仿真是解决体系结构差异性、实现软件兼容性、降低计算机软硬件研发成本的有效方法之一,已越来越被计算机研究、制造、应用领域所关注。系统仿真近年来发展迅速,I/O仿真技术作为其研究的一个重要方面,由于性能较低,被业界作为重点进行研究。本文以I/O子系统仿真的关键技术为研究内容,主要进行了如下工作。论文深入分析了多种常见I/O子系统仿真框架的结构特点和优缺点,提出了一种基于Alpha平台的X86架构的I/O子系统仿真框架ABIO,并对ABIO框架的关键技术进行了深入的研究,给出了ABIO各个功能模块及接口的具体设计方案;分析了基于PCI总线的X86架构,从PCI总线结构仿真、南北桥芯片仿真、中断控制模块仿真和时钟模块仿真四个方面,详细阐述了基于ABIO框架的PCI总线仿真的实现;分析了IDE磁盘的工作原理和现有磁盘仿真方法,结合需要仿真的目标,提出了基于Pass-through的磁盘设备仿真分区分配方法,详细阐述了实现磁盘仿真的主要功能模块,给出了磁盘仿真的工作过程和DMA传输过程。ABIO框架从技术和结构上改进了原有Alpha平台的系统级仿真器,将真实设备分配给了客户机操作系统,并实现了设备添加的用户可定制。论文最后给出了使用VDT和Bonnie++测试集对仿真磁盘I/O与ABIO框架的整体性能进行测试的结果。测试结果表明,本文提出的以ABIO为框架的I/O仿真子系统原型相对于Alpha平台上的其他系统仿真器在性能上有一定的提升。其中,基于Pass-through的磁盘仿真性能相对于QEMU仿真器的性能提升了4.25%-29.3%;ABIO框架的整体性能相对于QEMU的性能提升了4.22%-31.32%,相对于Bochs的性能提升了12.25%-28.81%。