計算機體系結構論文

　　對當前的計算機系統來說，計算機體系結構軟體的模擬技術是不能缺少的環節，與原系統相比，該技術可在一定程度在減少軟體軟體產品設計時長，可以說是對當前計算機市場開發非常有有利的工具。下面是小編給大家推薦的，希望大家喜歡!

　　篇一

　　淺談計算機體系結構軟體模擬技術

　　摘要：對當前的計算機系統來說，計算機體系結構軟體的模擬技術是不能缺少的環節，與原系統相比，該技術可在一定程度在減少軟體軟體產品設計時長，節省了產品設計時所需要的資金，可以說是對當前計算機市場開發非常有有利的工具。可是當前，此計算機體系結構軟體模擬還是有一些問題還是需要改進的，包括測試時間、精確度不準確等等都在某種程度上制約了此技術的運用。而且這些問題到現在為止仍存在，雖然有很多的從業人員在不斷努力，但然沒找到解決的途徑。該文在分析計算機體系結構軟體模擬技術的發展史的上基礎上，把當前技術整理、分類，為今後從來此研究的人員提供一些可靠的建議。

　　關鍵字：計算機 結構軟體 模擬技術 計算機體系 探討

　　伴隨科技水平的不斷提升，人類對於計算機系統的要求是日漸提高，計算機的動作方式也是呈現多元化發展。截止目前，附著計算機技術發展，其處理器複雜度也在不斷提升，單片處理器電晶體數已達10億。

　　因為計算機的系統在不斷完善、複雜，所製造時花費的時間也會有所延長，且成本提升。而且為保證質量，在這過程中需反覆的驗證，一般而言需要4-7年時間，成本高。

　　1 計算機體系結構軟體模擬技術的發展情況分析

　　計算機系統中處理器不斷變化而發展起計算機體系結構軟體模擬技術。上世紀八十年代中葉，多數計算所使用的系統是資料驅動技術，此技術是對計算機已執行資料進行收集並實施相關命令。在瞭解到掌握到計算機執行資料基礎上對處理器特點、結構分析，發現其中的問題。此技術也被稱為：基於命令實施的輪廓靜態建模。之後的研究在這基礎上提出效能分析模式技術。其結構在設計上，質量有了很大的進步，大減少了成本。本來這項技術已得到了非常廣的運用，但無法反映計算機細節內容，適用範圍小且精確度不高，所以最後還是要對此技術進行。而計算機體系結構軟體模擬技術就是這樣產生的。

　　2 計算機體系結構模擬的分類

　　因為這個體系結構軟體模擬技術研究和開發已有了一定的歷史，此技術的特點是多元化。當前使用各類技術體系結構模擬器非常多，大概有幾百種且型別複雜。

　　按照處理器個數分為：單處理器系統模擬、多處理器系統。

　　按照命令形式可分為：單命令模擬結構、多命令模擬結構。

　　按照損耗情況可分為：耗能模擬結構、效能模擬結構。

　　按照模擬器角度分為：開發型模擬結構、執行模擬結構。

　　3 當前計算機體系結構軟體模擬體系所表現出的問題

　　3.1 簡析計算機體系模擬技術

　　和之前計算機模擬技術對比，此模擬技術的靈活性更強，可在不同級別對計算機系統進行模擬，按使用者需求選擇任意詳細程度的模擬與複雜程度。此外此模擬技術還可以提供效能預測平均值，且對計算機中動態資訊也可被歸入至分析的範圍中，可分析計算機中動態資訊的特點與規律。

　　基於上述優勢，在二十世紀的八十年代末中葉該技術快速主流。通常我們認為此技術有兩個部分，即功能性和效能性模擬。

　　功能性模擬器是對模擬目標體系、結構進行模擬，功能：檢驗已開發計算機產品體系、結構功能是不是可以滿足使用者需求，重點在於關注執行資料的正確與否。

　　至上世紀九十年代末期，執行驅動雖成本較高，但已取代了問題較多驅動跟蹤技術成為了主要技術。

　　3.2 計算機體系結構模擬技術開發所存在的問題

　　3.2.1 開發難度比較大

　　因為計算機系統的複雜性，如果要將所有閘電路、電晶體等特徵全通過軟體模擬是無法實現的。一般情況下對計算機系統按層抽象來簡化系統的複雜程度，但是往往進行簡化後計算機的系統還是比較複雜的，這樣對模擬器的開發就提出了一定的要求。

　　當前系統主要是運用兩種語言開發體系結構軟體的模擬器***C程式設計、C++語言***，用這些結構化的品德語言對計算機系統部件功能和行為進行模擬的時候，花費的時間很長而且比較容易出錯。這是因為在對計算機體系結構軟體模擬器進行開發的時候是在當前基礎進行二次開發或改進的，但這種二次或改進開發仍很困難。需要對模擬器進行多次、反覆的模擬來增加評估體系結構的可信程度。而這些都加大了模擬器的開發難度

　　3.2.2 評估新設計時，運用時間長

　　作為執行程式，模擬器對計算機系統的詳細模擬時，等待程度需在週期上記錄動態命令執行出的結構和處理器狀態。這些資料量是很大的，在一定程度上會降低詳細模擬的執行速度。

　　隨著處理器效能的提升、完善，國際組織SPEC為對處理器效能進行評估，釋出了新的標準程式包，以此來測試效能。在這些標準化效能測試程式包含了有很多個極大負載效能測試程式，通過各個方面對處理器的效能進行相應的測評。

　　為保證模擬結果的準確，在模擬器執行標準化效能程式包為一種可用法。針對硬體來說執行慢的模擬速度是負載大的測試程式，會花費過多的時間。根據不同模擬的目的，參考使用輸入引數情況下，運用時間有可能需要若干年的時間。這時在體系結構層次中，有許多可以配置的引數，且不會獨立影響系統，只需要修改某個引數，需重新執行模擬測試程式。如果想到得到好的計算機體系結構，模擬執行會花費非常長的時間。

　　4 計算機體系結構軟體模擬技術開發的解決方法

　　4.1 減少相應引數的輸入

　　對於效能測試程式中，一些引數進行合理調整，減少模擬器執行效能測試程式的執行時間。這個方法仍執行測試程式中的所有命令，只運用比較少的引數輸入進行相應的模擬執行，並把模擬執行結果代替原有輸入引數集的執行結果。此法在很大程度上可提升模擬器執行的數度。

　　4.2 減少命令數量

　　合理和科學的選擇一些模擬命令，並且對進行標準化的效能測序程度，這類模擬命令的執行結果可以代替最開始的結果。提高模擬的精準度和速度的關鍵在於如何才能科學、合理的對這些執行命令進行選擇。通常有2種方法：

　　***1***直接選取連續命令，並採用統計法進行命令的抽樣選取，方法簡單，但缺點是模擬的精度不高;

　　***2***運用統計法抽樣進行，雖精度度高，但操作複雜。

　　5 結束語

　　綜上所述，隨著科技的繼續發展，人類對計算機功能不斷提出新功能需求。計算機體系結構軟體模擬技術也會不斷髮展，成為軟體開發技術的關鍵。

　　參考文獻

　　[1]喻之斌,金海,鄒南海.計算機體系結構軟體模擬技術[J].軟體學報,2008***01***.

　　[2]李明樹,楊秋鬆,翟健.軟體過程建模方法研究[J].軟體學報,2009***03***.

　　篇二

　　試談計算機體系結構軟體模擬技術

　　摘 要：隨著我國經濟的快速發展，資訊化水平越來越高，對網路技術的發展要求也就越來越嚴格，尤其是在計算機功能方面的要求。提高計算機的執行功能有利於計算機在發展過程中不斷適用於資訊量大幅度增加的現代社會，實現資訊快速傳輸的目標，於是結構軟體模擬技術應運而生。軟體模擬技術在計算機體系結構上的推廣和使用，不僅提高了計算機的執行功能，還加快了計算機軟體的開發速度，相比之下，大大節省了計算機軟體的開發成本。為了能夠對計算機體系結構軟體模擬技術有進一步的瞭解，本文的主旨就是對軟體模擬技術開發中存在的問題進行分析，進而分析軟體模擬技術在計算機體系結構中的應用，找到有效的解決措施，促進軟體模擬技術的發展。

　　關鍵字：計算機體系 結構軟體模擬技術 分析

　　雖然軟體模擬技術在計算機體系結構上的應用起步較晚，但是已經取得了一定的成就，在現代處理器或計算機系統設計中，體系結構軟體模擬技術已成為一個不可缺少的環節。儘管如此，軟體模擬技術仍然存在著許多的問題，由於軟體模擬技術的開發工藝比較複雜，還需要花費大量的時間對其進行標準測試，所以為了能夠讓它在計算機體系結構方面的應用能夠達到人們對計算機能力日益增長的需求，需要對計算機體系機構軟體模擬技術進行分析。

　　1 計算機體系結構軟體模擬技術存在的問題

　　1.1 軟體模擬技術的開發難度比較大

　　由於計算機的機構極其複雜，當前如果要將計算機裡邊的電晶體和電路全部通過模擬技術實現是不太現實的操作，所以只能採取結構簡化措施，按照一定的層次分配對計算機的體系結構進行簡化。但是在同等情況下，計算機體系結構在簡化之後依舊相當的複雜，不利於軟體模擬技術的開發。所以，為了能夠解決計算機體系結構軟體模擬技術在應用過程中的這一難題，程式設計人員經過研究發現可以使用C語言當中的功能語言來開發相對應的模擬軟體。這種方式下開發出來的軟體和其它方式開發的軟體相比，具有明顯的優勢，比如在使用過程更不容易出錯，還可以減少對能源資源以及時間的消耗。當前我國在軟體模擬技術開發方面的工作，基本上都是在原本的模擬器基礎上開始的，並沒有嚴格遵守從最開始的步驟出發的要求，由於軟體模擬技術的複雜性，讓許多開發出來的軟體在推廣使用之前受到廣大使用者的質疑。因此在軟體模擬技術的開展工作上，需要加大對軟體設計的力度，以提高軟體執行的準確性。

　　1.2 模擬器的設計時間長

　　計算機主機上的一大重要執行程式就是模擬器，在模擬執行系統執行過程的時候，記錄處理器執行的狀態一般都是利用時鐘級別以上的記錄器。在這種狀態下包含大量的資料在當中，在模擬執行速度方面產生了直接的影響。目前我國最快的模擬器執行速度遠遠慢於計算機主機的硬體執行速度，通過軟體模擬技術讓處理器的執行速度不斷提高，為能夠同時提高軟體模擬技術的測試執行效能，相關組織也相應的釋出了測試標準程式，解決因測試耗費的時間過長而引起的低工作效率問題。

　　1.3 軟體模擬技術中模擬器的執行結果有待提高

　　當前我們主要把計算機體系結構模擬器開發的主要過程分為三個階段，其一是目標體系的構建，其二是模擬器結構的設計，其三是模擬器的實現。這三個階段中目標體系的構建主要是針對迷你軟體的開發，是它開發過程中的一個重要環節，但是在執行結果方面存在很大的缺陷。第二個階段出現的問題主要體現在它的細節方面，雖然這個過程中能夠對計算機的體系結構目標具有比較明確的理解，但是容易出現細節性的錯誤。綜上所述，軟體模擬技術在測試執行結果的時候需要特別注意一些執行方面的錯誤，避免給模擬器執行的結果帶來嚴重的影響。

　　2 提高計算機體系結構軟體模擬技術的有效措施

　　2.1 相應的減少模擬器執行的引數

　　為了能夠提高計算機的執行速度，可以針對計算機的執行過程是用一些具有代表性的測試引數，並適當對一些模擬器的測試程式進行修改，以減少模擬器執行的引數，提高模擬器執行的測試效果，節約程式測試的使用時間。可以隨意選去一些模擬器的執行引數，將它們設定在模擬器設定中，執行的結果為最終結果，如果引數的訊息可以在模擬器中找到對應的結果，則可以將其引數儲存，反之則可以進行刪減。通過減少執行引數的方式，不僅提高了執行的速度，還可以減少測試過程的誤差，降低錯誤率，提高軟體模擬技術在計算機體系結構方面的運用。

　　2.2 減少模擬器執行指令的數量

　　計算機作為當代社會資訊傳播的主要方式之一，在執行過程中需要消耗大量的資料，所以如果要對其執行過程進行全面的模擬，需要在程式中新增大量的執行指令來滿足要求，而這些指令也正是執行耗費大量時間的關鍵所在。所以，為了能夠很好的解決這一弊端，隨著我國科學技術的不斷進步，以及對軟體模擬技術的深入研究，發現如果採用全部的指令來完成軟體的模擬工作是行不通的，但是如果只是採用其中的部分指令，讓這部分指令的執行過程來代替全部指令的執行過程，將讓模擬效果大幅度提高。因此同時也面臨著一個重要難題，在眾多的指令中應該如何取捨才能完美的取代全部指令的執行過程。在做出指令選擇的時候需要了解各指令之間的差異，對它的執行效果有所瞭解，然後進行篩選，在保證不直接影響模擬效果的前提下，選出具有代表性的指令。當前主要的指令選擇方式有兩種，一個是直接選擇指令，另一個是通過統計學的方式對指令進行選擇。

　　3 結語

　　隨著我國資訊的傳輸量大幅度提高，對計算機體系結構要求的提出的更高要求，軟體模擬技術被大量的推廣和應用，在計算機的發展過程中起到重要作用，對這項技術進行分析就是為了能夠促進這項技術更好的發展。

　　參考文獻

　　[1]李明樹，楊秋鬆，翟健.軟體過程建模方法研究[J].軟體學報，2009***03***.

　　[2]許建衛，陳明宇，楊偉，潘曉雷，鄭規，趙健博，孫凝暉.計算機體系結構模擬器技術和發展[J].系統模擬學報， 2009***20***.

　　[3]王傑生，李舟軍，李夢君.用描述邏輯進行語義Web服務組合[J].軟體學報， 2008***04***.

　　篇三

　　淺談計算機網路體系結構

　　摘要：隨著資訊科技及其應用的迅猛發展，人類已經進入了網路時代，人們也開始關注於網路體系結構。網路體系結構是指通訊系統的整體設計，它為網路硬體、軟體、協議存取控制和拓撲提供標準。

　　關鍵詞：OSI參考模型;TCP/IP參考模型與協議;TCP/IP協議簇我們把計算機網路的層次劃分及各層協議的集合稱為計算機網路體系結構，簡稱網路體系結構。換句話說，所謂網路體系結構是指整個網路系統的邏輯結構和功能劃分，它包含了硬體和軟體的組織與設計所必須遵守的規定。計算機網路採用分層結構還有利於交流、理解和標準化。在網路發展過程中，已建立的網路體系結構很不一致，互不相容，難以相互連線。為了使用網路系統標準化，國際標準化組織在20世紀80年代初正式公佈了一個網路體系結構模型作為國際標準，稱為開放系統互連參考模型。

　　一、 網路協議

　　計算機之間進行資料通訊僅有傳送資料的通路是不夠的，還必須遵守一些事先約定好的規則，由這些規則明確所交換資料的格式及有關等問題。計算機網路協議就是通訊的實體之間有關通訊規則約定的集合。只有遵守這個約定，計算機之間才能相互通訊和交流。網路協議由3個要素組成，即：

　　***1*** 語法，即控制資訊或資料的結構和格式。***2*** 語義，即需要發出何種控制資訊，完成何種動作以及何種應答。***3*** 同步，即事件實現順序的詳細說明。

　　二、 OSI參考模型

　　開放系統互連參考模型OSI/RM是抽象的概念，而不是一個具體的網路。它將整個網路的功能劃分成7個層次，由下到上分別為物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。每層都有它的功能以及會自動完成一定的功能。兩個終端通訊實體之間的通訊必須遵循這7層結構。傳送程序傳送給接收程序的資料，實際上是經過傳送方各層從上到下傳遞到物理介質;通過物理介質傳輸到接收方後，在經過從下到上各層的轉遞，最後到達接收程序。在這裡我簡單地說一下各層的功能：

　　***1*** 物理層：物理層是整個OSI參考模型的最低層，它為資料鏈路層提供透明傳輸位元流的服務。

　　***2*** 資料鏈路層：資料鏈路層是OSI參考模型的第二層，它主要的功能是實現無差錯的服務。

　　***3*** 網路層：網路層是OSI參考模型的第三層，它解決的是網路與網路之間，即網際的通訊問題。

　　***4*** 傳輸層：傳輸層是OSI參考模型的第四層，它主要功能是完成網路中不同主機上的使用者或程序之間可靠的資料傳輸。

　　***5*** 會話層：會話層是OSI參考模型的第五層，其主要功能是組織和同步不同的主機上各種程序間的通訊。

　　***6*** 表示層：表示層是OSI參考模型的第六層，其主要功能是解決用於資訊語法的表示問題。

　　***7*** 應用層：應用層是OSI體系結構的最高層次，它直接而面向使用者以滿足使用者的不同需求。在整個OSI參考模型中，應用層是最複雜的，所包含的協議也是最多的。

　　三、 TCP/IP參考模型與協議

　　由於歷史的原因，現在得到廣泛應用的不是OSI 模型，而是TCP/IP協議。TCP/IP協議最早起源於1969年美國國防部贊助研究的網路世界上第一個採用分組交換技術的計算機通訊網。它是網路採用的標準協議。網路的迅速發展和普及，使得TCP/IP協議成為全世界計算機網路中使用最廣泛、最成熟的網路協議，併成為事實上的工業標準。TCP/IP協議模型從更實用的角度出發，形成了具有高效率的4層體系結構，即主機網路層、網路互聯層、傳輸層和應用層。在這裡我簡單地說一下各層的功能：

　　***1*** 網路介面層：網路介面層是模型中的最低層，它負責將資料包透明傳送到電纜上。

　　***2*** 網路互聯層：網路互聯層是參考模型額第二層，它決定資料如何傳送到目的地，主要負責定址和路由選擇等工作。

　　***3*** 傳輸層：是參考模型額第三層，它負責在應用程序之間的端與端通訊傳輸層主要有兩個協議，即傳輸控制協議TCP和使用者資料報協議UDP。

　　***4*** 應用層：應用層位於TCP/IP協議中的最高層次，用於確定程序之間通訊的性質以滿足使用者的要求。

　　OSI與TCP/IP比較

　　1、 OSI參考模型與TCP/IP參考模型的對照關係

　　OSI參考模型與TCP/IP參考模型都採用了層次結構，但OSI採用的是7層模型，TCP/IP是4層結構。TCP/IP參考模型的網路介面層實際上並沒有真正的定義，只是一些概念性的描述。而OSI參考模型不僅分了兩層，而且每一層的功能都很詳盡。TCP/IP的互聯層相當於OSI參考模型網路層中的無連線網路服務。OSI參考模型與TCP/IP參考模型的傳輸層功能基本類似，都是負責為使用者提供真正的端到端的通訊服務，也對高層遮蔽了底層網路的實現細節。所不同的是TCP/IP參考模型的傳輸層是建立在互聯層基礎之上，而互聯層只提供無連線的服務，所以面向連線的功能完全在TCP協議中實現，當然TCP/IP的傳輸層還提供無連線的服務，如UDP;相反OSI參考模型的傳輸層是建立在網路層基礎之上的，網路層即提供面向連線的服務，又提供無連線服務，但傳輸層只提供面向連線的服務。

　　在TCP/IP參考模型中，沒有會話層和表示層，事實證明，這兩層的功能確實很少用到，因此，OSI中的這兩層次的劃分顯得有些畫蛇添足。

　　四、 TCP/IP協議簇

　　TCP/IP實際上是指作用於計算機通訊的一組協議，這組協議通常被稱為TCP/IP協議簇。TCP/IP協議簇包括了地址解析協議ARP、逆向地址解析協議RARP、網路協議IP網際控制報文協議ICMP、使用者資料報協議UDP、傳輸控制協議TCP、超文字傳輸協議HTTP、檔案產生協議FTP、簡單郵件管理協議SMTP、域名服務協議DNS、遠端控制協議TELNET等眾多協議。協議簇的實現是以協議報文格式為基礎，完成對資料的交換和傳輸。

　　五、網路層相關協議

　　網路層中含有4個重要的協議：IP協議、因特網控制資訊協議ICMP、地址解析協議ARP和反向地址解析RARP。IP協議是TCP/IP協議簇中最為核心的協議。所有的TCP\UDP\ICMP及IGMP資料都以IP資料分組的格式傳輸。IP協議提供一種不可靠、無連線的資料分組傳輸服務。

　　六、傳輸層相關協議TCP/IP協議簇在傳輸層提供了兩個：TCP/UDP。TCP和UDP是兩個性質不同的通訊協議，主要用來向高層使用者提供不同的服務。兩者都使用IP協議作為其網路層的傳輸協議。TCP和UDP的主要區別在於服務的可靠性。TCP是高度可靠的，兩者的這種本質區別也決定了TCP協議的高度複雜性，因此需要大量的開銷，而UDP卻由於它的簡單性獲得了較高的傳輸效率。TCP/UDP都是通過埠來與上層程序進行通訊。

　　總結:〖HT〗對OSI參考模型和TCP/IP模型的整個體系及每層的主要工作進行了詳細介紹和對比，並對TCP/IP模型中的主要協議和重要知識點進行了詳盡討論。網路體系結構是錯綜複雜的網路世界必須遵守的網路標準，而OSI參考模型和TCP/IP模型則是典型的代表，因此網路體系結構的掌握對於我們更好地認識計算機網路提供幫助。