計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)

蘭璇+黃連生

隨著科技信息技術(shù)的逐漸研發(fā)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件功能越來越完善。其中計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的應(yīng)用，有效的推動(dòng)了軟件開發(fā)技術(shù)發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)研究，在本文中對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)產(chǎn)生的背景進(jìn)行研究，分析比較常見的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，針對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬中存在的技術(shù)性問題進(jìn)行分析，并且提出有效的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 體系結(jié)構(gòu) 軟件模擬技術(shù) 分析

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的產(chǎn)生是科技信息社會(huì)中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。雖然我國對(duì)于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研發(fā)已有很長(zhǎng)一段時(shí)間，但是基于該種技術(shù)的復(fù)雜性，在實(shí)際開發(fā)環(huán)節(jié)中存在著很多問題，這些問題的存在制約著時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展。因此，需要對(duì)這些問題進(jìn)行分析，并且提出有效的對(duì)策。

1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)產(chǎn)生背景

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)所應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中，該技術(shù)的具體應(yīng)用能夠?qū)ο到y(tǒng)中的硬件性能、功能性質(zhì)及系統(tǒng)綜合性的評(píng)價(jià)。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)中都需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證與鑒定，才能夠保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)恰好能夠進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的驗(yàn)證，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研發(fā)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)技術(shù)之一。比如，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)中央處理單元的設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的65%左右的資源和成本都被應(yīng)用于對(duì)于新中央處理單元的評(píng)估與驗(yàn)證。在計(jì)算機(jī)方面，實(shí)現(xiàn)軟件的開發(fā)，其所需要的開發(fā)成本和生產(chǎn)周期都需要應(yīng)用在系統(tǒng)硬件的開發(fā)上。

如果在進(jìn)行軟件的評(píng)估與驗(yàn)證環(huán)節(jié)中，使用計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)，還能夠?qū)⑾到y(tǒng)的研發(fā)成本有效的降低。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)早期的處理器研發(fā)環(huán)節(jié)中，并沒有應(yīng)用計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐漸發(fā)展，在上世紀(jì)80年代，在處理器的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用了“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”技術(shù)，并且在后續(xù)的技術(shù)研發(fā)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)，在處理器系統(tǒng)中建立了關(guān)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源和資源之間的連接模型，對(duì)計(jì)算機(jī)資源的利用率進(jìn)行綜合化分析，提升了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。

2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)類型

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)形式并不單一包含很多結(jié)構(gòu)類型，對(duì)于這些常見的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分析，對(duì)于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研究具有較為積極的意義。在對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的劃分中，其劃分依據(jù)不同時(shí)，結(jié)構(gòu)分類不同。具體的分類方式有以下幾種：

2.1 模擬器開發(fā)執(zhí)行模型的分類

由于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬器可以被劃分為串行結(jié)構(gòu)模擬器、和并行結(jié)構(gòu)化模擬器兩種。其中，串行結(jié)構(gòu)模擬器實(shí)際上是在C或者是C++環(huán)境下，所研發(fā)出來的模擬器。該模擬器的功能比較多，能夠?qū)崿F(xiàn)串行函數(shù)功能的調(diào)用、性能的模擬等。而并行結(jié)構(gòu)模擬器中則難以實(shí)現(xiàn)該功能呢，其運(yùn)行環(huán)境與串行結(jié)構(gòu)模擬器不同。

2.2 基于多線程的劃分

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)可以從多線程角度進(jìn)行劃分為細(xì)粒度多線程體系結(jié)構(gòu)、粗粒度多進(jìn)程體系結(jié)構(gòu)兩種。由于不同類型模擬器執(zhí)行內(nèi)核時(shí)的數(shù)量不同，可以將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分為單核系統(tǒng)模擬和多核系統(tǒng)模擬。

2.3 基于處理器的個(gè)數(shù)進(jìn)行劃分

從處理器的個(gè)數(shù)角度進(jìn)行劃分，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)劃分為單處理器系統(tǒng)模擬和多處理器系統(tǒng)模擬。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的集成化，在實(shí)際的系統(tǒng)研究中需要格外注意系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題。

3 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)問題以及解決對(duì)策

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)在實(shí)際開發(fā)中面臨著很多困難，為了優(yōu)化計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)，需要對(duì)該技術(shù)開發(fā)的問題進(jìn)行分析。經(jīng)過研究，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)再開發(fā)時(shí)關(guān)于模擬器的開發(fā)難度比較大，并且模擬器在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)中所消耗的時(shí)間比較長(zhǎng)，這些問題都直接影響到計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬器開發(fā)難度大

由于所開發(fā)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較復(fù)雜，將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)應(yīng)用到模擬器的研發(fā)中，需要借助層次化、抽象化的技術(shù)手段，簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)方法難度，但是也無形中增加模擬器的實(shí)際開發(fā)難度。同時(shí)，由于開發(fā)模擬器需要進(jìn)行改進(jìn)、二次開發(fā)現(xiàn)有的模擬器，需要打破串行結(jié)構(gòu)語言固有機(jī)制，因此可見難度比較大。

3.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬器運(yùn)行效率低

經(jīng)過計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)所開發(fā)下的模擬器運(yùn)行效率比較低，這是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)應(yīng)用的另一個(gè)難題。從硬件上進(jìn)行分析，較慢的模擬速度是受到了負(fù)載極大的影響。所以在修改某個(gè)參數(shù)時(shí)，還需要重新重頭開始運(yùn)行模擬測(cè)試程序，找出系統(tǒng)的影響。

3.3 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)開發(fā)改進(jìn)措施

針對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬器開發(fā)中所存在的問題，需要從以下兩方面進(jìn)行技術(shù)性改進(jìn)。

（1）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中減少性能測(cè)試程序中參數(shù)量的輸入。

（2）減少運(yùn)行模擬指令的實(shí)際數(shù)量引入。

在對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的參數(shù)進(jìn)行實(shí)際修改環(huán)節(jié)中，最為突出的作用就能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬器實(shí)際運(yùn)行時(shí)間有效的降低，能夠發(fā)揮運(yùn)行測(cè)試系統(tǒng)的指令。同時(shí)該種技術(shù)方式也能夠?qū)⒛M器的運(yùn)行精度有效的提升。模擬指令在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠?qū)⒃摬糠值倪\(yùn)行結(jié)果替代原本的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，并且能夠提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是需要將運(yùn)行模擬指令的引入，避免系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性。

4 結(jié)論

綜上所述，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)所應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中，該技術(shù)的具體應(yīng)用能夠?qū)ο到y(tǒng)中的硬件性能、功能性質(zhì)及系統(tǒng)綜合性的評(píng)價(jià)。經(jīng)過研究，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)再開發(fā)時(shí)關(guān)于模擬器的開發(fā)難度比較大，并且模擬器在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)中所消耗的時(shí)間比較長(zhǎng)，這些問題都直接影響到計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的應(yīng)用效果。為此，在本文中提出減少性能測(cè)試程序中參數(shù)量的輸入，減少運(yùn)行模擬指令的實(shí)際數(shù)量引入的對(duì)策。

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作者單位

江西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江西省南昌市 330200