計算機體系軟件模擬技術(shù)探究

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

【關(guān)鍵詞】計算機體系；結(jié)構(gòu)軟件；模擬技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機逐漸成為處理信息和設(shè)計系統(tǒng)的核心工具。模擬技術(shù)在計算機體系中占據(jù)著非常重要的地位，是其不可或缺的技術(shù)手段。由于計算機體系非常龐大，導致其生產(chǎn)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(yōu)勢，計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的出現(xiàn)，不僅能夠大幅度降低軟件研發(fā)成本，同時也提高了開發(fā)效率和生產(chǎn)效率。

1計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)難點

1.1開發(fā)難度較大

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機功能變得越來越強大，適用于各行各業(yè)，并且能夠攻克很多難題。但是，隨著功能的增強，其體系結(jié)構(gòu)逐漸變得越來越復雜，開發(fā)與設(shè)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(fā)模擬器的難度。除此之外，開發(fā)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(fā)人員在對模擬器進行開發(fā)時，經(jīng)常會以調(diào)整現(xiàn)有模擬器的方法達到目的，這種二次開發(fā)，不但影響著開發(fā)效率，還增加了開發(fā)成本。

1.2模擬器運行時間過長

在運行模擬器時，要求開發(fā)人員在時鐘周期下時刻記錄處理器狀態(tài)和動態(tài)指令在運行時輸出的結(jié)果。由于模擬器運行時，動態(tài)指令運行會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)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(shù)量級。雖然SPEC組織針對這類問題進行改善，并且研發(fā)了評估處理器性能的程序包，一定程度上提高了模擬技術(shù)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(fā)過程中，通過確定體系結(jié)構(gòu)中相關(guān)信息，然后在已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)和設(shè)計模擬器。在這個過程中，開發(fā)模擬的三個主要環(huán)節(jié)都可能存在誤差問題。開發(fā)人員在獲取相關(guān)信息過程中，如果出現(xiàn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)中小模塊內(nèi)容，同樣會出現(xiàn)誤差，直接影響著模擬器的設(shè)計成果。

2計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的優(yōu)化措施

2.1降低模擬器負荷

降低模擬器負荷，對模擬技術(shù)進行優(yōu)化主要從以下幾方面進行：2.1.1測試過程中，減少參數(shù)輸入量。在一個性能標準的測試環(huán)境中，可以建立多套長期固定的參數(shù)測試數(shù)集，如參考輸入測試數(shù)集、訓練輸入測試數(shù)集以及測試輸入?yún)?shù)數(shù)集等。這些數(shù)集的建立，可減少參數(shù)輸入數(shù)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(shù)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(shù)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(guān)性，因此，開發(fā)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(yōu)化模擬環(huán)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(xù)指令進行截??；其二是以抽樣統(tǒng)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(shù)據(jù)模擬的準確性。

2.2控制指令數(shù)量

在優(yōu)化模擬技術(shù)過程中，控制指令數(shù)量主要體現(xiàn)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(zhí)行，再選擇Z百萬條指令，以此獲得最終的執(zhí)行結(jié)果，這種方式作用是在指令完成執(zhí)行操作后，與模擬器向?qū)男畔⒉粫肯В瑸楹罄m(xù)模擬工作提供保障，從而提高模擬效率。2.2.2利用統(tǒng)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(quán)重，從而使模擬結(jié)果更加精準。（2）周期采樣，首先將測試程序啟動，在動態(tài)狀態(tài)下，以一個周期為基礎(chǔ)，選取指令，這樣可以有效控制指令數(shù)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(huán)境映射時，主要是指定子任務傳輸?shù)讲⑿羞M程的過程。在當前并行處理環(huán)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(yōu)解；（2）可以得到相似值。為了優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)，使模擬器模擬過程更加精準，需要以排隊論、圖論和教學規(guī)劃為基礎(chǔ)進行計算，得出模擬數(shù)值。在此期間，為了使數(shù)據(jù)準確度和耗費時間之間的沖突得到有效緩解，學術(shù)界利用啟發(fā)式方法和最優(yōu)算法對上述兩種方法進行進一步優(yōu)化。這樣可以使任務映射方式簡化，從而提升模擬數(shù)據(jù)的精確度。

3結(jié)論

綜上所述，提升計算機體系機構(gòu)軟件模擬技術(shù)的開發(fā)效率，并將其推廣應用，已經(jīng)成為新軟件開發(fā)的主要手段。經(jīng)過上文分析可得，現(xiàn)階段，在應用模擬技術(shù)對軟件進行模擬運時，仍然存在一些技術(shù)難點難以解決。基于技術(shù)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(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)，才能開發(fā)出更高價值的計算機軟件。

參考文獻

[1]鄭剛.計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)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(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)[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