随着集成电路工艺的进步，处理器系统的软差错率 SER（Soft Error Rate）将急剧增加，其原因包括以下几方面因素：一、晶体管工作电压的降低减小了集成电路噪声容限，使芯片更易受瞬态故障的影响；二、处理器主频的提高使其故障率增加；三、集成度的提高使得芯片中晶体管数量呈指数性增长，从而增加了芯片总体故障数量。据 Premkishore预测，到2011年由于空间粒子辐射等原因造成的芯片软差错率可以与现在不加任何防护措施的存储器相比。近年来，处理器系统的可信性问题引起了业界极大关注，处理器的可信性已经像高性能、低功耗一样成为了人们关注的热点。　　Nicholas对分支指令的容错行为进行了探索性研究，揭示了一个惊人属性：大约40％的动态分支和50%的误预测分支指令的执行结果不影响程序的正确性，并称之为Y-分支。本文对Y-分支进行扩展，提出 Y-行为研究的课题。Y-行为即与处理器有关的容错行为，具体来说是指处理器及其组成部件或者处理器中运行的软件本身所固有的容错行为。本文对处理器Y-行为及其相关高性能优化机制进行深入研究，揭示处理器Y-行为，发掘其潜在的利用机制，促进处理器容错技术与高性能技术的融合与发展。　　首先，本文提出一种比较全面的处理器容错技术分类方法。在此基础上，以处理器容错技术发展趋势为线索，对目前流行的处理器结构、微结构容错机制，以及不同层次上有代表性的最新研究成果作了介绍和分析。并对处理器容错研究的技术趋势及其发展方向进行了总结，包括：处理器结构/微结构级容错行为的量化研究，容错/高性能/低功耗技术的融合与均衡，处理器Y-行为研究与应用等。　　其次，通过 Y-行为树对Y-行为进行了分类和描述，Y-行为可以分为软件和硬件两个不同的层次。处理器及其不同组成部件其 Y-行为各异，软件层次 Y-行为不仅与应用程序本身的特点有关，而且与程序运行的处理器结构直接相关。　　在此基础上，首先研究了分支预测器结构级 Y-行为。其次，通过在结构级和指令级对应地进行故障注入，对具有代表性的桌面级和嵌入式应用中典型基准分支指令的Y-行为，即 Y-分支进行了深入研究，对软件层次 Y-行为的结构级因素进行了系统的分析和揭示。　　再次，本文对程序结构级控制无关 Y-行为，即处理器的误预测指令流重新汇聚到正确路径设计了动态检测机制，为控制无关 Y-行为的性能优化奠定基础。之后，围绕高性能的主题，探讨了基于控制无关 Y-行为的两种高性能优化机制——指令级与基本块级动态重用，并描述了处理器微结构的具体实现。　　最后，提出了独特的基于硬件实现的微线程处理器通用结构——MTB（MicroThread Based architecture），MTB灵活地将隐式多线程与显示多线程在结构方面进行了统一。并利用MTB设计了误预测路径预计算微线程对程序结构级控制无关 Y-行为进行线程级性能优化，并深入探讨了微线程处理器的具体实现。