芻議計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件的模擬技術(shù)

王通 董智超

摘? 要：當(dāng)前，我們國家的經(jīng)濟(jì)和科技快速發(fā)展，技術(shù)不斷更新，人們的生活水平也隨之不斷地提高和改善，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)在人們的生活中也變得越來越普遍，人們對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求也越來越高，因此在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)過程中，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件的模擬技術(shù)也變得越來越重要，本文將結(jié)合實(shí)際簡要分析當(dāng)前的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的模擬技術(shù)相關(guān)方面的研究。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī);結(jié)構(gòu)軟件;模擬技術(shù)

隨著信息化和科技化的不斷發(fā)展，人們對(duì)高新技術(shù)的要求也越來越高，對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的依賴也越來越深。在這樣的背景之下，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)揮著十分重要與不可或缺的作用，但是現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了一些困難，這些困難對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展以及人類社會(huì)的發(fā)展有著不小的阻力，因此必須要提出完善和健全的措施來發(fā)展計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件的模擬技術(shù)。

一、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的介紹

（一）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的簡單定義

對(duì)于程序員來說，可見的系統(tǒng)屬性實(shí)際上就是計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，比如說設(shè)計(jì)思想和體系結(jié)構(gòu)之類的就屬于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。一般來說，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上出現(xiàn)的問題就是通過計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)去解決的。通過將某些系統(tǒng)的元素組合在一起，這些元素之間相互處理達(dá)到目標(biāo)，這樣相互處理就構(gòu)成了體系結(jié)構(gòu)。我們都知道圖靈機(jī)理論是計(jì)算機(jī)體系機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，并且計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)也是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)當(dāng)中的一種體系結(jié)構(gòu)。在計(jì)算機(jī)體系的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，一般組合的系統(tǒng)元素有計(jì)算機(jī)的軟件硬件，以及數(shù)據(jù)庫和人員文檔等過程^[1]。

（二）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展階段

從上個(gè)世紀(jì)六十年代開始，一直到現(xiàn)在，已經(jīng)過了很長一段時(shí)間的發(fā)展，隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，以及技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)的要求也不斷升高，這也促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不斷發(fā)展，總的來說，計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以分成四個(gè)階段。一下將簡要介紹這四個(gè)階段的具體發(fā)展內(nèi)容。

1、階段一

六十年代中期，這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的最初階段，在這個(gè)階段當(dāng)中，硬件發(fā)展要快于軟件發(fā)展，硬件發(fā)展的速度更迅速，硬件的使用已經(jīng)變得十分廣泛和普通，不過軟件發(fā)展的速度要稍微遜色一些，還沒有達(dá)到一定的水平，軟件開發(fā)也沒有一個(gè)整體的系統(tǒng)規(guī)劃。那時(shí)候編寫的程序的規(guī)模也很小，人們對(duì)于軟件設(shè)計(jì)的理念還不夠清楚^[2]。

2、階段二

到達(dá)七十年代中期這段時(shí)間里，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展來到了第二階段，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，也提出了許多的全新概念，特別是人機(jī)交互技術(shù)的提出，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用就完全升級(jí)到了一個(gè)全新的層次，從此以后，軟件與硬件的配合也變得更加良好。

3、階段三

到了八十年代中期，這段時(shí)間是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第三階段，在這十年里，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了比較好的階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了很大的提升與發(fā)展，不過，科學(xué)技術(shù)在發(fā)展，因此人們對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也越來越高，局域網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信的發(fā)展都對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提出了很高的要求。

4、階段四

從八十年代到現(xiàn)在，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第四階段，人們開始重視軟件和硬件的配合使用效果。計(jì)算機(jī)體系的環(huán)境也從以前比較集中的環(huán)境變成了現(xiàn)如今分散的服務(wù)器環(huán)境。信息網(wǎng)絡(luò)的全球化讓人們?cè)诮涣骱头窒碣Y源這一方面變得十分迅速，軟件開發(fā)也不斷發(fā)展，不斷有新的軟件開發(fā)方式去取代舊的開發(fā)方式，逐漸的形成了系統(tǒng)的開發(fā)方式^[3]。

二、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)

想要得到硬件系統(tǒng)在功能上的特性，可以使用軟件的方式來進(jìn)行模擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件運(yùn)行，這樣的技術(shù)叫做計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)。在體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，這一技術(shù)已經(jīng)變成了不可缺少的環(huán)節(jié)，利用體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)來進(jìn)行評(píng)估也變得十分重要^[4]。

（一）現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)模擬面臨的問題

盡管在短時(shí)間內(nèi)利用計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)可以設(shè)計(jì)出很多的方案，然后在根據(jù)具體要求以及深層次的要求選出最好的方案，這樣做可以節(jié)約很多時(shí)間，但是這種方式仍然面臨著幾個(gè)問題。

1、計(jì)算機(jī)體系機(jī)構(gòu)軟件模擬器開發(fā)難度

首先，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)十分復(fù)雜，想要用軟件來模擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每個(gè)行為特征基本是不可能的，因此要對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次進(jìn)行簡化，不過實(shí)踐證明，簡化過后的結(jié)構(gòu)層次仍然十分復(fù)雜，再加上需要開發(fā)模擬體系，這就變得更加困難與復(fù)雜。

2、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬時(shí)間

由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)十分復(fù)雜，模擬器在運(yùn)行的時(shí)候需要花費(fèi)大量的時(shí)間，并且運(yùn)行的速度也是十分緩慢，再加上各自不同的模擬目的，又有著很大的差距，有的模擬可能是需要幾個(gè)月，但是有點(diǎn)模擬卻需要幾十年的時(shí)間來進(jìn)行^[5]。

3、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬運(yùn)行的效果

由于在模擬開發(fā)的過程中，存在著很多的錯(cuò)誤，再加上設(shè)計(jì)人員的決策也會(huì)出現(xiàn)問題，這都會(huì)對(duì)模擬的效果造成很大的影響，這就使得精度變差，因此在這三個(gè)步驟中，每一個(gè)步驟都有可能會(huì)出現(xiàn)或多或少的問題。

（二）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的模擬分類

經(jīng)過漫長時(shí)間的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件模擬技術(shù)的研究也取得了不錯(cuò)的成果，模擬技術(shù)也變得越來越多樣化。我們接下來將簡單介紹一下計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬器的幾種主要的分類方法，根據(jù)處理器的數(shù)目不同，我們可以分成單處理和多處理系統(tǒng)模擬，而根據(jù)處理目標(biāo)和模擬目標(biāo)的不同可以分成性能模擬和功能模擬。隨著人們對(duì)計(jì)算機(jī)的要求變得十分高，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也變得十分復(fù)雜，因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能耗和發(fā)熱的問題也變得十分重要。根據(jù)模擬器開發(fā)和執(zhí)行模式不同，可以將模擬器分成串行和并行的結(jié)構(gòu)模擬器。在模擬器運(yùn)行過程中，根據(jù)執(zhí)行內(nèi)核的數(shù)量不同可以分成多核系統(tǒng)模擬器和單核系統(tǒng)模擬器。

（三）計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)軟件模擬的兩種結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)

1、跟蹤驅(qū)動(dòng)的模擬

在早期，頁面換置的算法中，我們應(yīng)用的就是跟蹤驅(qū)動(dòng)的模擬技術(shù)，這個(gè)過程就是通過每一條指令產(chǎn)生信息去輸入，然后跟據(jù)相關(guān)指令模擬出這一種體系結(jié)構(gòu)的功能，這就是我們?cè)缙趹?yīng)用的跟蹤驅(qū)動(dòng)模擬的方式，但是這種方式也有問題，主要有兩個(gè)方面的問題，首先就是模擬的時(shí)間之長，這是因?yàn)樗枰趫?zhí)行的過程中輸入所有信息，這對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備的容量要求很高。另外一個(gè)方面就是在跟蹤信息時(shí)，處理信息的指令不夠準(zhǔn)確，在模擬過程中會(huì)影響到結(jié)果的精確性^[6]。

2、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)模擬

與跟蹤驅(qū)動(dòng)模擬不同的是，執(zhí)行驅(qū)動(dòng)是以程序的指令作為模擬器輸入進(jìn)去的，它不適用跟中狀態(tài)的信息，也不輸入這方面的信息進(jìn)去，與跟蹤模擬技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是它模擬的結(jié)果會(huì)更加真實(shí)準(zhǔn)確，但是執(zhí)行的模擬的成本更加高，并且這種方式執(zhí)行的速度也不夠快，這就導(dǎo)致了這個(gè)過程所需要花費(fèi)的時(shí)間也就更長。

結(jié)語：

隨著科學(xué)計(jì)算的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)體系已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)展的第四階段，計(jì)算機(jī)已經(jīng)深入到人們生活的各個(gè)方面，人們對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也變得越來越高，因此對(duì)于軟件開發(fā)以及更新速度都有十分高的要求。而計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件的惡魔你技術(shù)是一個(gè)非常重要的技術(shù)和工具，必須要加快速度研發(fā)出符合現(xiàn)代科技需求的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的模擬器，大力投入資金和資源完善計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的模擬技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]? 李蕭瑋.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（21）：38.

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[4]? 王勉，范志勤.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（11）：229+231.

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[6]? 張雪臻.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的分析[J].信息與電腦（理論版），2017（18）：32-33.