Prozessorbau im Hardware-Software-Codesign - Moderne Prozessorarchitekturen: Prinzipien und ihre Realisierungen - page 284

Emulationsleistungsfähigkeit . Die Emulationsleistungsfähigkeit ergibt sich aus der relativen
Emulationsgeschwindigkeit eines möglichst repräsentativen virtuelles Benchmark-Programms,
indem das gewichtete Mittel über unterschiedliche reale Prozessoren gebildet wird. Als Gewicht
lässt sich z.B. der Marktanteil der dabei verwendeten realen Prozessoren verwenden.
Emulationslatenzzeit . Ein laufzeittransformierender oder -übersetzender Emulator überführt
ein virtuelles in ein reales Programm, um dieses nativ auszuführen. Der gewichtete Durch-
schnittswert für die Umsetzung eines repräsentativen virtuellen Benchmark-Programms durch
unterschiedliche reale Prozessoren bezeichnet man als Emulationslatenzzeit, wobei man als
Gewichtungsfaktor ähnlich wie bei der Emulationsleistungsfähigkeit z.B. den Marktanteil der
betrachteten realen Prozessoren verwenden kann.
Gerechtigkeit . Die Architektur eines virtuellen Prozessors wird als gerecht bezeichnet, wenn
die relative Emulationsgeschwindigkeit eines repräsentativen virtuelles Benchmark-Programms
vom emulierenden realen Prozessor möglichst unabhängig ist. Ein Maß für die Gerechtigkeit ist
die durchschnittliche Abweichung der relativen Emulationsgeschwindigkeit unterschiedlicher
realer Prozessoren von der Emulationsleistungsfähigkeit (Standardabweichung).
Semantikdichte . Die Semantikdichte beschreibt, wie kompakt sich ein virtuelles (oder auch
reales) Programm codieren lässt. Zu ihrer Ermittlung wird angenommen, dass funktionsgleiche
Programme, die für unterschiedliche Prozessoren unter Verwendung derselben Algorithmen pro-
grammiert sind, nur deshalb in ihrer Größe voneinander abweichen, weil sie Redundanzen auf-
weisen, die nicht optimal codiert sind. Indem die einzelnen Programme mit Hilfe eines optima-
len Kompressors umcodiert werden, sollten daher Codeblöcke identischer und vom jeweiligen
Prozessor unabhängiger Größen entstehen.
Die Semantikdichte lässt sich somit ermitteln, indem das Mittel der Quotienten, gebildet aus
dem Speicherplatzbedarf eines optimal komprimierten sowie unkomprimierten repräsentativen
Benchmark-Programms, berechnet wird. Die maximale Semantikdichte entsprechend dieser
Definition ist Eins. Sie ist realistisch nicht erreichbar, da es hierzu erforderlich wäre, jeden red-
undant auftretenden Algorithmus im betrachteten Benchmark-Programm als Einzelbefehl zu
definieren und entsprechend der Häufigkeiten zu codieren.
Emulatorspeicherbedarf . Der Emulatorspeicherbedarf ergibt sich als gewichtetes Mittel des
maximalen Befehls- und Datenspeicherbedarfs bei Verarbeitung eines möglichst repräsentativen
virtuellen Benchmark-Programms über unterschiedliche reale Prozessoren. Als Gewicht lässt
sich der Marktanteil der betrachteten realen Prozessoren verwenden. Der Emulatorspeicherbe-
darf berücksichtigt nicht den Befehls- und Datenspeicherbedarf für das Benchmark-Programm
selbst.
Sicherheit . Die Sicherheit ist ein nicht quantitativ erfassbares Maß dafür, inwieweit zur Emula-
tionszeit eines virtuellen Programms auf Betriebsmittel und Funktionen einer realen Maschine
Zugriff genommen werden darf. Dabei ist von wesentlicher Bedeutung, dass Sicherheitsbe-
schränkungen nicht umgehbar sind.
Skalierbarkeit . Ein virtueller Prozessor ist in einem hohen Maße skalierbar, wenn dessen Emu-
lationsgeschwindigkeit vergrößerbar ist, indem architektonische Verbesserungen an den emulie-
renden realen Prozessoren vorgenommen werden. Eine gute Skalierbarkeit der Architektur einer
virtuellen Maschine setzt voraus, dass mit dem Entwurf der virtuellen Architektur erwartete
Erweiterungen realer Architekturen berücksichtigt werden.
Resistenz . Die Resistenz ist ein nicht quantitativ erfassbares Maß dafür, wie aufwendig es ist,
ein virtuelles Programm rückzuentwickeln, also ein Assemblerprogramm oder ein Hochspra-
chenprogramm daraus zu erzeugen. Ein hohes Maß an Resistenz lässt sich z.B. dadurch errei-
chen, dass Kontrollflussbefehle vorgesehen werden, deren Ziele durch statische Analyse des vir-
tuellen Programms nicht ermittelbar sind, wie z.B. indirekte Sprungbefehle.
Bild 4.7. Einige wichtige Kriterien zur Bewertung virtueller Prozessoren. Die vollständige Aufstel-
lung der Kriterien ist in [107] nachzulesen