计算机组成原理实验报告一

计算机组成原理实验报告学院（系）：软件学院专业：java技术应用班级：java1班学号：1315925031姓名：王浩2015年10月17日实验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。3、依次输入以下参数：Cache容量、块容量、映射方式（1代表直接映射；2代表组相联映射；3代表全相联映射）、替换策略（1代表先进先出方法；2代表近期最少使用方法；3代表最不经常使用方法）和写策略。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？2、Cache块大小对不命中率有何影响？3、替换算法和相联度大小对不命中率有何影响？实验结果分析：1.改变cache容量和块大小对命中率的影响：（1）改变块容量：（2）改变cache容量：F:\计算机组成原理实验指导书\Cache-traces\swim.trace一：组相连映射（组中8块）1：先进先出2：LRU3：随机二：组相连映射（组中32块）1：先进先出2：LRU3：随机三：组相连映射（组中64块）1：先进先出2：LRU3：随机全相连映射：先进先出全相连映射：近期最少使用全相连映射：随机组数Cache容量块容量映射方式组中块数替换策略Cache访问次数读次数写次数平均命中率读命中率写命中率第一组4KB1B直接映射3031932206688252588.879%95.0967%72.2533%第二组4KB32B直接映射3031932206688252594.6671%96.1861%90.6053%第三组4KB64B直接映射3031932206688252594.081%94.4269%93.156%第四4128直接3031932206688252592.549%92.1434%93.6334%组KBB映射第五组64KB32B直接映射3031932206688252597.7707%99.6166%92.8349%第六组128KB32B直接映射3031932206688252597.841%99.6819%92.9185%第七组64KB32B组相连映射813031932206688252512.7582%9.77215%20.7428%第八组64KB32B组相连映射823031932206688252597.8647%99.7023%92.9512%第九组64KB32B组相连映射843031932206688252597.7922%99.6212%92.9015%第十组64KB32B组相连映射3213031932206688252514.4739%11.2354%23.1336%第十一组64KB32B组相连映射3223031932206688252597.8657%99.7036%92.9512%第十二组64KB32B组相连映3243031932206688252597.7968%99.623%92.9137%射第十三组64KB32B组相连映射6413031932206688252516.8305%12.6724%27.9491%第十四组64KB32B组相连映射6423031932206688252597.8657%99.7036%92.9512%第十五组64KB32B组相连映射6443031932206688252597.7806%99.6044%92.904%第十六组8KB64KB全相连映射13031932206688252536.4095%30.816%51.3663%第十七组8KB64KB全相连映射23031932206688252598.6652%99.598%96.1709%第十八组8KB64KB全相连映射43031932206688252598.0834%98.9704%95.7116%结论：1：当其他变量不变时，块数增大，平均命中率由高变低，读命中率由高变低，写命中率由低变高，由下图知：2：当其他变量不变时，cache容量变大，平均命中率、读命中率和写命中率都将由低变高，由上图知：3：再组映射中，其他变量不变，组中块数一样时LRU（近期最少使用算法）的平均命中率、读命中率和写命中率最大，FIFO（先进先出算法）次之，随机的最小，由下图知：Cache容量块容量平均命中率读命中率写命中率4KB1B88.879%95.0967%72.2533%4KB32B94.6671%96.1861%90.6053%4KB64B94.081%94.4269%93.156%4KB128B92.549%92.1434%93.6334%Cache容量块容量平均命中率读命中率写命中率4KB32B94.6671%96.1861%90.6053%64KB32B97.7707%99.6166%92.8349%128KB32B97.841%99.6819%92.9185%映射方式组中块数替换策略平均命中率读命中率写命中率组相连映射8112.7582%9.77215%20.7428%组相连映射8297.8647%99.7023%92.9512%组相连映射8497.7922%99.6212%92.9015%4：再组映射中，其他变量不变，组中块数增大时，在FIFO算法下平均命中率、读命中率和写命中率逐渐增大；在LRU算法下块数增多时平均命中率、读命中率和写命中率达到逐渐相等；在随机算法下，组中块数增大时，平均命中率、读命中率和写命中率先增大后减小，由下图知：映射方式组中块数替换策略平均命中率读命中率写命中率组相连映射8112.7582%9.77215%20.7428%组相连映射32114.4739%11.2354%23.1336%组相连映射64116.8305%12.6724%27.9491%组相连映射8297.8647%99.7023%92.9512%组相连映射32297.8657%99.7036%92.9512%组相连映射64297.8657%99.7036%92.9512%组相连映射8497.7922%99.6212%92.9015%组相连映射32497.7968%99.623%92.9137%组相连映射64497.7806%99.6044%92.904%5:在全映射中，其他变量不变，LRU（近期最少使用算法）的平均命中率、读命中率和写命中率最大，随机算法次之，FIFO（先进先出算法）的最小，由下图知：6：cache的访问次数、读次数和写次数固定不变（因为在同一个.trace文件下）。F:\计算机组成原理实验指导书\Cache-traces\swim.trace四.实验心得通过此次实验，我进一步加深了对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解，这使我在以后使用的过程中会更加的得心应手，另外我在使用的过程中此实验使我对Cache容量、块大小和不同算法有了更深一步的认识，并且我还发现了它们对Cache性能有不同的影响，通过这些影响的规律我们就可以了解降低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。映射方式替换策略平均命中率读命中率写命中率全相连映射136.4095%30.816%51.3663%全相连映射298.6652%99.598%96.1709%全相连映射498.0834%98.9704%95.7116%