大连理工大学计算机系统结构实验-实验四

大连理工大学实验报告计算机系统结构实验

实验四Cache性能分析

学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：计算机科学与技术

学生姓名：

班级：

学号：

大连理工大学

Dalian University of Technology

实验四Cache性能分析

一、实验目的和要求

（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、实验步骤与操作方法

1、Cache容量对不命中率的影响。

（1）启动MyCache。

（2）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。

（3）选择一个地址流文件。方法：选择“访问地址”—>“地址流文件”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在文件夹下的“地址流”文件夹中选取。

（4）选择不同的Cache容量，包括2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB、128KB和256KB。分别执行模拟器（单击“执行到底”按钮即可执行），然后在下表中记录各种情况下的不命中率。

表不同容量下Cache的不命中率

（5）以容量为横坐标，画出不命中率随Cache容量变化而变化的曲线，并指明地址流文件名。

（6）根据该模拟结果，你能得出什么结论？

答：随着Cache容量的增大，不命中率降低，但是降低的幅度由较大差别，Cache容

量足够大以后，不命中率降到一定程度以后，降低效果不再明显。

2．相联度对不命中率的影响

（1）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。此时的Cache容量为64KB。

（2）选择一个地址流文件。

（3）选择不同的Cache相联度，包括2路、4路、8路、16路和32路。分别执行模拟器，然后在下表中记录各种情况下的不命中率。

表当容量为64KB时，不同相联度下Cache的不命中率

（4）把Cache的容量设置为256KB，重复（3）的工作，并填写下表。

表当容量为256KB时，不同相联度下Cache的不命中率

（5）以相联度为横坐标，画出在64KB和256KB的情况下不命中率随Cache相联度变化而变化的曲线，并指明地址流文件名。

（6）根据该模拟结果，你能得出什么结论？

答：增大相联度在一定范围内同样也能降低不命中率，不过对比不同Cache容量的两

个图可以发现，当Cache容量足够大时，其改善也变得越发不明显了。

3、Cache块大小对不命中率的影响

（1）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。

（2）选择一个地址流文件。

（3）选择不同的Cache块大小，包括16B、32B、64B、128B和256B。对于Cache的各种容量，包括2KB、8KB、32KB、64KB、128KB和512KB。分别执行模拟器，然后在下表中记录各种情况下的不命中率。

地址流文件名：all.din

地址流文件名：cc1.din

地址流文件名：eg.din

地址流文件名：spice.din

地址流文件名：tex.din

（4）分析Cache块大小对不命中率的影响。

答：对于给定的Cache容量，当块大小开始增加时，不命中率开始下降，但是有些情况到后来反而上升了。说明增加块大小会产生双重作用。

4、替换算法对不命中率的影响

（1）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。

（2）选择地址流文件all.din。

（3）对于不同的替换算法、Cache容量和相联度，分别执行模拟器，然后在下中记录各种情况下的不命中率。

表LRU和随机替换法的不命中率的比较

（4）分析不同的替换算法对Cache不命中率的影响。

答：在cache容量较小时用LRU替换算法明显比随机算法的不命中率低，而随着CACHE 容量的增大，不同替换算法造成的不命中率差异不明显

三、实验结果与分析

实验结果和分析详见第二部分，实验步骤与操作方法。

四、讨论、建议、质疑