计算机组成原理之Cache模拟器的实现

计算机组成原理之Cache模拟器的实现
计算机组成原理之Cache模拟器的实现

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

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

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:

当替换策略为先进先出算法时,相联度大小为二路组相联映射时,此时cache平均命中率为0、0912598%.

相联度大小为四路:

当替换策略为先进先出算法时,相联度大小为四路组相联映射时,此时cache平均命中率为0、0904283%。

当替换策略为近期最少使用时,相联度大小为四路组相联映射时,此时cache 平均命中率为0、0904283%

由上述数据可知,当保持相联度大小一致时,替换策略为近期最少使用算法得命中率高于先进先出算法得命中率。当保持替换策略一致时,相联度大小为二路组相联得命中率高于四路组相联得命中率。

三、实验结果分析

根据实验内容及上述数据结果可知:

1.Cache容量不同时它得命中率也会随之改变;

当Cache块容量一定时,Cache容量越大,其CPU得平均命中率越高

2.Cache块大小不同时对命中率也会有影响.

Cache块容量越大,其不命中率越低

3.替换算法与相联度对命中率也有影响、

由实验数据可知,当保持相联度大小一致时,替换策略为近期最少使用算法得命中率高于先进先出算法得命中率。当保持替换策略一致时,相联度大小为二路组相联得命中率高于四路组相联得命中率。其中替换算法对命中率得影响比较大,而相联度大小对命中率得影响小一些,在实际工作中为了提高命中率我们应该选择合适得算法。

具体实验数据如下表所示:

(1)当输入cache容量为8b,cache块容量为32kb时出现以下数据:

(2)当Cache块容量为8B时,不同Cache容量下得命中率如下图所示:

(3)当Cache容量为8kB时,不同Cache容量下得命中率如下图所示:

(4)当控制相联度为2或4时,改变替换策略cache得命中率如下图:

四、实验心得

1、通过此次得实验我发现当输入得cache容量一定时,改变cache块容量得大小则cache得命中率会改变,规律就是cache块容量得值越大,则cache命中率越高,反之亦然。

2、当cache块容量一定时,cache命中率因为cache容量变大而变大。

3、通过这次得试验我发现书本上得很多理论都就是要自己做,这样才会对实验结果及得更加牢固。以后要好好学习多做实验争取发现书本上没有写得东西这样才可以将这门课学好。

4、准备越充分,实验越顺利.

古人云,磨刀不误砍柴工。前期得知识储备、文献储备、材料准备、方法准备可以避免手忙脚乱,充分得预实验使您充满信心。一步一个脚印,就不必“从头再来”.最不能容忍得就是在开始得几步偷懒,造成后面总有一些无法排除得障碍。

模式识别第二次上机实验报告

北京科技大学计算机与通信工程学院 模式分类第二次上机实验报告 姓名:XXXXXX 学号:00000000 班级:电信11 时间:2014-04-16

一、实验目的 1.掌握支持向量机(SVM)的原理、核函数类型选择以及核参数选择原则等; 二、实验内容 2.准备好数据,首先要把数据转换成Libsvm软件包要求的数据格式为: label index1:value1 index2:value2 ... 其中对于分类来说label为类标识,指定数据的种类;对于回归来说label为目标值。(我主要要用到回归) Index是从1开始的自然数,value是每一维的特征值。 该过程可以自己使用excel或者编写程序来完成,也可以使用网络上的FormatDataLibsvm.xls来完成。FormatDataLibsvm.xls使用说明: 先将数据按照下列格式存放(注意label放最后面): value1 value2 label value1 value2 label 然后将以上数据粘贴到FormatDataLibsvm.xls中的最左上角单元格,接着工具->宏执行行FormatDataToLibsvm宏。就可以得到libsvm要求的数据格式。将该数据存放到文本文件中进行下一步的处理。 3.对数据进行归一化。 该过程要用到libsvm软件包中的svm-scale.exe Svm-scale用法: 用法:svmscale [-l lower] [-u upper] [-y y_lower y_upper] [-s save_filename] [-r restore_filename] filename (缺省值:lower = -1,upper = 1,没有对y进行缩放)其中,-l:数据下限标记;lower:缩放后数据下限;-u:数据上限标记;upper:缩放后数据上限;-y:是否对目标值同时进行缩放;y_lower为下限值,y_upper为上限值;(回归需要对目标进行缩放,因此该参数可以设定为–y -1 1 )-s save_filename:表示将缩放的规则保存为文件save_filename;-r restore_filename:表示将缩放规则文件restore_filename载入后按此缩放;filename:待缩放的数据文件(要求满足前面所述的格式)。缩放规则文件可以用文本浏览器打开,看到其格式为: y lower upper min max x lower upper index1 min1 max1 index2 min2 max2 其中的lower 与upper 与使用时所设置的lower 与upper 含义相同;index 表示特征序号;min 转换前该特征的最小值;max 转换前该特征的最大值。数据集的缩放结果在此情况下通过DOS窗口输出,当然也可以通过DOS的文件重定向符号“>”将结果另存为指定的文件。该文件中的参数可用于最后面对目标值的反归一化。反归一化的公式为: (Value-lower)*(max-min)/(upper - lower)+lower 其中value为归一化后的值,其他参数与前面介绍的相同。 建议将训练数据集与测试数据集放在同一个文本文件中一起归一化,然后再将归一化结果分成训练集和测试集。 4.训练数据,生成模型。 用法:svmtrain [options] training_set_file [model_file] 其中,options(操作参数):可用的选项即表示的涵义如下所示-s svm类型:设置SVM 类型,默

实验报告答案

实验2:MIPS指令系统和MIPS体系结构 一.实验目的 (1)了解和熟悉指令级模拟器 (2)熟悉掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法 (3)熟悉MIPS指令系统及其特点,加深对MIPS指令操作语义的理解 (4)熟悉MIPS体系结构 二. 实验内容和步骤 首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法,然后了解MIPSsim的指令系统和汇编语言。(1)、启动MIPSsim(用鼠标双击MIPSsim.exe)。 (2)、选择“配置”->“流水方式”选项,使模拟器工作在非流水方式。 (3)、参照使用说明,熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。 可以先载入一个样例程序(在本模拟器所在的文件夹下的“样例程序”文件夹中),然后分别以单步执行一条指令、执行多条指令、连续执行、设置断点等的方式运行程序,观察程序的执行情况,观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化。 (4)、选择“文件”->“载入程序”选项,加载样例程序 alltest.asm,然后查看“代码”窗口,查看程序所在的位置(起始地址为0x00000000)。 (5)、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值:[PC]=0x00000000。 (6)、执行load和store指令,步骤如下: 1)单步执行一条指令(F7)。 2)下一条指令地址为0x00000004,是一条有 (有,无)符号载入字节 (字节,半字,字)指令。 3)单步执行一条指令(F7)。 4)查看R1的值,[R1]= 0xFFFFFFFFFFFFFF80 。 5)下一条指令地址为0x00000008,是一条有 (有,无)符号载入字 (字节,半字,字)指令。 6)单步执行1条指令。 7)查看R1的值,[R1]=0x0000000000000080 。 8)下一条指令地址为0x0000000C ,是一条无 (有,无)符号载入字节 (字节,半字,字)指令。 9)单步执行1条指令。 10)查看R1的值,[R1]= 0x0000000000000080 。 11)单步执行1条指令。 12)下一条指令地址为0x00000014 ,是一条保存字 (字节,半字,字)指令。 13)单步执行一条指令。

计算机组成原理模拟试题

计算机组成原理 1.(45.75)10=(___________)16 2.若[X]补=1.0110,则[1/2X]补=___________。 3.若X补=1.1001,按舍入恒置1法舍去末位得__________。 4.运算器的核心部件是__________。 5.动态MOS存储器的刷新周期安排方式有____________、 _____________、_____________。 6.若地址码8位,按字节编址则访存空间可达___________,若地址码10位,则访存空间可达_____________,若地址码20位,则访存空间可达_____________。 7.CPU中用于控制的寄存器有_______________________、 __________________ 和_____________________三种;8.控制器的组成方式可分为______________________和微程序控制器两类。 9.按数据传送方式,外围接口可分为_________________和 __________________。 10.指令中的操作数一般可分为_______操作数和_______操作数。11.申请掌握使用总线的设备,被称为__________。 12.某CRT显示器,分辨率800列╳600行,如果工作在256色模式下,则至少需要_________字节的显示存储器。 选择题: 1、浮点加减中的对阶是() A.将较小的一个阶码调整到与较大的一个阶码相同 B.将较大的一个阶码调整到与较小的一个阶码相同 C.将被加数的阶码调整到与加数的阶码相同 D.将加数的阶码调整到与被加数的阶码相同 2、下列哪一个属于检错纠码() A. BCD码 B. ASCII码 C. 奇偶校验码 D. 8421码 3、指令格式可表示为()和地址码的形态 A.指令码 B. 操作码 C.微指令 D. 寄存器码 4、在不同速度的设备之间传送数据( )

计算机组成原理概念

总线:连接多个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质。在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信息,而多个部件可以同时从总线上接收相同的消息。分为片内总线,系统总线和通信总线。 时钟周期:也称为振荡周期,定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。 机器周期:完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下,一个机器周期由若干个S周期(状态周期)组成 存储容量:存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量,用存储器中存储地址寄存器MAR 的编址数与存储字位数的乘积表示。即:存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长 立即寻址:立即寻址的特点是操作数本身设在指令字内,即形式地址A不是操作数的地址,而是操作数本身,又称之为立即数。数据是采用补码的形式存放的把“#”号放在立即数前面,以表示该寻址方式为立即寻址。 直接寻址:在指令格式的地址字段中直接指出操作数在内存的地址ID。在指令执行阶段对主存只访问一次。 计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。 计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。 主机:是计算机硬件的主体部分,由CPU和主存储器MM合成为主机。 CPU:中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成; PC:程序计数器,其功能是存放当前欲执行指令的地址,并可自动计数形成下一条指令地址。IR:指令寄存器,其功能是存放当前正在执行的指令。 CU:控制单元(部件),为控制器的核心部件,其功能是产生微操作命令序列。 ALU:算术逻辑运算单元,为运算器的核心部件,其功能是进行算术、逻辑运算。 ACC:累加器,是运算器中既能存放运算前的操作数,又能存放运算结果的寄存器。MAR:存储器地址寄存器,在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。 MDR存储器数据缓冲寄存器,在主存中用来存放从某单元读出,或要写入某存储单元的数据。I/O输入/输出设备,为输入设备和输出设备的总称,用于计算机内部和外界信息的转换与传主存:计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。 存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。 存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。 存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。 存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。 机器字长:指CPU一次能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。 指令字长:一条指令的二进制代码位数。 微指令:取指周期:PC->MAR,1->R,M(MAR)->MDR,MDR->IR,OP(IR)->CU,(PC)+1->PC 间指周期:Ad(IR)->MAR,1->R,M(MAR)->MDR 执行周期:MDR->MAR,Ad(IR)->MAR,取数指令“LDA M”:1->R,M(MAR)->MDR,MDR->ACC存数指令“STA M”:1->W,ACC->MDR,MDR->M(MAR)加法指令“ADD M”:1->R, M(MAR)->MDR, (ACC)+(MDR)->ACC 1什么是总线?总线传输有何特点?为了减轻总线的负载,总线上的部件都应具备什么特点?解:总线是多个部件共享的传输部件;总线传输的特点是:某一时刻只能有一路信息在总线上传输,即分时使用;为了减轻总线负载,总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。

实验1 Cache性能分析

实验1 Cache性能分析 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 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。 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 表1.1 不同容量下Cache的不命中率

(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 (6) 根据该模拟结果,能得出什么结论? 相同的地址流文件,Cache容量越大,Cache的不命中率越低,命中率越高,但当Cache 容量达到一定程度时,Cache的命中率将不变。 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),然后再表1.2中记录各种情况下的不命中率。 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。

Java网上订餐系统与分析大型实验报告

Java系统与分析大型实验报告设计题目:基于JavaEE的网上订餐系统 班级:软件801 姓名:*** 学号:*** 指导老师:*** 2011年12月

1、需求分析 网上订餐系统需要提供客户快捷、方便的订餐服务,开发本系统的具体要求如下: (1)在系统首页需要提供推荐菜单、热门菜单已经菜单搜索功能,方便用户快速选购自己喜欢的菜单。 (2)系统要求用户进行注册和登录。 (3)在用户订餐完毕后,需要能够自动计算菜单价格。同时在用户提交订单时,需要用户确定订单无误,同时还将自动生成订单号,并保存到系统的剪贴板中,方便用户保存订单号。 (4)系统还需要提供会员服务功能,会员每消费一块钱将增加一积分。同时在系统首页将显示积分榜,鼓励会员消费。 (5)系统需要提供菜单分类查看功能,从而方便用户选购。 2、功能分析 模块: 餐店简介模块:用来介绍餐店信息,例如餐店名称、联系人、地址、电话等。 美食分类模块:用来分类显示美食信息,可以通过单击菜单来查看菜单详细信息,可以发表评论信息。 订餐模块:点击菜单的订餐按钮,进入购物车,提供订餐功能。 会员中心模块:用来显示会员身份信息,并提供会员信息更新功能。 订单查询模块:负责订单的查询功能,提供订单时间、订单号查询功能。 功能说明用例图: 用户 查询菜单 提交订单 删除订单图1 用户用例图

管理员 查询菜单 添加菜单 删除菜单 查询订单 删除订单 图2 管理员用例图 3、系统设计 系统流程图: 身份识别 是否合法后台订餐页面 是查看美事信息放入购物车查看购物车提交订单查看订单否 评价美食 图3 前台系统流程图 身份识别 是否合法 后台订餐页面 是增加美食删除美事查看订单删除订单修改美事信息 否 图4 后台系统流程图

计算机组成原理习题答案解析(蒋本珊)

第一章 1.电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里 解:电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量,运算的过程是不连续的;电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量,运算的过程是连续的。 2.冯·诺依曼计算机的特点是什么其中最主要的一点是什么解:冯·诺依曼计算机的特点如下: ①计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成; ②计算机内部采用二进制来表示指令和数据; ③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作。 第③点是最主要的一点。 3.计算机的硬件是由哪些部件组成的它们各有哪些功能解:计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。它们各自的功能是: ①输入设备:把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去,并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。 ②输出设备:将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。 ③存储器:用来存放程序和数据。 ④运算器:对信息进行处理和运算。

⑤控制器:按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作。 4.什么叫总线简述单总线结构的特点。 解:总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路,它能分时地发送与接收各部件的信息。单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上,这个总线被称为系统总线。CPU 与主存、CPU 与外设之间可以直接进行信息交换,主存与外设、外设与外设之间也可以直接进行信息交换,而无须经过CPU 的干预。 5.简单描述计算机的层次结构,说明各层次的主要特点。 解:现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体,可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。 第0级为硬件组成的实体。 第1级是微程序级。这级的机器语言是微指令集,程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。 第2级是传统机器级。这级的机器语言是该机的指令集,程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。 第3级是操作系统级。从操作系统的基本功能来看,一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源,另一方面它又是传统机器的延伸。第4级是汇编语言级。这级的机器语言是汇编语言,完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。 第5级是高级语言级。这级的机器语言就是各种高级语言,通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。

计算机组成原理

1.用二进制代码表示的计算机语言称为(),用助记符编写的语言称为()。 2.计算机系统的三个层次结构由内到外分别是()、系统软件和()。 3.编译方式是使用编译程序把源程序编译成机器代码的(),并以()的形式保留。 4.计算机系统的层次结构中,位于硬件系统之外的所有层次统称为() 5.现在主要采用()结构作为计算机硬件之间的连接方式。 6.存储(),并按()顺序执行,这是()型计算机的工作原理。计 算机中有()在流动:一股是(),即操作命令,其发源地是(),它分散流向各个部件;另一股是(),它受()的控制,从一个部件流向另一个部件,边流动边加工处理。 7. 假定基准程序A在某计算机上的运行时间为100s,其中90s为CPU时间,其余为I/O时间。若CPU速度提高50%,I/O速度不变,则运行基准程序A所耗费的时间是()。 8. 至今为止,计算机中的所有信息仍以二进制方式表示,其理由是()。 A节约元件 B. 运算速度快C. 物理器件性能决定 D. 信息处理方便 9. 对计算机的软、硬件资源进行管理,是()的功能。 A. 操作系统 B. 数据库管理系统 C. 语言处理程序 D. 用户程序 10. 冯诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中,CPU区分它们的依据是() A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的

存储单元 11. 存储字长是指()。 A.存放在一个存储单元中的二进制代码的组合 B.存放在一个存储单元中二进制代码位数 C.存储单元的个数 D.机器指令的位数 12. 当前设计高性能计算机的重要技术途径是() A.提高CPU主频 B.扩大主存容量 C.采用非冯诺依曼 D.采用并行处理技术 13.兼容性是计算机的一个重要性能,通常是指向上兼容,即旧型号计算机的软件可以不加修改地在新型号计算机上运行。系列机通常具有这种兼容性。 14.计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令 15.利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上,这样的一块芯片叫做单片机 16.冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么?按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成?它们各起什么作用? 第三章 1.根据连线的数量,总线可分为()总线和()总线,其中()总 线一般用于长距离的数据传送。

计算机组成原理之Cache模拟器的实现

实验一Cache模拟器的实现 一.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以及这些方法对提高Cache性能的好处。 (4)理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响。 二、实验内容和步骤 1、启动Cachesim 2.根据课本上的相关知识,进一步熟悉Cache的概念和工作机制。 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。程序和数据具有局限性,即在一个较短的时间内,程序或数据往往集中在很小的存储器地址范围内。因此,在主存和CPU之间可设置一个速度很快而容量相对较小的存储器,在其中存放CPU当前正在使用以及一个较短的时间内将要使用的程序和数据,这样,可大大加快CPU访问存储器的速度,提高机器的运行效率 3、依次输入以下参数:Cache容量、块容量、映射方式、替换策略和写策略。Cache容量块容量映射方式替换策略写策略 8 32 全相联映射先进先出算法写回法(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,提示输入主存储器和高速缓存之间的assoiativity方法(主存地址到Cache地址之间的映射方式),1代表直接映射(固定的映射关系)、2代表组相联映射(直接映射与全相联映射的折中)、3代表全相联映射(灵活性大的映射关系)。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 Recently Used,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的读写操作,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。

计算机组成原理之Cache模拟器的实现

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

计算机组成原理模拟试题及参考答案

一、选择题 1.冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是______。 A.多指令流单数据流;B.按地址访问并顺序执行指令; C.堆栈操作;D.存储器按内容选择地址。 2.______表示法主要用于表示浮点数中的阶码。 A.原码B.补码C.反码D.移码 3.一个16K×32位的存储器,其地址线和数据线的总和是______。 A.48 B.46 C.36 D.40 4. 在指令的地址字段中,直接指出操作数本身的寻址方式,称为______。 A. 隐含寻址 B. 立即寻址 C. 寄存器寻址 D. 直接寻 址 5. 信息只用一条传输线,且采用脉冲传输的方式称为______。 A.串行传输 B.并行传输 C.并串行传输 D.分时传输 6. 和外存储器相比,内存储器的特点是______。 A.容量大、速度快、成本低 B.容量大、速度慢、成本高 C.容量小、速度快、成本高 D.容量小、速度快、成本低 7. 在CPU中,暂存指令的寄存器是______。 A. 数据寄存器 B. 程序计数器 C. 状态条件寄存器 D. 指令寄存器 8. EPROM是指______。 A. 读写存储器 B. 只读存储器 C. 可编程的只读存储器 D. 光擦除可编程的只读 存储器 9. 下列数中最小的数是______。 A.(1101001)2 B.(52)8 C.(133)8 D.(30)16 10. 假定下列字符码中有奇偶校验位,但没有数据错误,采用偶校验的字 符码是______。 A.11001011 B.11010110 C.11000001 D.11001001 11. 单地址指令中为了完成两个数的算术运算,除地址码指明的一个操作 数外,另一个数常需采用______。 A. 堆栈寻址方式 B. 立即寻址方式 C.隐含寻址方式 D. 间接寻址方式 12. 用于对某个寄存器中操作数的寻址方式称为______寻址。 A. 直接 B. 间接 C. 寄存器直接 D. 寄存器间接 13. 中央处理器(CPU)包含______。 A.运算器 B.控制器 C.运算器、控制器和cache D.运算器、控制器和主存 14. 在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是______。 A.主存地址寄存器 B.程序计数器 C.指令寄存器 D.状态条件寄存器 15. 在集中式总线仲裁中,______方式响应时间最快。 A.链式查询 B.计数器定时查询 C.独立请求 D.以上三种相同

根据spim的cache实验

汕头大学实验报告 学院: 工学院系: 计算机系专业: 计算机科学与技术年级: 13实验时间: 2015.6.16 姓名: 林子伦学号: 2013101030实验名称:基于SPIM-CACHE的Cache实验 一.实验目的: (1)熟悉SPIM-CACHE模拟器环境 (2)深入认识CACHE的工作原理及其作用。 二.实验内容: (1)阅读实验指导书资料(虚拟教室提供了英文论文的电子版本); (2)下载SPIM-CACHE软件,理解英文论文的基本内容之后,给出几种典型的cache配置,运行英文论文提供的代码,记录运行时CACHE命中率等重要数据;(3)运行Fig.4代码,了解mapping functions 即映射规则 (4)运行Fig.7代码,了解temporal and spatial locality 即时空局部性,进一步理解cache的工作原理; (5)运行Fig.8代码,运行学习replacement algorithms 即替代算法,理解其工作原理。 三.实验地点,环境 实验地点:软件工程实验室 实验环境: 操作系统:Microsoft Windows 8 中文版 处理器:Intel(R) Core(TM) i3-3120M CPU @ 2.50GHz 2.50GHz 内存: 4.00GB(3.82GB 可用) 四.实验记录及实验分析(80%): 4.1实验前配置: 1) 按下图配置好Spim设置

2)关于实验中cache设置如下(具体配置根据下面实验要求) ——》 ——》 Cache size ——cache大小 Block size ——块大小 Mapping ——组相连 4.2实验一:fig4.s 实验目的:Algorithm and corresponding code to study mapping functions Cache配置:256-B size, 16-B line size, four-way set associative 实验操作: 1) Ctrl+O 打开运行代码fig4.s 代码如下: .data 0x10000480 Array_A: .word 1,1,1,1,2,2,2,2 .data 0x10000CC0 Array_B: .word 3,3,3,3,4,4,4,4 .text .globl _start _start: la $2,Array_A li $6,0 li $4,8 loop: lw $5,0($2) add $6,$6,$5 addi $2,$2,4

Cache命中率分析工具的使用(附源代码)

题目:安装一种Cache命中率分析工具,并现场安装、演示。 一、什么是CPU-Cache CPU缓存(Cache Memory)是位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容 量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。高速缓存的出现主要是为了解 决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾,因为CPU运算速度要比内存读 写速度快很多,这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。 在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可先缓存中调用,从而加快读取速度。CPU包 含多个核心,每个核心又有独自的一级缓存(细分成代码缓存和数据缓存)和二 级缓存,各个核心之间共享三级缓存,并统一通过总线与内存进行交互。 二、关于Cache Line 整个Cache被分成多个Line,每个Line通常是32byte或64byte,Cache Line 是Cache和内存交换数据的最小单位,每个Cache Line包含三个部分 Valid:当前缓存是否有效 Tag:对应的内存地址 Block:缓存数据 三、Cache命中率分析工具选择 1、Linux平台:Valgrind分析工具; 2、Windows平台如下: java的Jprofiler; C++的VisualStudio2010及以后的版本中自带profile工具; Application Verifier; intel vtune等。 四、选用Valgrind分析工具在Linux-Ubuntu14.04环境下实验 1.Valgrind分析工具的常用命令功能: memcheck:检查程序中的内存问题,如泄漏、越界、非法指针等。 callgrind:检测程序代码的运行时间和调用过程,以及分析程序性能。 cachegrind:分析CPU的cache命中率、丢失率,用于进行代码优化。 helgrind:用于检查多线程程序的竞态条件。 massif:堆栈分析器,指示程序中使用了多少堆内存等信息。 2.Valgrind分析工具的安装: 使用Ubuntu统一安装命令:sudo apt-get install valgrind 之后等待安装完成即可。 安装界面如图(由于我已经安装了此工具,而且没有更新的版本,图上结果为无可用升级)。

cache性能分析实验报告

计算机系统结构实验报告 名称: Cache性能分析学院:信息工程 姓名:陈明 学号:S121055 专业:计算机系统结构年级:研一

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.了解Cache的容量、相联度、块大小对Cache性能的影响; 3.掌握降低Cache失效率的各种方法,以及这些方法对Cache性能提高的好处; 4.理解Cache失效的产生原因以及Cache的三种失效; 5.理解LRU与随机法的基本思想,及它们对Cache性能的影响; 实验平台 Vmware 虚拟机,redhat 9.0 linux 操作系统,SimpleScalar模拟器 实验步骤 1.运行SimpleScalar模拟器; 2.在基本配置情况下运行程序(请指明所选的测试程序),统计Cache总失效 次数、三种不同种类的失效次数; 3.改变Cache容量(*2,*4,*8,*64),运行程序(指明所选的测试程序), 统计各种失效的次数,并分析Cache容量对Cache性能的影响; 4.改变Cache的相联度(1路,2路,4路,8路,64路),运行程序(指明所 选的测试程序),统计各种失效的次数,并分析相联度对Cache性能的影响; 5.改变Cache块大小(*2,*4,*8,*64),运行程序(指明所选的测试程 序),统计各种失效的次数,并分析Cache块大小对Cache性能的影响; 6.分别采用LRU与随机法,在不同的Cache容量、不同的相联度下,运行程序 (指明所选的测试程序)统计Cache总失效次数,计算失效率。分析不同的替换算法对Cache性能的影响。 预备知识 1. SimpleScalar模拟器的相关知识。详见相关的文档。 2. 复习和掌握教材中相应的内容 (1)可以从三个方面改进Cache的性能:降低失效率、减少失效开销、减少Cache命中时间。 (2)按照产生失效的原因不同,可以把Cache失效分为三类: ①强制性失效(Compulsory miss)

计算机组成原理模拟试题

《计算机组成原理》模拟试题 一、填空选择题(每空1分,共30分) 1.______表示法主要用于表示浮点数中的阶码。 A. 原码 B. 补码 C. 反码 D. 移码 2.下列有关运算器的描述中,______是正确的。 A.只做算术运算,不做逻辑运算 B. 只做加法 C.能暂时存放运算结果 D. 既做算术运算,又做逻辑运算 3. CPU主要包括______。 A.控制器 B.控制器、运算器、cache C.运算器和主存 D.控制器、ALU和主存 4、针对8位二进制数,下列说法中正确的是。 A、-127的补码为10000000 B、-127的反码等于0的移码 C、+1的移码等于-127的反码 D、0的补码等于-1的反码 我的答案:B 5、已知定点整数x的原码为,且,则必有。 A、 B、 C、,且不全为0 D、,且不全为0 我的答案:A得分: 14.3分 6、已知定点小数x的反码为,且,则必有。 A、 B、

C、不全为0 D、 我的答案:D得分: 14.3分 7、若某数x的真值为-0.1010,在计算机中该数表示为1.0110,则该数所用的编码方法为码。 ?A、原 ?B、补 ?C、反 ?D、移 我的答案:B得分: 14.3分 8、某机字长为32位,采用定点小数表示,符号位为1位,尾数为31位,则可表示的最大正小数为①,最小负小数为②。 A、 B、 C、 D、 我的答案:CD 9、指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是。 A、实现存储程序和程序控制 B、缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性 C、可以直接访问外存 D、提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度 正确答案:B 我的答案:B得分: 12.5分 10、变址寻址方式中,操作数的有效地址是______。 A、基址寄存器内容加上形式地址(位移量) B、程序计数器内容加上形式地址 C、变址寄存器内容加上形式地址

Cache模拟器实验报告

Cache模拟器 一、实验目标: 程序运行时,都会对内存进行相关操作,所访问的内存地址可以被记录下来,形成memory trace文件。在本实验中,你将使用benchmark 程序产生的memory trace文件来测试Cache命中率,文件可以在https://www.360docs.net/doc/232063695.html,/classes/fa07/cse240a/proj1-traces.tar.gz上获得。每次存储器访问都包含了三个信息: 1.访问类型,’l’表示Load操作,’s’表示Store操作; 2.地址。采用32位无符号的十六进制表示; 3.存储器访问指令之间的间隔指令数。例如第5条指令和第10条指 令为存储器访问指令,且中间没有其他存储器访问指令,则间隔指令数为4。 通过写一段程序,模拟Cache模拟器的执行过程。 二、实验要求: 写一段程序模拟Cache模拟器的执行过程,并对5个trace文件进行测试,完成以下目标: 1.请统计Load类型指令和Store类型指令在这5个trace文件中的指令比例。 2.设Cache总容量为32KB,对以下所有参数进行组合(共有72种组合),测量相应5个文件的Cache命中率。通过对命中率的分析,可以发现什么规律。

行大小:32字节、64字节、128字节 相连度:8路相联、4路相联、2路相联、1路相联 替换策略:FIFO,随机替换,LRU 写策略:写直达、写回 3. 给出5个文件的最佳Cache命中率的参数组合。针对不同的trace 文件,最佳配置是否相同。 4. 测量各种组合下Cache和主存之间的数据传输量。 5. 给出5个文件的最小数据传输量的参数组合。这个组合和第3问中得到的组合是否一致。针对不同的trace文件,最佳配置是否相同。 6. Cache缺失有三种原因:1)强制缺失;2)容量缺失;3)冲突缺失。分析这三种缺失并说明你的分析方法。 7. 请给出5个trace文件在最优Cache命中率的情况下,这三种缺失所占的比例,并和教材图C.8给出的比例进行比较。 三、程序设计与实现: 本程序我打算采用java进行编写,因为java能够很好地体现面向对象编程的优点。首先需要定义相关的数据类型。 将指令定义为一个单独的指令类,好方便操作和记录统计,其中属性包括该指令的类型,比如是Load指令还是Store指令,还包括指令的地址。 class Instruction { String type; String addrs; }

大连理工大学计算机系统结构实验-实验四

大连理工大学实验报告计算机系统结构实验 实验四Cache性能分析 学院(系):电子信息与电气工程学部专业:计算机科学与技术 学生姓名: 班级: 学号: 大连理工大学 Dalian University of Technology

实验四Cache性能分析 一、实验目的和要求 (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以及这些方法对提高Cache性能的好处。 (4)理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响。 二、实验步骤与操作方法 1、Cache容量对不命中率的影响。 (1)启动MyCache。 (2)用鼠标单击“复位”按钮,把各参数设置为默认值。 (3)选择一个地址流文件。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”按钮即可执行),然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表不同容量下Cache的不命中率 (5)以容量为横坐标,画出不命中率随Cache容量变化而变化的曲线,并指明地址流文件名。

(6)根据该模拟结果,你能得出什么结论? 答:随着Cache容量的增大,不命中率降低,但是降低的幅度由较大差别,Cache容 量足够大以后,不命中率降到一定程度以后,降低效果不再明显。 2.相联度对不命中率的影响 (1)用鼠标单击“复位”按钮,把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。 (3)选择不同的Cache相联度,包括2路、4路、8路、16路和32路。分别执行模拟器,然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表当容量为64KB时,不同相联度下Cache的不命中率 (4)把Cache的容量设置为256KB,重复(3)的工作,并填写下表。 表当容量为256KB时,不同相联度下Cache的不命中率 (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。

计算机系统结构实验报告

计算机系统结构实验报告 一.流水线中的相关 实验目的: 1. 熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用,熟悉DLX指令集结构及其特点; 2. 加深对计算机流水线基本概念的理解; 3. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作; 4. 加深对数据相关、结构相关的理解,了解这两类相关对CPU性能的影响; 5. 了解解决数据相关的方法,掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。 实验平台: WinDLX模拟器 实验内容和步骤: 1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序: 求阶乘程序fact.s 求最大公倍数程序gcm.s 求素数程序prim.s 分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序,观察程序在流水线中的执行情况,观察 CPU中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX的操作和使用。 2. 用WinDLX运行程序structure_d.s,通过模拟找出存在资源相关的指令对以及导致资源相 关的部件;记录由资源相关引起的暂停时钟周期数,计算暂停时钟周期数占总执行周期数的 百分比;论述资源相关对CPU性能的影响,讨论解决资源相关的方法。 3. 在不采用定向技术的情况下(去掉Configuration菜单中Enable Forwarding选项前的勾选符),用WinDLX运行程序data_d.s。记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的 总时钟周期数,计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。 在采用定向技术的情况下(勾选Enable Forwarding),用WinDLX再次运行程序data_d.s。重复上述3中的工作,并计算采用定向技术后性能提高的倍数。 1. 求阶乘程序 用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。这个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准 输入读入一个整数,求其阶乘,然后将结果输出。 该程序中调用了input.s中的输入子程序,这个子程序用于读入正整数。 实验结果: 在载入fact.s和input.s之后,不设置任何断点运行。 a.不采用重新定向技术,我们得到的结果

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