一种流水并行+可变长描述符的2级加速转换技术,通过给予流水线输入更连续的总线事务,实现更高的总线转换效率;借鉴Cache表项的结构和维护策略,提出基于动态命中预测的缓存一致性维护技术,加速一致性读命令的进程.最终,实现一种高性能的PLB到AXI总线桥设计,达到总线协议行为全覆盖、命令转换低延迟的目标.总线桥应用于某款基于双核PowerPC处理器的异构多核体系结构芯片,解决了SoC系统内PLB到AXI总线的高效、高可靠转换问题,并在65 nm工艺下完成流片.

一种组合延迟槽和预译码技术的新型分支预测器

分支预测是现代微处理器普遍用于提高指令吞吐率的关键技术,随着处理器性能需求的不断增长,分支预测结构越来越复杂,其功耗问题也日益突出.针对SPARC V8架构嵌入式处理器的结构特点和应用需求,设计了一种基于延迟槽的动态分支预测器,以此来提高处理器的预测性能;另外,通过分析动态预测器的几种设计空间,提出采用预译码机制来消除无效访问的电路结构,从而降低预测器的功耗开销.该设计在SMIC 0.13μm工艺下实现,分支预测准确度相比于之前的静态算法提高了21%,动态预测器本身的功耗降低了58%,而整个处理器的面积仅增加1.73%.结果表明,这种组合延迟槽和预译码技术的分支预测思想对SPARC处理器的性能和功耗都达到了很好的优化效果.

一种低功耗的多端口寄存器文件结构设计

为了降低寄存器功耗而不损失处理器性能,提出一种基于读写队列的多体寄存器文件结构(multi-bank register file,MBRF)。该结构使用多个寄存器体来分担多端口的访问压力,并且为每个寄存器体设置相应的读写队列;通过指令分解将读写操作缓存在队列中,从而消除多体结构潜在的访问冲突;采用组合和旁路2种分配策略,减少缓冲队列的长度和对寄存器的读写请求。该结构在一个四发射的超标量模拟器上进行评估。研究结果表明:整个寄存器文件最终节省了52%的功耗,而处理器的IPC损失仅为1.6%。与其他寄存器文件相比,基于读写队列的MBRF结构在多发射处理器应用中具有明显的优势。

一种面向超标量处理器的低功耗指令Cache设计

针对超标量结构中多体并行的流水化指令Cache提出了三种低功耗优化策略,首先是基于Cache路的条件放大技术,它根据标志匹配结果来关闭无关路中敏感放大器对存储阵列的驱动输出;其次是基于Cache行的动态电压调节技术,它只对当前访问的Cache行提供正常的操作电压,而其他Cache行都处于低电压休眠状态;最后是基于短循环程序的指令回收技术,它通过重复利用过期指令来减少对Cache的冗余访问.实验表明,这个低功耗设计在SPEC和PowerStone基准程序下可以将指令Cache的总功耗分别降低72.4%和84.3%,而处理器的IPC损失分别只有1.1%和0.8%,并且不会带来任何时序开销.

硇洲岛牡蛎相关细菌抗菌筛选及系统发育分析

以8个敏感菌株作为指示菌,采用管碟法对分离自湛江硇洲岛(20°52'N^20°56'N,110°33'E^110°38'E)潮汐带香港巨牡蛎(Crassostrea hongkongensis)中的72株细菌的发酵液进行抗菌筛选,并对阳性菌株进行基因组DNA提取、16S rRNA基因PCR扩增和序列测定,继而进行系统发育分析。抗菌实验结果表明,受试菌株中有23株菌的发酵产物具有抗菌活性(阳性率31.9%),其中有5个菌株(JSM 111024、JSM 111027、JSM111029、JSM 111076、JSM 111083)具有较强的抗菌活性。基于16S rRNA基因序列的系统发育分析表明,这23株菌具有较高的类群多样性和物种多样性,属于3个系统发育群/门(Alpha-Proteobacteria、Gamma-Proteobacteria、Bacteroidetes)中的8个科(Aeromonadaceae、Flavobacteriaceae、Halomonadaceae、Idiomarinaceae、Phyllobacteriaceae、Pseudoalteromonadaceae、Shewanellaceae、Xanthomonadaceae)的8个属(Idiomarina、Halomonas、Myroides、Nitratireductor、Oceanimonas、Pseudoalteromonas、Shewanella、Wohlfahrtiimonas),可分为11个物种。优势类群为Gamma-Proteobacteria亚门(14株),其中优势属为Oceanimonas属(6株);第二大类群为Bacteroidetes门(7株),都属于Flavobacteriaceae科的Myroides属。具有较强抗菌活性的5个菌株中,有4个菌株(JSM 111024、JSM 111027、JSM 111029、JSM 111083)属于Alpha-Proteobacteria亚门Phyllobacteriaceae科Oceanimonas属,而菌株JSM 111076属于Gamma-Proteobacteria亚门Aeromonadaceae科Nitratireductor属。

SPARC V8处理器中存储管理单元的设计

存储管理单元MMU(Memory Management Unit)是各种微处理器用以实现虚拟存储的关键部件。针对SPARCV8结构处理器的需求,提出一种MMU的设计方案。分析了虚拟地址到物理地址的映射关系,通过采用转换后备缓冲区TLB(Translation Lookaside Buffer)加快了SPARCV8处理器在多任务处理时虚实地址的转换;以页式存储为依据,为页面的读、写、执行等访问提供了保护机制;并在异常发生时根据访问类型进行相应的异常处理。结论表明,该设计方案是可行的、有效的;并且可作为其它处理器MMU设计的基础。

核桃花抗氧化活性研究

采用DPPH·清除法对民间食用蔬菜——新鲜核桃花提取物的体外自由基清除作用进行研究。结果表明,核桃花食用部位具有一定的抗氧化活性,以乙酸乙酯提取物活性最好,活性强于BHA,IC50值达到30.7μg。

发酵车间空气源细菌淀粉酶产生菌筛选及多样性分析

采用平板水解圈法(plate hydrolysis spot method)对分离自酒鬼酒发酵车间空气样品的细菌进行淀粉酶产生菌筛选,运用基于16S rRNA基因序列的分析方法对高酶活菌株进行系统发育多样性分析。结果表明,73个受试菌株中,有23株为淀粉酶产生菌,占受试菌株的31.5%,其中有9株为高酶活菌。23个淀粉酶产生菌类群多样性和物种多样性较高,属于4个大的系统发育类群(Actinobacteria、Deinococcus-Thermus、Firmicutes、Proteobacteria)中的10个科(Bacillaceae、Deinococcaceae、Intrasporangiaceae、Microbacteriaceae、Micrococcaceae、Nocardiaceae、Propionibacteriaceae、Pseudomonadaceae、Rhodobacteraceae、Xanthomonadaceae)的13个属,可分为21个物种。进一步分析表明,9株高酶活菌属于细菌域(Eubacteria)的4个大的系统发育类群(Actinobacteria、Deinococcus-Thermus、Firmicutes、Proteobacteria)的7个科(Bacillaceae、Deinococcaceae、Micrococcaceae、Microbacteriaceae、Nocardiaceae、Rhodobacteraceae、Xanthomonadaceae),归属于8个属。研究结果表明,酒鬼酒发酵车间空气源细菌存在较高比例的淀粉酶产生菌,且这些菌株具有较高的类群多样性和物种多样性。

野生蔬菜苦凉菜抗氧化活性

采用DPPH自由基清除法对民间食用植物苦凉菜提取物的体外自由基清除作用进行研究。结果表明:苦凉菜不同提取物对DPPH自由基清除作用差别较大,乙醇提取物和乙酸乙酯提取物活性较好,但较BHA和VC非常弱,没有抗氧化价值。

波赛链霉菌JMC 06001抑菌活性物质的特性研究

使用藤黄八叠球菌(Sarcina lutea)、枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)、大肠埃希菌(Escherichia coli)、黑曲霉(Asperillus niger)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、变形杆菌(Proteus vulgaris)、白色念珠菌(Candidaalbicans)、青霉(Penicilliumsp.)、铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)9种指示菌,采用杯碟法检测抑菌活性。研究了波赛链霉菌JMC 06001菌株(Streptomyces peucetiusJMC 06001)发酵液和菌丝体中活性物质的抑菌谱,对由该菌株产生的抑菌物质的温度、pH值、抗紫外线方面的稳定性进行了考察。利用硅胶柱层析和薄层层析对抑菌物质的分离也做了初步的研究。结果表明,该菌株的发酵产物对部分革兰阳性菌、革兰阴性菌和部分真菌有较为明显的抑制作用。稳定性试验结果显示,该菌株产生抑菌活性物质的最适温度为40℃左右,最佳pH值在7.0左右,具有较好的热稳定性和较宽的pH作用范围,抗紫外线辐射能力较强。通过硅胶柱层析分离和薄层色谱检测,显示该菌次生代谢产物中的抑菌活性物质包含了多种成分。

德夯嗜盐耐盐菌抗菌活性筛选和系统发育

以8个敏感菌株作为指示菌,采用琼脂扩散法,对分离自湖南省德夯峡谷（28°15′~28°43′N,109°30′~109°45′E）普通非盐环境土壤样品中的294株嗜盐及耐盐细菌进行抗菌活性筛选,并对其中具有较强抗菌活性的菌株进行基于16S rRNA基因序列的系统发育分析.受试菌株中有109株的发酵产物具有抗菌活性（阳性率37.1%）,其中5个菌株具有较强抗菌活性（JSM 102030,JSM 102052,JSM 102054,JSM 102066,JSM 102082）.基于16SrRNA基因序列的系统发育分析表明,这5个菌株分别属于细菌域（Eubacteria）的3个门（Actinobacteria,Firmicutes,Proteobacteria）中的3个科（Bacillaceae,Halomonadaceae,Nocardiopsaceae）的4个属,菌株JSM 102030属于Halobacillus属,与该属已知种Halobacillus trueperi DSM 10404T的系统发育关系最为密切（序列相似性为99.1%）,JSM 102052和JSM 102054属于Halomonas属,与Halomonas alkaliphila 18bAGT的系统发育关系最为密切（序列相似性为98.3%）,JSM 102066属于Nocardiopsis属,与其系统发育关系最为密切的是Nocardiopsis prasina DSM43845T（序列相似性为99.3%）,JSM 102082与Oceanobacillus属的Oceanobacillus kimchii X50T以99.6%的16SrRNA基因序列相似性聚在一起.研究结果表明,分离自湖南省德夯峡谷普通非盐环境土样的嗜盐及耐盐细菌中存在较高比例的抗菌活性菌株,且这些细菌具有较为丰富的系统发育多样性.

ERK信号转导途径在小檗碱抑制脂多糖诱导的COX-2表达中的作用

目的探讨小檗碱是否抑制脂多糖诱导的COX-2mRNA及蛋白表达,以及小檗碱是否通过ERK信号转导途径抑制COX-2的表达。方法取健康志愿者外周血,分离及培养单核细胞,分为五组,分别为对照组;脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)组;LPS+小檗碱25μmol/L组;LPS+小檗碱50μmol/L组;LPS+小檗碱100μmol/L组。分别在培养后30min,6h,12h,24h提取细胞,行RT-PCR法测定COX-2mRNA水平,行westernblot法测定ERK、p-ERK及COX-2蛋白水平。同时加入选择性ERK抑制剂,分别测定COX-2mRNA及蛋白水平。结果与对照组相比,LPS组COX-2mRNA及蛋白表达明显增强(P<0.01)。与LPS组相比,小檗碱组COX-2mRNA及蛋白表达明显抑制(P<0.05),且随着浓度增加,抑制作用更明显,在给药后12h,小檗碱对COX-2抑制作用最强。与LPS组相比,小檗碱组ERK活性水平有明显统计学差异(P<0.05)。加入ERK抑制剂之后,COX-2mRNA及蛋白水平降低明显(P<0.05)。结论小檗碱能抑制人外周血单核细胞COX-2mRNA及蛋白水平,其作用程度呈浓度依赖性,小檗碱对ERK活性蛋白表达有明显抑制作用。小檗碱可能通过ERK信号转导途径抑制人外周血单核细胞COX-2mRNA及蛋白表达。

野生树头菜抗氧化活性

采用DPPH自由基清除法分别对云南民间食用植物树头菜乙醇、石油醚、乙酸乙酯、正丁醇和水提取物的体外自由基清除作用进行了研究,并应用TLC方法对它们的化学成分组成进行了比较。结果表明树头菜不同提取物对DPPH自由基清除作用差别较大,树头菜抗氧化活性主要集中在正丁醇和乙酸乙酯提取物部分I,C50值分别为43.7,42.2μg/mL,活性十分接近,主要是中等极性和皂苷类化合物,但远较BHA和VC弱,自由基清除作用比较弱。

栉江珧相关细菌抗菌活性筛选及系统发育分析

采用8种敏感指示菌(革兰阳性和阴性菌各3株,真菌2株),利用琼脂扩散法,对分离自南海硇洲岛潮汐带栉江珧(Atrina pectinata)样品的细菌进行抗菌活性筛选,并对具有较强生物活性的菌株进行系统发育分析和生物学特征观察。结果显示,125个分离菌株中,有18株的发酵液具有抗菌活性,占受试菌种总数的14.4%,其中6株(JSM 112006、JSM 114095、JSM 114060、JSM 112019、JSM 114054、JSM 114093)具有较强的抗菌活性。基于16S rRNA基因序列的系统发育分析表明,这些活性菌株类群多样性较高,分属于4个属:菌株JSM 112006属于Marinobacter属;JSM 114095属于Halomonas属;JSM 114060和JSM 112019属于Salinivibrio属;JSM 114054和JSM 114093属于Staphylococcus属。研究结果表明,南海硇洲岛潮汐带栉江珧分离菌株中存在一定比例的抗菌活性菌株,且这些细菌具有较为丰富的类群多样性。

穴位针刺联合冷刺激治疗脑卒中后吞咽困难效果观察

目的探讨针刺穴位联合冷刺激治疗脑卒中后吞咽困难的效果。方法将80例脑卒中后吞咽困难患者随机分为观察组和对照组各40例。对照组采用神经内科常规治疗及护理,观察组在此基础上,增加针刺穴位联合冷刺激疗法,治疗2个疗程后观察患者吞咽功能变化。结果观察组临床疗效显著优于对照组(P<0.01)。结论针刺穴位联合冷刺激治疗可有效改善患者吞咽困难,且经济实用。

TMR故障注入与验证方法研究与实现

从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面,分析了TMR结构的注错方式及其验证方法;通过在TMR结构中嵌入注错逻辑,并将所有组TMR寄存器的注错控制信号统一命名,作为系统的输入,根据随机生成的注错信息,索引对应的TMR寄存器,可实现向对用户透明的任意TMR组中注错;将每组TMR寄存器的参考点和观测点引到设计的顶层统一命名,作为待测系统的输出,可适时观测对应TMR寄存器组的注错情况,分析故障电路的行为;为了解决调试机与FPGA板连接的引脚数受限的问题,特别设计了注错控制器和故障收集器;根据具体的注错情况,可编写对应的测试程序,验证设计的正确性,实验结果表明,SOC系统的错误故障率约占18.6%;为系统的可靠性评估提供了依据。

野生和栽培金铁锁抗氧化活性比较

目的野生和栽培金铁锁抗氧化活性比较。方法以Vc和BHA为参照,采用DPPH方法对野生和栽培金铁锁根乙醇、石油醚、乙酸乙酯、正丁醇和水提取物抗氧化活性进行测试。结果野生和栽培金铁锁根乙酸乙酯、正丁醇提取物抗氧化活性IC50值分别为443μg/mL、1265μg/mL和378μg/mL、1877μg/mL。结论①野生和栽培金铁锁各提取物抗氧化活性基本一致;②无论野生还是栽培金铁锁抗氧化作用都比较弱;③无论栽培还是野生金铁锁,抗氧化活性物质基本都集中在乙酸乙酯提取物和正丁醇提取物之中,均以乙酸乙酯提取物最强;④虽然栽培金铁锁乙酸乙酯提取物抗氧化活性要强于野生金铁锁、野生金铁锁正丁醇提取物抗氧化活性要强于栽培金铁锁,但相对于阳性对照Vc和BHA来说均很小,差异并不是很明显。

响应面法优化波赛链霉菌JMC 06001发酵培养基

采用响应面法对产生抑菌活性物质的波赛链霉菌(Streptomyces peucetius)菌株JMC06001的发酵培养基进行优化。首先采用Minnimum Run Equireplicated ResⅣ设计对初始发酵培养基的8个营养因素进行筛选,获得影响产生抑菌活性物质的3个主影响因素:葡萄糖、大豆粉和NaCl;然后用最陡爬坡实验快速逼近最大响应区域;最后,结合Box-Behnken设计及响应面分析,确定主影响因素的最佳浓度,得出该菌株产抑菌活性物质的最优发酵培养基配方为:葡萄糖1.2%,麦芽糖0.7%,蛋白胨0.9%,大豆粉1.4%,NaCl 3.7%,CaCO_3 0.1%,复合盐A液2.0%,复合盐B液0.1%,起始pH值7.0。用优化后的培养基发酵所得发酵液对敏感指示菌藤黄八叠球菌的抑菌圈直径达31.5 mm,与预测值的相对偏差仅为1.59%,与用初始发酵培养基发酵所得发酵液的抑菌效果(抑菌圈直径26.5 mm)相比提高了18.9%。

自制背心式约束衣在无痛人流术中的应用

目的:探索自制背心式约束衣在无痛人流术中防止患者坠床的安全性、有效性和舒适性。方法:设计背心式约束衣,随机将460例无痛人流手术患者分为观察组230例和对照组230例,观察组使用背心式约束衣,对照组使用常规肢体、胸肩部约束带。观察两组皮肤损伤、呼吸困难、病人满意度情况。结果:观察组使用自制背心式约束衣比对照组使用常规肢体、胸肩部约束发生皮肤损伤、呼吸困难明显下降,病人满意度明显提高,差异有统计学意义(P<0.05)。无1例无痛人流手术患者因使用自制背心式约束衣而造成伤害发生。结论:自制背心式约束衣取材制作容易,操作简单易行且安全,患者舒适满意,体现人性化,便于清洗和消毒,值得临床推广应用。