精选浅析计算机体系中结构软件模拟技术.docx

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精选浅析计算机体系中结构软件模拟技术

浅析计算机体系中结构软件模拟技术

摘要

[摘要]随着现代电子技术的飞速发展，计算机逐渐成为系统设计以及信息处理的核心工具。

体系结构软件模拟技术对于计算机系统而言是必不可少的技术手段，通过体系结构软件模拟技术能够最大程度的降低系统设计费用和设计时间，大大提高设计效率和质量。

但在实际应用过程中，也有诸多因素制约着计算机体系结构软件模拟的推广和发展，比如软件模拟系统的测试调整程序以及模拟器的设计开发等，研究计算机体系中结构软件模拟技术对提高体系结构的软件模拟技术应用，促进我国计算机信息处理技术的整体发展是有很大帮助的。

本文主要介绍了与计算机体系结构软件模拟技术相关的几个重要概念，并简单介绍了体系结构模拟的分类。

[关键词]计算机体系结构；计算机体系结构模拟；计算机体系结构建模；性能评估

1.计算机体系结构软件模拟技术发展现状

所谓的计算机体系结构软件模拟就是通过现有的计算机应用软件来对系统硬件在计算机系统结构中的使用情况及性能进行模拟，由于模拟技术具有先天的技术优势和成本优势，因此目前已经成为计算机系统设计中必不可少的手段。

根据相关数据表明，目前对于计算机中央处理器的研究和设计过程中，超过百分之六十的科研经费都投入到了软件模拟和性能评估等方面。

体系结构软件模拟技术的先天技术优势和成本优势指的就是能够通过较为简单的修整和调试在很短的时间实现系统使用要求。

从理论上讲，软件的开发成本和周期要远远低于硬件的开发成本和周期，并且软件的开发比硬件的开发要简单的很多。

从这个角度来说，较强的灵活性和低廉的价格是计算机体系结构软件模拟技术能够逐渐推广使用的主要因素。

但是计算机体系结构软件模拟技术也有先天的技术难题制约其发展，比如体系结构软件模拟器的开发难度较大以及对于模拟器的处理精度比较差等。

众所周知，计算机系统是一个及其复杂的信息处理系统，通过软件来将其运行过程中系统内部的各个部件的工作状态都体现出来，几乎是不可能的，根据以往的设计经验来说，通常利用将计算机系统进行分层处理来简化复杂的系统，而体系结构就是利用这种思想从层次上对系统已经简化，但是经过分层后的计算机系统对于人们研究来说还是比较复杂。

再者说，目前C语言或者是C语言系列是当下主流的编程语言，这些语言都是串行结构，从这个角度来说，利用这些语言来对系统内部元件进行模拟时，是非常耗用时间的，并且一旦中间出现失误，就会造成整个编程语句无法运行。

软件模拟器的运行精度较低主要是由于模拟器自身开发中的设计不合理或者是模拟器应用策略不合理。

目前结构软件模拟器的开发主要经历三个步骤，首先是理论上研究模拟器的设计思路，然后是设计符合计算机系统的模拟器，最后是实现模拟器的正常功能。

对于第一个步骤来说，有可能出现不能够正确分析计算机系统的各种模拟需求，这也是软件开发过程中常见的一种失误现象。

对于第二个步骤而言，可能造成的设计失误就是不能正确理解计算机系统内部构建，对体系姐欧股设计的错误理解导致对模拟器的错误设计。

模拟器运行时间较长也是造成模拟器使用精度较差的一个重要因素。

体系结构软件模拟器的设计对于软件模拟技术而言是至关重要的，也是计算机系统设计中的重要内容，从某种程度上可以说，软件模拟器的质量决定着计算机处理器的设计质量和效率。

2.与计算机体系结构软件技术相关概念分析

体系结构经过几十年的发展，已经逐渐建立其比较成型的技术规范，在体系结构的发展过程中，不仅随之出现了许多具有创造性的模拟技术，而且相关概念也在不断的丰富和完善中，但是部分概念由于字面意思非常相近，人们都习惯性的将其画上等号，比如仿真和模拟两个概念，笔者尝试通过以下定义将模拟和仿真两个概念区分开来。

2.1计算机体系结构仿真

所谓的计算机体系结构仿真，是指通过计算机硬件或者是软件的方式来对计算机模拟器产生的某种模拟结果进行模仿。

计算机结构仿真的主要目的就是在另一个计算机上实现一个已知的计算机系统功能，使另一个计算机能够实现原计算机系统一样的计算结果，对于计算过程是不太重视的。

2.2计算机体系结构模拟

所谓的计算机体系结构模拟是根据硬件或者软件的工作状态来模拟计算机系统的计算过程，其主要目的是对计算机未来功能和性能的开发和预测，主要是研究计算机的计算过程，对于计算结果往往不太重视。

随着计算机体系结构模拟技术的发展，计算机体系结构的仿真已经逐渐属于了计算机体系结构模拟中的一部分。

因为体系结构模拟要先通过正确的输出结果来预测模拟方式是否可行，其次在研究计算的过程。

比如说，在计算体系结构模拟过程中，模拟器自身运行时按照一程序进行的，而承载模拟器的主机是按照领一套程序进行的，这样就会造成指令冲突。

我们需要事先将模拟器上的运行指令翻译为主机上的程序指令，能够实现由模拟器指令转化为主机运行指令的工具称为指令集仿真器。

从这个角度来说，计算机体系结构仿真已经成为了计算机体系结构模拟的一部分，是计算机体系模拟的重要前提。

3.体系结构的分类

由上述内容可知，计算机体系结构的软件模拟技术经过几十年的发展已经逐渐成熟，随着应用范围的推广，计算机模拟技术也逐渐呈现出多样化的局面，本文主要讨论几种比较流行的技术。

3.1计算机体系结构模拟器分类综述

计算机体系结构模拟器的分类标准多种多样，常见的分类方式比如根据处理器的个数不同，将计算机体系结构分为单处理器和多处理器两种。

单处理器是利用一个处理系统模拟器来进行系统软件模拟工作，而多处理器是由多个处理器共同作用，实现内存资源共享。

根据模拟目标不同，可以将模拟器分为性能模拟、耗能模拟、功能模拟以及发热模拟等。

其中性能模拟的发展最为迅速，目前性能模拟的种类已经远远超过了其他种类的模拟器。

但是随着计算机系统的逐步发展，计算机系统的能耗变得越来越大，加之科学发展观在我国的进一步落实，计算机系统的能耗问题越来越受到人们的关注，不久的将来将会成为计算机系统设计的关键。

Wattch就是专门为研究计算机系统耗能问题的模拟器。

模拟器的分类还可以根据模拟器的开发模式分为串行结构以及并行结构，其中串行结构都是利用C语言系列的编程语言来执行编程指令，SystemC是这类模拟器的代表，串行结构能够实现对计算机系统的直接描述。

根据模拟计算系统中的组件配置不同，能够将系统分为内容系统模拟、流水线模拟以及分支预测模拟。

根据模拟器的可利用内核数量，可以将系统分为单核和多核两种，这也是最近几年比较流行的概念，多核版本能够实现多个处理器的同时工作，从而提高模拟器的处理效率。

3.2执行驱动模拟

目前许多研究学者对于执行驱动模拟持有两种不同的观点，其中一部分人认为执行驱动模拟将使用程序的执行命令作为模拟器的指令输入，而不是将跟踪状态的信息作为输入指令来开始模拟工作，从这个角度来说模拟器的指令输入只与程序的执行驱动指令有关，与动态指令没有任何关系。

程序的所有指令都是由可执行指令发出。

另一种观点认为，承载模拟器的主机是模拟器执行驱动代码的主要来源，系统模拟器只负责运行其中一部分指令，这些学者认为计算机体系结构模拟器不模拟任何一个应用程序的程序命令。

计算机体系结构模拟只研究对系统工具有用的指令，其他附加指令都放在宿主计算机上进行执行。

但是这种处理方式有一个弊端，承载模拟器的主机和模拟器中的指令必须一致时才能够实现模拟工作。

4.研究展望

随着社会的不断发展，人们对于计算机等现代信息处理工具的要求将会越来越高，计算机体系结构软件模拟技术作为研究计算机体系的重要手段，其未来势必还会成为研究学者重点关注的问题。

这其中模拟器的开发是难点，需要我们基于自身现有的技术经验，在吸取国外先进经验的同时，不断创新模拟器的开发技术。

模拟器的内部构造将会成为未来的研究重点，并且降低模拟器的构造难度将会成为模拟器研究的主要问题。

模拟器的运行速度是制约模拟器和计算机体系结构软件模拟技术发展的重要因素，未来的计算机体系结构软件模拟技术不会对某种特殊的结构处理模拟器进行过多的研究，体系结构模拟技术将会重点开发一个比较方便的具有开放式结构的体系。

模拟器技术目前已经发展了跟踪驱动模拟技术和执行驱动模拟技术，但是这些技术都是基于数据驱动的静态模型分析，虽然目前执行驱动模拟技术比较流行，但是随着工业需求的增加，其他种类的软件模拟技术将会获得不同程度的发展和提高。

[总结语]

随着计算机系统更新频率的加快，计算机体系结构软件模拟技术的重要性日益凸显，从上述内容可知，计算机体系结构软件模拟技术的工作内容主要是针对计算机中央处理器以及计算机系统设计。

模拟技术水平在很大程度上影响着计算机系统的设计效果和计算机处理器的制作水平。

由于计算机体系结构软件模拟技术的先天优势，其注定成为信息时代人们关注和研究的重点问题。

本文主要分析了计算机体系结构软件模拟技术的相关概念，以及相关分类。

目前我国在这方面的研究还比较落后，我们要基于现有的技术经验和水平，不断提高计算机系统的质量。

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