2023年西安邮电大学Cache性能分析实验报告.docx

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： 2023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) 掌握减少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模拟器设立参数区模拟结果显示区执行控制区(3) 可以设立的参数涉及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献，也可以选择手动输入。假如是前者，则可以通过单击“浏览”按钮，从模拟器所在文献夹下的“地址流”文献夹中选取地址流文献（.din）文献，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。假如选择手动输入，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) 模拟结果涉及：l 访问总次数，总的不命中次数，总的不命中率。l 读指令操作的次数，其不命中次数及其不命中率。l 读数据操作的次数，其不命中次数及其不命中率。l 写数据操作的次数，其不命中次数及其不命中率。l 手动输入单次访问的相关信息。3 实验内容和环节3.1 Cache容量对不命中率的影响 (1) 启动MyCache。(2) 单击“复位”按钮，将各参数设立为默认值。(3) 选择一个地址流文献。具体方法：选择“访问地址”“地址流文献”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在的文献夹下的“地址流”文献夹中选取。(4) 选择不同的Cache容量，涉及2KB，4 KB，8 KB，16 KB，32 KB，64 KB，128 KB和256 KB，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。地址流文献名： 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) 指明地址流文献名，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，将各参数设立为默认值。此时的Cache容量为64KB。(2) 选择一个地址流文献。具体方法：选择“访问地址”“地址流文献”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在的文献夹下的“地址流”文献夹中选取。(3) 选取不同的Cache相联度，涉及直接映像、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%地址流文献名： all.din (4) 把Cache的容量设立为256KB，反复（3）环节填表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。并指明地址流文献名。(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。3.3 Cache块大小对不命中率的影响 (1) 单击“复位”按钮，将各参数设立为默认值。(2) 选择一个地址流文献。具体方法：选择“访问地址”“地址流文献”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在的文献夹下的“地址流”文献夹中选取。(3) 选择不同的Cache块大小，涉及16B，32B，64B，128B和256B。对于Cache的各种容量，涉及2KB，8 KB，32 KB，128 KB和512 KB，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%地址流文献名： 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，将各参数设立为默认值。 (2) 选择地址流文献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7.5 LRU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。