පරිගණක පද්ධති සිමියුලේටර් පිළිබඳ ලිපියේ දෙවන කොටසේදී, පරිගණක සිමියුලේටර් ගැන සරල හඳුන්වාදීමේ ස්වරූපයෙන් මම දිගටම කතා කරමි, එනම් සාමාන්‍ය පරිශීලකයා බොහෝ විට මුණගැසෙන සම්පූර්ණ වේදිකා අනුකරණය ගැන මෙන්ම ඔරලෝසුව ගැන. සංවර්ධක කව වල බහුලව දක්නට ලැබෙන ඔරලෝසු ආකෘතිය සහ අංශු.
В මම පොදුවේ සිමියුලේටර් යනු කුමක්ද යන්න ගැන මෙන්ම සමාකරණ මට්ටම් ගැන කතා කළෙමි. දැන්, එම දැනුම මත පදනම්ව, මම ටිකක් ගැඹුරට කිමිදී පූර්ණ වේදිකා අනුකරණය, හෝඩුවාවන් එකතු කරන ආකාරය, ඒවායින් පසුව කළ යුතු දේ මෙන්ම ඔරලෝසුවෙන් ඔරලෝසුව ක්ෂුද්‍ර වාස්තු විද්‍යාත්මක අනුකරණය ගැන කතා කිරීමට යෝජනා කරමි.
සම්පූර්ණ වේදිකා සිමියුලේටරය, හෝ "ක්ෂේත්‍රයේ තනිව සිටින්නේ රණශූරයෙක් නොවේ"
ඔබට එක් විශේෂිත උපාංගයක ක්රියාකාරිත්වය අධ්‍යයනය කිරීමට අවශ්ය නම්, උදාහරණයක් ලෙස, ජාල කාඩ්පතක් හෝ මෙම උපාංගය සඳහා ස්ථිරාංග හෝ ධාවකයක් ලියන්න, එවිට එවැනි උපාංගයක් වෙන වෙනම අනුකරණය කළ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, එය අනෙකුත් යටිතල පහසුකම් වලින් හුදකලා ලෙස භාවිතා කිරීම ඉතා පහසු නොවේ. අනුරූප ධාවකය ධාවනය කිරීම සඳහා, ඔබට මධ්‍යම ප්‍රොසෙසරයක්, මතකය, දත්ත බසයකට ප්‍රවේශය යනාදිය අවශ්ය වේ. ඊට අමතරව, ධාවකයට ක්රියාත්මක වීමට මෙහෙයුම් පද්ධතියක් (OS) සහ ජාල තොගයක් අවශ්ය වේ. ඊට අමතරව, වෙනම පැකට් උත්පාදක යන්ත්රයක් සහ ප්රතිචාර සේවාදායකයක් අවශ්ය විය හැකිය.
සම්පූර්ණ වේදිකා සිමියුලේටරයක් සම්පූර්ණ මෘදුකාංග තොගයක් ක්රියාත්මක කිරීම සඳහා පරිසරයක් නිර්මාණය කරයි, එයට BIOS සහ ඇරඹුම් කාරකයේ සිට OS සහ එහි විවිධ උප පද්ධති, එකම ජාල තොගය, ධාවක සහ පරිශීලක මට්ටමේ යෙදුම් වැනි සියල්ල ඇතුළත් වේ. මෙය සිදු කිරීම සඳහා, එය බොහෝ පරිගණක උපාංගවල මෘදුකාංග ආකෘති ක්රියාත්මක කරයි: ප්රොසෙසරය සහ මතකය, තැටිය, ආදාන / ප්රතිදාන උපාංග (යතුරු පුවරුව, මූසිකය, සංදර්ශකය), මෙන්ම එකම ජාල කාඩ්පත.
පහත දැක්වෙන්නේ Intel වෙතින් x58 චිප්සෙට් එකෙහි බ්ලොක් රූප සටහනකි. මෙම චිප්සෙට් එකෙහි ඇති සම්පූර්ණ වේදිකා පරිගණක සිමියුලේටරයක් සඳහා IOH (Input/Output Hub) සහ ICH (Input/Output Controller Hub) ඇතුළුව ලැයිස්තුගත කර ඇති උපාංග බොහොමයක් ක්රියාත්මක කිරීම අවශ්ය වේ. . ප්‍රායෝගිකව පෙන්නුම් කරන පරිදි, අප ක්රියාත්මක කිරීමට යන මෘදුකාංගය භාවිතා නොකරන උපාංග බොහොමයක් නොමැත. එවැනි උපාංගවල ආකෘති නිර්මාණය කිරීම අවශ්ය නොවේ.
බොහෝ විට, සම්පූර්ණ වේදිකා සිමියුලේටර් ප්‍රොසෙසර උපදෙස් මට්ටමින් ක්රියාත්මක වේ (ISA, පහත බලන්න). ) මෙය ඔබට සාපේක්ෂව ඉක්මනින් හා අඩු වියදමකින් සිමියුලේටරය නිර්මාණය කිරීමට ඉඩ සලසයි. ISA මට්ටම ද හොඳ ය, මන්ද එය බොහෝ විට වෙනස් වන API/ABI මට්ටම මෙන් නොව එය වැඩි හෝ අඩු නියතව පවතින බැවිනි. මීට අමතරව, උපදෙස් මට්ටමින් ක්රියාත්මක කිරීම ඔබට ඊනියා වෙනස් නොකළ ද්විමය මෘදුකාංග ධාවනය කිරීමට ඉඩ සලසයි, එනම්, සැබෑ දෘඪාංගවල භාවිතා කරන ආකාරයටම, කිසිදු වෙනසක් නොමැතිව දැනටමත් සම්පාදනය කර ඇති කේතය ධාවනය කරන්න. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, ඔබට ඔබේ දෘඪ තැටියේ පිටපතක් ("ඩම්ප්") සෑදිය හැකිය, එය සම්පූර්ණ වේදිකා සිමියුලේටරයක ආකෘතියක් සඳහා රූපයක් ලෙස සඳහන් කරන්න, සහ voila! - OS සහ අනෙකුත් වැඩසටහන් කිසිදු අතිරේක ක්රියාවකින් තොරව සිමියුලේටරය තුළ පටවනු ලැබේ.
සිමියුලේටර් කාර්ය සාධනය
ඉහත සඳහන් කළ පරිදි, සමස්ත පද්ධතියම, එනම් එහි සියලුම උපාංග අනුකරණය කිරීමේ ක්‍රියාවලිය තරමක් මන්දගාමී කටයුත්තකි. ඔබ මේ සියල්ල ඉතා සවිස්තරාත්මක මට්ටමකින් ක්රියාත්මක කරන්නේ නම්, උදාහරණයක් ලෙස, ක්ෂුද්‍ර වාස්තු විද්‍යාත්මක හෝ තාර්කික, එවිට ක්රියාත්මක කිරීම අතිශයින් මන්දගාමී වනු ඇත. නමුත් උපදෙස් මට්ටම යෝග්‍ය තේරීමක් වන අතර පරිශීලකයාට ඔවුන් සමඟ පහසුවෙන් අන්තර් ක්‍රියා කිරීමට ප්‍රමාණවත් වේගයකින් මෙහෙයුම් පද්ධතිය සහ වැඩසටහන් ක්රියාත්මක කිරීමට ඉඩ සලසයි.
මෙහිදී සිමියුලේටර් කාර්ය සාධනය යන මාතෘකාව ස්පර්ශ කිරීම සුදුසුය. එය සාමාන්‍යයෙන් මනිනු ලබන්නේ IPS (තත්පරයට උපදෙස්), වඩාත් නිවැරදිව MIPS (මිලියන IPS) වලින්, එනම්, තත්පරයක් තුළ සිමියුලේටරය මඟින් ක්රියාත්මක කරන ප්‍රොසෙසර උපදෙස් ගණනයි. ඒ සමගම, සමාකරණයේ වේගය ද සමාකරණය ක්රියාත්මක වන පද්ධතියේ ක්රියාකාරිත්වය මත රඳා පවතී. එබැවින්, මුල් පද්ධතියට සාපේක්ෂව සිමියුලේටරයේ "මන්දගාමී" ගැන කතා කිරීම වඩාත් නිවැරදි විය හැකිය.
වෙළඳපොලේ ඇති QEMU, VirtualBox හෝ VmWare Workstation වැනි වඩාත් සුලභ පූර්ණ-වේදිකා සිමියුලේටර් හොඳ කාර්ය සාධනයක් ඇත. සිමියුලේටරය තුළ වැඩ සිදුවන බව පරිශීලකයාට පවා නොපෙනේ. මෙය සිදු වන්නේ ප්‍රොසෙසර, ද්විමය පරිවර්තන ඇල්ගොරිතම සහ වෙනත් රසවත් දේවල් වල ක්රියාත්මක කරන ලද විශේෂ අථත්‍යකරණ හැකියාවන්ට ස්තුති වන්නටය. මේ සියල්ල වෙනම ලිපියක් සඳහා වන මාතෘකාවකි, නමුත් කෙටියෙන් කිවහොත්, අථත්‍යකරණය යනු නවීන ප්‍රොසෙසරවල දෘඩාංග අංගයක් වන අතර එය සිමියුලේටරවලට උපදෙස් අනුකරණය කිරීමට ඉඩ නොදෙන නමුත් ඒවා කෙලින්ම ක්රියාත්මක කිරීම සඳහා සැබෑ ප්‍රොසෙසරයකට යැවීමට ඉඩ සලසයි, ඇත්ත වශයෙන්ම, ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පය සිමියුලේටරය සහ ප්රොසෙසරය සමාන වේ. ද්විමය පරිවර්තනය යනු ආගන්තුක යන්ත්‍ර කේතය ධාරක කේතයට පරිවර්තනය කිරීම සහ සැබෑ ප්‍රොසෙසරයක් මත ක්රියාත්මක කිරීමයි. එහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන්, සමාකරණය තරමක් මන්දගාමී වන අතර, 5-10 වාරයක් පමණක් වන අතර, බොහෝ විට සැබෑ පද්ධතියට සමාන වේගයකින් පවා ධාවනය වේ. මෙය බොහෝ සාධක මගින් බලපෑමට ලක් වුවද. උදාහරණයක් ලෙස, අපට ප්‍රොසෙසර දුසිම් කිහිපයක් සහිත පද්ධතියක් අනුකරණය කිරීමට අවශ්ය නම්, වේගය වහාම මෙම දුසිම් වාර ගණනකින් පහත වැටේ. අනෙක් අතට, නවතම අනුවාද වල Simics වැනි සිමියුලේටර් බහු ප්‍රොසෙසර ධාරක දෘඩාංග සඳහා සහය දක්වන අතර සැබෑ ප්‍රොසෙසරයක හරයන් වෙත අනුකරණය කරන ලද හරයන් ඵලදායී ලෙස සමාන්තර කරයි.
අපි ක්ෂුද්‍ර වාස්තු විද්‍යාත්මක අනුකරණයේ වේගය ගැන කතා කරන්නේ නම්, එය සාමාන්‍යයෙන් විශාලත්වයේ ඇණවුම් කිහිපයකි, සාමාන්‍ය පරිගණකයක ක්රියාත්මක කිරීමට වඩා 1000-10000 ගුණයකින් මන්දගාමී, අනුකරණයකින් තොරව. තවද තාර්කික මූලද්‍රව්‍ය මට්ටමින් ක්රියාත්මක කිරීම විශාලත්වයේ ඇණවුම් කිහිපයකින් මන්දගාමී වේ. එබැවින්, FPGA මෙම මට්ටමේ ඉමුලේටරයක් ලෙස භාවිතා කරයි, එය කාර්ය සාධනය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි කළ හැකිය.
පහත ප්‍රස්ථාරයෙන් දැක්වෙන්නේ ආදර්ශ විස්තර මත සමාකරණ වේගයේ ආසන්න වශයෙන් යැපීමකි.
Beat-by-beat simulation
අඩු ක්රියාත්මක වීමේ වේගය තිබියදීත්, ක්ෂුද්‍ර වාස්තු විද්‍යාත්මක සිමියුලේටර් බහුලව දක්නට ලැබේ. එක් එක් උපදෙස් ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය නිවැරදිව අනුකරණය කිරීම සඳහා ප්‍රොසෙසරයේ අභ්‍යන්තර කොටස් අනුකරණය කිරීම අවශ්ය වේ. වරදවා වටහාගැනීම් මෙහි ඇති විය හැකිය - සියල්ලට පසු, එක් එක් උපදෙස් සඳහා ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය සරලව වැඩසටහන් නොකරන්නේ මන්දැයි පෙනේ. නමුත් එවැනි සිමියුලේටරය ඉතා සාවද්‍ය වනු ඇත, මන්ද එකම උපදෙස් ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය ඇමතුමෙන් ඇමතුමට වෙනස් විය හැකිය.
සරලම උදාහරණය මතක ප්රවේශ උපදෙස් වේ. ඉල්ලූ මතක ස්ථානය හැඹිලියේ තිබේ නම්, ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය අවම වේ. මෙම තොරතුරු හැඹිලියේ නොමැති නම් ("හැඹිලි මිස්"), එවිට මෙය උපදෙස් ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය බෙහෙවින් වැඩි කරයි. මේ අනුව, නිවැරදි අනුකරණය සඳහා හැඹිලි ආකෘතියක් අවශ්ය වේ. කෙසේ වෙතත්, කාරණය හැඹිලි ආකෘතියට පමණක් සීමා නොවේ. ප්රොසෙසරය හැඹිලියේ නොමැති විට මතකයෙන් දත්ත ලබා ගන්නා තෙක් බලා නොසිටිනු ඇත. ඒ වෙනුවට, එය මතකයෙන් කියවීමේ ප්රතිඵලය මත රඳා නොපවතින ඒවා තෝරාගැනීම, ඊළඟ උපදෙස් ක්රියාත්මක කිරීම ආරම්භ කරනු ඇත. මෙය ප්‍රොසෙසරයේ අක්‍රිය කාලය අවම කිරීමට අවශ්ය ඊනියා “පිළිවෙලින් බැහැර” ක්රියාත්මක කිරීම (OOO, out of order execute) වේ. උපදෙස් ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය ගණනය කිරීමේදී මේ සියල්ල සැලකිල්ලට ගැනීමට අනුරූප ප්‍රොසෙසර කුට්ටි ආකෘතිගත කිරීම උපකාරී වේ. මෙම උපදෙස් අතර, මතකයෙන් කියවීමේ ප්රතිඵලය බලා සිටින අතරතුර ක්රියාත්මක කරන විට, කොන්දේසි සහිත පැනීමේ මෙහෙයුමක් සිදුවිය හැක. තත්වයේ ප්‍රති result ලය මේ මොහොතේ නොදන්නේ නම්, නැවත ප්රොසෙසරය ක්රියාත්මක කිරීම නවත්වන්නේ නැත, නමුත් “අනුමාන” කරයි, සුදුසු ශාඛාව සිදු කරයි සහ සංක්‍රාන්ති ස්ථානයේ සිට උපදෙස් ක්‍රියාශීලීව ක්රියාත්මක කරයි. ශාඛා පුරෝකථනයක් ලෙස හැඳින්වෙන එවැනි බ්ලොක් එකක් ද ක්ෂුද්‍ර වාස්තු විද්‍යාත්මක සිමියුලේටරය තුළ ක්රියාත්මක කළ යුතුය.
පහත පින්තූරයේ ප්‍රොසෙසරයේ ප්‍රධාන කොටස් පෙන්වයි, එය දැන ගැනීමට අවශ්ය නොවේ, එය පෙන්වන්නේ ක්ෂුද්‍ර වාස්තු විද්‍යාත්මක ක්රියාත්මක කිරීමේ සංකීර්ණත්වය පෙන්වීමට පමණි.
සැබෑ ප්‍රොසෙසරයක මෙම සියලුම බ්ලොක් වල ක්රියාකාරිත්වය විශේෂ ඔරලෝසු සංඥා මගින් සමමුහුර්ත කර ඇති අතර ආකෘතියේ ද එය සිදු වේ. එවැනි ක්ෂුද්‍ර වාස්තු විද්‍යාත්මක සිමියුලේටරයක් චක්‍ර නිරවද්‍ය ලෙස හැඳින්වේ. එහි ප්‍රධාන අරමුණ වන්නේ සංවර්ධනය වෙමින් පවතින ප්‍රොසෙසරයේ ක්රියාකාරිත්වය නිවැරදිව පුරෝකථනය කිරීම සහ/හෝ නිශ්චිත වැඩසටහනක ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය ගණනය කිරීමයි, උදාහරණයක් ලෙස, මිණුම් ලකුණක්. අගයන් අවශ්ය ප්‍රමාණයට වඩා අඩු නම්, ඇල්ගොරිතම සහ ප්‍රොසෙසර් බ්ලොක් වෙනස් කිරීම හෝ වැඩසටහන ප්‍රශස්ත කිරීම අවශ්ය වේ.
ඉහත පෙන්වා ඇති පරිදි, ඔරලෝසුවෙන් ඔරලෝසුව සමාකරණය ඉතා මන්දගාමී වේ, එබැවින් එය භාවිතා කරනුයේ වැඩසටහනක ක්‍රියාකාරිත්වයේ ඇතැම් අවස්ථා අධ්‍යයනය කරන විට පමණි, එහිදී වැඩසටහන් ක්රියාත්මක කිරීමේ සැබෑ වේගය සොයා ගැනීමට සහ උපාංගයේ අනාගත ක්රියාකාරිත්වය ඇගයීමට අවශ්ය වේ. මූලාකෘතිය අනුකරණය කරමින් පවතී.
මෙම අවස්ථාවෙහිදී, වැඩසටහනේ ඉතිරි ධාවන කාලය අනුකරණය කිරීම සඳහා ක්රියාකාරී සිමියුලේටරයක් භාවිතා කරයි. මෙම භාවිතයේ සංයෝජනය යථාර්ථයේ දී සිදු වන්නේ කෙසේද? පළමුව, ක්රියාකාරී සිමියුලේටරය දියත් කරනු ලැබේ, එහි OS සහ අධ්‍යයනය යටතේ ඇති වැඩසටහන ක්රියාත්මක කිරීමට අවශ්ය සියල්ල පටවනු ලැබේ. සියල්ලට පසු, අපි මෙහෙයුම් පද්ධතිය ගැන හෝ වැඩසටහන දියත් කිරීමේ ආරම්භක අදියර, එහි වින්‍යාසය යනාදිය ගැන උනන්දු නොවෙමු. කෙසේ වෙතත්, අපට මෙම කොටස් මඟ හැර වහාම වැඩසටහන මැද සිට ක්රියාත්මක කිරීමට නොහැක. එබැවින්, මෙම සියලු මූලික පියවරයන් ක්රියාත්මක වන්නේ ක්රියාකාරී සිමියුලේටරය මතය. අපට උනන්දුවක් දක්වන මොහොත දක්වා වැඩසටහන ක්රියාත්මක කිරීමෙන් පසුව, විකල්ප දෙකක් කළ හැකිය. ඔබට ඔරලෝසුවෙන් චක්‍ර ආකෘතියක් සමඟ ආකෘතිය ප්‍රතිස්ථාපනය කර ක්රියාත්මක කිරීම දිගටම කරගෙන යා හැක. ක්රියාත්මක කළ හැකි කේතය (එනම් සාමාන්‍ය සම්පාදනය කරන ලද ක්‍රමලේඛ ගොනු) භාවිතා කරන සමාකරණ මාදිලිය ක්රියාත්මක කරන ලද සමාකරණය ලෙස හැඳින්වේ. මෙය වඩාත් පොදු සමාකරණ විකල්පයයි. තවත් ප්‍රවේශයක් ද හැකි ය - ට්‍රයිස් ඩ්‍රයිව් සමාකරණය.
ලුහුබැඳීම පදනම් වූ අනුකරණය
එය පියවර දෙකකින් සමන්විත වේ. ක්රියාකාරී සිමියුලේටරයක් හෝ සැබෑ පද්ධතියක් භාවිතයෙන්, වැඩසටහන් ක්‍රියා වල ලොගයක් එකතු කර ගොනුවකට ලියා ඇත. මෙම ලොගය ට්රේස් ලෙස හැඳින්වේ. පරීක්ෂා කරන දේ මත පදනම්ව, හෝඩුවාවක් ක්රියාත්මක කළ හැකි උපදෙස්, මතක ලිපින, වරාය අංක සහ බාධා කිරීම් තොරතුරු ඇතුළත් විය හැකිය.
මීලඟ පියවර වන්නේ ඔරලෝසුවෙන් ඔරලෝසු සිමියුලේටරය ලුහුබැඳීම කියවා එහි ලියා ඇති සියලුම උපදෙස් ක්රියාත්මක කරන විට හෝඩුවාව “සෙල්ලම්” කිරීමයි. අවසානයේදී, අපි මෙම වැඩසටහනේ කොටස ක්රියාත්මක කිරීමේ කාලය මෙන්ම, මෙම ක්රියාවලියේ විවිධ ලක්ෂණ, උදාහරණයක් ලෙස, හැඹිලියේ පහර ප්රතිශතය.
හෝඩුවාවන් සමඟ වැඩ කිරීමේ වැදගත් ලක්ෂණයක් වන්නේ අධිෂ්ඨානවාදයයි, එනම් ඉහත විස්තර කර ඇති ආකාරයට අනුකරණය ක්රියාත්මක කිරීමෙන් නැවත නැවතත් අපි එකම ක්‍රියා අනුපිළිවෙල ප්‍රතිනිෂ්පාදනය කරමු. මෙමගින් ආකෘති පරාමිතීන් (හැඹිලිය, බෆරය සහ පෝලිම් ප්‍රමාණයන්) වෙනස් කිරීමෙන් සහ විවිධ අභ්‍යන්තර ඇල්ගොරිතම භාවිතා කිරීමෙන් හෝ ඒවා සුසර කිරීමෙන්, විශේෂිත පරාමිතියක් පද්ධතියේ ක්‍රියාකාරිත්වයට බලපාන ආකාරය සහ හොඳම ප්‍රතිඵල ලබා දෙන විකල්පය අධ්‍යයනය කිරීමට හැකි වේ. සැබෑ දෘඪාංග මූලාකෘතියක් නිර්මාණය කිරීමට පෙර මේ සියල්ල මූලාකෘති උපාංග ආකෘතියකින් කළ හැකිය.
මෙම ප්‍රවේශයේ සංකීර්ණත්වය පවතින්නේ ප්‍රථමයෙන් යෙදුම ධාවනය කර හෝඩුවාවක් එකතු කිරීමේ අවශ්‍යතාවය මෙන්ම ලුහුබැඳීමේ ගොනුවේ විශාල ප්‍රමාණයයි. ක්රියාත්මක කිරීම මගින් අනුකරණය කිරීම සාමාන්‍යයෙන් සම්පූර්ණ ආකෘතියක් අවශ්ය වන අතර, උපාංගයේ හෝ උනන්දුව දක්වන වේදිකාවේ කොටසක් පමණක් අනුකරණය කිරීම ප්‍රමාණවත් බව වාසිවලට ඇතුළත් වේ.
එබැවින්, මෙම ලිපියෙන් අපි සම්පූර්ණ වේදිකා අනුකරණයේ විශේෂාංග දෙස බැලුවෙමු, විවිධ මට්ටම්වල ක්රියාත්මක කිරීමේ වේගය, ඔරලෝසුවෙන් චක්‍ර අනුකරණය සහ ට්රේස් ගැන කතා කළෙමු. ඊළඟ ලිපියෙන් මම පුද්ගලික අරමුණු සඳහා සහ විශාල සමාගම්වල සංවර්ධන දෘෂ්ටි කෝණයෙන් සිමියුලේටර් භාවිතා කිරීමේ ප්‍රධාන අවස්ථා විස්තර කරමි.
මූලාශ්රය: www.habr.com