房雁斌 遼寧科技學(xué)院

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的分析

房雁斌 遼寧科技學(xué)院

軟件模擬技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的衍生物之一，該項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)一方面大大加快了部分工作的進(jìn)展效率，另一方面也使計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的發(fā)展得到推動(dòng)?；诖耍疚姆治鲇?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)，并針對其現(xiàn)有不足給出改進(jìn)的建議，以期為后續(xù)軟件模擬技術(shù)的優(yōu)化提供一定的理論支持。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 軟件模擬技術(shù) 模擬參數(shù)

前言：現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)最初于1946年出現(xiàn)在美國賓夕法尼亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中，該計(jì)算機(jī)每秒運(yùn)算速度為每秒5000次（加法），造價(jià)則超過400000美元。短短70年，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算達(dá)到每秒萬億次的級別，美國的紅杉計(jì)算機(jī)每秒運(yùn)算速度達(dá)到16324萬億次，這為軟件模擬技術(shù)的發(fā)展提供了重要的支持，也為該技術(shù)后續(xù)發(fā)展提供了基本保障。

1 現(xiàn)有計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的不足

1.1 模擬參數(shù)過于復(fù)雜

較計(jì)算機(jī)技術(shù)來說，現(xiàn)有的軟件模擬技術(shù)是相對落后的，但實(shí)際需求卻對模擬技術(shù)提出了很高的要求，比如物理實(shí)驗(yàn)室中的綜合實(shí)驗(yàn)、天文研究等。進(jìn)行天文研究時(shí)，天體運(yùn)行的各類參數(shù)非常多、而且各有差別，這些參數(shù)可以通過計(jì)算得出，現(xiàn)有的高等計(jì)算機(jī)也可以對其進(jìn)行計(jì)算，但在同時(shí)帶入軟件中時(shí)，很多軟件根本無法完成以參數(shù)為基礎(chǔ)的模型構(gòu)建，導(dǎo)致模型失衡、甚至出現(xiàn)運(yùn)行崩潰的情況，能否解決這一問題，直接影響計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)下軟件模擬技術(shù)的發(fā)展。

1.2 模擬的結(jié)果存在一定誤差

本節(jié)內(nèi)容和上一小節(jié)的問題直接相關(guān)，在參數(shù)過于復(fù)雜的情況下，軟件模擬技術(shù)無法支持建模和后續(xù)工作，因此研究人員嘗試了降低參數(shù)復(fù)雜性的方式進(jìn)行模擬，但結(jié)果表明這一做法會(huì)降低研究的科學(xué)性，模擬幾乎可能失去意義。比如月球和地球距離相關(guān)研究的參數(shù)設(shè)定，月球與地球的距離為389802公里，研究中，如果取其近似數(shù)據(jù)389000公里，那么參數(shù)也會(huì)對應(yīng)出現(xiàn)變化，由于月球直接影響地球潮汐運(yùn)動(dòng)，當(dāng)研究內(nèi)容為潮汐漲落時(shí)，將出現(xiàn)20分鐘以上的誤差，潮汐能的利用必然受到影響。

1.3 模擬技術(shù)的進(jìn)展較慢

目前我國的軟件模擬技術(shù)以及西方、日本等發(fā)達(dá)國家的軟件模擬技術(shù)幾乎都面臨著一個(gè)相同的問題，即研究進(jìn)度緩慢，與實(shí)際需要嚴(yán)重脫節(jié)。比如與日常生活直接相關(guān)的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)。天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)是根據(jù)云層、風(fēng)力、相對濕度運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律進(jìn)行模擬，判斷天氣情況的系統(tǒng)。但由于相關(guān)技術(shù)進(jìn)展不足，現(xiàn)有的天氣預(yù)報(bào)模擬系統(tǒng)往往在模擬過程中無法充分結(jié)合實(shí)際情況，出現(xiàn)誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)等問題。設(shè)法提升軟件模擬技術(shù)的進(jìn)展速度，是解決該問題以及上述問題的主要措施。

2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)不足的改進(jìn)建議

2.1 建立計(jì)算機(jī)群或者超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬

針對參數(shù)過于復(fù)雜的問題，目前來看，最可行的方式是建立計(jì)算機(jī)群或者超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，其基本理念是，將某一次模擬中的各類參數(shù)進(jìn)行分類，分別在不同計(jì)算機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，或者在一臺(tái)超級計(jì)算機(jī)中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)模擬軟件，分別進(jìn)行運(yùn)算。一般來說，一個(gè)普通指令包含的運(yùn)算次數(shù)也會(huì)達(dá)到百次、千次以上，而在進(jìn)行復(fù)雜參數(shù)模擬時(shí)，軟件甚至計(jì)算機(jī)均處于高速運(yùn)行的狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)算次數(shù)過多、超過模擬軟件能夠承受的極限后，就會(huì)出現(xiàn)卡頓、死機(jī)等情況，而利用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別進(jìn)行計(jì)算或者使用超級計(jì)算機(jī)可以相對有效的解決這一問題。該方式的缺陷是無法第一時(shí)間獲得模擬效果，而且在后期對不同模擬效果進(jìn)行整合時(shí)也存在一定難度。

2.2 提升模擬結(jié)果的精確性

與上一小節(jié)中的方法對應(yīng)，如果不采用建立計(jì)算機(jī)群、使用超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬的方式，也可以繼續(xù)通過降低參數(shù)復(fù)雜性的方式進(jìn)行模擬，為求提升模擬結(jié)果的精確性，相關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行多次，再利用數(shù)學(xué)概率學(xué)知識對多次計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，獲取較為可信的模擬結(jié)果。比如進(jìn)行火箭發(fā)射目標(biāo)計(jì)算，模擬參數(shù)過于復(fù)雜，將其進(jìn)行簡單化處理，第一次計(jì)算結(jié)果顯示目標(biāo)地為A，第二次為B、第三次為C，反復(fù)進(jìn)行100次，將所有地點(diǎn)構(gòu)畫在同一平面中，并建立關(guān)系矩陣，分析100個(gè)點(diǎn)的分布規(guī)律，最密集的一處就可以認(rèn)為是最接近的目標(biāo)地。該方法適用于一般計(jì)算，如果要求高精度計(jì)算，則不適用。

2.3 加大軟件模擬技術(shù)的開發(fā)力度

加大軟件模擬技術(shù)的開發(fā)力度、使其盡快適應(yīng)各項(xiàng)工作的需求，是最終解決各類相關(guān)問題的主要辦法。目前來看，限制軟件模擬技術(shù)發(fā)展的原因主要包括研究人員不足、研究資金不足、各機(jī)構(gòu)交流不足三個(gè)方面。鑒于各國、各機(jī)構(gòu)對產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作的重視，短時(shí)間內(nèi)很難通過強(qiáng)化交流的方式提升軟件模擬技術(shù)的水平，可行方式是增加投資和培育更多人才。以投資的增加為例，我國的軟件模擬技術(shù)研究不能局限于中科院等國家機(jī)構(gòu)，也應(yīng)設(shè)法動(dòng)員社會(huì)各界廣泛參與，對于各地的研究機(jī)構(gòu)，由當(dāng)?shù)卣块T、國家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)雙向?qū)ζ溥M(jìn)行審核，確定其具備研究能力，即可給予資金支持，以此推進(jìn)軟件模擬技術(shù)的發(fā)展。

總結(jié)：通過分析計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)，了解了相關(guān)基本內(nèi)容。目前來看，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)存在模擬參數(shù)過于復(fù)雜、模擬的結(jié)果存在一定誤差、模擬技術(shù)的進(jìn)展較慢等問題，針對這些問題，可考慮建立計(jì)算機(jī)群或者超級計(jì)算機(jī)發(fā)展軟件模擬技術(shù)、提升模擬結(jié)果的精確性、加大軟件模擬技術(shù)的開發(fā)力度等措施，強(qiáng)化軟件模擬技術(shù)。后續(xù)工作中，注意上述內(nèi)容也有利于相關(guān)工作的優(yōu)化。

[1]宋濤.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)要點(diǎn)分析[J].民營科技,2016,(09):80.

[2]陳世林.關(guān)于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的研究[J].電腦迷,2016,(03):12.