实验一Cacｈe模拟器得实现
一、实验目得
(1)加深对Cａche得基本概念、基本组织结构以及基本工作原理得理解。
(2)掌握Cache容量、相联度、块大小对Ｃacｈe性能得影响。
(3)掌握降低Cacｈｅ不命中率得各种方法以及这些方法对提高Caｃhｅ性能得好处。
(４)理解ＬＲＵ与随机法得基本思想以及它们对Ｃaｃhｅ性能得影响.
二、实验内容与步骤
1、启动Cachesｉm
2、根据课本上得相关知识,进一步熟悉Cachｅ得概念与工作机制。
Cache概念：高速缓冲存
Caｃhe工作机制:大容量主存一般采用DRAM，相对SRAM速度慢，而SRAＭ速度快，但价格高。程序与数据具有局限性,即在一个较短得时间内，程序或数据往往集中在很小得存储器地址范围内。因此，在主存与CＰU之间可设置一个速度很快而容量相对较小得存储器,在其中存放CPU当前正在使用以及一个较短得时间内将要使用得程序与数据，这样，可大大加快CＰU访问存储器得速度，提高机器得运行效率
3、依次输入以下参数：Caｃhe容量、块容量、映射方式、替换策略与写策略.
（1）Cacｈｅ容量：
启动CaｃhｅＳim,提示请输入Cache容量,例如１、２、4、8、、、、、、。此处选择输入4。
（2）块容量:
如下图所示,提示输入块容量，例如1、2、4、8、、、、、、。此处选择输入１6。
（3）映射方式:
如下图所示，提示输入主存储器与高速缓存之间得aｓｓｏiativiｔy方法
(主存地址到Cache地址之间得映射方式）,1代表直接映射（固定得映射关系)、2代表组相联映射(直接映射与全相联映射得折中）、3代表全相联映射（灵活性大得映射关系）。此处选择全相联映射。
（4）替换策略:
如下图所示，提示输入替换策略,1代表先进先出（Fｉｒsｔ-In—Fｉｒsｔ—Oｕt，FIFO)算法、2代表近期最少使用(Lｅast RecｅntlyＵsｅd，LＲU）算法、3代表最不经常使用(Least Frequeｎtly Used，ＬFＵ)、４代表随机法(Ｒandom）。此处选择先进
先出.
（5)写策略:
如下图所示，提示输入Cａｃhｅ得读写操作，１代表写直达法(存直达法）即写操作时数据既写入Cａche又写入主存、2代表写回法（拷回法）即写操作时只把数据写入Cａｃhe而不写入主存，但当Cachｅ数据被替换出去时才写回主存。此处选写回法
4、读取cacｈe－tｒaces、ｚｉp中得tｒacｅ文件。
如下图所示，提示输入要测试得路径及名称，此处输入Caｃhe—traｃe、ｚip得路径,以及需要读取得ｔｒaｃｅ文件名,此处选择读取mcf、ｔｒａce。
５、运行程序,观察ｃache得访问次数、读/写次数、平均命中率、读/写命中率。
如下图所示，读取mcｆ、trace文件,程序运行结果如下：
（1）高速缓存访问次数：7272３0
（2）高速缓存次数：597２
（３）cａchｅ存储次数：721258
（４）平均缓存命中率：74、8615%
（5）高速缓存命中率:60、69９9%
（6）缓存命中率：７4、978７％
思考:1、Ｃacｈe得命中率与其容量大小有何关系？
（1)当Ｃaｃhe块容量为８B、Cache容量为8KB时,平均命中率为1、０2０17％、访问次
数
读出次数写入次数平均命中率读出命中率写入命中率727230 597２7212５
８
７4、８
615%
60、69９
9％
７4、
9787％
(2)当Cache块容量为8B、Cａcｈe容量为１6KＢ时,平均命中率为1、02334％、(3）当Caｃhe块容量为8Ｂ、Cａｃhe容量为32ＫB时，平均命中率为1、03695%、(４)当Ｃａche块容量为８B、Cａcｈe容量为6４KB时，平均命中率为1、0375％、
（5）当Cache块容量为8B、Cache容量为1２8KB时，平均命中率为1、03７91％、当Ｃache块容量为8B时，不同Cachｅ容量下得命中率如下图所示:
由上述图中数据及表格数据可知,当Cachｅ块容量一定时，Ｃａchｅ容量越大，其cａｃhe得命中率越高。
2、Ｃache块大小对不命中率有何影响？
(1）当Cacｈe块容量为8KＢ、Cａchｅ容量为8B时，平均命中率为1、02017％、
（2）当Cａcｈe块容量为16ＫB、Cacｈe容量为8B时,平均命中率为50、４8７２％、
(3）当Cａche块容量为3２KB、Ｃachｅ容量为８B时,平均命中率为7５、2２3２％、
（４）当Ｃacｈe块容量为６4KB、Ｃaｃhｅ容量为8B时,平均命中率为８7、5903%、(5)当Cａｃhe块容量为1２８KＢ、Caｃｈe容量为8B时,平均命中率为93、768%、
当Cａｃｈe容量为8kＢ时，不同Cache容量下得命中率如下图所示:
Caｃhe块
容量
8 １6 32 6４12８
平均命中率1、02０17% 50、4８
72％
75、22３2% 87、
5903％
９3、
768％
由上述图中数据及表格数据可知,当Ｃache容量一定时，Ｃaｃｈe块容量越大，其caｃhe得命中率越高。则其不命中率越低。
3、替换算法与相联度大小对不命中率有何影响?
（1）当相联度大小保持一致，均为二路组相联映射时
替换策略为先进先出算法时：
当相联度为二路组相联映射，替换策略为先进先出算法时,此时ｃache平均命中率为0、０91259８％。
替换策略为近期最少使用算法时：
当相联度为二路组相联映射，替换策略为近期最少使用算法时，此时cache平均命中率为66、６４38％.
(２)当替换算法保持一致,均为先进先出算法时:
相联度大小为二路:
