cache性能分析实验报告
体系结构试验报告(cache存储过程)
体系结构实验报告实验目的通过程序，模拟cache存储过程，并通过控制变量法模拟分析Cache性能实验步骤:我们要通过老师所给程序进行模拟，并通过操作系统试验中老师所给算法生成出project.txt ，并通过project.txt 里面的数据来模拟程序的局部性等特性。
实验结果1、比较关联方式，控制blockSize, CacheSize 不变:（1）、Direct_mapped(2) 、Set_associate:(3) 、Fully_associate通过上述三个比较可以看出，各种映射有自己的优点。
但是不难看出，增大关联度会减小miss rate，但是增加到一定程度又会有抑制作用。
2.比较Cache大小对于性能的影响。
（1）、Direct_mapped，Cache容量为64 时：(2rDirecflmapped〉Cache朿*R128 手(3r Direcflmapped〉Cache助*R256口F一pwsef 峑s 2O J I 0\^J.e e K ^g 63-L w g <J g -f aJnnnrEd理"巧 nmrMecIrlxMLH肆一事呼LJw匸-dJ-LUfJF U »»a iB cinIJr ltRn x li 黑鱼*=£1K s 1!蚯c a p w p llrt t M:C4mw JLl n rll n i H HHi L n h != l£lx-瞌忻恥f*<41.匸«F 23L L/2\.*X «礼 j !H F i <n对比实验结果，不难发现，随着Cache容量的增加，Cache的命中率一直在提升。
分析原因发现，虽然Cache容量大了，但并不等于其预存的内容增多，所以命中率会上升。
3、比较Cache大小对于性能的影响。
（1）、Direct_mapped，关联度为 1 时：(2)、Direct_mapped，关联度为2 时:(3)、Direct_mapped，关联度为4 时:(4) 、Direct mapped ，关联度为 8 时:I ■ C -\LI wrs 1.11uwei mo\Dw_-m e ts'_Vi EUUI I ^tud o l£f Pre e-crE\tt. q\Dfft!uq\ti'g.-i-j rIE Is-* -IrMHiF OP n tiny Ret U <A lun f 1± flhissH41# a 聊C4pnic4tv Conflictnx5S(5) 、Direct map ped ，关联度为 16 时:可以看出，随着关联度的提高，命中率也有所增加Canipuilsnry 1XSE-hH MuflfafiP = I44.MIUUM1Ace R -S3 NumWr ■寸-F口寸 灭 」eqlunu>loo-q〈 p ①ddelu —10①」一q <(L)S33I・鹫詡M us y u s L l's童wr#*■L 書-E .f n -sr e U F K e$us.H92m £百1-■阿*E戏*%贰％严一&丫A*u-uk s ?£Lc 』 C3"f l a毒* 1和4£sE E *B J W11v m 「>!5q言石-d ^l L l e l迟E n p xll -,.I 曰右号v d d -o'w -o M n 「口釜l Y ci-te L ^R 」eqlunu>loo-q 〈 p ①ddelu —10①」Q <通过以上三组数据不难看出，当block number增加时，命中率明显增高了。
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/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。
Cache性能分析
第22卷第1期新乡教育学院学报2009年3月 V ol.22,N o.1JOURNA L OF XINXIANG E DUCATION COLLEGE M AR,2009 Cache性能分析Ξ程军锋(陇南师范高等专科学校,甘肃陇南742500)摘 要:随着计算机CPU的速度越来越快,计算机主存和CPU之间速度差异问题也日益突出,已经严重影响了计算机系统性能的提高。
现已有多种技术改进主存的存取速度来提高计算机系统性能,其中通过Cache提高存储系统速度是广泛采用的一种技术。
笔者主要介绍Cache的基本工作原理,同时也分析了引入Cache后计算机系统的性能,并介绍了一些改进Cache性能的方法。
关键词:高速缓冲存储器;命中率;加速比;失效;映射中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1672Ο3325(2009)01Ο0111Ο03作者简介:程军锋(1980Ο),男,甘肃礼县人,助教。
研究方向:计算机基础理论教学。
计算机发展到现在,CPU主频的提升使得计算机系统性能有了极大地提高,但计算机系统性能提高不仅取决于CPU的性能,还与系统结构、指令系统、数据在各部件间的传送速度及存储部件的存取速度等因素有密切关系,特别是与CPU和主存之间的存取速度有着很大的关系。
如果CPU工作速度较快,而主存访问速度相对较慢,这样就会造成CPU 等待,浪费CPU的性能,降低处理器速度,进而影响计算机整体性能。
长期以来,计算机工作者一直研究解决主存与CPU的速度差异问题的方法,已有多种技术用来提高主存的访问速度,其中通过Cache(高速缓冲存储器)来提高存储系统速度就是一种有效的技术。
Cache是容量较小但速度快的半导体随机存储器,位于CPU和大容量主存之间,但存取速度比主存快得多。
它的作用是为CPU提供一个速度与之相当,而容量与主存相同的存储系统,以解决CPU和主存间速度不匹配的一项技术。
这种技术可在计算机系统成本增加很小的前提下,使计算机性能得到明显的提升。
8 VxWorks操作系统Cache试验
#elif defined(CPU_940T) || defined(CPU_940T_T) mmuArm940tLibInstall (NULL, NULL);
三 实验步骤
1. 参照实验 2 和实验 3 下载编译生成的 VxWorks 映象文件，在 VxWorks 的 Target Shell 中观察启动过程，主要是观察从 go 0x30010000 命令后到启动到 Target Shell 的启动过程所 花费的时间，此时正常应该为 1 秒钟左右。
2. 在实验 2 的工程的组件配置窗口中将 hardware→memory→enable cache 组件使用右键 菜单的 Exclude ‘enable cache’选项将 enable cache 功能去掉。然后重新编译工程并使用 gen bin 工具产生新的映象文件二进制代码。
五 实验报告书编写要点
1. 下载实验 3 中的 VxWorks 操作系统映象的二进制代码，并运行，观察启动时间； 2. 配置内核，去掉 enable cache 组件； 3. 重新下载编译后的内核并运行，观察启动时间，并与 1 的时间进行比较。
六 编程指导内容
VxWorks 的 BSP 中与 Cache 相关的代码主要在什么地方，怎样查找？ 解答：
3. 下载新的映象文件二进制代码到目标板，并运行，观察启动过程，主要是观察从 go 0x30010000 命令后到启动到 Target Shell 的启动过程所花费的时间，此时正常应该为 6 秒钟 左右。速度比第 1 步中的启动过程慢了很多，此时说明 cache 已经关闭。
计算机组成原理实验报告-Cache模拟器的实现
计算机组成原理实验报告-Cache模拟器的实现实验内容：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。
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256KB 8 Byte 直接映射------ -------64KB 32 Byte 4路组相联 LRU -------64KB 32 Byte 4路组相联随机--------8KB 64 Byte 全相联 LRU ---------4、读取cache-traces.zip中的trace文件。
5、运行程序，观察cache的访问次数、读/写次数、平均命中率、读/写命中率。
思考：1、Cache的命中率与其容量大小有何关系？2、Cache块大小对不命中率有何影响？3、替换算法和相联度大小对不命中率有何影响？实验步骤与预习：实验步骤：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。
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。
4、读取cache-traces.zip中的trace文件。
5、运行程序，观察cache的访问次数、读/写次数、平均命中率、读/写命中率。
预习：Cache:高速缓冲存储器高速缓冲器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片（SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。
Cache的功能是用来存放那些近期需要运行的指令与数据。
目的是提高CPU对存储器的访问速度。
工作机制：主要由三大部分组成：Cache存储器：存放由主存调入的指令与数据块。
地址转换部件：建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。
替换部件：在缓存已满时按照一定的策略进行数据块替换，并修改地址转换部件。
实验结果：一般而言，cache用量越大，其cpu命中率越高，当然容量也没必要太大，当cache 容量达到一定的值时，命中率不因容量的增大而有明显的提高。
计组实验报告
计组实验报告【实验名称】：基于MIPS的Cache设计与实现【实验目的】：通过设计、模拟和测试基于MIPS的Cache，理解和掌握Cache的基本原理和实现方法，加深对计算机组成原理的理解和应用。
【实验设备】：Xilinx ISE Design Suite 14.7、Verilog HDL仿真工具、Mars模拟器。
【实验原理】Cache是计算机系统中重要的存储器层次结构，它可以提高访问速度，降低访问延迟。
Cache是一种由高速存储器和控制电路组成的存储器，它的作用是缓存主存中最近使用过的指令和数据，当下一次需要使用这些指令和数据时，可以直接从Cache中获取，而不需要访问主存，从而提高访问速度。
计算机系统中的Cache存储器既可以用硬件实现，也可以用软件实现。
MIPS Cache包括指令Cache和数据Cache两个部分。
指令Cache用于存储CPU需要的指令，而数据Cache用于存储CPU需要的数据。
Cache中的每一个存储块叫做一个Cache 行，每一个Cache行包括若干字块，每一个字块包括若干字节。
Cache行的大小一般是2^n 个字节。
Cache使用一种叫做Cache命中的技术，通过判断当前CPU需要的数据是否在Cache中来确定是否需要访问主存。
如果当前CPU需要的数据在Cache中，则称为Cache命中，可以直接从Cache中获取数据；如果当前CPU需要的数据不在Cache中，则称为Cache未命中，需要从主存中获取数据。
Cache有三种常见的替换算法：随机替换算法、先进先出（FIFO）替换算法和最近最少使用（LRU）替换算法。
随机替换算法是最简单的方法，它实现起来比较简单，但是效率不高。
FIFO替换算法是一种比较简单的替换算法，它在实现的时候需要维护一个队列来保证替换最早进入Cache的数据，但是这种算法无法适应程序的访存局部性。
LRU替换算法是一种比较复杂的替换算法，它需要维护一个使用时间序列来记录各数据块被使用的时间，当需要替换时，选择使用时间最旧的数据块替换掉。
实验7—— 基于Cache的矩阵乘积算法性能改善实验——计师2班白涵冰
c[i*size+j]+=a[i*size+k]*b[k*size+j];
}
gettimeofday(&time2,NULL);
_sec-=_sec;
_usec-=_usec;
if(_usec<0L)
2000
2500
3000
一般算法执行时间
0.13266
0.727523
9.693668
44.396581
77.960258
184.975176
311.309863
程序1：
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
main(intargc,char*argv[])
5.61707
17.696994
38.165972
76.3326
127.5312
加速比
0.46
1.2
1.72
2.51
2.04
2.42
2.44
实验总结：
通过本次实验了解Cache对系统性能的影响知道了cache是如何提高计算机的性能的，通过对程序的优化终于看到了比较惊人的结果。本次实验收获颇多，受益匪浅。
for(j=0;j<size;j++)
{
a[i*size+j]=(float)(rand()%1000/100.0);
c[i*size+j]=(float)(rand()%1000/100.0);
}
gettimeofday(&time1,NULL);
西安交大计算机系统结构实验报告.
《计算机系统结构课内实验》实验报告第一次实验：记分牌算法和Tomasulo算法第二次实验：cache性能分析班级：物联网21姓名：李伟东学号：2120509011日期：2015.5.21第一次实验：记分牌算法和Tomasulo算法一、实验目的及要求1. 掌握DLXview模拟器的使用方法；2. 进一步理解指令动态调度的基本思想，了解指令动态调度的基本过程与方法；3. 理解记分牌算法和Tomasulo算法的基本思想，了解它们的基本结构、运行过程；4. 比较分析基本流水线与记分牌算法和Tomasulo算法的性能及优缺点。
二、实验环境DLXview模拟器三、实验内容1.用DLX汇编语言编写代码文件*.s（程序中应包括指令的数据相关、控制相关以及结构相关），以及相关的初始化寄存器文件*.i和数据文件*.d；2.观察程序中出现的数据相关、控制相关、结构相关，并指出三种相关的指令组合；四、实验步骤将自己编写的程序*.s、*.i、*.d装载到DLXview模拟器上，（1）分别用基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法模拟，针对每一种模拟做如下分析：①统计程序的执行周期数和流水线中的暂停时钟周期数；②改变功能部件数目重新模拟，观察并记录性能的改变；③改变功能部件延迟重新模拟，观察并记录性能的改变；论述功能部件数目、功能部件延迟对性能的影响。
（2）记录运行记分牌算法时的功能部件状态表和指令状态表；（3）记录运行Tomasulo算法时的指令状态表和保留站信息；五、实验结果1）基本流水线原始即加法延迟2，乘法延迟5，实验结果显示该段程序运行了11个时钟周期增加了一个除法器。
加法器延迟2，乘法器延迟5，除法器延迟19。
实验结果显示该段程序运行了11个时钟周期。
增加除法器对程序的执行无影响。
加法器延迟2，乘法器延迟6，无除法器。
实验结果显示该段程序运行了12个时钟周期乘法器的延迟对程序执行有有影响。
加法器延迟1，乘法器延迟5。
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计算机系统结构实验报告
名称： Cache性能分析学院：信息工程
*名：**
学号：S******
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、。