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

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...............................错误!未定义书签。

1、关键参数.......................................错误!未定义书签。

2、关键算法.......................................错误!未定义书签。

二、课后习题.............................................错误!未定义书签。

1、习题内容.......................................错误!未定义书签。

2、题目分析.......................................错误!未定义书签。

3、计算及结果.....................................错误!未定义书签。

4、模拟器上实验结果检验...........................错误!未定义书签。

三、整体分析.............................................错误!未定义书签。

1、三种映射方式对Cache效率的的影响...............错误!未定义书签。

2、block块大小与Cache容量对Cache效率的影响 .....错误!未定义书签。

3、Cache容量与相连度对Cache效率的影响...........错误!未定义书签。

4、三种失效类型影响因素...........................错误!未定义书签。

四、实验思考和感受.......................................错误!未定义书签。

1、关于模拟器的思考...............................错误!未定义书签。

2、关于整个实验的思考.............................错误!未定义书签。

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）

（2）程序内部主要参数：（代码内部重要参数）

2、关键算法

注：这里不粘贴代码，只是进行简单的代码算法说明

（1）块地址表示：

注：图是我按照自己的想法自己画的，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和数据地址的关系，以及和组地址和标志位的关系。

（2）Index与tag：

由上面计算：index = blockaddress % NOofset index = 16 % 8 = 2

tag = blockaddress / Noofset tag = 16/8 = 2

以上例，字地址16为例，写成二进制为0001 0010 B，其中组数为8，

又因为2^3=8，所以字地址取后3位为：index = 010 B = 2 ，取前29

位为：tag = 0…0010 B = 2 。所以，算法与理论是一致的。

（3）Valid：

有效位。当通过上述方式寻址找到了数据存放的数据块，接下来判断有效位：

有效位为1，说明数据是有效的，可以从block提取数据；

有效位为0，说明块里的数据是无效的，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（int ba ，int nb ，int l）。

Compulsory miss（强制性失效，冷启动）：当第一次访问某一个块的时候，数据是肯定不在块中的，此时出现强制性失效，或者说是冷启

动失效。

Capacity miss（容量失效）：所需的数据不能全部调入cache中，块被替换后又被重新访问，意思就是当所有的块都被占满了，这样又有

数据希望被调入缓存时，就出现了容量失效。

Conflict miss（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，组内的块都被占满了，但是别的组的块有空余，数据只

能替换这一组，尽管别的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替换算法是采用最近最久未使用的块，其中Lru[][]数组存放最近多少次未被使用，因为是采用循环访问，当循环访问到这一组时，把

这组所有的块的Lru[][]值都加1，如果成功访问到这一块，数据能从其

中取出来，就把这一块的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：是特殊的组相联映射，就是相联度为1的组相联映射。

所以采取和组相联一样的程序和算法，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[][]值的大小，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[][]值的大小，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的运行过程：

int i,j,c stride,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，而且整形数字的长度为一个字长（字长为32位），在直接相连映射下，stribe分别等于132、131时程序的运行结果，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和地址132/131的内容，循环10000次，也就是访问了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，所以块的个数为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]的块地址为0，映射到cache的块号为0：

0 mod 16 = 0

array[132]的块地址为132/4 = 33，映射到cache的块号为1：

33 mod 16 = 1

因为第一次访问cache，0和1一定会发生强制性失效，之后因为调入