Terminology - симулятор или эмулятор? в чем разница?

Используйте Эмуляцию и Симуляцию вместе

Таким образом, создается впечатление, что при попытке воспроизвести человеческий мозг в другой физической системе, которая может привести к сознанию, нам может понадобиться комбинация как «эмуляции», ориентированной на разработку компонентов мозга, которые мы можем не полностью понять, так и «симуляции» основанный на науке для аспектов, которые мы понимаем на более абстрактном уровне.

Таким образом, мы можем использовать каждую из их сильных сторон и избежать их ограничений с нашим текущим уровнем технического и научного прогресса.

Например:

Эмуляция нейронов для достижения тех же характеристик нейронного запуска, которые могут включать вычисления, происходящие в каждом отдельном нейроне, могут быть полезны, если мы не знаем точную внутреннюю работу каждого нейрона.
Моделирование грубых анатомических особенностей, которые мы полностью понимаем с научной точки зрения, может сэкономить нас на энергии или вычислительных требованиях, если мы будем использовать более эффективные научные и алгоритмические принципы для их запуска вместо прямой эмуляции.

Независимо от конкретной комбинации эмуляции или симуляции и от того, насколько эта смесь будет развиваться по мере совершенствования науки и техники, полезно четко их различать при воспроизведении человеческого мозга.

Виды эмуляции

В большинстве существующих эмуляторов воспроизводится только аппаратная платформа. Таким образом, если требуется операционная система, хранящаяся в ПЗУ, или другое программное обеспечение, его следует получить дополнительно (впрочем, оно тоже может быть эмулировано). В дальнейшем и операционная система, и программное обеспечение будут интерпретированы эмулятором таким же образом, как и на изначальном оборудовании. Кроме интерпретатора эмулированных двоичных машинных кодов также должно эмулироваться и некоторое другое оборудование (например, вводные и выводные устройства). Например, если запись в определенную область памяти должна выводить что-то на экран, такое поведение также должно быть эмулировано.

В пределе эмулятор должен исходить из модели, созданной на основе параметров и особенностей оригинального схемотехнического решения, включающей виртуальный источник питания, но на практике это было бы исключительным решением. Как правило, эмуляторы отталкиваются от модели, построенной на имеющейся документации и логической схеме устройства. Для эмуляции некоторых систем важным оказывается высокая точность эмуляции вплоть до тактовой частоты отдельных элементов, недокументированных функций, непредсказуемых аналоговых компонентов и допущенных ошибок

Особенно это важно при реализации эмуляторов классических домашних компьютеров типа Commodore 64, программы для которых часто пользуются утонченными низкоуровневыми приемами программирования, разработанными создателями игры и демосценой

Наоборот, некоторые другие устройства имели очень ограниченный прямой доступ к оборудованию. В подобных случаях может быть достаточно простого слоя совместимости. Системные запросы эмулируемой программы транслируются в системные запросы хоста, то есть в системах FreeBSD, NetBSD и OpenBSD для запуска Linux-приложений с закрытым кодом используется слой совместимости с Linux. Например, графический процессор Nintendo 64 был полностью программируемым, и большинство разработчиков игр использовало заложенные заводские программы, которые были самодостаточными и обменивались информацией с игрой через буфер FIFO. Поэтому многие эмуляторы вообще не эмулируют графический процессор, интерпретируя вместо этого команды центрального процессора также как и оригинальная программа.

Разработчики программ для встраиваемых систем и игровых приставок часто создают свои продукты на особо точных эмуляторах, называемых симуляторами, перед запуском на физическом оборудовании. Это делается для возможности создания и тестирования до запуска в производство окончательной ревизии оборудования, а также для возможности быстрой отладки программы без затрат времени на копирование и внесения побочных эффектов отладчика. Во многих случаях симулятор создается и предоставляется изготовителем оборудования, что теоретически должно повышать его точность.

Эмуляция математического сопроцессора применяется для запуска программ, скомпилированных с использованием математических инструкций, на машинах без установленного сопроцессора, на которых дополнительная нагрузка на центральный процессор может негативно сказаться на производительности. Если сопроцессор не установлен и не встроен в центральный процессор, при выполнении математической инструкции будет вызвано прерывание (отсутствие сопроцессора), запускающее подпрограмму математического эмулятора. После успешного выполнения инструкции управление возвращается программе.

Физическая проверка гипотезы

Метод проверки гипотезы моделирования одного типа был предложен в 2012 году в совместной статье физиков Сайласа Р. Бина из Боннского университета (ныне Вашингтонского университета в Сиэтле) и Зохре Давуди и Мартина Дж. Сэвиджа из университета. Вашингтона, Сиэтл. При условии ограниченных вычислительных ресурсов моделирование Вселенной будет выполняться путем разделения непрерывного пространства-времени на дискретный набор точек. По аналогии с мини-симуляциями, которые сегодня проводят теоретики решеточной калибровки для создания ядер из лежащей в основе теории сильных взаимодействий (известной как квантовая хромодинамика ), в их работе были изучены несколько наблюдательных следствий сеткообразного пространства-времени. Среди предложенных сигнатур — анизотропия в распределении космических лучей сверхвысокой энергии , которая, если бы она наблюдалась, согласовывалась с гипотезой моделирования, согласно этим физикам. В 2017 году Кэмпбелл и др. предложили несколько экспериментов, направленных на проверку гипотезы моделирования в своей статье «О проверке теории моделирования».

В 2019 году философ Престон Грин предположил, что, возможно, лучше не выяснять, живем ли мы в симуляции, поскольку, если это окажется правдой, такое знание может положить конец симуляции.

Система[]

Объектом исследования в теории моделирования является система. Система — это совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных в одно целое для достижения некоторой цели, которая определяется назначением системы. При этом элемент — это минимально неделимый объект, рассматриваемый как единое целое. Если система — это совокупность взаимосвязанных элементов, то комплекс — это совокупность взаимосвязанных систем.

Элемент, система, комплекс — понятия относительные, т.к. любой элемент, если его расчленить, если его не рассматривать как неделимый объект, то он становится системой, и наоборот любой комплекс становится системой, если входящие в его состав системы рассматривать как элементы.

Структура и функции.

Для описания системы необходимо определить ее структурную и функциональную организацию.

Структурная организация (структура) системы задается перечнем элементов, входящих в состав системы, и конфигурацией связей между ними.

Для описания структуры системы используются способы:

а) графический — в форме графа, где вершины графа соответствуют элементам системы, а дуги — связям между элементами (частный случай графического задания структуры системы — это форма схем);

б) аналитический, когда задаются количество типов элементов системы, число элементов каждого типа и матрицы связей между ними.

Функциональная организация (функции) системы — это правила достижения поставленной цели, правила, описывающие поведение системы на пути к цели её назначения.

Способами описания функций системы являются:

а) алгоритмический — в виде последовательности шагов, которые должна выполнять система;

б) аналитический — в виде математических зависимостей;

в) графический — в виде временных диаграмм;

г) табличный — в виде таблиц, отображающих основные функциональные зависимости.

Свойства системы, значения переменных, описывающих систему, в конкретные моменты времени называются состояниями системы.

Процесс (продвижение – лат.) функционирования системы можно рассматривать как последовательную смену её состояний во времени, другими словами, процесс функционирования системы — это переход её из одного состояния в другое.

Система переходит из одного состояния в другое, если изменяются значения переменных, описывающих состояние системы. Причина изменения переменных состояния, а значит, причина, вызывающая переход системы из состояния в состояние называется событием. Событие является следствием начала или окончания какого-то действия. Например, если в качестве системы рассмотреть кассу в магазине и под состоянием системы понимать количество покупателей у кассы, то в такой системе можно выделить следующие действия и соответствующие события.

Действия: События:

«поход (ходьба) в кассу» «прибытие»;

«ожидание» «уход из очереди»,

«начало обслуживания»;

«обслуживание» «окончание обслуживания»,

«уход из системы».

Понятия «система» и «процесс функционирования» тесно взаимосвязаны и часто рассматриваются как эквивалентные понятия.

Электронное архивирование

Эмуляция — один из способов электронного архивирования устаревающих вычислительных систем. В такой трактовке целью эмуляции является точное воспроизведение оригинального цифрового окружения, что может быть труднодостижимым и затратным по времени, однако ценно ввиду возможности достижения близкой связи с аутентичным цифровым объектом.

Эмуляция адресует аппаратное и программное окружение оригинального цифрового устройства и воссоздает его на современной машине. Эмуляция позволяет пользователю получить доступ к любому типу прикладного программного обеспечения или операционных систем на современной платформе, причем программное обеспечение выполняется так же, как и в оригинальном окружении. Джеффри Ротенберг (Jeffery Rothenberg), один из первых сторонников применения эмуляции для электронного архивирования, считает, что «идеальным было бы единое расширяемое долговременное решение, которые могло бы быть разработанным раз и навсегда, и применялось бы единообразно, автоматически и синхронно (например, каждый цикл обновления) ко всем типам документов и носителей.» Далее он замечает, что это решение должно применяться не только к устаревшим системам, но и быть легко переносимым на пока неизвестные будущие системы. На практике в случае, если выпускается новая версия приложения с целью обеспечения совместимости и миграции всех входящих в него компонентов, необходимо для этого приложения создать эмулятор, обеспечивающий доступ ко всем упомянутым компонентам.

Достоинства

Эмуляция сохраняет также вид, поведение и ощущение от оригинальных систем, что не менее важно, чем данные сами по себе.
Несмотря на высокую изначальную стоимость создания эмулятора, со временем эмуляторы могут становиться более финансово выгодным решением.
Сокращает трудозатраты, так как вместо долгой и постоянно продолжающейся работы по миграции данных для каждого цифрового объекта, при внесении библиотек приложений и операционных систем прошлого и настоящего в эмулятор для работы со всеми документами можно использовать одинаковые технологии.
Многие эмуляторы разработаны и доступны под лицензией GNU General Public License как открытое программное обеспечение, что расширяет масштабы сотрудничества.
Эмуляция позволяет использовать программное обеспечение, эксклюзивное для одной платформы, на другой платформе. Например, игры, эксклюзивные для PlayStation 2, теоретически могут быть эмулированы на ПК или Xbox 360

Это особенно полезно, когда оригинальная система труднодоступна для обретения или несовместима с современным оборудованием (например, старые игровые приставки может быть технически невозможно подключить к современным телевизорам).

Препятствия

Интеллектуальная собственность. Многие технологические компании, чтобы занять свою нишу на рынке, применяют при разработке своих продуктов нестандартизированные функции, постоянно внедряя улучшения, чтобы продукт оставался конкурентоспособным. Хоть это и приносит пользу, насыщая рынок технологичными продуктами и увеличивая рыночную долю продукта, это создает существенные проблемы пользователям, занимающимся архивированием, ввиду отсутствия всей необходимой документации, так как аппаратное и программное обеспечение проприетарно по своей сути.
Законы об авторских правах до сих пор не регламентируют защиту документации и спецификаций проприетарного оборудования и программ, встроенных в эмулятор.
Эмуляция часто используется в пиратских целях, поскольку эмуляторы освобождают пользователя от необходимости купить оригинальную приставку и крайне редко содержат какие-либо средства противодействия использованию нелегальных копий. Это приводит к весомой неопределенности правового положения эмуляции, и приводит к тому, что в программное обеспечение закладываются средства, препятствующие его работе в случае их запуска на эмуляторе. В компьютерных играх пользователь иногда может продолжить игру, но на последующих уровнях игра может становиться невозможной, что воспринимается либо как небрежность программиста, либо как просто чрезмерная сложность. Такая защита способствует созданию более точных эмуляторов, которые бы не вызывали срабатывание программной защиты, которая зачастую не очевидна.

Симулятор, определение

Симулятор — это программная или аппаратная система, которая имитирует другую сложную систему с различным уровнем реальности. Большое количество симуляторов основано на программном обеспечении. Важным подмножеством видеоигр являются симуляторы, такие как симуляторы городов, симуляторы войны и симуляторы полета. Хотя симуляторы видеоигр не очень реалистичны, высокореалистичные симуляторы, такие как симуляторы летной подготовки, не только включают в себя ультрареалистичную физику и детали в программном обеспечении, но также часто включают оборудование с реалистичным управлением и обратной связью.

Эмуляция в вычислительной технике

Эмуляция связана с возможностью компьютерной программы в одном устройстве эмулировать (имитировать) другую программу или устройство. Например, многие принтеры разработаны таким образом, чтобы эмулировать принтеры HP Laserjet, так как для данных принтеров существует большое количество программного обеспечения. Если принтер, не произведенный HP, эмулирует принтер HP, тогда любая программа, разработанная для принтеров HP, сможет работать и с принтером другого производителя, получая при этом идентичную печать.

Аппаратная эмуляция представлена эмуляторами, выполненными в виде отдельного устройства. Например, DOS-совместимые карты расширения наподобие Centris 610 и Performa 630, устанавливавшиеся в некоторые Macintosh для обеспечения возможности запуска DOS-программ с ПК. Другим примером являются аппаратные эмуляторы на основе ППВМ.

Теоретически, согласно тезису Чёрча — Тьюринга, любая операционная среда может быть эмулирована на другой. Однако на практике зачастую это бывает крайне затруднительно ввиду того, что точное поведение эмулируемой системы не документировано и его возможно определить только посредством обратной разработки. В тезисе также не говорится о том, что если производительность эмуляции меньше, чем у оригинальной системы, то эмулируемое программное обеспечение будет работать существенно медленнее, нежели должно на оригинальном оборудовании, с возможным возникновением остановок эмуляции или неустойчивой производительностью.

Симулятор птичьего боя

Теперь допустим, что мы хотим «смоделировать», как летает птица. Это потребует принципов полета, что является научным пониманием.

Это потребует более высокого уровня абстракции, чем простое копирование. Но как только мы поймем принципы высшего порядка, такие как тяга, подъемная сила, сопротивление и принципы аэродинамики и физики, мы сможем создать другие крылья, чтобы «имитировать» полет. Этот полет может быть выполнен по конструкции крыла, которая не обязательно будет выглядеть как форма оригинальных крыльев птицы, при этом полностью игнорируя такие поверхностные аспекты, как цвет крыльев.

Кроме того, поскольку мы работаем с принципами полета на абстрактном уровне, мы можем затем использовать эти принципы для совершенно разных технических разработок, основанных на тех же принципах. Например, мы могли бы построить вертолет с лопастями ротора, которые функционируют по-разному, но основаны на тех же научных принципах, что и полет птицы.

Мы могли бы даже пойти дальше по аэродинамическим и физическим принципам, чтобы рассмотреть ракетные двигатели, которые позволили бы нам открыть совершенно новую область Космоса. Здесь мы можем выйти далеко за пределы птичьего полета в атмосфере и вообще перейти в другую область.

Конкурентность (concurrency)

Конкурентность (*) (concurrency) — это наиболее общий термин, который говорит, что одновременно выполняется более одной задачи. Например, вы можете одновременно смотреть телевизор и комментить фоточки в фейсбуке. Винда, даже 95-я могла (**) одновременно играть музыку и показывать фотки.

(*) К сожалению, вменяемого русскоязычного термина я не знаю. Википедия говорит, что concurrent computing — это параллельные вычисления, но как тогда будет parallel computing по русски?

(**) Да, вспоминается анекдот про Билла Гейтса и многозадачность винды, но, теоретическивинда могла делать несколько дел одновременно. Хотя и не любых.

Конкурентное исполнение — это самый общий термин, который не говорит о том, каким образом эта конкурентность будет получена: путем приостановки некоторых вычислительных элементов и их переключение на другую задачу, путем действительно одновременного исполнения, путем делегации работы другим устройствам или еще как-то

Это не важно

Конкурентное исполнение говорит о том, что за определенный промежуток времени будет решена более, чем одна задача. Точка.

3 способа использования эмуляции

Есть несколько способов использовать преимущества эмуляции. Вы можете даже использовать его сейчас, даже не зная! Вот несколько заметных примеров.

1. Запустите 32-битные программы в 64-битной Windows

64-битная Windows отличается от 32-битной Windows. 64-разрядная версия Windows может использовать специальный уровень совместимости для запуска 32-разрядных программ. Нет необходимости эмулировать всю систему, чтобы все заработало, потому что 32-битные программы уже схожи по дизайну. Из-за этого процесс очень быстрый.

2. Эмулируйте каждую консоль

Новейшие приставки очень сложно подражать. Хотя PlayStation 3 появилась на рынках в 2006 году, все еще сложно эмулировать большую часть игр для консоли. Ситуация с эмуляцией для Xbox 360 отстает еще дальше.

Тем не менее, эмуляторы существуют для кучи старых игровых консолей, включая многие из лучших консолей 90-х годов.

, Есть бонус к запуску старых эмуляторов видеоигр на современном оборудовании. Старые игры получают повышение производительности на современном оборудовании. В зависимости от эмулятора, вы можете использовать HD или даже 4K графику, используя дополнительные вычислительные мощности, чтобы играть в игры на гораздо более высоких уровнях, чем их исходное разрешение. Посмотрите видео для лучшего примера, используя эмулятор PCSX2 PlayStation 2 для игры в Gran Turismo 4.

Вы даже можете запускать эмуляторы видеоигр на своем устройстве Android

, позволяя вам ретро игры на ходу.

3. Проверьте различные операционные системы

Обычно, если вы хотите опробовать новую операционную систему, вам необходимо установить ее на жесткий диск. Эмуляция позволяет вам запускать отдельную операционную систему прямо в вашей текущей операционной системе, используя виртуальную машину.

Есть несколько причин, почему вы хотели бы сделать это. Вам не придется беспокоиться о том, что ваша установка работает неправильно, поскольку она ограничена виртуальной средой. Это также может быть единственным вариантом, если вы хотите попробовать операционную систему, несовместимую с аппаратным обеспечением вашего компьютера. Подсистема Windows для Linux является хорошим примером

Многопоточность

Многопоточность — это один из способов реализации конкурентного исполнения путем выделения абстракции «рабочего потока» (worker thread).

«абстрагируют» от пользователя низкоуровневые детали и позволяют выполнять более чем одну работу «параллельно» . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . , среда исполнения или прячет подробности того, будет многопоточное исполнение конкурентным (когда потоков больше чем физических процессоров), или параллельным (когда число потоков меньше или равно числу процессоров и несколько задач физически выполняются одновременно).

многопоточное программирование подразумевает, что код приложения выполняется в разных потоках. Например, есть главный поток UI, и несколько рабочих потоков, которые выполняют тяжелые вычисления, результаты которых затем выводятся на UI.

Эмуляция птичьего полета

В качестве примера эмуляции для достижения полета, скажем, мы просто копируем, как именно птица летит, используя свои крылья.

Это будет включать в себя точное копирование всех аспектов физиологии и анатомии птицы, которые мы считаем ответственными за полет без какого-либо понимания.

Мы могли бы пойти еще дальше, копируя такие особенности, как цвет перьев, точный размер глаз, функции внутренней пищеварительной системы и схемы спаривания, но это было бы за рамками, если бы мы только заботились о достижении полета.

Сложность состоит в том, чтобы определить, какие части птицы помогают ей достичь полета, и кажется интуитивно понятным, что эти другие особенности за пределами крыльев не имеют значения. В других контекстах, однако, может быть не так очевидно, какие функции дублировать. Например, это не так очевидно при простом наблюдении, как кенгуру может сохранять прохладу и не перегреваться на жарком австралийском солнце, поскольку у него нет потовых желез. (У кенгуру есть специальная сеть кровеносных сосудов на предплечьях, поэтому они облизывают предплечья, и испарение слюны уносит тепло.)

Это простое подражание полету птиц может показаться примитивным, но учтите, что мы копируем то, что природе потребовались миллионы лет, чтобы развиться, и является кульминацией достижений от одноклеточных организмов к далеким предкам птиц к нелетающим близким предкам птица, прежде чем, наконец, достигнет текущей птицы.

Достигнут большой прогресс, если просто наблюдать и копировать форму крыльев птицы, ничего не понимая. Само существование самой птицы является доказательством концепции полета.

различие простыми словами

Вам нужно выкопать во дворе бассейн, Количество лопат — это количество ядер в системе
однопоточная работа	многопоточная работа	распараллеливание	асинхронная работа.
Вы взяли лопату и копаете.	Вы пригласили друга Карена и копаете вместе, периодически задевая друг-друга лопатами.	Пока вы копаете бассейн, Карен копает канаву под водопровод. Никто никому не мешает.	Вы пригласили бригаду землекопов, а сами с Кареном пошли пить пиво. Когда бригада все сделает, к вам придут за деньгами.
	работа нескольких потоков. При этом не факт, что все потоки будут активны. Возможно, что работает один поток, а другой спит. Когда первый поток закончил работу, он может разбудить второй, а сам заснуть	разбиение одной задачи на независимые подзадачи и выполнение этих подзадач одновременно разными потоками. Пример: вычисление среднего значения двумерного массива. Каждый поток может посчитать сумму своей строки, а потом все это объединить	когда мы ставим какую-то задачу, но не ждем ответа, а продолжаем делать свою работу. А когда будет готов ответ — нас уведомят. Пример: попросить секретаря сварить кофе. Мы не ждем этого кофе и занимаемся своими делами, а когда кофе будет готов — нам его принесут.

Возвращаясь к исходному вопросу: нет смысла выполнять в 1000 потоков метод Calc, если он является CPU-Intensive (нагружает центральный процессор), поскольку это приведет к падению общей эффективности вычислений. ОС-ке придется переключать несколько доступных ядер для обслуживания сотен потоков. А этот процесс не является дешевым.

Самым простым и эффективным способом решения CPU-Intensive задачи, заключается в использовании идиомы Fork-Join: задачу (например, входные ) нужно разбить на определенное число подзадач, которые можно выполнить параллельно. Каждая подзадача должна быть независимой и не обращаться к разделяемым переменным/памяти. Затем, нужно собрать промежуточные результаты и объединить их.

Именно на этом принципе основан PLINQ. О чем можно почитать тут: Джозеф Албахари. Параллельное программирование.

Выглядит это очень интересно:

IEnumerable yourData = GetYourData();
var result = yourData.AsParallel() // начинаем обрабатывать параллельно
  .Select(d => ComputeMD5(d)) // Вычисляем параллельно
  .Where(md5 => IsValid(md5))
  .ToArray(); // Возврвщаемся к синхронной модели

В этом случае, число потоков будет контролироваться библиотечным кодом в недрах CLR/TPL и метод ComputeMD5 будет вызван параллельно N-раз на компьютере с N-процессорами (ядрами).