实验二存贮层次模拟器.docx
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实验二存贮层次模拟器
实验二：
存贮层次模拟器
计算机系统结构课程
实验指导书
2011——2012学年
第1学期
姓名:
邱宗玉
学号:
201017617
专业:
计算机科学与技术
班级:
176班
指导教师:
孙全红
教研室:
计算机系统结构教研室
2011年10月18日
实验二:
存贮层次模拟器
学时:
2学时
设计）:
设计实验类型:
（综合/
一、实验目的与要求
使学生清楚认识cache-主存层次结构，熟练掌握常用的几种存储地址映象与变换方法，以及FIFO、LRU等替换算法的工作全过程。
要求用程序实现任意地址流在存储层次上的命中情况，实验结束后提交源程序和实验说明书。
二、实验内容
在模拟器上实现在任意地址流下求出在Cache—主存存贮层次上的命中率。
三、实验步骤
1（Cache—主存:
映像方式可以选择全相联、直接映象、组相联方式;替换算法一般使用LRU
算法。
2（要求主存容量、Cache大小、块大小以及组数等可以输入修改。
3（求出命中率;显示替换的全过程;任选一种高级语言来做。
4（要有简洁、易于操作的界面。
四、实验仪器设备
计算机（装有常用编程环境，如C、VC++等）
五、考核方式
1（平时考勤占10%。
（两次上机时间，一次不到扣5分）
2（最终源程序运行情况、提交的源程序和实验说明书占90%。
六、实验源代码及其运行结果
源代码:
#include
#include//组映射地址流映射的组查找返回组号
intGroupfind（inttemp,intc1,intg）{
typedefstructCache{//Cacheinti;
intgm;//组号temp=temp%c1;//主存页地址在
intgbm;//组内块号cache中偏移量
intbd;//块内地址i=temp/g;//求得主存页所在组号
};returni;
Cachec[50];
}
intcount[50];//计数器//初始化Cache
intd[50];//地址流voidinitC（intg,intc1）{
intj=0;intn=0;inti=0;if（c[j].bd>=0）
for（;ic[i].bd=-1;//块内地址初始为if（j==i）count[j]=0;
-1}
c[i].gbm=j;//组内块号初始化}
0~p/g-1voidprint0（inttemp,intc1）{
c[i].gm=n;//组号初始化0~g-1for（intk=0;k<=c1+1;k++）
count[i]=0;printf（"|----"）;
if（j==c1/g-1）{printf（"|\n"）;
j=0;printf（"|%4d|",temp）;
if（n==g-1）n=0;for（k=0;kelsen++;",c[k].bd）;}
}elsej++;printf（"命中|\n"）;}}
}voidprint2（inttemp,intc1）{
for（intk=0;k<=c1+1;k++）
printf（"|----"）;//查找组相连中计数器值最大的数组下printf（"|\n"）;
标，全相连时g=1printf（"|%4d|",temp）;intFind（intj,intg,intc1）{for（k=0;k",c[k].bd）;}intmax,k=j;
printf（"调入|max=count[j];\n"）;
for（intl=j;lif（count[l]>max）voidprint3（inttemp,intc1）{
for（intk=0;k<=c1+1;k++）{max=count[l];k=l;}
printf（"|----"）;}
returnk;printf（"|\n"）;
}printf（"|%4d|",temp）;
for（k=0;k标，没空位返回-1printf（"替换|\n"）;intisfull（inti,intc1,intg）{//数}
组号voidprint4（intc1）{
intflag=-1;for（intk=0;k<=c1+1;k++）
for（intl=i;lif（c[l].bd==-1）printf（"|\n"）;
{flag=l;break;}printf（"|地址|"）;
}for（inth=0;hreturnflag;printf（"块%2d|",h）;}}
printf（"过程
//LRU算法计数器计数|"）;printf（"\n"）;}voidaddcount（inti,intc1）{
for（intj=0;jvoidprint1（inttemp,intc1,intg,int}
p）{
其与fifo算法for（intj=0;jif（temp==-1）break;差不多，只需在命中时将命中页计数器值清零
int//全相连LRU1，Cache组值g=1flag=0;if（temp>=p）{printf（"%d块号越界～voidLRU1（intc1,intg,intp,inty）{
\n",temp）;}inttemp,k=0;floatsum=0,num=0;
intprint4（c1）;
i1=Groupfind（temp,c1,g）;//计算组号for（inti=0;i//printf（"-%d",i1）;intf=0;
if（c[j].gm==i1）{//查找到输if（d[i]>=p）{printf（"%d块号入块组号与Cache组号相同时越界～\n",d[i]）;i++;}
if（temp>=p）{printf（"%dif（d[i]==-1）break;//地址流块号越界～\n",temp）;}结束跳出for1
for（intj=0;jflag=isfull（j,c1,g）;//Cache是否有空if（d[i]==c[j].bd）//命中位{f=1;addcount（j,c1）;
if（flag>=0）{//if3块内地print0（d[i],c1）;址为空i++;num++;sum++;
c[flag].bd=temp;//break;
将该块调进该空位上}
addcount（flag,c1）;//计数器计数}//for2
print2（temp,c1）;if（f==0）{//if1不命中:
调进，
}//if3替换
else{//Cache无空位intf2=0;
for（int
if（temp>=p）{printf（"%d块号越界～j=0;jintif（d[i]==-1）break;if（d[i]>=p）{printk=Find（j,g,c1）;//找最近未使用的块的数组f（"%d块号越界～\n",d[i]）;i++;}下标
intif（c[j].bd==-1）{c[j].bd=d[i];q=c[k].bd;if（temp==-1）break;addcount（j,c1）;//计
c[k].bd=temp;//替换数器计数
addcount（k,c1）;//计f2=1;
数器计数
print3（temp,c1）;print2（d[i],c1）;i++;sum++;
break;}//调进
}}//for3
break;
}if（f2==0）{if（d[i]>=p）{printf（"%d块
}号越界～
\n",d[i]）;i++;}if（d[i]==-1）break;
intq=0;//查看整j=0;jint
k=Find（q,g,c1）;if（c[j].bd==-1）{c[j].bd=d[i];
q=c[k].bd;f2=1;
c[k].bd=d[i];//替换
print3（d[i],c1）;i++print2（d[i],c1）;i++;sum++;
;sum++;break;}//调进
}}//for3
if（f2==0）{
}//if1
}//for1if（d[i]==-1）break;if（d[i]>=p）{print
for（k=0;k<=c1+1;k++）f（"%d块号越界～\n",d[i]）;i++;}
if（d[i]>=p）{printf（"|----"）;
printf（"|\n"）;printf（"\n命中率
为:
%f\n",num/sum）;
}if（d[i]==-1）break;
//直接LRU2其中不需要组值、计数器来i++;}
参与运算，是替换唯一映像intk=d[i]/c1;//
voidLRU2（intc1,intp,inty）{替换唯一映像数组下标
inttemp,k=0;floatsum=0,num=0;c[k].bd=d[i];//替换
print4（c1）;print3（d[i],c1）;i++
for（inti=0;iintf=0;}
if（d[i]>=p）{printf（"%d块号
越界～\n",d[i]）;i++;}}//if1
if（d[i]==-1）break;//地址流}//for1
结束跳出for1for（k=0;k<=c1+1;k++）
for（intj=0;jif（d[i]==c[j].bd）//命中printf（"|\n"）;printf（"\n命中
{f=1;率为:
%f\n",num/sum）;
}print0（d[i],c1）;
i++;num++;sum++;//组相连LRU3
break;voidLRU3（intc1,intg,intp,inty）{
}inttemp,k=0;floatsum=0,num=0;
print4（c1）;
}//for2for（inti=0;iif（f==0）{//if1不命中:
调进，intf=0;
替换if（d[i]>=p）{printf（"%d块号
int越界～\n",d[i]）;i++;}f2=0;if（d[i]==-1）break;if（d[i]==-1）break;//地址流
if（d[i]>=p）{printf（"%d结束跳出for1
块号越界～\n",d[i]）;i++;}for（intj=0;jfor（int
if（d[i]==c[j].bd）//命中scanf（"%d",&group）;
{f=1;addcount（j,c1）;intp=m_num/p_num;//内存块总个数
intc1=c_num/p_num;print0（d[i],c1）;
i++;num++;sum++;printf（"请输入块号流以-1结束（0~%d）:
break;",p-1）;
}inti=0;
while（i>=0）{
}//for2scanf（"%d",&q）;
if（f==0）{//if1不命中:
调进，d[i]=q;
替换if（q==-1）{d[i]=q;break;}
temp=d[i];i++;
}
inty=i;//记录输入的地址流总个数print1（temp,c1,g,p）;i++;sum++;
//initM（group,p）;//初始化主存
}//if1printf（"使用全相连（按1）,使用直接映
}//for1射（按2）,使用组相连（按3）:
"）;
for（k=0;k<=c1+1;k++）scanf（"%d",&q）;
printf（"|----"）;if（q==1）{
printf（"|\n"）;printf（"\n命中率group=1;
为:
%f\n",num/sum）;initC（group,c1）;}LRU1（c1,group,p,y）;
}
if（q==2）{
voidmain（）{initC（group,c1）;intm_num,c_num,group,p_num,q;LRU2（c1,p,y）;printf（"请输入Cache大小:
"）;}
scanf（"%d",&c_num）;if（q==3）{
printf（"请输入块大小:
"）;
scanf（"%d",&p_num）;initC（group,c1）;printf（"请输入内存大小（Cache的整数LRU3（c1,group,p,y）;
倍）:
"）;}
scanf（"%d",&m_num）;}
printf（"Cache分组数为:
"）;
运行界面如下:
七、实验心得
通过本次实验对主存-cache之间的两级映射有了进一步的认识，对它们之间的三种映射方式:
全相联、组相联及直接映射方式，有了深入的理解，体会到了对不同的映射方式采用lru替换算法内存的使用情况，会计算采用不同算法的命中率。
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