SimpleScalar模拟器详解：体系结构与实验入门

Simplescalar模拟器简介与教程指南 Simplescalar模拟器是一种广泛用于计算机体系结构实验的教学工具，它是一个5级流水线的超标量RISC（Reduced Instruction Set Computer）体系结构模拟器。该模拟器最初由Manoj Franklin开发，后来经过Steve Bennett和Todd M. Austin的改进，特别是后者在1996年的贡献，使得Simplescalar成为了一个功能强大的教学平台。 1. 计算机体系结构： 计算机体系结构研究的是硬件和软件如何交互，以及编程人员如何利用这些特性来设计和编写可执行的程序。经典定义由C.M.Amdahl在1964年提出，它关注于机器的抽象视图，包括概念结构、功能特性和编程接口。 2. Simplescalar简介： - Simplescalar起源于80年代，最初用于模拟简单到复杂指令集的程序执行过程。 - 它支持超标量架构，这意味着它能同时处理多个指令，提高了处理器的并行性能。 - 该模拟器采用了乱序执行模型，允许指令流根据执行单元的可用性自由地执行，增加了灵活性。 - SimpleScalar提供了一个GCC编译器环境，能生成针对其体系结构的目标代码，方便在模拟器上运行。 3. 模拟器工作流程： - 主程序main()负责初始化，加载二进制目标代码，然后调用sim_main()，这个函数负责预编译指令并加速模拟过程。 - 模拟器在执行驱动层处理指令执行，解释执行层实现流水线模拟，这有助于理解和分析处理器内部操作。 4. 实验内容与目标： 教程覆盖了Simplescalar的安装、配置，以及一系列实验，如5级超标量流水线、动态分支预测、乱序执行、推断执行、缓存性能分析、伪相联缓存、线程级并行等。每个实验都有明确的目的，如理解不同硬件特性的工作原理、评估优化策略的效果等。 5. 实践环节： 实验指导详细列出了每一步的操作步骤，包括安装Simplescalar和相关工具如.mp_simplesim，介绍关键部件的功能，以及如何使用Mibench-automotive基准测试包进行性能评估。此外，还包括代码分析和实验扩展部分，鼓励学生深入探究和拓展模拟器的使用。 通过学习和实践Simplescalar模拟器，学生能够深入理解计算机体系结构的各个方面，掌握从基础到高级的模拟技术，这对于提高软件工程师的理论素养和实际操作能力具有重要意义。