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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1KB2Byte直接映射-------------2KB2Byte直接映射-------------64KB2Byte直接映射------------128KB2Byte直接映射--------------1024KB2Byte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16KB64Byte4路组相连LRU-------16KB128Byte4路组相连LRU-------16KB256Byte4路组相连LRU------16KB512Byte4路组相连LRU--------16KB1024Byte4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64KB252Byte直接映射LRU-------64KB252Byte4路组相连LRU-------64KB252Byte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FIFOLRURandom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，然后百度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；