cache性能分析实验报告

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1、计算机系统结构实验报告名称：Cache性能分析学院：信息工程姓名：学号：S121055专业：计算机系统结构年级：实验目的1.加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解；2.了解Cache的容量、相联度、块大小对Cache性能的影响；3.掌握降低Cache失效率的各种方法，以及这些方法对Cache性能提高的好处；4.理解Cache失效的产生原因以及Cache的三种失效；5.理解LRU与随机法的基本思想，及它们对Cache性能的影响；实验平台Vmware虚拟机，redhat9.0linux操作系统，SimpleScalar模拟器实验步骤1

2、.运行SimpleScalar模拟器；2.在基本配置情况下运行程序（请指明所选的测试程序），统计Cache总失效次数、三种不同种类的失效次数；3.改变Cache容量（*2，*4，*8，*64），运行程序（指明所选的测试程序），统计各种失效的次数，并分析Cache容量对Cache性能的影响；4.改变Cache的相联度（1路，2路，4路，8路，64路），运行程序（指明所选的测试程序），统计各种失效的次数，并分析相联度对Cache性能的影响；5.改变Cache块大小（*2，*4，*8，*64），运行程序（指明所选的测试程序），统计各种失效的次数，并分析Cach

3、e块大小对Cache性能的影响；6.分别采用LRU与随机法，在不同的Cache容量、不同的相联度下，运行程序（指明所选的测试程序）统计Cache总失效次数，计算失效率。分析不同的替换算法对Cache性能的影响。预备知识1.SimpleScalar模拟器的相关知识。详见相关的文档。2.复习和掌握教材中相应的内容（1）可以从三个方面改进Cache的性能：降低失效率、减少失效开销、减少Cache命中时间。（2）按照产生失效的原因不同，可以把Cache失效分为三类：①强制性失效（Compulsorymiss）当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需从下一级

4、存储器中调入Cache，这就是强制性失效。这种失效也称为冷启动失效或首次访问失效。②容量失效（Capacitymiss）如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后，若又重新被访问，就会发生失效。这种失效称为容量失效。③冲突失效（Conflictmiss）在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位置），然后又被重新访问的情况。这就是发生了冲突失效。这种失效也称为碰撞失效（collision）或干扰失效（interference）。（1）降低Cache失效率

5、的方法：增加Cache块大小、提高相联度、VictimCache、伪相联Cache、硬件预取技术、由编译器控制的预取和编译器优化。（2）替换算法①随机法：为了均匀使用一组中的各块，这种方法随机地选择被替换的块。②最近最少使用法LRU（LeastRecentlyUsed）：选择近期最少被访问的块作为被替换的块。但由于实现比较困难，现在实际上实现的LRU都只是选择最久没有被访问过的块作为被替换的块。实验内容一关于simplescalar的简要说明SimpleScalar包括多个仿真器：sim-fast,sim－safe,sim-cache,sim-cheet

6、ah,sim-profile,sim-bpred,sim-eio和sim-outorder。本次实验使用的是sim-cache，下面说明一下sim-cache。sim-cache:在这个仿真中加入了cache，用户可以对cache及TLB进行设置，支持两级的cache和一级的TLB，第一级cache和TLB均分为数据和指令两部分。（摘自百度百科）下面简要说明一下有关cache的信息：一般来说，Cache的结构参数主要包括以下几个方面：容量、块大小、相联度、替换算法等。在SimpleScalar模拟器中，采用了两级Cache结构，同时数据和指令Cache分

7、开。SimpleScalar的Cache参数配置命令为：::::：Cache的名称，其中:dl1：一级数据Cache；dl2：二级数据Cache；il1：一级指令Cache；il2：二级指令Cache；dtlb：数据TLB；itlb：指令TLB；：组的数目；：块大小；：相联度；：替换策略。此时，Cache容量为：**。替换策略主要有以下几种：l：LRU，最近最少使用；f：FIFO，先

8、进先出；r：RANDOM，随机策略。例如：-cache:dl1dl1:2048: