计算机组成原理实验报告-cache模拟器的实现

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1、计算机组成原理实验报告学院（系）：南阳理工软件学院专业：移动设备应用开发班级：移动二班学号：姓名：2017年11月7日实验1Cache模拟器的实现一.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)掌握Cache容量、相联度、块大小对Cache性能的影响。(3)掌握降低Cache不命中率的各种方法以及这些方法对提高Cache性能的好处。(4)理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响。二、实验内容和步骤1、启动CacheSim。找到老师给的文件双击打开就

2、启动完成（截图如下）进入页面:2、根据课本上的相关知识，进一步熟悉Cache的概念和工作机制。Cache:高速缓冲存储器。高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。Cache的功能是用来存放那些近期需要运行的指令与数据。目的是提高CPU对存储器的访问速度。工作机制：主要由三大部分组成：　　Cache存储体：存放由主存调入的指令与数据块。　　地址转换部件：建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。替换部件：在缓存已满

3、时按一定策略进行数据块替换，并修改地址转换部件。3、依次输入以下参数：Cache容量、块容量、映射方式、替换策略和写策略。Cache容量块容量映射方式替换策略写策略256KB8Byte直接映射-------------64KB32Byte4路组相联LRU-------64KB32Byte4路组相联随机--------8KB64Byte全相联LRU---------4、读取cache-traces.zip中的trace文件。5、运行程序，观察cache的访问次数、读/写次数、平均命中率、读/写命中率。Cac

4、he的数据如上表数据先使用：第一行的数据运行截图:观察表中的数据通过上图可知：访问次数读出次数写入次数平均命中率读出命中率写入命中率59721.03791%93.2351%0.27452%第二行的数据运行截图:观察表中的数据通过上图可知：访问次数读出次数写入次数平均命中率读出命中率写入命中率597275.2378%96.1654%75.0645%第三行的数据运行截图:观察表中的数据通过上图可知：访问次数读出次数写入次数平均命中率读出命中率写入命中率597275.2374%96.1487%75.0643%第

5、四行的数据运行截图:观察表中的数据通过上图可知：访问次数读出次数写入次数平均命中率读出命中率写入命中率597287.6024%96.5673%87.5282%思考：1、Cache的命中率与其容量大小有何关系？进行以下测试采用控制变量法让其容量大小分别为8KB、16KB、32KB、64KB128KB保持快容量为8B，其他因素固定不变进行测试：容量大小为8KB时:容量大小为16KB时(为了方便一下数据直接截图命中率) 容量大小为32KB时容量大小为64KB时容量大小为128KB时制作图表如下：Cache容量K

6、B快容量B映射方式替换策略写策略命中率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%将所有测试的数据绘制成折线图，更清晰的展现，如下 得到结论:一般而言，cache用量越大，其cpu命中率越高，当然容量也没必要太大，当

7、cache容量达到一定值时，命中率不因容量增大而有明显提高。2、Cache块大小对不命中率有何影响？进行以下测试采用控制变量法让其块量大小分别为8B、16B、32B、64B128B保持cache容量为32KB，其他因素固定不变进行测试（先测试对命中率影响）：块容量为8B时块容量为16B时块容量为32B时块容量为64B时块容量为128B时块容量为256B时块容量为1024B时块容量为2048B时块容量为4096B时制作图表如下：Cache容量KB快容量B映射方式替换策略写策略命中率32KB8B直接映射——W

8、rite_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_thro