計算機體系軟件模擬技術探究

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摘要：隨著社會經濟的不斷發展，計算機技術水平也在不斷的提高，促使著計算機體系結構軟件模擬技術日趨成熟，對計算機軟件開發有著非常重要的意義?；诖耍疚耐ㄟ^對計算機體系結構軟件模擬技術難點進行分析，從降低模擬器負荷、控制指令數量、應用任務映射等方面入手，詳細的論述了計算機體系結構軟件模擬技術的優化措施。

【關鍵詞】計算機體系；結構軟件；模擬技術

隨著信息技術的不斷發展，計算機逐漸成為處理信息和設計系統的核心工具。模擬技術在計算機體系中占據著非常重要的地位，是其不可或缺的技術手段。由于計算機體系非常龐大，導致其生產周期不斷被拉長，無論是在效率上還是在成本上，都沒有明顯的優勢，計算機體系結構軟件模擬技術的出現，不僅能夠大幅度降低軟件研發成本，同時也提高了開發效率和生產效率。

1計算機體系結構軟件模擬技術難點

1.1開發難度較大

隨著計算機技術的不斷發展，計算機功能變得越來越強大，適用于各行各業，并且能夠攻克很多難題。但是，隨著功能的增強，其體系結構逐漸變得越來越復雜，開發與設計人員主要應用計算機體系層次簡化功能來簡化計算機體系的復雜度，但是層次簡化功能又會大大增加開發模擬器的難度。除此之外，開發人員在編程過程中，主要應用的C++或者是C語言等，這種語言存在誤差大、處理時間長等問題。同時開發人員在對模擬器進行開發時，經常會以調整現有模擬器的方法達到目的，這種二次開發，不但影響著開發效率，還增加了開發成本。

1.2模擬器運行時間過長

在運行模擬器時，要求開發人員在時鐘周期下時刻記錄處理器狀態和動態指令在運行時輸出的結果。由于模擬器運行時，動態指令運行會產生大量的數據信息，使得模擬速度受到很大的影響。如SMARTS模擬器的運行速度大約為9MIPS，但是與主機硬件相比，其運行速度相差大約4個數量級。雖然SPEC組織針對這類問題進行改善，并且研發了評估處理器性能的程序包，一定程度上提高了模擬技術的可靠性和真實性，但是這個程序包卻具有耗費時間長和模擬速度緩慢等問題。

1.3模擬器運行精度不佳

在對模擬其進行開發過程中，通過確定體系結構中相關信息，然后在已經存在的結構上實現和設計模擬器。在這個過程中，開發模擬的三個主要環節都可能存在誤差問題。開發人員在獲取相關信息過程中，如果出現誤差會使其無法準確判斷模擬器的需求。在獲取準確信息之后，如果不重視計算機系統結構中小模塊內容，同樣會出現誤差，直接影響著模擬器的設計成果。

2計算機體系結構軟件模擬技術的優化措施

2.1降低模擬器負荷

降低模擬器負荷，對模擬技術進行優化主要從以下幾方面進行：2.1.1測試過程中，減少參數輸入量。在一個性能標準的測試環境中，可以建立多套長期固定的參數測試數集，如參考輸入測試數集、訓練輸入測試數集以及測試輸入參數數集等。這些數集的建立，可減少參數輸入數量，從而降低模擬器負荷，使模擬器性能變得更加精準，有效的解決了模擬技術精準度不高的問題。2.1.2集中測試。在利用程序包測試過程中，包含的測試程序是非常多的，如SPECCPU2000中的點數測試程序和證書測試程序便有20多個，這些程序在某種程度上具有很大的相關性，因此，開發人員要尋找能夠代表各個程序的因素，然后集中對這個因素進行測試，這樣便可以有效的降低模擬器的負荷。2.1.3處理測試程序中部分指令。這個方法主要是模擬其中一小部分指令，以期能夠優化模擬環境和縮短模擬時間。模擬指令有兩種方法，其一是對一段連續指令進行截取；其二是以抽樣統計方法來選取指令。無論哪種方法都能夠有效的降低模擬器負荷，提高數據模擬的準確性。

2.2控制指令數量

在優化模擬技術過程中，控制指令數量主要體現在以下幾點：2.2.1直接選取。直接選取是指以全部指令為一個單位，在其中隨意選取，然后將隨意選取的指令放置在模擬器中。選取方式為：首先選擇M百萬條指令，其次選取L百萬條指令，并將這些指令預熱執行，再選擇Z百萬條指令，以此獲得最終的執行結果，這種方式作用是在指令完成執行操作后，與模擬器向對應的信息不會全部消失，為后續模擬工作提供保障，從而提高模擬效率。2.2.2利用統計學方式對指令進行選取。選取方法為：（1）代表性采樣，例如：利用Simpint進行模擬時，首先，要對測試程序進行分析，其次選取一組有代表性的模擬點，分配模擬點的權重，從而使模擬結果更加精準。（2）周期采樣，首先將測試程序啟動，在動態狀態下，以一個周期為基礎，選取指令，這樣可以有效控制指令數量，從而提高模擬精準度。

2.3應用任務映射

應用并行模擬器處理環境映射時，主要是指定子任務傳輸到并行進程的過程。在當前并行處理環境中，包含和涉及到的任務映射策略非常多，通常運用的有兩種：（1）映射策略可以得到最優解；（2）可以得到相似值。為了優化體系結構模擬技術，使模擬器模擬過程更加精準，需要以排隊論、圖論和教學規劃為基礎進行計算，得出模擬數值。在此期間，為了使數據準確度和耗費時間之間的沖突得到有效緩解，學術界利用啟發式方法和最優算法對上述兩種方法進行進一步優化。這樣可以使任務映射方式簡化，從而提升模擬數據的精確度。

3結論

綜上所述，提升計算機體系機構軟件模擬技術的開發效率，并將其推廣應用，已經成為新軟件開發的主要手段。經過上文分析可得，現階段，在應用模擬技術對軟件進行模擬運時，仍然存在一些技術難點難以解決?；诩夹g難點，應該從模擬器中的指令、負荷、映射等方面入手，提高模擬運行的精確度。因此，只有不斷完善計算機體系結構軟件模擬技術，才能開發出更高價值的計算機軟件。

參考文獻

[1]鄭剛.計算機體系結構軟件模擬技術應用研究[J].信息與電腦(理論版),2016(07):41-42.

[2]喻之斌,金海,鄒南海.計算機體系結構軟件模擬技術[J].軟件學報,2008(04):1051-1068.

作者:李蕭瑋 單位:格訊科技（深圳）有限公司