在计算机体系结构领域,体系结构的设计和评估需要科研人员反复对计算机体系结构进行修改和性能测试。由于硬件灵活性差且生产代价高,体系结构模拟器作为一种重要的设计和评估软件,已广泛应用于体系结构设计和评估的方方面面。随着多核技术的发展和成熟,全系统多核模拟器开始发挥越来越重要的作用。但是为了保证周期精确性,目前主流的多核模拟器的功能模拟模型和时序模拟模型采用紧耦合的连接方式,交互十分复杂,从而导致可扩展性差和性能低下。本文首先系统地分析了模拟器周期精确性的影响因素,主要包括分支预测错误、共享数据的访问顺序、中断和异常的处理以及共享页表的访问顺序四个因素。在此基础上,本文提出了一种松耦合结构的功能优先的多核全系统模拟器——Transformer。为了保证模拟器的周期精确性,Transformer设计了轻量级的错误路径模块、共享内存访问模块、共享页表访问模块和中断及异常处理模块。而为了提高模拟器的可扩展性,Transformer为功能模拟模型和时序模拟模型定义了体系结构无关的通用接口。最后,Transformer松耦合的设计去除了功能模拟模型与时序模拟模型之间复杂的交互,从而可以进一步并行功能和时序模拟模型以提高模拟器速度。实验数据表明,在相同精确性的情况下,与主流紧耦合多核模拟器相比,Transformer通过功能和时序模拟模型的简单交互取得了8.4%的加速。在实现了功能与时序模拟模型并行的情况下,Transformer可以达到35.3%的加速。为了验证Transformer的可扩展性,本文在其基础上扩展了新的功能模拟模型QEMU从而支持X86模拟。这项扩展工作由一名硕士生独立完成,只需要修改180行代码,总体耗时只需两个月。