கணினி அமைப்புகளின் சிமுலேட்டர்கள்: ஒரு பழக்கமான முழு-பிளாட்ஃபார்ம் சிமுலேட்டர் மற்றும் தெரியாத கடிகார திசையில் மற்றும் தடயங்கள்

கணினி சிமுலேட்டர்களைப் பற்றிய கட்டுரையின் இரண்டாம் பகுதியில், கணினி சிமுலேட்டர்களைப் பற்றிய எளிய அறிமுக வடிவத்தில், அதாவது சராசரி பயனர் அடிக்கடி சந்திக்கும் முழு-தளம் உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் கடிகாரத்தைப் பற்றி தொடர்ந்து பேசுவேன். -கடிகார மாதிரி மற்றும் தடயங்கள், டெவலப்பர் வட்டங்களில் மிகவும் பொதுவானவை.

В முதல் பகுதி பொதுவாக சிமுலேட்டர்கள் என்றால் என்ன, அதே போல் உருவகப்படுத்துதலின் நிலைகள் பற்றியும் பேசினேன். இப்போது, ​​அந்த அறிவின் அடிப்படையில், கொஞ்சம் ஆழமாக டைவ் செய்து, முழு-பிளாட்ஃபார்ம் சிமுலேஷன், தடயங்களை எவ்வாறு சேகரிப்பது, அவற்றைப் பிறகு என்ன செய்வது, அத்துடன் கடிகாரம்-க்கு-மணிநேர மைக்ரோஆர்க்கிடெக்சரல் எமுலேஷன் பற்றி பேச முன்மொழிகிறேன்.

முழு பிளாட்ஃபார்ம் சிமுலேட்டர், அல்லது "புலத்தில் தனியாக இருப்பது ஒரு போர்வீரன் அல்ல"

ஒரு குறிப்பிட்ட சாதனத்தின் செயல்பாட்டை நீங்கள் படிக்க விரும்பினால், எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு பிணைய அட்டை, அல்லது இந்த சாதனத்திற்கான ஃபார்ம்வேர் அல்லது இயக்கி எழுதவும், அத்தகைய சாதனத்தை தனித்தனியாக உருவகப்படுத்தலாம். இருப்பினும், மற்ற உள்கட்டமைப்பிலிருந்து தனிமையில் பயன்படுத்துவது மிகவும் வசதியானது அல்ல. தொடர்புடைய இயக்கியை இயக்க, உங்களுக்கு மத்திய செயலி, நினைவகம், தரவு பஸ் அணுகல் போன்றவை தேவைப்படும். கூடுதலாக, இயக்கி செயல்பட ஒரு இயக்க முறைமை (OS) மற்றும் பிணைய அடுக்கு தேவைப்படுகிறது. கூடுதலாக, ஒரு தனி பாக்கெட் ஜெனரேட்டர் மற்றும் பதில் சேவையகம் தேவைப்படலாம்.

ஒரு முழு-தளம் சிமுலேட்டர் ஒரு முழுமையான மென்பொருள் அடுக்கை இயக்குவதற்கான சூழலை உருவாக்குகிறது, இதில் BIOS மற்றும் பூட்லோடர் முதல் OS மற்றும் அதன் பல்வேறு துணை அமைப்புகளான அதே பிணைய அடுக்கு, இயக்கிகள் மற்றும் பயனர்-நிலை பயன்பாடுகள் போன்ற அனைத்தையும் உள்ளடக்கியது. இதைச் செய்ய, இது பெரும்பாலான கணினி சாதனங்களின் மென்பொருள் மாதிரிகளை செயல்படுத்துகிறது: செயலி மற்றும் நினைவகம், வட்டு, உள்ளீடு/வெளியீட்டு சாதனங்கள் (விசைப்பலகை, மவுஸ், காட்சி), அதே போல் அதே பிணைய அட்டை.

இன்டெல்லின் x58 சிப்செட்டின் தொகுதி வரைபடம் கீழே உள்ளது. இந்த சிப்செட்டில் உள்ள ஒரு முழு-பிளாட்ஃபார்ம் கணினி சிமுலேட்டருக்கு IOH (உள்ளீடு/வெளியீட்டு மையம்) மற்றும் ICH (உள்ளீடு/வெளியீட்டுக் கட்டுப்படுத்தி மையம்) உள்ளிட்ட பட்டியலிடப்பட்ட சாதனங்களில் பெரும்பாலானவை செயல்படுத்தப்பட வேண்டும். . நடைமுறையில் காண்பிக்கிறபடி, நாம் இயக்கப் போகும் மென்பொருளால் பயன்படுத்தப்படாத பல சாதனங்கள் இல்லை. அத்தகைய சாதனங்களின் மாதிரிகள் உருவாக்கப்பட வேண்டியதில்லை.

பெரும்பாலும், முழு-தளம் சிமுலேட்டர்கள் செயலி அறிவுறுத்தல் மட்டத்தில் செயல்படுத்தப்படுகின்றன (ISA, கீழே பார்க்கவும்). முந்தைய கட்டுரை) ஒப்பீட்டளவில் விரைவாகவும் மலிவாகவும் சிமுலேட்டரை உருவாக்க இது உங்களை அனுமதிக்கிறது. ISA நிலையும் நன்றாக உள்ளது, ஏனெனில் இது அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ மாறாமல் உள்ளது, எடுத்துக்காட்டாக, API/ABI நிலை, அடிக்கடி மாறும். கூடுதலாக, அறிவுறுத்தல் மட்டத்தில் செயல்படுத்துவது, மாற்றப்படாத பைனரி மென்பொருள் என்று அழைக்கப்படுவதை இயக்க அனுமதிக்கிறது, அதாவது ஏற்கனவே தொகுக்கப்பட்ட குறியீட்டை எந்த மாற்றமும் இல்லாமல் இயக்கவும், அது உண்மையான வன்பொருளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், உங்கள் ஹார்ட் டிரைவின் நகலை ("டம்ப்") உருவாக்கலாம், அதை ஒரு முழு-பிளாட்ஃபார்ம் சிமுலேட்டரில் ஒரு மாடலுக்கான படமாகக் குறிப்பிடலாம் மற்றும் வோய்லா! - OS மற்றும் பிற நிரல்கள் எந்த கூடுதல் செயல்களும் இல்லாமல் சிமுலேட்டரில் ஏற்றப்படுகின்றன.

சிமுலேட்டர் செயல்திறன்

மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, முழு அமைப்பையும், அதாவது அதன் அனைத்து சாதனங்களையும் உருவகப்படுத்தும் செயல்முறை மிகவும் மெதுவான செயலாகும். இவை அனைத்தையும் நீங்கள் மிகவும் விரிவான அளவில் செயல்படுத்தினால், எடுத்துக்காட்டாக, மைக்ரோஆர்கிடெக்ச்சுரல் அல்லது லாஜிக்கல், பின்னர் செயல்படுத்தல் மிகவும் மெதுவாக மாறும். ஆனால் அறிவுறுத்தல் நிலை பொருத்தமான தேர்வாகும், மேலும் OS மற்றும் நிரல்களை பயனர் வசதியாக தொடர்புகொள்வதற்கு போதுமான வேகத்தில் இயக்க அனுமதிக்கிறது.

இங்கே சிமுலேட்டர் செயல்திறன் என்ற தலைப்பைத் தொடுவது பொருத்தமானதாக இருக்கும். இது வழக்கமாக ஐபிஎஸ் (வினாடிக்கு வழிமுறைகள்), இன்னும் துல்லியமாக எம்ஐபிஎஸ் (மில்லியன்ஸ் ஐபிஎஸ்) இல் அளவிடப்படுகிறது, அதாவது ஒரு நொடியில் சிமுலேட்டரால் செயல்படுத்தப்படும் செயலி வழிமுறைகளின் எண்ணிக்கை. அதே நேரத்தில், உருவகப்படுத்துதலின் வேகம், உருவகப்படுத்துதல் இயங்கும் அமைப்பின் செயல்திறனைப் பொறுத்தது. எனவே, அசல் அமைப்புடன் ஒப்பிடும்போது சிமுலேட்டரின் "மந்தநிலை" பற்றி பேசுவது மிகவும் சரியாக இருக்கலாம்.

சந்தையில் மிகவும் பொதுவான முழு-பிளாட்ஃபார்ம் சிமுலேட்டர்களான QEMU, VirtualBox அல்லது VmWare பணிநிலையங்கள் நல்ல செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளன. சிமுலேட்டரில் வேலை நடக்கிறது என்பது பயனரால் கவனிக்கப்படாமல் இருக்கலாம். செயலிகள், பைனரி மொழிபெயர்ப்பு அல்காரிதம்கள் மற்றும் பிற சுவாரஸ்யமான விஷயங்களில் செயல்படுத்தப்பட்ட சிறப்பு மெய்நிகராக்க திறன்களால் இது நிகழ்கிறது. இவை அனைத்தும் ஒரு தனி கட்டுரைக்கான தலைப்பு, ஆனால் சுருக்கமாக, மெய்நிகராக்கம் என்பது நவீன செயலிகளின் வன்பொருள் அம்சமாகும், இது சிமுலேட்டர்கள் வழிமுறைகளை உருவகப்படுத்தாமல், அவற்றை நேரடியாக ஒரு உண்மையான செயலிக்கு அனுப்ப அனுமதிக்கிறது, நிச்சயமாக, கட்டமைப்புகள் சிமுலேட்டரும் செயலியும் ஒரே மாதிரியானவை. பைனரி மொழிபெயர்ப்பு என்பது கெஸ்ட் மெஷின் குறியீட்டை ஹோஸ்ட் குறியீடாக மொழிபெயர்த்து உண்மையான செயலியில் செயல்படுத்துவது. இதன் விளைவாக, உருவகப்படுத்துதல் சற்று மெதுவாகவும், 5-10 மடங்கு அதிகமாகவும், பெரும்பாலும் உண்மையான அமைப்பின் அதே வேகத்தில் கூட இயங்கும். இது பல காரணிகளால் பாதிக்கப்படுகிறது என்றாலும். எடுத்துக்காட்டாக, பல டஜன் செயலிகளைக் கொண்ட கணினியை உருவகப்படுத்த விரும்பினால், வேகம் உடனடியாக பல டஜன் மடங்கு குறையும். மறுபுறம், சமீபத்திய பதிப்புகளில் உள்ள சிமிக்ஸ் போன்ற சிமுலேட்டர்கள் மல்டிபிராசசர் ஹோஸ்ட் ஹார்டுவேரை ஆதரிக்கின்றன மற்றும் உண்மையான செயலியின் கோர்களில் உருவகப்படுத்தப்பட்ட கோர்களை திறம்பட இணையாக்குகின்றன.

மைக்ரோஆர்கிடெக்சரல் சிமுலேஷனின் வேகத்தைப் பற்றி நாம் பேசினால், அது வழக்கமாக பல ஆர்டர்கள், சிமுலேஷன் இல்லாமல் வழக்கமான கணினியில் செயல்படுத்துவதை விட 1000-10000 மடங்கு மெதுவாக இருக்கும். மேலும் தருக்க கூறுகளின் மட்டத்தில் செயலாக்கங்கள் பல அளவுகளில் மெதுவாக இருக்கும். எனவே, ஒரு FPGA இந்த மட்டத்தில் முன்மாதிரியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது செயல்திறனை கணிசமாக அதிகரிக்கும்.

கீழேயுள்ள வரைபடம் மாதிரி விவரத்தில் உருவகப்படுத்துதல் வேகத்தின் தோராயமான சார்பைக் காட்டுகிறது.

பீட்-பை-பீட் உருவகப்படுத்துதல்

அவற்றின் வேகம் குறைவாக இருந்தாலும், மைக்ரோஆர்கிடெக்ச்சுரல் சிமுலேட்டர்கள் மிகவும் பொதுவானவை. ஒவ்வொரு அறிவுறுத்தலின் செயல்பாட்டு நேரத்தையும் துல்லியமாக உருவகப்படுத்த, செயலியின் உள் தொகுதிகளின் உருவகப்படுத்துதல் அவசியம். தவறான புரிதல் இங்கே எழலாம் - எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, ஒவ்வொரு அறிவுறுத்தலுக்கும் செயல்படுத்தும் நேரத்தை ஏன் வெறுமனே நிரல் செய்யக்கூடாது என்று தோன்றுகிறது. ஆனால் அத்தகைய சிமுலேட்டர் மிகவும் துல்லியமற்றதாக இருக்கும், ஏனெனில் அதே அறிவுறுத்தலின் செயல்பாட்டு நேரம் அழைப்பிலிருந்து அழைப்பிற்கு வேறுபடலாம்.

எளிமையான உதாரணம் நினைவக அணுகல் அறிவுறுத்தலாகும். கோரப்பட்ட நினைவக இருப்பிடம் தற்காலிக சேமிப்பில் இருந்தால், செயல்படுத்தும் நேரம் குறைவாக இருக்கும். இந்தத் தகவல் தற்காலிக சேமிப்பில் இல்லை என்றால் (“கேச் மிஸ்”), இது அறிவுறுத்தலின் செயல்பாட்டு நேரத்தை பெரிதும் அதிகரிக்கும். எனவே, துல்லியமான உருவகப்படுத்துதலுக்கு ஒரு தற்காலிக சேமிப்பு மாதிரி தேவைப்படுகிறது. இருப்பினும், விஷயம் கேச் மாடலுடன் மட்டுப்படுத்தப்படவில்லை. செயலி தற்காலிக சேமிப்பில் இல்லாதபோது நினைவகத்திலிருந்து தரவு மீட்டெடுக்கப்படும் வரை வெறுமனே காத்திருக்காது. அதற்கு பதிலாக, நினைவகத்திலிருந்து படிக்கும் முடிவைச் சார்ந்து இல்லாதவற்றைத் தேர்ந்தெடுத்து, அடுத்த வழிமுறைகளை இயக்கத் தொடங்கும். இது செயலி செயலற்ற நேரத்தைக் குறைக்க தேவையான "ஒழுங்கற்ற" செயல்படுத்தல் (OOO, ஒழுங்கின்மை செயல்படுத்தல்) என்று அழைக்கப்படுகிறது. தொடர்புடைய செயலி தொகுதிகளை மாடலிங் செய்வது, வழிமுறைகளை செயல்படுத்தும் நேரத்தைக் கணக்கிடும்போது இவை அனைத்தையும் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள உதவும். இந்த அறிவுறுத்தல்களில், நினைவகத்திலிருந்து வாசிப்பின் முடிவு காத்திருக்கும் போது செயல்படுத்தப்படும், ஒரு நிபந்தனை ஜம்ப் செயல்பாடு ஏற்படலாம். நிபந்தனையின் முடிவு இந்த நேரத்தில் தெரியவில்லை என்றால், மீண்டும் செயலி செயல்படுத்துவதை நிறுத்தாது, ஆனால் ஒரு "யூகத்தை" உருவாக்குகிறது, பொருத்தமான கிளையைச் செய்கிறது மற்றும் மாற்றத்தின் புள்ளியில் இருந்து வழிமுறைகளை முன்கூட்டியே செயல்படுத்துகிறது. கிளை முன்கணிப்பு என்று அழைக்கப்படும் அத்தகைய தொகுதி, மைக்ரோஆர்கிடெக்ச்சுரல் சிமுலேட்டரிலும் செயல்படுத்தப்பட வேண்டும்.

கீழே உள்ள படம் செயலியின் முக்கிய தொகுதிகளைக் காட்டுகிறது, அதைத் தெரிந்து கொள்ள வேண்டிய அவசியமில்லை, இது மைக்ரோஆர்கிடெக்சரல் செயல்படுத்தலின் சிக்கலைக் காட்ட மட்டுமே காட்டப்பட்டுள்ளது.

ஒரு உண்மையான செயலியில் இந்த அனைத்து தொகுதிகளின் செயல்பாடும் சிறப்பு கடிகார சமிக்ஞைகளால் ஒத்திசைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது மாதிரியிலும் நிகழ்கிறது. இத்தகைய மைக்ரோஆர்கிடெக்ச்சுரல் சிமுலேட்டர் சுழற்சி துல்லியம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இதன் முக்கிய நோக்கம், உருவாக்கப்படும் செயலியின் செயல்திறனை துல்லியமாக கணிப்பது மற்றும்/அல்லது ஒரு குறிப்பிட்ட நிரலின் செயல்பாட்டு நேரத்தை கணக்கிடுவது, எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு அளவுகோல். மதிப்புகள் தேவையானதை விட குறைவாக இருந்தால், வழிமுறைகள் மற்றும் செயலி தொகுதிகளை மாற்றுவது அல்லது நிரலை மேம்படுத்துவது அவசியம்.

மேலே காட்டப்பட்டுள்ளபடி, கடிகாரம்-கடிகார உருவகப்படுத்துதல் மிகவும் மெதுவாக உள்ளது, எனவே நிரலின் செயல்பாட்டின் சில தருணங்களைப் படிக்கும் போது மட்டுமே இது பயன்படுத்தப்படுகிறது, அங்கு நிரல் செயல்பாட்டின் உண்மையான வேகத்தைக் கண்டறிந்து அதன் எதிர்கால செயல்திறனை மதிப்பிடுவது அவசியம். முன்மாதிரி உருவகப்படுத்தப்படுகிறது.

இந்த வழக்கில், நிரலின் மீதமுள்ள இயங்கும் நேரத்தை உருவகப்படுத்த ஒரு செயல்பாட்டு சிமுலேட்டர் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த பயன்பாட்டின் கலவை உண்மையில் எவ்வாறு நிகழ்கிறது? முதலில், செயல்பாட்டு சிமுலேட்டர் தொடங்கப்பட்டது, அதில் OS மற்றும் ஆய்வின் கீழ் நிரலை இயக்க தேவையான அனைத்தும் ஏற்றப்படுகின்றன. எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, OS இல் அல்லது நிரலைத் தொடங்குவதற்கான ஆரம்ப கட்டங்களில், அதன் உள்ளமைவு போன்றவற்றில் எங்களுக்கு ஆர்வம் இல்லை. எவ்வாறாயினும், எங்களால் இந்த பகுதிகளைத் தவிர்த்துவிட்டு, உடனடியாக நிரலை நடுவில் இருந்து இயக்க முடியாது. எனவே, இந்த பூர்வாங்க படிகள் அனைத்தும் ஒரு செயல்பாட்டு சிமுலேட்டரில் இயக்கப்படுகின்றன. எங்களுக்கு ஆர்வமுள்ள தருணத்தில் நிரல் செயல்படுத்தப்பட்ட பிறகு, இரண்டு விருப்பங்கள் சாத்தியமாகும். நீங்கள் மாடலை கடிகாரம்-சுழற்சி மாதிரியுடன் மாற்றலாம் மற்றும் செயல்படுத்தலைத் தொடரலாம். இயங்கக்கூடிய குறியீட்டைப் பயன்படுத்தும் உருவகப்படுத்துதல் முறை (அதாவது, வழக்கமான தொகுக்கப்பட்ட நிரல் கோப்புகள்) செயல்படுத்தல் இயக்கப்படும் உருவகப்படுத்துதல் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது மிகவும் பொதுவான உருவகப்படுத்துதல் விருப்பமாகும். மற்றொரு அணுகுமுறையும் சாத்தியமாகும் - டிரேஸ் டிரைவ் சிமுலேஷன்.

சுவடு அடிப்படையிலான உருவகப்படுத்துதல்

இது இரண்டு படிகளைக் கொண்டுள்ளது. செயல்பாட்டு சிமுலேட்டரைப் பயன்படுத்தி அல்லது உண்மையான கணினியில், நிரல் செயல்களின் பதிவு சேகரிக்கப்பட்டு ஒரு கோப்பில் எழுதப்படுகிறது. இந்த பதிவு ஒரு சுவடு என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஆய்வு செய்யப்படுவதைப் பொறுத்து, ட்ரேஸில் இயங்கக்கூடிய வழிமுறைகள், நினைவக முகவரிகள், போர்ட் எண்கள் மற்றும் குறுக்கீடு தகவல் ஆகியவை அடங்கும்.

அடுத்த கட்டம், கடிகாரத்தை "விளையாடுவது" ஆகும், கடிகாரம்-மணிநேர சிமுலேட்டர் ட்ரேஸைப் படித்து, அதில் எழுதப்பட்ட அனைத்து வழிமுறைகளையும் செயல்படுத்துகிறது. முடிவில், நிரலின் இந்த பகுதியின் செயல்பாட்டு நேரத்தையும், இந்த செயல்முறையின் பல்வேறு குணாதிசயங்களையும் பெறுகிறோம், எடுத்துக்காட்டாக, தற்காலிக சேமிப்பில் உள்ள வெற்றிகளின் சதவீதம்.

தடயங்களுடன் பணிபுரியும் ஒரு முக்கிய அம்சம் நிர்ணயம், அதாவது, மேலே விவரிக்கப்பட்ட முறையில் உருவகப்படுத்துதலை இயக்குவதன் மூலம், அதே செயல்களின் வரிசையை மீண்டும் மீண்டும் உருவாக்குகிறோம். இது மாதிரி அளவுருக்களை (கேச், பஃபர் மற்றும் வரிசை அளவுகள்) மாற்றுவதன் மூலமும், வெவ்வேறு உள் அல்காரிதங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும் அல்லது அவற்றைச் சரிசெய்வதன் மூலமும், ஒரு குறிப்பிட்ட அளவுரு கணினி செயல்திறனை எவ்வாறு பாதிக்கிறது மற்றும் எந்த விருப்பம் சிறந்த முடிவுகளைத் தருகிறது என்பதைப் படிப்பதை சாத்தியமாக்குகிறது. ஒரு உண்மையான வன்பொருள் முன்மாதிரியை உருவாக்கும் முன் இவை அனைத்தையும் ஒரு முன்மாதிரி சாதன மாதிரியுடன் செய்யலாம்.

இந்த அணுகுமுறையின் சிக்கலானது, முதலில் பயன்பாட்டை இயக்கி, சுவடுகளை சேகரிக்க வேண்டிய அவசியத்திலும், ட்ரேஸ் கோப்பின் பெரிய அளவிலும் உள்ளது. சாதனத்தின் பகுதி அல்லது ஆர்வமுள்ள தளத்தை மட்டுமே உருவகப்படுத்துவது போதுமானது, அதே நேரத்தில் செயல்படுத்துவதன் மூலம் உருவகப்படுத்துதல் பொதுவாக ஒரு முழுமையான மாதிரி தேவைப்படுகிறது.

எனவே, இந்த கட்டுரையில் முழு-தளம் உருவகப்படுத்துதலின் அம்சங்களைப் பார்த்தோம், வெவ்வேறு நிலைகளில் செயல்படுத்தும் வேகம், கடிகாரம்-சுழற்சி உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் தடயங்கள் பற்றி பேசினோம். அடுத்த கட்டுரையில், தனிப்பட்ட நோக்கங்களுக்காகவும், பெரிய நிறுவனங்களின் வளர்ச்சிக் கண்ணோட்டத்திலும் சிமுலேட்டர்களைப் பயன்படுத்துவதற்கான முக்கிய காட்சிகளை விவரிக்கிறேன்.

ஆதாரம்: www.habr.com