相变存储器(Phase Change Memory,PCM)是一种具有吸引力和发展潜力的新型存储技术,具有非易失性、高读取速度、高存储密度以及低静态功耗等优点。这些优良特性使的 PCM有望成为新一代主存系统的继任者。然而,与当前的动态随机访问存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)相比,PCM具有写速度慢以及耐写性差等劣势。这意味着目前在计算机系统中,使用PCM完全替代DRAM作为主存还不切实际。而这也引发了许多研究热点:如何将PCM用于主存系统之中;如何从PCM和DRAM中各取优势以实现快响应、大容量、高可靠的主存系统;如何实现基于PCM和DRAM的混合主存数据管理等等。然而,目前缺乏可用的PCM设备,更无从构建基于PCM和DRAM的真实主存系统,这使得相关研究得不到有效实现和验证。更进一步来说,即使未来出现可用PCM设备,由于其结构固定,参数无法灵活配置等问题,亦会导致一些主存内部算法无法应用其中得以验证。因此,为了解决PCM研究火热与相关实验环境缺乏的矛盾,本文的核心研究工作便是:设计并构建一个配置灵活、使用便捷、结果精确的基于PCM和DRAM的混合主存仿真系统。本文首先概述了选题背景以及研究意义,介绍了现有主存仿真系统的特点,总结分析了其不能完全满足当前主存研究的实际需求,在此背景下提出并构建了一个基于PCM和DRAM的混合主存仿真系统。然后,本文着重阐述了该仿真系统的实现架构、功能模块、时序模型、功耗模型、混合主存分配接口以及可视化用户界面等重要组成部分。最后,通过验证性实验以及应用场景示例,说明了所构建仿真系统的有效性及可用性。本文主要贡献可归纳如下:(1)设计并实现了一个支持基于多种主存架构的仿真系统,它构建了主存系统的各个功能模块,并实现了可视化用户界面交互,具有配置灵活丰富、运行简单便捷、仿真结果详尽等特点。(2)分别构建了与DRAM和PCM运行机制相符的时序模型及功耗模型,并通过验证实验证明了其仿真结果的准确性。(3)基于该混合主存仿真系统,提出了一个应用可控的混合主存分配接口,弥补了当前主存仿真系统一大缺陷:即不具备对异质存储区分的功能。(4)探讨了所构建混合主存仿真系统的多种应用场景,指出其为主存相关研究工作带来的实际便利。