计算机体系结构模拟器的设计与实现

论文摘要

随着计算机技术的飞速发展,计算机辅助教学已不是一个新鲜的话题,目前已有许多这方面的软件,而且许多高等院校也开发了自己的计算机体系结构的模拟器,帮助增强科研能力和提高教学水平。这些模拟器在辅助科学研究以及教学方面都发挥了它们巨大的作用。但是目前用于教学目的的模拟器还存在不少问题,其中最突出的问题就是操作复杂,运行结果不宜理解,缺乏相应的动画效果。这些不足之处已成为模拟器真正提高教学质量的绊脚石。本文将在计算机体系结构模拟器的设计与实现方面进行探讨,强调优秀的设计,使模拟器软件的架构更为灵活,模拟器的功能可扩展性更为强大,同时保证模拟器的跨平台可执行。在飞速发展的信息科学面前,真正做到模拟器既能够满足当前条件需求,同时在以后计算机体系机构发生变化或软件自身为了适应教学任务的需要做出相应修改的时候,工作量尽可能降到最低,从而保证修改周期尽可能最短。本文论述了三个用于计算机体系结构课程教学的模拟器,它们是Cache模拟器、指令级并行算法模拟器和WinDLX模拟器。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 项目来源与工程应用价值
• 1.3 主要研究内容
• 1.3.1 DLX流水线模拟器
• 1.3.2 Cache模拟器
• 1.3.3 Tomasulo算法模拟器
• 第2章 计算机体系结构模拟器技术背景与设计
• 2.1 技术背景
• 2.2 总体设计
• 2.3 详细设计
• 2.4 代码编写
• 2.5 界面设计
• 第3章 Cache模拟器详细设计过程与实现
• 3.1 背景介绍
• 3.2 Cache基础知识
• 局部性原理
• 3.3 需实现的Cache相关算法与技术
• 3.3.1 映像规则
• 3.3.2 查找方法
• 3.3.3 替换算法
• 3.3.4 写策略
• 3.3.5 Cache一致性问题
• 3.4 Cache模拟器设计
• 3.5 Cache模拟器实现
• 3.6 Cache模拟器测试
• 3.7 Cache模拟器使用
• 第4章 Tomasulo算法模拟器的设计过程与实现
• 4.1 指令的动态调度
• 4.2 Tomasulo算法
• 4.3 Tomasulo算法模拟器设计
• 4.3.1 Tomasulo算法模拟器总体设计
• 4.3.2 Tomasulo算法模拟器算法流程图
• 4.3.3 Tomasulo算法模拟器通信接口设计
• 第5章 WinDLX指令流水线模拟器设计过程与实现
• 5.1 流水线的基本概念
• 5.2 DLX的基本流水线
• 5.2.1 DLX指令集简介
• 5.3 WinDLX指令流水线模拟器的设计
• 5.3.1 总体设计
• 5.3.2 详细设计
• 5.3.3 流程图
• 5.3.4 通信接口设计
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A Cache分步过程及动画描述
• Cache分步过程及动画描述（单cache）
• Cache分步过程描述（总线型）（以多cache为例）
• Cache分步过程描述（目录法）
• 附录B: Cache模拟器目录法测试用例表
• 附录C: 体系结构模拟器使用说明书
• 个人简历 在读期间发表论文