Cache模擬器的實現(xiàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計算機(jī)組成原理實驗報告學(xué)院（系）： 南陽理工軟件學(xué)院 專 業(yè)： 移動設(shè)備應(yīng)用開發(fā)班 級： 移動二班 學(xué) 號： 姓 名： 張彪 2017年 11 月 7 日實驗1 Cache模擬器的實現(xiàn)一.實驗?zāi)康?1)加深對Cache的基本概念、基本組織結(jié)構(gòu)以及基本工作原理的理解。(2)掌握Cache容量、相聯(lián)度、塊大小對Cache性能的影響。(3)掌握降低Cache不命中率的各種方法以及這些方法對提高Cache性能的好處。(4)理解LRU與隨機(jī)法的基本思想以及它們對Cache性能的影響。二、實驗內(nèi)容和步驟1、啟動CacheSim。找到老師給的文件雙擊打開就啟動完成（截圖如下）進(jìn)入頁

2、面:2、根據(jù)課本上的相關(guān)知識，進(jìn)一步熟悉Cache的概念和工作機(jī)制。Cache : 高速緩沖存儲器。高速緩沖存儲器是存在于主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態(tài)存儲芯片(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近于CPU的速度。 Cache的功能是用來存放那些近期需要運行的指令與數(shù)據(jù)。目的是提高CPU對存儲器的訪問速度。工作機(jī)制：主要由三大部分組成： Cache存儲體：存放由主存調(diào)入的指令與數(shù)據(jù)塊。地址轉(zhuǎn)換部件：建立目錄表以實現(xiàn)主存地址到緩存地址的轉(zhuǎn)換。替換部件：在緩存已滿時按一定策略進(jìn)行數(shù)據(jù)塊替換，并修改地 址轉(zhuǎn)換部件。3、依次輸入以下參數(shù)：Cache容量、塊容量、映射方式、替換策

3、略和寫策略。Cache容量塊容量映射方式替換策略寫策略256KB8 Byte直接映射-64KB32 Byte4路組相聯(lián)LRU-64KB32 Byte4路組相聯(lián)隨機(jī)-8KB64 Byte全相聯(lián)LRU-4、讀取cache-traces.zip中的trace文件。5、運行程序，觀察cache的訪問次數(shù)、讀/寫次數(shù)、平均命中率、讀/寫命中率。 Cache的數(shù)據(jù)如上表數(shù)據(jù)先使用： 第一行的數(shù)據(jù)運行截圖: 觀察表中的數(shù)據(jù) 通過上圖可知：訪問次數(shù)讀出次數(shù)寫入次數(shù)平均命中率讀出命中率寫入命中率59721.03791%93.2351%0.27452%第二行的數(shù)據(jù)運行截圖:觀察表中的數(shù)據(jù) 通過上圖可知：訪問次數(shù)讀

4、出次數(shù)寫入次數(shù)平均命中率讀出命中率寫入命中率597275.2378%96.1654%75.0645%第三行的數(shù)據(jù)運行截圖:觀察表中的數(shù)據(jù) 通過上圖可知：訪問次數(shù)讀出次數(shù)寫入次數(shù)平均命中率讀出命中率寫入命中率597275.2374%96.1487%75.0643%第四行的數(shù)據(jù)運行截圖:觀察表中的數(shù)據(jù) 通過上圖可知：訪問次數(shù)讀出次數(shù)寫入次數(shù)平均命中率讀出命中率寫入命中率597287.6024%96.5673%87.5282%思考：1、Cache的命中率與其容量大小有何關(guān)系？ 進(jìn)行以下測試 采用控制變量法 讓其容量大小分別為 8KB、16KB、32KB 、64KB 128KB保持快容量為8B，其他因

5、素固定不變進(jìn)行測試：容量大小為8KB時:容量大小為16KB時(為了方便一下數(shù)據(jù)直接截圖命中率) 容量大小為32KB時容量大小為64KB時容量大小為128KB時制作圖表如下：Cache容量KB快容量B映射方式替換策略寫策略命中率8KB32B直接映射Write_through75.2232%16KB32B直接映射Write_through75.2279%32KB32B直接映射Write_through75.236%64KB32B直接映射Write_through75.2364%128KB32B直接映射Write_through75.2367%將所有測試的數(shù)據(jù)繪制成折線圖，更清晰的展現(xiàn)，如

6、下 得到結(jié)論:一般而言，cache用量越大，其cpu命中率越高，當(dāng)然容量也沒必要太大，當(dāng)cache容量達(dá)到一定值時，命中率不因容量增大而有明顯提高。 2、Cache塊大小對不命中率有何影響？進(jìn)行以下測試 采用控制變量法 讓其塊量大小分別為 8B、16B、32B 、64B 128B保持cache容量為32KB，其他因素固定不變進(jìn)行測試（先測試對命中率影響）：塊容量為8B時塊容量為16B時塊容量為32B時塊容量為64B時塊容量為128B時塊容量為256B時塊容量為1024B時塊容量為2048B時塊容量為4096B時制作圖表如下：Cache容量KB快容量B映射方式替換策略寫策略命中率32K

7、B8B直接映射Write_through1.03695%32KB16B直接映射Write_through50.5014%32KB32B直接映射Write_through75.236%32KB64B直接映射Write_through87.606%32KB128B直接映射Write_through93.7925%32KB256B直接映射Write_through96.8874%32KB1024B直接映射Write_through99.2022%32KB2048B直接映射Write_through99.8289%32KB4096B直接映射Write_through75.236%將所有測試的數(shù)據(jù)繪制成

8、折線圖，更清晰的展現(xiàn)，如下 得到結(jié)論:一般而言，cache塊越大，其cpu命中率越高，當(dāng)然塊也沒必要太大，當(dāng)cache塊達(dá)到一定值時，命中率隨著塊增大反而降低。 3、替換算法和相聯(lián)度大小對不命中率有何影響？ 替換策略時4路組相連時FIFO時：LUR時Random時 收集數(shù)據(jù)制表Cache容量快容量映射方式替換策略寫策略命中率64Kb32B4路組相連先進(jìn)先出（FIFO）Write_throurh2.01518%64Kb32B4路組相連近期最少使用（LRU）Write_throurh75.2378%64Kb32B4路組相連隨機(jī)發(fā)（RANDOM）Write_throurh75.2

9、374%2路組相連時FIFOLRURANDOM收集數(shù)據(jù)制表Cache容量快容量映射方式替換策略寫策略命中率64Kb32B2路組相連先進(jìn)先出（FIFO）Write_throurh1.24761%64Kb32B2路組相連近期最少使用（LRU）Write_throurh75.2377%64Kb32B2路組相連隨機(jī)發(fā)（RANDOM）Write_throurh75.2374%8路組相連時FOFOLRURANDOM收集數(shù)據(jù)制表Cache容量快容量映射方式替換策略寫策略命中率64Kb32B8路組相連先進(jìn)先出（FIFO）Write_throurh2.19559%64Kb32B8路組相連近期最少使用（LRU）W

10、rite_throurh75.2377%64Kb32B8路組相連隨機(jī)發(fā)（RANDOM）Write_throurh75.2375%以上圖表數(shù)據(jù)融合繪制成柱狀圖：(圖表數(shù)據(jù)保留了兩位小數(shù))三個表中數(shù)據(jù)合計：4路組相連2路組相連8路組相連FIFO2.01518%1.24761%2.19559%LRU75.2378%75.2377%75.2377%RANDOM75.2374%75.2374%75.2375%從上圖中可以看出 LRU（命中率）>FIFO(命中率)相連度大小的影響：根據(jù)上表制表隨著路組增大命中率增大 但是幅度偏小 lru出現(xiàn)下降三.實驗結(jié)果分析：根據(jù)實驗內(nèi)容及上述數(shù)據(jù)結(jié)果可知:I.C

11、ache 容量不同時它的命中率也會隨之改變;當(dāng)Cache 塊容量- 一定時，Cache 容量越大，其CPU 的平均命中率越高2.Cache 塊大小不同時對命中率也會有影響。Cache 塊容量越大，其不命中率越低3.替換算法和相聯(lián)度對命中率也有影響.由實驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)保持相聯(lián)度大小致時，替換策略為近期最少使用算法的命中率高于先進(jìn)先出算法的命中率。當(dāng)保持替換策略 一致時，隨著路組增大命中率增大 但是幅度偏小 lru出現(xiàn)下降。四.實驗心得通過本次實驗：對命中率，訪問效率，平均訪問時間例題進(jìn)行了理解，從而分析了Cache容量，相關(guān)度，塊大小，替換算法對命中率的影響。同時也對命中率相關(guān)計算有了了解：設(shè)Nc為訪問訪問Cache