西安邮电大学-Cache性能分析实验报告

西安邮电大学（计算机学院）课内实验报告实验名称：cache性能分析专业名称：软件工程班级：学生姓名：学号（8位）：指导教师：杨锐实验日期：2015年5月20日1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。2实验平台采用MyCache模拟器。MyCache模拟器的使用方法：(1)双击MyCache.exe，启动模拟器。(2)系统打开操作界面，如下图所示：MyCache-Cache模拟器设置参数区模拟结果显示区执行控制区(3)可以设置的参数包括Cache的容量、块大小、相联度、替换算法、预取策略、写策略、写不命中时的调块策略。可以直接从列表中选择。(4)访问地址可以选择来自地址流文件，也可以选择手动输入。如果是前者，则可以通过单击“浏览”按钮，从模拟器所在文件夹下的“地址流”文件夹中选取地址流文件（.din）文件，然后执行。执行得方式可以是单步，也可以选择一次执行结束。如果选择手动输入，就可以在“执行控制”区域中输入块地址，然后单击“访问”按钮。系统会在界面的右边显示访问类型、地址、块号以及块内地址。(5)模拟结果包括：访问总次数，总的不命中次数，总的不命中率。读指令操作的次数，其不命中次数及其不命中率。读数据操作的次数，其不命中次数及其不命中率。写数据操作的次数，其不命中次数及其不命中率。手动输入单次访问的相关信息。3实验内容和步骤3.1Cache容量对不命中率的影响(1)启动MyCache。(2)单击“复位”按钮，将各参数设置为默认值。(3)选择一个地址流文件。具体方法：选择“访问地址”→“地址流文件”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在的文件夹下的“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”按钮就可执行），然后在表1.1中记录各种情况下的不命中率。地址流文件名：all.din表1.1不同容量下Cache的不命中率Cache容量248163264128256不命中率9.87%7.19%4.48%2.65%1.42%0.89%0.60%0.49%(5)指明地址流文件名，以容量为横坐标，画出不命中率虽Cache容量变化而变化的曲线图。(6)根据该模拟结果，能得出什么结论？未命中率受cache容量的变化而变化，cache容量越大，未命中率越低3.2相联度对不命中率的影响(1)单击“复位”按钮，将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。具体方法：选择“访问地址”→“地址流文件”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在的文件夹下的“地址流”文件夹中选取。(3)选取不同的Cache相联度，包括直接映像、2路、4路、8路、16路和32路。分别执行模拟器（单击“执行到底”按钮），然后在表1.2中记录各种情况下的不命中率。表1.2容量为64KB时，不同相联度的不命中率相联度直接映像2481632不命中率0.89%0.53%0.47%0.45%0.44%0.44%地址流文件名：all.din(4)把Cache的容量设置为256KB，重复（3）步骤填表1.3。表1.3容量为256KB时，不同相联度的不命中率相联度直接映像2481632不命中率0.49%0.38%0.36%0.36%0.35%0.35%(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)根据模拟结果，你能得出什么结论？未命中率基本不受相联度的影响，当直接映像时与相联度为2,4,8,16,32时略有偏差。3.3Cache块大小对不命中率的影响(1)单击“复位”按钮，将各参数设置为默认值。(2)选择一个地址流文件。具体方法：选择“访问地址”→“地址流文件”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在的文件夹下的“地址流”文件夹中选取。(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，128KB和512KB，分别执行模拟器（单击“执行到底”），然后在表1.4中记录各种情况下的不命中率。表1.4各种块大小情况下Cache的不命中率块大小（B）Cache容量28321285121612.02%5.79%1.86%0.95%0.71%329.87%4.48%1.42%0.60%0.42%649.36%4.03%1.20%0.43%0.27%12810.49%4.60%1.08%0.35%0.20%25613.45%5.35%1.19%0.34%0.16%地址流文件名：all.din(4)分析Cache块大小对不命中率的影响。cache容量会影响未命中率，cache块大小也会影响未命中率，且当cache的块大小保持不变时，未命中率随cache容量的增大而减小，当保持cache的容量不变时，未命中率随cache块大小的增大而减小。3.4替换算法对不命中率的影响(1)单击“复位”按钮，将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（单击“执行到底”按钮），在表1.5中记录各种情况下的不命中率。表7.5LRU和随机算法的不命中率的比较Cache容量相联度2路4路8路LRU随机算法LRU随机算法LRU随机算法16KB1.71%2.07%1.33%1.81%1.21%2.03%64KB0.53%0.65%0.47%0.59%0.45%0.62%256KB0.38%0.40%0.36%0.37%0.36%0.36%1MB0.35%0.35%0.35%0.35%0.35%0.35%(4)分析不同的替换算法对Cache不命中率的影响。算法不同对不命中率有影响，在相联度和cache容量保持不变时，LRU算法的不命中率较随机算法不命中率低。在cache容量不变时，相联度度增大，采用同一算法时cache不命中越低；当相联度不变，cache容量增大时，采用同一算法时cache不命中率越低。4实验总结与心得通过本次实验我知道了Cache的不命中率受各方面因素影响，cache容量，cache块大小，以及所采用的算法等因素。