如何给仿真提供正确的速度

Question

我想为运行频率在600千赫左右的特别慢的CPU编写一个模拟器。如果我以一种天真的方式为CPU编写一个模拟器（即一次模拟一条指令，而不做任何其他事情），模拟将比600千赫快得多。

如何编程模拟器以正确的速度模拟CPU，而不管主机的速度如何？真实世界的模拟器通常使用什么技术来实现这一点？如何避免抖动减慢模拟速度？

Answer 1

在一个典型的平台上，唯一可用的"周期性事件"是不准确和低频的，当然一点也不像0.6MHz。但使用"慢速"计时器（可能是100Hz左右），你可以"跑很多短的冲刺"，中间有足够的时间"休息"，平均每秒模拟合适的周期。时间通常可以相当准确地测量，因此您可以在每次"冲刺"中准确地模拟正确数量的周期。

在高水平上，这可能看起来像这样：

int cycle_budget = 0;
time last_sprint = something;
// on timer fire
cycle_budget += (current_time - last_sprint) * clock_rate;
last_sprint = current_time;
while (cycle_budget >= slowest_instruction)
    tick(); // emulates one instruction, subtracts from cycle_budget

有一些明显的变化，例如，你可以让预算为负，而不是测试是否有足够的资金来运行一个缓慢的指令。或者你可以解码指令，然后测试是否有足够的预算来运行它。这一切都假设一条指令不会花费任意长的时间，但据我所知，这从来都不是问题（即使是像z80的字符串指令这样的指令，它们实际上也会通过分支返回并重新执行自己来循环）。