计算机体系结构cache模拟器实验报告.docx
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计算机体系结构cache模拟器实验报告
计算机体系结构——
Cache模拟器实验
实验报告
姓名崔雪莹
学号12281166
班级计科1202班
老师董岚
2015年06月07日
一、阅读分析附件模拟器代码
1、关键参数
（1）用户可见参数:
（用户通过命令行输入参数）
参数名
含义
值
备注
choice
映像方式选项
1/2/3
1为直接映射,2为组相连映射,
3为全相连映射
cachesize
Cache大小
16/64/128/256
以字节为单位
blocksize
Block大小
1/2/4
以字为单位
assoc
相连度
1/2/4/8/16
assoc路组相连（n-way）
accesscount
请求次数
待输出
等于project、txt得值个数
hitcount
命中次数
待输出
成功在Cache找到次数
hitrate
命中率
待输出
HitRate=hitcount/accesscount
misscount
未命中次数
待输出
没在Cache找到次数
misscount=1-hitcount
missrate
未命中率
待输出
MissRate=misscount/accesscount
c1c,c2c,c3c
失效次数
待输出
分别为三种失效类型得次数
（2）程序内部主要参数:
（代码内部重要参数）
参数名
含义
计算
备注
blockinbyte
块得字节大小
=blocksize*4
每一个块占多少字节
NOofblock
块个数
=cachesize/blockinbyte
Cache中多少个块
NOofset
组个数
=NOofblock/assoc
块分成了多少个组
bytearray[]
要访问得数据得字节地址
=projec、txt中得值
project、txt文件数据赋给了bytearray[]数组
wordaddress[]
要访问得数据得字地址
=bytearray[j]/4
blocksize就是字为单位得,就就是说一个block占多少个字,所以数据也要求字地址
blockaddress[]
数据得块地址
=wordaddress[]/blocksize
数据在第几块
index
索引位（组地址）
=blockaddress[j]%NOofset
若Noofset=2^m,则块地址低m位为索引位（组地址）。
tag
标识位（组内寻址）
=blockaddress[j]/NOofset
块地址高（32-m）位为标识位,用于确定组内哪块数据,newarray[index][z+1]中存放
*valid
有效位
有效为1,失效为0
判断该cache块数据就是否有效*就是因为没有真正定义,只就是存放newarray[index][z]中
lru[index][z]
最近未被使用次数
每次加1,被重写置0
替换时,替换掉lru[index][]值最大得那个块
2、关键算法
注:
这里不粘贴代码,只就是进行简单得代码算法说明
（1）块地址表示:
注:
图就是我按照自己得想法自己画得,可能有些地方并不准确,望老师指正。
图中以一个例子来解释cache模拟器中block与数据地址得关系,以及与组地址与标志位得关系。
（2）Index与tag:
由上面计算:
index=blockaddress%NOofsetindex=16%8=2
tag=blockaddress/Noofsettag=16/8=2
以上例,字地址16为例,写成二进制为00010010B,其中组数为8,又因为2^3=8,所以字地址取后3位为:
index=010B=2,取前29位为:
tag=0…0010B=2。
所以,算法与理论就是一致得。
（3）Valid:
有效位。
当通过上述方式寻址找到了数据存放得数据块,接下来判断有效位:
有效位为1,说明数据就是有效得,可以从block提取数据;
有效位为0,说明块里得数据就是无效得,所以不能从block提取数据,出现miss,此时判断miss类型,同时需要访问内存或下一级存储,将数据放到cache里。
（4）失效类型及判断方法:
判断失效类型,函数misstype（intba,intnb,intl）。
pulsorymiss（强制性失效,冷启动）:
当第一次访问某一个块得时候,数据就是肯定不在块中得,此时出现强制性失效,或者说就是冷启动失效。
Capacitymiss（容量失效）:
所需得数据不能全部调入cache中,块被替换后又被重新访问,意思就就是当所有得块都被占满了,这样又有数据希望被调入缓存时,就出现了容量失效。
Conflictmiss（冲突失效）:
在组相联或直接映像中,数据想要替换进某一组中,组内得块都被占满了,但就是别得组得块有空余,数据只能替换这一组,尽管别得组有空余也不能替换。
这样就出现了冲突失效。
（5）LRU算法实现替换:
LRU替换算法就是采用最近最久未使用得块,其中Lru[][]数组存放最近多少次未被使用,因为就是采用循环访问,当循环访问到这一组时,把这组所有得块得Lru[][]值都加1,如果成功访问到这一块,数据能从其中取出来,就把这一块得Lru[][]值置0,退出循环。
（6）直接映射、组相联映射、全相联映射:
直接映射:
就是特殊得组相联映射,就就是相联度为1得组相联映射。
所以采取与组相联一样得程序与算法,当识别该组第一块失效时,直接进行替换,因为有且只有一块。
组相联映射:
当识别该组某块失效时,如果块都被占满,要根据Lru[][]值得大小,判断哪一块被替换掉。
全相联映射:
从上到下cache块存数据,则从上到下循环即可,遇到失效时,要根据Lru[][]值得大小,判断哪一块被替换掉。
二、课后习题
1、习题内容
在CacheSimulator模拟器上模拟如下程序得运行过程:
inti,j,cstride,array[256]
for（i=0;i<10000;i++）
for（j=0;j<256;j=j+stride）
c=array[j]+5;
假设Cache总大小就是256个字节,且块大小为16字节（4个字）。
同时假设内存当中只有这一个程序在运行,而且整形数字得长度为一个字长（字长为32位）,在直接相连映射下,stribe分别等于132、131时程序得运行结果,并分析原因。
而当采用两路组相连时又会有什么结果并分析原因。
2、题目分析
当stribe=132/131时,程序相当于循环访问内存偏移地址为0与地址132/131得内容,循环10000次,也就就是访问了2000次存储。
结合cache机制,cache大小为256个字节,块大小为16个字节,所以块得个数为256/16=16个。
若为2路组相连,则有16/2=8组。
当第一次访问块时,一定会发生强制性失效,计一次miss。
3、计算及结果
1）直接映像时:
●stride=132
array[0]得块地址为0,映射到cache得块号为0:
0mod16=0
array[132]得块地址为132/4=33,映射到cache得块号为1:
33mod16=1
因为第一次访问cache,0与1一定会发生强制性失效,之后因为调入cache,不会发生失效。
则失效次数为2,则失效率为:
2/20000=0、01%
命中次数为19998次,命中率为:
19998/20000=99、99%=1（近似）
失效类型为强制性失效,次数为2。
●stride=131
array[0]得块地址为0,映射到cache得块号为0:
0modulo16=0
array[131]得块地址为131/4=32,映射到cache得块号为0:
32modulo16=0
因为第一次访问cache,0一定会发生强制性失效,之后cache里块号为0得块不断地被替换写入替换写入,此时发生冲突失效。
则失效次数为20000,则失效率为:
20000/20000=1=100%
命中率为0。
失效类型为强制性失效次数1,冲突失效次数为19999。
2）2路组相联:
●stride=132
array[0]得块地址为0,映像到cache得组号为0:
0modulo8=0
array[132]得块地址为132/4=33,映像到cache组号为1:
33modulo8=1
因为第一次访问cache,0与1一定会发生强制性失效,之后因为调入cache,不会发生失效。
则失效次数为2,则失效率为:
2/20000=0、01%
命中次数为19998次,命中率为:
19998/20000=99、99%=1（近似）
失效类型为强制性失效,次数为2。
●stride=131
array[0]得块地址为0,映像到cache组号为:
0modulo8=0
array[131]得块地址为131/4=32,映像到cache组号为:
32modulo8=0
因为第一次访问cache,0与1一定会发生强制性失效,之后因为就是2路组相联,array[0]与array[131]都在0组,不会发生失效,则失效次数为2,失效率为:
2/20000=0、01%
命中次数为19998次,命中率为:
19998/20000=99、99%=1（近似）
失效类型为强制性失效,次数为2。
4、模拟器上实验结果检验
注:
因为例题得循环次数为10000,为了便于实验,我将循环次数设置为100,结果参照100得计算,原理就是一致得。
因为实际131/132都就是字地址,而project、txt设置得就是字节地址,所以将project、txt里值设置为0与132*4/131*4循环100次,设置cache大小为256,block大小为4,可以分别瞧到直接映射与2路组相连映射得结果为:
直接映射
stride=132
stride=131
misscount
2
200
missrate
0、01
1、00
hitcount
198
0
hitrate
0、99
0
accesscount
200
200
c1c（强制性失效）
2
2
c2c（容量性失效）
0
0
c3c（冲突性失效）
0
198
2路组相连映射
stride=132
stride=131
misscount
2
2
missrate
0、01
0、01
hitcount
198
198
hitrate
0、99
0、99
accesscount
200
200
c1c（强制性失效）
2
2
c2c（容量性失效）
0
0
c3c（冲突性失效）
0
0
可以瞧到实验结果与计算就是一致得（因为循环次数100,所以实验结果小数点要后移两位）。
同时对习题1得思考（见后）也证明就是正确得。
（1）直接映射:
stride=132截图
（2）直接映射:
stride=131截图
（3）2路组相连:
stride=132截图
（4）
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