计算机体系结构软件模拟技术研究

何书鸾

摘要：现代计算机系统逐渐向高端化，多样化方向发展。随着计算机技术在现代工业以及人们生活中应用，人们加强了对计算机技术的研究。计算机体系结构模拟技术逐渐成为了计算机发展的一项主要工具，因此需要加强对该项内容的分析与介绍。

关键词：计算机；软件模拟；结构软件

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0216-02

开发计算机软件中，软件模拟技术得到了快速的发展，并且对该技术进行应用，可以降低在软件开发过程中的研发成本，缩短软件的开发周期，并且能够满足计算软件在具体开展中的需求。

1 结构软件模拟技术的种类

近几年，人们对结构软件模拟技术的研究逐渐加深，取得了不错的成绩，通过一段漫长时间的发展，目前我国在该方面问题的研究出与多元化体制。通过合理的划分，对模拟技术进行探讨，对问题分析具有积极意义。

1.1 划分类别

划分结构软件模拟技术需要考虑处理器本身的特点，依据具体情况可以划分为以下两种类型：（1）单个处理系统。（2）多处理器系统模拟。在目标问题的划分上，依据模拟情况而定，可以分为性能、功能、消耗、发热模拟。

1.2 跟踪驱动模拟

跟踪模拟技术是整个模拟技术形态中的一种主要类型，该技术的应用比较广泛，其主要被应用在置换算法中。在高速管理算法的具体作用下，实现高效跟踪驱动模块。在具体操作中，完成指令传输，需要将获取到的信息进行处理，并将信息作为模拟处理器，执行相应的输入操作，从而实现对功能面和性能双方面的模拟。该项模拟技术在具体应用中的最大优势，就是调节起来相对比较简单，节省时间，对工作人员的要求较低，其性能在具体应用中容易得到发挥[1]。当然，为了提升结构软件模拟性能，对模拟器的模拟，应在适当的情况下开展，从而避免模拟不当情况的发生。

1.3 执行驱动模拟

关系驱动模拟执行中的各项因素，在具体处理中，要结合人为执行中的各项因素，从而掌握模拟器的具体输出情况。因此，应当在制定模拟技术的基础下，对指令程序的具体情况进行详细探索，从而使动态指令的作用能够得到合理发挥。

2 软件模拟开发技术存在的主要问题

2.1 开发困难，耗时费力

计算机功能越来越强大，这使其变得更加适用，可以解决更多问题，但是，与此同时，计算机系统结构也变得更加复杂，在问题分析过程中，对计算机结构的电路、晶体管等各项内容进行详细模拟显然不现实，因此应当采取一定层次结构，对结构体系进行简化，从而使模拟变得简单化[2]。但是，从具体情况来看，经过简化后的系统仍然十分复杂，这对模拟软件开发来说，仍然存在较大困难。基于此，一些研究人员利用C语言功能，开发出了模拟软件，但是该软件在具体应用中容易出现错误，并且在应用中费时费力。

2.2 设计模拟器费时

计算机主机上的一个关键构成部分就是模拟器，对计算机系统的运行进行模拟过程中，需要记录处理器的具体运行情况。处理器运行过程中，包含大量数据，因此将会对模拟运行速度造成不良影响。在问题分析中，为了对运行性能进行合理测试，要安装参试标准程序，而从实际情况来看，这些程序的安装费时费力，因此将会大幅度降低程序的测试效率。

2.3 模拟器运行结果较差

开发模拟器的主要内容有以下几点：1）构建目标体系时，经常发生分析结果存在误差的情况。2）设计模拟器结构时，虽然可以正确理解结构体系的具体目标，但是，在细节上仍然会存在一定错误，这将会对模拟器的设计产生不良影响。3）实现模拟器时，模拟器运行时，避免不了出现错误，这将会对最终的模拟结果产生不良影响，以上三点内容造成的最终结果就是，模拟器的运行效果达不到理想的要求。

3 提高结构软件模拟技术措施

3.1 减少模拟器负荷

减少模拟器工作量应当从以下几个方面入手：

1）减少测试程序输入参数，针对一个标准性能测试环境，为了确保测试结果能够达到理想要求，通常具有多套固定测试数集。分析不同的数集内容不难发现，参数负荷较大，结果的精准性也更高。当然，该要求的存在，也使过去应用的结构软件模拟数据准确性偏低的弊端得到了解决。

2）集中测试，测试程序会包含很多内容。例如，点数测试程序及集中测试程数量接近20。而在问题分析过程中，可以发现，不同的程序之间会存在一定相关性，因此在问题分析时，需要结合各项条件进行，完成分析之后，要从诸多因素中，选择具有代表性的因素，完成相应集中测试[3]。

3）指令处理，主要针对测试程序中的一小部分进行。该方法对部分指令进行科学模拟，利用该方法，可以使模拟时间缩短，并对模拟环境进行优化。该方式分为以下两种形态：①指令选取通过抽样统计的方式完成。②直接对一段连续指令进行截取。需要注意的是，无论选用哪一种指令，在具体应用中，都能降低模拟器的工作负荷，从而提高数据的准确性。

3.2 控制指令数量

3.2.1 直接选取

直接选取就是在全部指令中随机选取，再将选择的指令设置在模拟器中。通过该方式完成指令的选用，可以将其作为模拟器运行的最终结果。该种指令的选择方式，先选L百万条指令，然后选择M百万条指令，将两种结果作为模拟结果。该方式的主要特征是，完成指令的执行操作后，模拟器中的对应信息将会消失，这将会对后续处理效果造成直接影响。基于此，研究人员在问题分析过程中，提出了一种新的指令选择方式，在选择L百万条指令后，选择M百万条指令进行预热执行，最终，选择N百万条指令，获取最终理想执行效果。通过对该方式进行应用，提高了模拟效果，但是仍然具有一定的局限性，因此不适合在大规模的模拟环境中应用。

3.2.2 统计学技术的合理应用

在指令选取过程中可以合理应用统计学技术，该方式的最大特点，是最终选取的指令具有不错的代表性。现阶段，计算机在具体运行过程中，为了使模拟效果能够得到进一步提高，采用的指令选择方式有以下几种：1）代表性采样，先对测试程序进行分析，再选择模拟点，对分析结果分配权重，最终获得精准的模拟结果。2）随机采样，在全部指令中，采用抽样方式完成对指令的选取，从而实现达到模拟效果。3）周期采样，先启动测试程序，在动态下，依据周期标准，完成对指令的选取。

3.3 应用并行模拟器

并行模拟器是一种新模拟形态，在具体应用中，表现出的运行状态和效果存在较大差异。并行模拟环境中，关键是更好地在并行体系结构模拟中进行应用。采用该方式进行处理的主要原因是，对系统自身部件众多因素和复杂性进行重点强调，传统模拟方式，在模拟上并不需要并行模拟器[4]。针对目标模拟多种层次的并行性要素的影响，应当着重分析多样性和规模性要求，对并行模拟器进行探索，优化模式，在降低成本的同时，提升效率。

4 结束语

计算机在现代人们生活中扮演的角色越来越重要，随着人们对计算要求的不断提高，未来一段时间，计算机体系结构软件模式将逐渐成为市场发展中的一项关键要素。虽然，目前在我国针对该内容的研究，不论在技术还是成果上还都不成熟，但是已经针对优化方案进行了探索，其作用将会逐步得到发挥。

参考文献：

[1] 徐传福， 车永刚， 王正华，等. 一种均衡可扩展计算机体系结构分布式模拟方法[J]. 软件学报， 2014（8）.

[2] 陈微. 计算机软件模拟技术在实际应用中的问题研究[J]. 黑龍江科技信息， 2014（24）.

[3] 王恩东， 陈继承， 王洪伟，等. 计算机体系结构模拟技术现状、挑战与展望[J]. 小型微型计算机系统， 2016（1）.

[4] 丰永庆， 张磊. 基于面向对象的可扩展计算机网络设计软件系统研究[J]. 电脑知识与技术， 2013（23）.