计算机体系结构软件模拟技术面临的问题

    随着科学技术的不断发展，计算机系统的功能变得越来越丰富，处理器的操作也趋于复杂。在计算机运行中，计算机体系结构软件模拟技术的应用，是基于硬件在系统中所处的部位，模拟其功能的运行，以及实际运行中的性能，因而计算机体系结构软件模拟技术俨然转变成计算机系统中必不可少的一环。倘若计算机系统处理器或模拟技术表现出不适应性，计算机体系结构软件模拟技术不仅有助于减少计算机软件系统设计开发成本，还可缩减计算机设计开发周期。在开展软件开发时，因为计算机体系在软件模拟器开发中依旧面临不小的困难，由此使得相关开发程序十分负载，尤其是开发软件的运行化测试要消耗大量的时间等，这便对计算机体系结构软件模拟技术带来极大的影响，进而影响计算机系统应用的有效性[1]。由此可见，对计算机体系结构软件模拟技术进行探索研究，具有十分重要的理论价值和实践意义。

一、计算机体系结构软件模拟及其类别

（一）计算机体系结构软件模拟

计算机体系结构软件模拟，主要是指依托硬件或软件原型的方式对相关计算机系统体系结构予以模拟，进一步对计算机系统开展计算的过程。计算机体系结构软件模拟旨在对计算机体系结构未来的性能或功能予以分析、评估，并且着重于对计算机的计算任务执行过程予以研究。

（二）计算机体系结构软件模拟分类

对于计算机体系结构软件模拟的分类，一是依据处理器的具体数量，对应的性能模拟可划分成单个、多个处理器系统模拟。依据模拟目标相互间的具区别，可划分成性能、功能、发热及能耗模拟技术。二是跟踪驱动模拟技术，作为页面置换计算方法中较早推广的一种缓存管理算法，跟踪驱动模拟技术可对跟踪驱动开展有效模拟，并且对指令程序执行的各项数据均将其作为模拟器来传输其中，进一步对相关体系结构处理器的性能、功能予以模拟。

二、计算机体系结构软件模拟技术面临的问题

（一）计算机体系结构软件模拟器开发难度偏大

因为计算机工作系统存在一定的复杂性，几乎无法借助计算机软件来对门电路或晶体管进行模拟。就层次角度分析而言，计算机系统复杂程序简化抽象程序是较为常用的一种方法，计算机体系结构不断向简单化方向发展，就结构层次角度而言，计算机系统仍然十分复杂，由此使得计算机体系结构软件模拟器开发难度亦会不断提升。从现阶段发展情况而言，计算机体系结构软件模拟器开发依旧采用C语言或C++编程语言，依托语言串行结构化的特定机制来开展计算机系统部件及功能模拟工作，但这一过程不仅要投入大量的时间，还极易引发各种错误。比如，从零起步进行开发存在极大的难度，由此要求基于计算机体系结构开展模拟器开发工作，以此可切实满足计算机体系结构软件模拟技术开发需求，然而实际开发中依旧处在模拟器改造及模拟器二次开发阶段。就事实角度分析而言，现有模拟器改造或模拟器二次开发面临极大的难度，加之人们通常抱有怀疑态度，会对模拟器进行反复验证，以期提升模拟器体系结构评估可信度，然而却在无形中进一步加大了计算机体系结构软件模拟器的开发难度。

（二）计算机体系结构软件模拟器运行精度不足

在开展计算机体系结构软件模拟器开发时，可从目标体系结构角度将其分为理解程序、设计程序以及实现程序，然而在目标体系结构依旧面临着极大的问题。首先，在理解程序中，要求对计算机体系结构软件模拟器需求开展有效分析，这是对软件进行开发时必须落实好的一项工作。其次，在设计程序中，虽然树立有明确的计算机体系结构目标，然而往往会因为在对计算机体系结构进行设计时忽视某部分细节而导致错误的引发，对模拟器编码工作造成不利影响。最后，在实现程序中，因为计算机体系结构软件模拟器需要花费很长的时间进行模拟，从而使得开发人员不得不借助部分指令来取代测试程序中的整体效果，以此将会造成模拟器运行精度受到极大影响。

（三）模拟器在预测新设计时运行时间偏长

    模拟器存在于宿主主机上的同时，也属于一个运行程序。在对全面计算机系统进行模拟过程中，全面运行过程均应当在时钟周期的层级上记录动态指令，比如寄存器状态灯、分支预测期状态等，这些环节涉及海量的数据信息，该部分数据信息的存在会不利于详细的模拟运行速度。在这过程中，SMAETS软件模拟器作为一个性能可靠的模拟器，整个速度可达到9MIPS，然而相较于宿主主机的硬件，整个运行过程速度要低于约4个数量级[2]。加之伴随如今处理器性能的不断提升，新的标准程序包发布后也提出了全新的处理器性能评估方案，以此不仅为实时监测提供了诸多便利，并且还可从其他多个方面来全面评定处理器性能。为了提升模拟结果的准确性，即可在运行时引入性能测试程序包。相比硬件设施而言，模拟器的慢速度还会附着一个高负载的测试程序，以此也会很大程度到模拟器的运行时间。又由于每次模拟的目的不尽相同，尽管使用输入参数，运行时间也会不尽相同，或是几年，或是几十年。

三、计算机体系结构软件模拟技术问题的应对对策

（一）合理控制运行参数

在计算机系统运行时，针对模拟器运行时间较长、效果不佳的问题，开发人员可采取下述应对对策：一是调整程序测试数量。以系统测试为例，系统测试作为一个针对全面系统开展的黑盒类测试，在运行时，因为系统测试较为复杂，使得模拟器运行缓慢，所以，开发人员可对计算机系统的联合部件进行有效筛选，基于对系统重要文件规格的有效满足，剔除其中不符合规格的模块，进一步促进系统运行[3]。二是缩减程序测试时间。以深度测试为例，深度测试指的是借助比较函数测试系统。当相关产品运行一个特性的各个细节时，即为出现深度测试的情况，以此便会造成模拟器时间过长，针对这一情况，开发人员在开展深度测试过程中，倘若比较函数不呈现出返还特性，便无需对软件的各项特性进行测试。

（二）直接选择指令

直接选择指令指的是开发人员在选择指令过程中，自由选择指令，然后将指令输入进模拟器中。通过对该种选择方式的应用，可便于开发人员在执行阶段就能够掌握模拟器的运行状况。对于直接选择指令的应用，主要包括下述几种方式：一是开发人员第一步应选择X指令，接着选择Z指令，通过模拟获取数据，进而将该两种数据用作模拟器结果。在指令执行后，模拟器中不会继续产生相关数据信息，也无需保存数据信息，进一步便可提升模拟器的运行效率。二是开发人员在指令处理后续阶段，应开发另一种选择方式，即为在选择X指令、Z指令后，对指令开展预热处理，以此可促进收获可观的模拟成效，不过该种方式依然面临一些难题，使得模拟软件无法适用于当前大环境。三是因为计算机系统结构复杂，所以，在开展模拟器测试过程中为实现对运行问题的有效解决，开发人员可采用部分指令。以兼容测试为例，在以往的兼容测试中，开发人员需要对软件进行完全运行方可得到最终测试结论。而经由采用部分指令，开发人员可迅速掌握软件核心部分是否与计算机应用程序相适应，进而为软件安装提供有效便利。

（三）引入统计学方式选择指令

引入统计学方式选择指令，有助于提升模拟器的运行效率。对于统计学方式选择指令实际应用，开发人员应开展好下述几方面工作：一是开发人员所选择的指令要具有一定的代表性。目前，可提升计算机系统模拟安装技术的指令包括有代表性采样、随机式采样以及周期式采样。它们的不同之处在于选择的数据不相一致，进而会产生不尽相同的模拟器运行效率。比如，在开展模拟器运行测试时，较常应用的Simpoint模式即属于是一种代表性采样，主要是在程序运行过程中对试验流程开展实况分析，进而任意选择一组模拟点获取模拟结果。二是合理选择采样时机[4]。开发人员在开随机式采样、周期式采样过程中，应注意把握采用的时机，切忌在测试的初期或末尾期开展采样工作，如此将会造成数据的偶然性，进而出现代表性不足的问题。

（四）调整计算机性能测试的程序

开发人员通过对计算机性能测试程序的有效调整，可有效解决计算机体系结构模拟软件技术的运行问题，进一步提升系统的运行效率，且主要表现为以下几个方面：一是匹配参数值。计算机体系结构模拟软件技术所依附的运载平台，属于是计算机性能测试程序，开发人员依托对比程序及模拟技术的数据信息，可直接获取它们共同的运行参数，进一步调整它们的不同之处，提升契合度。值得一提的是，系统的参数不可负载，倘若模拟技术参数超出系统范围值，极可能会引发崩盘情况。与此同时，系统参数也不宜过低，参数过低将难以带动模拟技术运行。二是减少误差。开发人员通过调整计算机性能测试的程序，可缩减CPU参数集的参数配比，进一步可促进收获更令人满意的系统模拟技术运行结果。因为CPU的运算速度要以CPU流水线相关性能指标为有力依据，所以通过调整参数，提升CPU流水线质量，可提升系统的运行效率[5]。与此同时，因为CPU运行速度延长，系统在处理信息过程中，可减少卡顿的引发几率，进一步可防止出现数据误差，确保数据的真实性。

四、结束语

总而言之，随着信息化、数字化时代的来临，计算机技术已在人们的生产生活中得到越来越广泛的推广，加之现如今社会大众对计算机的需求、功能也提出了越来越严格的要求，因此，相关人员应加强对计算机体系结构软件模拟技术的开发推广，这同时也转变成开发新的软件所必不可少的一项条件。计算机应用功能的开发推广离不开专业技术人员的有力支持，在开发和推广过程中，专业技术人员应全面分析计算机体系结构软件模拟技术面临的问题，只有这样才能够做到有的放矢，合理控制运行参数、直接选择指令、引入统计学方式选择指令、调整计算机性能测试的程序等，从多个不同方面促进计算机体系结构软件模拟技术的有效优化，促进开发出更多可靠实用的计算机应用软件。

本文来源：《魅力中国》：https://www.zzqklm.com/w/wy/25805.html