計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)研究

何書鸞

摘要：現(xiàn)代計算機系統(tǒng)逐漸向高端化，多樣化方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)以及人們生活中應(yīng)用，人們加強了對計算機技術(shù)的研究。計算機體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)逐漸成為了計算機發(fā)展的一項主要工具，因此需要加強對該項內(nèi)容的分析與介紹。

關(guān)鍵詞：計算機；軟件模擬；結(jié)構(gòu)軟件

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）04-0216-02

開發(fā)計算機軟件中，軟件模擬技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且對該技術(shù)進行應(yīng)用，可以降低在軟件開發(fā)過程中的研發(fā)成本，縮短軟件的開發(fā)周期，并且能夠滿足計算軟件在具體開展中的需求。

1 結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的種類

近幾年，人們對結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研究逐漸加深，取得了不錯的成績，通過一段漫長時間的發(fā)展，目前我國在該方面問題的研究出與多元化體制。通過合理的劃分，對模擬技術(shù)進行探討，對問題分析具有積極意義。

1.1 劃分類別

劃分結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)需要考慮處理器本身的特點，依據(jù)具體情況可以劃分為以下兩種類型：（1）單個處理系統(tǒng)。（2）多處理器系統(tǒng)模擬。在目標問題的劃分上，依據(jù)模擬情況而定，可以分為性能、功能、消耗、發(fā)熱模擬。

1.2 跟蹤驅(qū)動模擬

跟蹤模擬技術(shù)是整個模擬技術(shù)形態(tài)中的一種主要類型，該技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，其主要被應(yīng)用在置換算法中。在高速管理算法的具體作用下，實現(xiàn)高效跟蹤驅(qū)動模塊。在具體操作中，完成指令傳輸，需要將獲取到的信息進行處理，并將信息作為模擬處理器，執(zhí)行相應(yīng)的輸入操作，從而實現(xiàn)對功能面和性能雙方面的模擬。該項模擬技術(shù)在具體應(yīng)用中的最大優(yōu)勢，就是調(diào)節(jié)起來相對比較簡單，節(jié)省時間，對工作人員的要求較低，其性能在具體應(yīng)用中容易得到發(fā)揮[1]。當然，為了提升結(jié)構(gòu)軟件模擬性能，對模擬器的模擬，應(yīng)在適當?shù)那闆r下開展，從而避免模擬不當情況的發(fā)生。

1.3 執(zhí)行驅(qū)動模擬

關(guān)系驅(qū)動模擬執(zhí)行中的各項因素，在具體處理中，要結(jié)合人為執(zhí)行中的各項因素，從而掌握模擬器的具體輸出情況。因此，應(yīng)當在制定模擬技術(shù)的基礎(chǔ)下，對指令程序的具體情況進行詳細探索，從而使動態(tài)指令的作用能夠得到合理發(fā)揮。

2 軟件模擬開發(fā)技術(shù)存在的主要問題

2.1 開發(fā)困難，耗時費力

計算機功能越來越強大，這使其變得更加適用，可以解決更多問題，但是，與此同時，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜，在問題分析過程中，對計算機結(jié)構(gòu)的電路、晶體管等各項內(nèi)容進行詳細模擬顯然不現(xiàn)實，因此應(yīng)當采取一定層次結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)體系進行簡化，從而使模擬變得簡單化[2]。但是，從具體情況來看，經(jīng)過簡化后的系統(tǒng)仍然十分復(fù)雜，這對模擬軟件開發(fā)來說，仍然存在較大困難?；诖耍恍┭芯咳藛T利用C語言功能，開發(fā)出了模擬軟件，但是該軟件在具體應(yīng)用中容易出現(xiàn)錯誤，并且在應(yīng)用中費時費力。

2.2 設(shè)計模擬器費時

計算機主機上的一個關(guān)鍵構(gòu)成部分就是模擬器，對計算機系統(tǒng)的運行進行模擬過程中，需要記錄處理器的具體運行情況。處理器運行過程中，包含大量數(shù)據(jù)，因此將會對模擬運行速度造成不良影響。在問題分析中，為了對運行性能進行合理測試，要安裝參試標準程序，而從實際情況來看，這些程序的安裝費時費力，因此將會大幅度降低程序的測試效率。

2.3 模擬器運行結(jié)果較差

開發(fā)模擬器的主要內(nèi)容有以下幾點：1）構(gòu)建目標體系時，經(jīng)常發(fā)生分析結(jié)果存在誤差的情況。2）設(shè)計模擬器結(jié)構(gòu)時，雖然可以正確理解結(jié)構(gòu)體系的具體目標，但是，在細節(jié)上仍然會存在一定錯誤，這將會對模擬器的設(shè)計產(chǎn)生不良影響。3）實現(xiàn)模擬器時，模擬器運行時，避免不了出現(xiàn)錯誤，這將會對最終的模擬結(jié)果產(chǎn)生不良影響，以上三點內(nèi)容造成的最終結(jié)果就是，模擬器的運行效果達不到理想的要求。

3 提高結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)措施

3.1 減少模擬器負荷

減少模擬器工作量應(yīng)當從以下幾個方面入手：

1）減少測試程序輸入?yún)?shù)，針對一個標準性能測試環(huán)境，為了確保測試結(jié)果能夠達到理想要求，通常具有多套固定測試數(shù)集。分析不同的數(shù)集內(nèi)容不難發(fā)現(xiàn)，參數(shù)負荷較大，結(jié)果的精準性也更高。當然，該要求的存在，也使過去應(yīng)用的結(jié)構(gòu)軟件模擬數(shù)據(jù)準確性偏低的弊端得到了解決。

2）集中測試，測試程序會包含很多內(nèi)容。例如，點數(shù)測試程序及集中測試程數(shù)量接近20。而在問題分析過程中，可以發(fā)現(xiàn)，不同的程序之間會存在一定相關(guān)性，因此在問題分析時，需要結(jié)合各項條件進行，完成分析之后，要從諸多因素中，選擇具有代表性的因素，完成相應(yīng)集中測試[3]。

3）指令處理，主要針對測試程序中的一小部分進行。該方法對部分指令進行科學(xué)模擬，利用該方法，可以使模擬時間縮短，并對模擬環(huán)境進行優(yōu)化。該方式分為以下兩種形態(tài)：①指令選取通過抽樣統(tǒng)計的方式完成。②直接對一段連續(xù)指令進行截取。需要注意的是，無論選用哪一種指令，在具體應(yīng)用中，都能降低模擬器的工作負荷，從而提高數(shù)據(jù)的準確性。

3.2 控制指令數(shù)量

3.2.1 直接選取

直接選取就是在全部指令中隨機選取，再將選擇的指令設(shè)置在模擬器中。通過該方式完成指令的選用，可以將其作為模擬器運行的最終結(jié)果。該種指令的選擇方式，先選L百萬條指令，然后選擇M百萬條指令，將兩種結(jié)果作為模擬結(jié)果。該方式的主要特征是，完成指令的執(zhí)行操作后，模擬器中的對應(yīng)信息將會消失，這將會對后續(xù)處理效果造成直接影響?；诖?，研究人員在問題分析過程中，提出了一種新的指令選擇方式，在選擇L百萬條指令后，選擇M百萬條指令進行預(yù)熱執(zhí)行，最終，選擇N百萬條指令，獲取最終理想執(zhí)行效果。通過對該方式進行應(yīng)用，提高了模擬效果，但是仍然具有一定的局限性，因此不適合在大規(guī)模的模擬環(huán)境中應(yīng)用。

3.2.2 統(tǒng)計學(xué)技術(shù)的合理應(yīng)用

在指令選取過程中可以合理應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)技術(shù)，該方式的最大特點，是最終選取的指令具有不錯的代表性?，F(xiàn)階段，計算機在具體運行過程中，為了使模擬效果能夠得到進一步提高，采用的指令選擇方式有以下幾種：1）代表性采樣，先對測試程序進行分析，再選擇模擬點，對分析結(jié)果分配權(quán)重，最終獲得精準的模擬結(jié)果。2）隨機采樣，在全部指令中，采用抽樣方式完成對指令的選取，從而實現(xiàn)達到模擬效果。3）周期采樣，先啟動測試程序，在動態(tài)下，依據(jù)周期標準，完成對指令的選取。

3.3 應(yīng)用并行模擬器

并行模擬器是一種新模擬形態(tài)，在具體應(yīng)用中，表現(xiàn)出的運行狀態(tài)和效果存在較大差異。并行模擬環(huán)境中，關(guān)鍵是更好地在并行體系結(jié)構(gòu)模擬中進行應(yīng)用。采用該方式進行處理的主要原因是，對系統(tǒng)自身部件眾多因素和復(fù)雜性進行重點強調(diào)，傳統(tǒng)模擬方式，在模擬上并不需要并行模擬器[4]。針對目標模擬多種層次的并行性要素的影響，應(yīng)當著重分析多樣性和規(guī)模性要求，對并行模擬器進行探索，優(yōu)化模式，在降低成本的同時，提升效率。

4 結(jié)束語

計算機在現(xiàn)代人們生活中扮演的角色越來越重要，隨著人們對計算要求的不斷提高，未來一段時間，計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模式將逐漸成為市場發(fā)展中的一項關(guān)鍵要素。雖然，目前在我國針對該內(nèi)容的研究，不論在技術(shù)還是成果上還都不成熟，但是已經(jīng)針對優(yōu)化方案進行了探索，其作用將會逐步得到發(fā)揮。

參考文獻：

[1] 徐傳福， 車永剛， 王正華，等. 一種均衡可擴展計算機體系結(jié)構(gòu)分布式模擬方法[J]. 軟件學(xué)報， 2014（8）.

[2] 陳微. 計算機軟件模擬技術(shù)在實際應(yīng)用中的問題研究[J]. 黑龍江科技信息， 2014（24）.

[3] 王恩東， 陳繼承， 王洪偉，等. 計算機體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望[J]. 小型微型計算機系統(tǒng)， 2016（1）.

[4] 豐永慶， 張磊. 基于面向?qū)ο蟮目蓴U展計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計軟件系統(tǒng)研究[J]. 電腦知識與技術(shù)， 2013（23）.