计算机体系结构软件模拟技术

王勉+范志勤

摘要：随着时代的进步与经济的高速发展，人们的生活水平也不断提高。计算机在人们的生活中也越来越普及，人们对于计算机的性能要求也在逐步提高。而计算机体系结构软件模拟技术的发展，在计算机的软件开发中起着重要的作用。

关键词：计算机体系；结构软件；模拟技术

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0229-01

1 计算机体系结构的介绍

1.1 计算机体系结构的简单定义

那些对于程序员可见的系统属性，例如设计思想与体系结构等，就是计算机体系结构。在计算机系统上出现的问题就是依靠计算机体系结构解决的。将一些系统的元素组合在一起，这些元素相互配合处理信息从而达到目标，就构成了计算机的体系结构。而图灵机理论是计算机体系构成的基础，同时计算机体系结构也是属于冯.诺依曼体系结构的一种。而在计算机体系结构中组合的系统元素一般包括有计算机的硬件、计算机的软件、数据库、人员、文档和过程。

1.2 计算机系统的发展阶段

从60年代计算机开始出现到现在已经过了一段时间的发展。随着时代不断的进步，人们对计算机需求也不断提高，所以计算机也在不断的发展，计算机的发展可以分为四个不同的阶段。

1.2.1 第一阶段

60年代中期，是计算机系统发展的第一阶段，在这一阶段，硬件的发展比软件发展要更加迅速一些。硬件的使用已经比较普遍，但是软件的发展还没有达到一定的水平，软件开发也没有一个系统整体的规划。对程序编写的规模也相当小，人们对于软件设计也没有一个清晰的概念。

1.2.2 第二阶段

从60年代中期到70年代中期的这一段时间里，是计算机系统发展的第二阶段。特别是在计算机技术方面有了很大的进步，提出了一个新的概念，即人机交互，使得计算机的应用到达了一个新的层次，也使得软件与硬件的配合更加好。

1.2.3 第三階段

20世纪70年代的中期到80年代中期，这十年的时间是计算机发展的第三阶段。在这十年中计算机技术又得到了更大的发展，不过随着技术的进步，用户对于计算机的要求也越来越高。局域网络、数据通信等的发展都对计算机系统提出了更高的要求。

1.2.4 第四阶段

从80年代中到现在，是计算机系统发展的第四阶段，人们逐渐开始重视软件和硬件的配合使用效果。计算机体系结构也已经从以前比较集中的主机环境，变为了一种较分散的服务器环境。信息网络的全球化也使得人们在交流与资源共享方面更加迅速。软件开发也逐渐发展，不断出现新的软件开发方式来取代传统的软件开发方法，更加系统的软件开发方法逐渐形成[1]。

2 计算机结构软件模拟技术

使用软件的方式来模拟计算机系统的硬件的运行，从而得出硬件系统在功能上的特性，叫做计算机体系结构软件模拟技术。在体系结构设计中，利用体系结构软件模拟技术对软件设计进行评估已经成为了一个必不可少的环节。

2.1 计算机体系结构软件模拟出现的问题

虽然我们应用计算机体系结构软件模拟技术，可以在短时间内设计出许多体系结构设计方案，然后再在其中挑选出最好的，这样就节省很多时间。但是在运用这种模拟技术的同时，也有着三个方面的问题。

2.1.1 计算机体系结构软件模拟器的开发难度大

计算机系统本身就非常复杂，所以使用软件来模拟每一个行为特征是不可能的，所以计算机体系结构就是对于计算机系统结构层次的简化，但是简化之后的结构层次仍然是非常复杂的，而且要开发出软件模拟体系，对于开发者也十分困难。

2.1.2 计算机体系软件模拟运行时间长

模拟器在运行的过程当中，由于计算机系统的复杂性，在模拟评测的过程中需要耗费很长的时间，而且速度也十分缓慢。而且根据模拟目的的不同，模拟运行的时间差距也非常大，比如有的只需要几个月，但有的甚至需要几十年。

2.1.3 计算机体系结构软件模拟运行结果的精度差

在模拟的开发过程中，本身就存在着许多错误，而设计人员不合理的决策，也会使得结果精度差。在模拟器开发的三个步骤中，每一个步骤中都有可能出现错误。

2.2 计算机体系结构模拟的分类

计算机经过这么长时间的发展，计算机体系结构软件模拟技术的研究也有了很大的发展，使得模拟技术更加多样化。下面我们就将介绍计算机体系结构模拟器的几种主要分类方法。我们可以根据处理器数目的不同，分为单处理器系统模拟和多处理器系统模拟。而我们根据模拟目标的不同，可以分为功能模拟、性能模拟等。而且随着人们对于计算机的要求越来越高，计算机系统也越来越复杂。人们对于系统能耗与发热问题的关注越来越高。而我们依据模拟器开发和执行的模式不同，可以将模拟器分为串行结构模拟器和并行结构模拟器。而在模拟器模拟过程中，也可根据执行内核数量的不同，将模拟器分为单核系统模拟器和多核系统模拟器[2]。

2.3 计算机体系结构软件模拟的两种主要分类

2.3.1 跟踪驱动模拟

在早期的页面换置算法中应用的就是跟踪驱动模拟技术，其过程是将每一条指令执行产生的信息输入，从而模拟出这种体系结构的功能，这就是跟踪驱动模拟。它也存在着两个问题，一是模拟运行的时间非常长。因为它要将在执行过程中产生的所有信息都输入，对于储存设备的容量要求非常高。二是在跟踪信息的时候，不能够真实准确的处理指令，所以在模拟过程中会影响结果的精确性。

2.3.2 执行驱动模拟

执行驱动模拟与跟踪驱动模拟最大的不同，就是其以程序的执行指令作为模拟器的输入，不使用程序跟踪状态信息作为输入。与跟踪模拟技术相比执行驱动模拟所得到的结果更加真实，但是执行驱动模拟的成本却更加高，而且执行的速度更加慢，这就使得模拟时间非常长。

3 结语

随着科技的发展，计算机体系发展的第四阶段，计算机也深入到了人们生活的各方各面。人们对于计算机的需求更加复杂，所以对于软件的开发与更新速度有很高的要求。而计算机体系结构模拟器是计算机体系结构发展的一个重要工具，应该加紧开发出更加符合现代科技需求的计算机体系结构模拟器，大力投入让计算机体系结构模拟技术更加完备。

参考文献

[1]喻之斌.计算机体系结构软件模拟技术[J].2008（23）：129-131.

[2]沈绪榜，刘泽响，王茹.计算机体系结构的统一模型[J].计算机学报，2007，（05）：67-69.

Abstract：With the progress of the times and the rapid development of the economy， people's living standard is also rising. The computer is more and more popular in people's life， and the performance requirements of the computer are gradually improving. The development of computer architecture software simulation technology plays an important role in the development of computer software.

Key Words：computer system； Structural software； simulation techniqueendprint