前言

2023-6-16 21:19:13

以下內(nèi)容源自《【計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)】》
僅供學(xué)習(xí)交流使用

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實驗3 Tomasulo算法【計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)】

實驗四 Cache性能分析

1 實驗?zāi)康?/h3>

(1)加深對Cache的基本概念、基本組織結(jié)構(gòu)以及基本工作原理的理解。
(2)掌握Cache容量、相聯(lián)度、塊大小對Cache性能的影響。
(3)掌握降低Cache不命中率的各種方法。

2 實驗平臺

采用MyCache模擬器。
MyCache模擬器的使用方法：
(1) 雙擊MyCache.exe，啟動模擬器。

(2) 系統(tǒng)打開操作界面，如下圖所示：

MyCache-Cache模擬器
設(shè)置參數(shù)區(qū) 模擬結(jié)果顯示區(qū)
執(zhí)行控制區(qū)
(3) 可以設(shè)置的參數(shù)包括Cache的容量、塊大小、相聯(lián)度、替換算法、預(yù)取策略、寫策略、寫不命中時的調(diào)塊策略?？梢灾苯訌牧斜碇羞x擇。
(4) 訪問地址可以選擇來自地址流文件，也可以選擇手動輸入。如果是前者，則可以通過單擊“瀏覽”按鈕，從模擬器所在文件夾下的“地址流”文件夾中選取地址流文件（.din）文件，然后執(zhí)行。執(zhí)行得方式可以是單步，也可以選擇一次執(zhí)行結(jié)束。如果選擇手動輸入，就可以在“執(zhí)行控制”區(qū)域中輸入塊地址，然后單擊“訪問”按鈕。系統(tǒng)會在界面的右邊顯示訪問類型、地址、塊號以及塊內(nèi)地址。
(5) 模擬結(jié)果包括：

• 訪問總次數(shù)，總的不命中次數(shù)，總的不命中率。
• 讀指令操作的次數(shù)，其不命中次數(shù)及其不命中率。
• 讀數(shù)據(jù)操作的次數(shù)，其不命中次數(shù)及其不命中率。
• 寫數(shù)據(jù)操作的次數(shù)，其不命中次數(shù)及其不命中率。
• 手動輸入單次訪問的相關(guān)信息。

3 實驗內(nèi)容和步驟

3.1 Cache容量對不命中率的影響

(1) 啟動MyCache。

(2)單擊“復(fù)位”按鈕，將各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。

(3)選擇一個地址流文件。具體方法：選擇“訪問地址”→“地址流文件”選項，然后單擊“瀏覽”按鈕，從本模擬器所在的文件夾下的“地址流”文件夾中選取。

(4) 選擇不同的Cache容量，包括2KB，4 KB，8 KB，16 KB，32 KB，64 KB，128 KB和256 KB，分別執(zhí)行模擬器（單擊“執(zhí)行到底”按鈕就可執(zhí)行），然后在表1中記錄各種情況下的不命中率。
地址流文件名： all.din

(5) 指明地址流文件名，以容量為橫坐標(biāo)，畫出不命中率雖Cache容量變化而變化的曲線圖。

圖1 all.din文件中不同Cache容量下的不命中率

(6) 根據(jù)該模擬結(jié)果，能得出什么結(jié)論？
增加Cache容量可以有效地減少Cache的不命中率。

3.2 相聯(lián)度對不命中率的影響

(1) 單擊“復(fù)位”按鈕，將各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。此時的Cache容量為64KB。
(2) 選擇一個地址流文件。具體方法：選擇“訪問地址”→“地址流文件”選項，然后單擊“瀏覽”按鈕，從本模擬器所在的文件夾下的“地址流”文件夾中選取。
(3) 選取不同的Cache相聯(lián)度，包括直接映像、2路、4路、8路、16路和32路。分別執(zhí)行模擬器（單擊“執(zhí)行到底”按鈕），然后在表2中記錄各種情況下的不命中率。

(4) 把Cache的容量設(shè)置為256KB，重復(fù)（3）步驟填表3。

(5) 以相聯(lián)度為橫坐標(biāo)，畫出在64KB和256KB的情況下不命中率隨Cache相聯(lián)度變化而變化的曲線。并指明地址流文件名。

(6) 根據(jù)模擬結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？
提高相聯(lián)度可以減少Cache的不命中率。

3.3 Cache塊大小對不命中率的影響

(1) 單擊“復(fù)位”按鈕，將各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。
(2) 選擇一個地址流文件。具體方法：選擇“訪問地址”→“地址流文件”選項，然后單擊“瀏覽”按鈕，從本模擬器所在的文件夾下的“地址流”文件夾中選取。
(3) 選擇不同的Cache塊大小，包括16B，32B，64B，128B和256B。對于Cache的各種容量，包括2KB，8 KB，32 KB，128 KB和512 KB，分別執(zhí)行模擬器（單擊“執(zhí)行到底”），然后在表4中記錄各種情況下的不命中率。

(4) 分析Cache塊大小對不命中率的影響。
1.增強了空間局部性，減少了強制性不命中；
2.減少了Cache中塊的數(shù)目，所以有可能會增加沖突不命中。

3.4 替換算法對不命中率的影響

(1) 單擊“復(fù)位”按鈕，將各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。
(2) 選擇地址流文件all.din。
(3) 對于不同的替換算法、Cache容量和相聯(lián)度，分別執(zhí)行模擬器（單擊“執(zhí)行到底”按鈕），在表5中記錄各種情況下的不命中率。

(4) 分析不同的替換算法對Cache不命中率的影響。
在Cache容量較小時，LRU算法的不命中率低于隨機算法，當(dāng)Cache容量較大時，兩者差距不明顯。

4 實驗總結(jié)與心得

通過本次實驗，我加深了對Cache的基本概念、基本組織結(jié)構(gòu)以及基本工作原理的理解，掌握了Cache容量、相聯(lián)度、塊大小對Cache性能的影響，掌握了降低Cache不命中率的各種方法。

5 請思考

通過前面的仿真過程主要理解了影響Cache命中率的因素。命中率會影響Cache系統(tǒng)性能，但評價Cache系統(tǒng)性能應(yīng)該考慮到訪問的缺失代價的問題。更好的評價Cache系統(tǒng)性能的思想是存儲器平均訪問時間：
存儲器平均訪問時間=Cache命中時間+Cache命中缺失率╳缺失代價
請從此思路出發(fā)，分析Cache性能優(yōu)化方法。用自己的語言總結(jié)這些優(yōu)化方法的思想。通過查找資料，舉出某些采用上述優(yōu)化方法機器實例。
思想：提升命中率，降低缺失代價，減少命中時間。
實例：ADM Opteron的存儲器。

最后

2023-6-16 21:26:01

你對我百般注視，
并不能構(gòu)成萬分之一的我，
卻是一覽無余的你。

祝大家逢考必過
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