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：

(3)

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

3.1 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，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。

地址流文件名：all.din

(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

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。

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。

3.3 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，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

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。

(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。