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計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研究論文
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)研究主要包含三個(gè)方面：計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度、計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)精度、計(jì)算機(jī)的靈活程度。本研究闡述了這三個(gè)方面的難點(diǎn)、重點(diǎn)、要點(diǎn)。從模擬技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)和投入使用兩個(gè)方面提出專業(yè)的解決方案。指出了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)研究的發(fā)展中存在的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)。同時(shí)，也為下一步對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)并投入使用提出非常實(shí)用的意見(jiàn)和建議。
模擬器作為研究計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的主要研究工具，也是新時(shí)代下預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)發(fā)展方向的排頭兵和了望塔。不論是計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理，還是計(jì)算機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)已經(jīng)顯得必不可少。第一，模擬技術(shù)試驗(yàn)可以檢測(cè)實(shí)用技術(shù)投入生產(chǎn)前的可靠性和開(kāi)發(fā)性，從根本上避免計(jì)算機(jī)模擬技開(kāi)發(fā)的盲目性；第二，模擬技術(shù)試驗(yàn)同實(shí)用生產(chǎn)技術(shù)比起來(lái)，可以節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，減少不必要的浪費(fèi)。第三，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的更新性能很快，所以，對(duì)于開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)說(shuō)，時(shí)間就顯得彌足珍貴。前期的模擬技術(shù)可以縮短軟件的設(shè)計(jì)時(shí)間，而且前期模擬軟件的精度也可以為后期的實(shí)際開(kāi)發(fā)提供參考依據(jù)。
計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)有愈來(lái)愈多的人提出了自己關(guān)于解決計(jì)算機(jī)模擬軟件技術(shù)的觀點(diǎn)和看法。
一、計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)軟件誕生于20世紀(jì)80年代。而且，早期的計(jì)算機(jī)處理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要采用的是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，就是對(duì)計(jì)算機(jī)的性能進(jìn)行整體的分析。主要步驟：
1.收集數(shù)據(jù)、
2.執(zhí)行指令、
3.分析性能和計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特征、
4.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、
5.解釋程序。需要說(shuō)明的是，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是一種軟件開(kāi)發(fā)之后的數(shù)據(jù)分析，對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件的開(kāi)發(fā)能夠提供的幫助很少，這也是為什么數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)逐漸被社會(huì)淘汰的緣故。
本著提高計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的目的，相關(guān)研究人員在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上又提出了性能分析這一概念。性能分析關(guān)鍵是建立數(shù)據(jù)之間的資源模型。因?yàn)槟Ｐ偷闹庇^性能，研究人員可以更好的檢測(cè)計(jì)算機(jī)的資源開(kāi)發(fā)與利用情況。減少研究的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)使用。宏觀的來(lái)講，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)主要包含硬件與軟件兩部分。微觀的來(lái)講，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指將一系列系統(tǒng)元素恰當(dāng)?shù)亟M織在一起，系統(tǒng)元素之間互相配合、協(xié)作，通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行及時(shí)的處理而完成設(shè)定的目標(biāo)。這些系統(tǒng)元素有：計(jì)算機(jī)體系硬件、人員配備、程序。其中，程序和相關(guān)數(shù)據(jù)的整合，用于實(shí)現(xiàn)所需要的邏輯方法和控制過(guò)程。具有計(jì)算能力的電子設(shè)施和提供外部功能的電子設(shè)施是軟件運(yùn)行的必要裝置；人員是硬件和軟件的實(shí)際操作者，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的訪問(wèn)，而且具有規(guī)模性和組織性兩大特征；文檔是詳細(xì)闡述系統(tǒng)使用方法的手冊(cè)。而計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬軟件主要包含數(shù)據(jù)、模型、指令、程序等一些子概念。數(shù)學(xué)建模工具包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法、馬爾可夫建模等等。數(shù)學(xué)建模對(duì)研究人員的數(shù)學(xué)理解能力提出了很高的要求。但不能否定的是，這種方法確實(shí)能起到很大的作用。研究人員對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，極大的方便了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件的開(kāi)發(fā)。
二、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的定義
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)定義眾多。有人稱之為模擬技術(shù)，也有人稱之為仿真技術(shù)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬，即用軟件來(lái)模仿計(jì)算機(jī)的處理過(guò)程。同時(shí)，要求兩者之間>：請(qǐng)記住我站域名/<要有很高的相似度。目的是為了檢測(cè)實(shí)用計(jì)算機(jī)的可行性。
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)包括部分計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和全部計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)兩部分。它的步驟是：數(shù)據(jù)結(jié)果、指令接收、模擬運(yùn)算、翻譯指令等等。計(jì)算機(jī)的緩存命中率、訪問(wèn)的存儲(chǔ)等都是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)需要注意的指標(biāo)。
三、 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分類
計(jì)算機(jī)體系因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不可能只有一種。從數(shù)量方面可以分為單核處理器模擬和多核處理器模擬；從指令方面可以分為單指令模擬結(jié)構(gòu)和多指令模擬結(jié)構(gòu)；從損耗角度分為性能模擬結(jié)構(gòu)和能耗模擬結(jié)構(gòu)；從模擬器的角度可以分為執(zhí)行模擬結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)模擬結(jié)構(gòu)；根據(jù)以上分類我們不難發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)種類繁多。一方面，它為我們研究計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬提供了許多參考價(jià)值；另一方面，它又為研究計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)增加了許多困難。
四、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的存在問(wèn)題與缺陷
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)的開(kāi)發(fā)難度大、周期長(zhǎng)、計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)領(lǐng)域公認(rèn)的三大難題。
開(kāi)發(fā)難度相對(duì)來(lái)說(shuō)較容易解決，所以研究的重點(diǎn)也就是后兩者。計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間必須保證足夠的速度。但由于技術(shù)條件的限制，提高速度的同時(shí)降低了計(jì)算機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的精度，給計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的研究帶來(lái)很大的困難。減少計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬軟件運(yùn)行時(shí)間主要有兩種方法：第一，減少不必要數(shù)據(jù)的輸入，參考數(shù)據(jù)越多，計(jì)算機(jī)負(fù)載也就越大。當(dāng)然也可以修改一些參考數(shù)據(jù)，減少重復(fù)，不過(guò)修改計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)不能從根本上減少模擬軟件的運(yùn)行時(shí)間；第二，減少指令的運(yùn)行，目的是較少執(zhí)行指令相互之間的干擾，直接截取計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)行的指令數(shù)據(jù)。
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