在计算机技术发展过程中，模拟一直是一个重要的工具。模拟器是运行在一个平台上的特殊程序，它模拟了另外一个平台所具有的特征。模拟器由于其灵活性，被广泛用于体系结构研究、系统软件的开发和调试、复杂应用程序的性能评测以及软件的移植等诸多方面。为了从事高性能计算机系统的研究，需要对规模较大的计算机系统进行模拟，而传统的模拟器和模拟方法难以达到要求。　　 本文的研究基础是并行模拟器，首先在此基础之上给出了多形态CPU的概念，并提出了多形态CPU的几种实现形式。在随后的两章中，分别介绍了Trace驱动CPU模拟单元SimScript和时钟级CPU模拟单元SimClock的具体设计和实现。最后，本文探讨了如何使用这些多形态CPU模拟单元来构建一个模拟器系统，通过不同形态CPU模拟单元之间的切换或协同进行模拟，从而达到扩大模拟规模，又能保证一定模拟精度的目的。　　 本文设计的SimScript是一个Trace驱动的CPU模拟单元，能够进行访存Trace数据的导入和一定程度上的脚本解释。按照多形态CPU的概念，SimScript含有标准的初始化函数和标准的回调函数，并实现了标准的访存接口，这样当其运行起来以后，通过读取访存Trace数据，对外发出标准的访存指令。SimScript执行速度快，消耗内存少，很容易构建出大规模系统，测试网络性能和除处理器之外的设备功能，如交换设备Switch等。　　 本文设计的SimClock是一个时钟级的CPU模拟单元。该模拟单元的时序模拟和功能模拟分离，其中时序模拟主要由新开发的流水线结构完成，而功能模拟则重用了原有的功能级CPU模拟单元的实现，这样做既节省了开发时间，又便于调试和维护。SimClock也含有标准的初始化函数和标准的回调函数，但借用了功能级CPU模拟单元的访存接口。SimClock模拟的精度高，但速度慢，消耗内存也较大，它常常与其它形态的CPU模拟单元结合起来，通过切换或者协同的方式完成模拟，其承担的主要任务是对系统执行的某个阶段进行精确和细致的模拟，以便统计各种时序信息。