实验一 Cache模拟器的实现.docx
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实验一Cache模拟器的实现
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。
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出现：
I/O设备访问主存请求级别高于CPU访存，在多体并行存储系统出现，使得CPU等甚多至几个主存周期，效率降低；所以在CPU于主存之间加一级缓存，先将CPU要取的信息提前送至缓存，CPU可直接从缓存中读取信息；
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。
控制块容量，映射方式，替换策略，写策略不变，改变Cache容量，测量同一个文件，观察Cache的命中率与其容量大小有何关系
Cache容量
块容量
映射方式
替换策略
写策略
1KB
2Byte
直接映射
------
-------
2KB
2Byte
直接映射
------
-------
64KB
2Byte
直接映射
------
------
128KB
2Byte
直接映射
------
--------
1024KB
2Byte
直接映射
------
---------
1）输入第一组测试数据：
测试结果：
2）输入第二组测试数据：
测试结果：
3）输入第三组测试数据
测试结果：
4）输入第四组操作数据：
测试结果：
5）输入第五组测试数据：
测试结果：
Cache容量
块容量
映射方式
替换策略
写策略
16KB
64Byte
4路组相连
LRU
-------
16KB
128Byte
4路组相连
LRU
-------
16KB
256Byte
4路组相连
LRU
------
16KB
512Byte
4路组相连
LRU
--------
16KB
1024Byte
4路组相连
LRU
---------
1）输入第一组数据
测试结果
2）输入第二组数据
测试结果：
3）输入第三组数据
测试结果：
4）输入第四组数据：
测试结果：
控制Cache容量，Cache的大小，替换策略，写策略不变，改变映射方式，观察块的命中率与其映射方式有无关系
Cache容量
块容量
映射方式
替换策略
写策略
64KB
252Byte
直接映射
LRU
-------
64KB
252Byte
4路组相连
LRU
-------
64KB
252Byte
全相联
LRU
------
1）输入第一组数据
测试结果：
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。
思考：
1、Cache的命中率与其容量大小有何关系？
Cache的容量与块长是影响cache效率的重要因素；
Cache容量越大，其CPU命中率就越高，当然容量过大，增加成本，而且cache容量达到一定值时， 命中率已不因容量的增加而又明显的提高；
2、Cache块大小对不命中率有何影响？
Cache当块由小到大，在已被访问字的附近，近期也可能访问，增大块长，可将更多有用字存入缓存，提高命中率；但是继续增大块长，命中率可能下降，因为所装入缓存的有用数据反而少于被替换掉的有用数据，由于块长增大，块数减少，装入新的块要覆盖旧块，很可能出现少数块刚装入就被覆盖，故命中率可能下降；
3、替换算法和相联度大小对不命中率有何影响？
替换算法中:
LRU算法的平均命中率比FIFO的高
LRU算法比较好地利用访存局部性原理，替换出近期用得最少的字块，它需要随时记录cache各个字块使用情况。
FIFO不需要记录各个字块的使用情况，比较容易实现开销小，但是没有根据访存的局部性原理，最早调入的信息可能以后还要用到，或经常用到例如循环程序；
Cache容量一定时，随着相联度的不断增加，不命中率渐渐减小，但是当相连度增加到一定程度时，不命中率保持不变；
三.实验结果分析
∙Cache的命中率与其容量大小的关系
将所有测试的数据绘制成折线图，更清晰的展现，如下
∙Cache块大小对不命中率的影响
∙替换算法对命中率影响数据分析
FIFO
LRU
Random
∙相关度大小对命中率的影响
*折线图
四.实验心得
有实验指导书可知，实验所需要知识点是高速缓冲存储器第四章的基础内容，然后由书中学习了cache发展历程,基本工作原理；
对实验所需要的重点名词，进行了理解；命中率，访问效率，平均访问时间例题进行了理解，从而分析了Cache容量，相关度，块大小，替换算法对命中率的影响；
因为LRU、FIFO、RANDOM替换算法对命中率也有这一些影响；
看了主存地址映射：
有直接映射，全相连映射，感觉有一些迷糊了；
不是太容易理解了，然后XX搜了一些相连度大小对命中率影响，然后运用CacheSim模拟器，仅仅从一个数值中值看出来简单的变化；
但是并不能看出有什么规律；然后把它们用excel做成折线图，发现其中存在的规律；
然后翻阅书籍；解释为什么会存在着现象；这种实践让在学习知识点的过程中，更加有说服性了；
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