شبیه سازی ریزمعماری
شبیه سازی ریزمعماری یک تکنیک مهم در تحقیقات معماری کامپیوتر و آموزش علوم کامپیوتر است. و ابزاری برای مدل‌سازی طراحی و رفتار یک ریزپردازنده و اجزای آن مانند ALU، حافظه نهان، واحد کنترل و مسیر داده و غیره است. این کار به محققان اجازه می‌دهد تا طراحی ریزپردازنده را بررسی کنند و همچنین عملکرد و کارایی ویژگی‌های جدید ریزمعماری را تعیین کنند. برای مثال، بعضی از ریزمعماری‌ها مانند پیش‌بینی‌کننده پرش، بافر مرتب‌سازی و حافظه نهان ردیابی، قبل از تبدیل شدن به اجزای رایج در ریزپردازنده‌های امروزی، چرخه‌های شبیه‌سازی متعددی را پشت سر گذاشتند. علاوه بر این، شبیه‌سازی به اساتید امکان می‌دهد تا دوره‌های اصول سیستم و معماری کامپیوتر را به صورت عملی و تجربی آموزش دهند.
برای شبیه‌سازی سخت‌افزار رایانه در لایه سیستم، لطفاً به شبیه‌سازی کامل سیستم رجوع کنید.
شبیه‌سازی ریزمعماری را می‌توان بر اساس انواع داده‌های ورودی و جزئیات شبیه سازی به چند دسته طبقه‌بندی کرد. به‌طور دقیق تر، ورودی می‌تواند از رد اجرای برنامه روی یک ریزپردازنده جمع‌آوری شده باشد (به اصطلاح شبیه سازی مبتنی بر ردیابی) یا از اجرای کلی خود برنامه (به اصطلاح شبیه سازی مبتنی بر اجرا) جمع‌آوری شده باشد.
یک شبیه‌سازی مبتنی بر ردیابی یک توالی ثابت از اطلاعات رد اجرا را از یک فایل به عنوان ورودی می‌خواند. این رکوردها معمولاً ارجاعات حافظه، نتایج شاخه یا دستورالعمل‌های یک ماشین خاص و غیره را نشان می‌دهند. در حالی که یک شبیه‌سازی مبتنی بر ردیابی به نسبت سریع و نتایج آن بسیار قابلیت تولید مجدد دارند، به فضای ذخیره‌سازی بسیار بزرگی نیز نیاز دارد. از سوی دیگر، یک شبیه‌سازی مبتنی بر اجرا یک برنامه را می‌خواند و فعالیت‌های ماشین را در حین اجرا شبیه‌سازی می‌کند. یک فایل برنامه معمولاً چند برابر کوچکتر از یک فایل رد برنامه است. با این حال، شبیه سازی مبتنی بر اجرا بسیار کندتر از شبیه سازی مبتنی بر ردیابی است زیرا باید هر دستورالعمل را یک به یک پردازش کند و تمام وضعیت‌های اجزای ریزمعماری را در حین اجرا به روز کند؛ بنابراین، انتخاب انواع ورودی برای شبیه سازی یک ترید آف بین فضا و زمان است. به‌طور خاص، یک ردیابی بسیار دقیق برای یک شبیه‌سازی بسیار دقیق، به فضای ذخیره‌سازی بسیار بزرگی نیاز دارد، در حالی که یک شبیه‌سازی مبتنی بر اجرای بسیار دقیق، برای اجرای تمام دستورالعمل‌ها در برنامه زمان بسیار زیادی نیاز دارد.
علاوه بر انواع ورودی، مقدار جزئیات نیز می‌توان برای طبقه‌بندی شبیه سازی استفاده شود. به‌طور دقیق تر، نرم‌افزاری که یک ریزپردازنده را با استفاده از اجرای یک برنامه به صورت چرخه به چرخه شبیه سازی می‌کند، به‌عنوان شبیه‌ساز دقیق چرخه () شناخته می‌شود، در حالی که شبیه‌ساز مجموعه دستورالعمل‌ها فقط اجرای یک برنامه بر روی یک ریزپردازنده را با استفاده از یک زمانبندی کننده دستور العمل‌ها با زمانبندی‌های بزرگ مدل‌سازی می‌کند. اکثر کلاس‌های علوم کامپیوتر در معماری کامپیوتر با تجربیات عملی، شبیه سازهای مجموعه دستورالعمل را به عنوان ابزاری برای آموزش استفاده می‌کنند، در حالی که شبیه سازهای دقیق چرخه به دلیل پیچیدگی‌ها و مصرف منابع، بیشتر برای پروژه‌های تحقیقاتی به کار می‌روند.
شبیه سازهای ریزمعماری برای اهداف مختلفی به کار گرفته می‌شوند. آنها به محققان اجازه می‌دهند تا ایده‌های خود را بدون اینکه یک تراشه ریزپردازنده واقعی (که هم گران و هم‌زمان بر است) بسازند، ارزیابی کنند، به عنوان مثال، شبیه سازی یک ریزپردازنده با هزاران هسته همراه با چندین سطح حافظه کش هزینه بسیار کمی در مقایسه با ساخت یک تراشه نمونه واقعی دارد. محققان همچنین می‌توانند با استفاده از مدل‌های کش مختلف در شبیه‌ساز، با پیکربندی سلسله‌مراتب کش بازی کنند. بدون اینکه هر بار که می‌خواهند چیز متفاوتی را آزمایش کنند، یک تراشه جدید بسازند.
یکی دیگر از کاربردهای شبیه ساز ریزمعماری در آموزش است. با توجه به اینکه یک دوره در معماری کامپیوتر بسیاری از ویژگی‌های ریزپردازنده‌ها و معماری آنها را به دانشجویان آموزش می‌دهد، شبیه‌ساز ریزمعماری برای مدل‌سازی و آزمایش ویژگی‌ها و معماری‌های مختلف در طول یک ترم می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، دانش آموزان ممکن است با یک شبیه ساز ریزمعماری ساده در ابتدای ترم شروع کنند (یک طرح ریزپردازنده ساده). هر چه ترم پیشرفت می‌کند، ویژگی‌های اضافی، مانند خط لوله دستورالعمل، تغییر نام ثبات، ایستگاه‌های رزرو، اجرای خارج از نظم و رتبه‌بندی را می‌توان مدل سازی کرد و پس از معرفی آنها در کلاس درس، به شبیه ساز در دسترس دانشجو اضافه کرد. شبیه ساز ریزمعماری، می‌تواند پیکربندی مجدد و تست را با حداقل هزینه انجام دهد.