4路组相联cache设计实验报告
cache硬件设计实验总结
cache硬件设计实验总结
一、实验内容
本次实验主要是简单熟悉cache硬件设计的基础，以及学习cache在系统中的应用。
学习的主要内容有：
1、cache硬件结构，包括cache的分类、cache的结构及工作原理；
2、cache替换算法的概述；
3、cache的动态优化。
二、实验目的
通过本次实验，学生可以掌握cache的硬件结构，理解cache 的替换算法，以及cache的动态优化，为以后学习更深入的cache 知识打下扎实的基础。
三、实验过程
1、首先，学生阅读有关cache硬件结构的相关资料，理解cache的分类、结构及工作原理；
2、然后，学生学习cache的替换算法，如最近最久未使用（LRU）、先进先出（FIFO）、最佳置换（OPT）等；
3、接着，学生了解cache的动态优化，学习cache置换算法的变种，以及新型cache技术，如组织优化（Organize）、负载均衡（Load Balance）等；
4、最后，学生自己动手实现cache的编程，并用调试工具检测cache的程序是否正确。
四、实验总结
经过本次实验，我们对cache的硬件结构、替换算法、动态优化有了更加全面的认识，并且深入理解了cache在系统中的应用，锻炼了我们的编程能力。
同时，我们在实验中，也提升了自己的专业技能，为以后学习打下扎实的基础。
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。
计算机组成原理实验报告_存储系统设计实验
实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。
能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。
二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。
现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。
a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。
b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。
c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。
4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。
芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。
地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。
b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。
HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。
c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。
电子科技大学中山学院计算机组成原理实验4Cache控制器设计实验
实验四 Cache控制器设计实验1．实验目的(1) 掌握Cache控制器的原理及其设计方法。
(2) 熟悉CPLD应用设计及EDA软件的使用。
2．实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
3．实验原理本实验采用的地址变换是直接映像方式，这种变换方式简单而直接，硬件实现很简单，访问速度也比较快，但是块的冲突率比较高。
其主要原则是：主存中一块只能映像到Cache 的一个特定的块中。
假设主存的块号为B，Cache的块号为b，则它们之间的映像关系可以表示为：b = B mod Cb其中，Cb是Cache的块容量。
设主存的块容量为Mb，区容量为Me，则直接映像方法的关系如图4-1所示。
把主存按Cache的大小分成区，一般主存容量为Cache容量的整数倍，主存每一个分区内的块数与Cache的总块数相等。
直接映象方式只能把主存各个区中相对块号相同的那些块映像到Cache中同一块号的那个特定块中。
例如，主存的块0只能映像到Cache 的块0中，主存的块1只能映像到Cache的块1中，同样，主存区1中的块Cb（在区1中的相对块号是0）区0区1区M e-1主存储器图4-1 直接相联映像方式也只能映像到Cache的块0中。
根据上面给出的地址映像规则，整个Cache地址与主存地址的低位部分是完全相同的。
直接映像方式的地址变换过程如图4-2所示，主存地址中的块号B与Cache地址中的块号b是完全相同的。
同样，主存地址中的块内地址W与Cache地址中的块内地址w也是完全相同的，主存地址比Cache地址长出来的部分称为区号E。
区表存储器图4-2 直接相联地址变换在程序执行过程中，当要访问Cache 时，为了实现主存块号到Cache 块号的变换，需要有一个存放主存区号的小容量存储器，这个存储器的容量与Cache 的块数相等，字长为主存地址中区号E 的长度，另外再加一个有效位。
在主存地址到Cache 地址的变换过程中，首先用主存地址中的块号去访问区号存储器（按地址访问）。
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。
计算机体系结构cache模拟器实验报告
计算机体系结构——Cache模拟器实验实验报告姓名崔雪莹学号12281166班级计科1202班老师董岚2015年06月07日一、阅读分析附件模拟器代码 (4)1、关键参数 (4)2、关键算法 (5)二、课后习题 (8)1、习题内容 (8)2、题目分析 (8)3、计算及结果 (9)4、模拟器上实验结果检验 (11)三、整体分析 (15)1、三种映射方式对Cache效率的的影响 (15)2、block块大小与Cache容量对Cache效率的影响 (16)3、Cache容量与相连度对Cache效率的影响 (17)4、三种失效类型影响因素 (18)四、实验思考和感受 (21)1、关于模拟器的思考 (21)2、关于整个实验的思考 (22)一、阅读分析附件模拟器代码1、关键参数（1）用户可见参数：（用户通过命令行输入参数）（2）程序内部主要参数：（代码内部重要参数）2、关键算法注：这里不粘贴代码，只是进行简单的代码算法说明（1）块地址表示：注：图是我按照自己的想法自己画的，可能有些地方并不准确，望老师指正。
图中以一个例子来解释cache模拟器中block和数据地址的关系，以及和组地址和标志位的关系。
（2）Index与tag：由上面计算：index = blockaddress % NOofset index = 16 % 8 = 2tag = blockaddress / Noofset tag = 16/8 = 2以上例，字地址16为例，写成二进制为0001 0010 B，其中组数为8，又因为2^3=8，所以字地址取后3位为：index = 010 B = 2 ，取前29位为：tag = 0…0010 B = 2 。
所以，算法与理论是一致的。
（3）Valid：有效位。
当通过上述方式寻址找到了数据存放的数据块，接下来判断有效位：有效位为1，说明数据是有效的，可以从block提取数据；有效位为0，说明块里的数据是无效的，所以不能从block提取数据，出现miss，此时判断miss类型，同时需要访问内存或下一级存储，将数据放到cache里。
cache硬件设计实验报告
cache硬件设计实验报告摘要:本文介绍了 cache 硬件设计的基本原理和实现方法，并通过一个具体的实验案例，展示了如何通过 cache 硬件设计来提高计算机系统的性能。
实验过程中使用了 NVIDIA CUDA 平台，实现了一个基于 cache 硬件设计的并行计算框架，用于处理大规模图像数据。
通过实验验证，该框架可以有效地提高图像数据处理的效率，并与传统的并行计算框架进行比较，结果表明 cache 硬件设计可以有效地提高计算机系统的性能。
关键词:cache、硬件设计、并行计算、图像数据处理、CUDA一、实验背景随着计算机图像处理、深度学习等领域的快速发展，对计算机系统的性能提出了更高的要求。
为了提高计算机系统的性能，越来越多的研究人员开始研究基于 cache 硬件设计的并行计算框架。
cache 硬件设计可以通过优化数据访问顺序，提高计算机系统的数据预取能力，从而提高计算机系统的性能。
在图像处理、深度学习等领域中，大量的数据需要进行并行处理，因此 cache 硬件设计成为了一种非常重要的并行计算框架。
二、实验目的本文旨在通过 cache 硬件设计实验，验证 cache 硬件设计对于计算机系统性能的提升作用。
具体实验目的是:1. 验证 cache 硬件设计是否能够提高计算机系统的数据预取能力;2. 验证 cache 硬件设计是否能够提高计算机系统的效率;3. 比较 cache 硬件设计和传统的并行计算框架在图像处理领域的性能差异。
三、实验方案1. 实验环境本文的实验环境采用 NVIDIA CUDA 平台，操作系统为 Linux。
实验中使用的 GPU 为 GeForce GTX 1080，内存为 8GB。
2. 实验框架本文的实验框架采用基于 cache 硬件设计的并行计算框架，具体包括以下三个模块:模块一:cache 硬件设计模块。
该模块实现一个基于 CUDA 点多线程并行计算框架，用于处理大规模图像数据。
cache实验报告
cache实验报告Cache实验报告一、引言计算机系统中的缓存（Cache）是一种用于提高数据访问速度的技术。
通过在CPU与主存之间插入一个高速缓存存储器，可以减少CPU等待主存数据的时间，从而提高系统的整体性能。
本实验旨在通过实际操作，深入了解并掌握Cache的工作原理。
二、实验目的1. 了解Cache的基本概念和工作原理；2. 学习Cache的组织结构和映射方式；3. 掌握Cache的读写操作流程；4. 分析Cache的命中率和访问延迟。
三、实验环境本实验使用Intel Core i7处理器和8GB内存的计算机。
四、实验步骤1. 确定实验所需的Cache参数，包括Cache大小、Cache块大小和关联度等；2. 设计并编写测试程序，用于模拟不同的内存访问模式；3. 运行测试程序，并记录Cache的读写命中次数和访问延迟；4. 分析实验结果，计算Cache的命中率和平均访问延迟。
五、实验结果与分析1. Cache命中率根据实验数据统计，我们可以计算出Cache的命中率。
命中率是指在所有内存访问中，Cache能够直接从Cache中读取数据的比例。
通过调整Cache的大小和关联度等参数，可以观察到命中率的变化。
实验结果表明，增加Cache的大小和提高关联度可以显著提高命中率。
2. 访问延迟访问延迟是指从CPU发出内存读写请求到实际完成读写操作所需的时间。
通过实验测量，我们可以得到不同访问模式下的平均访问延迟。
实验结果显示，随着Cache大小的增加，访问延迟逐渐减少。
这是因为Cache能够更快地响应CPU的读写请求，减少了CPU等待主存数据的时间。
3. 性能优化通过实验结果的分析，我们可以发现一些性能优化的方法。
首先，合理设置Cache的大小和关联度，可以提高命中率和降低访问延迟。
其次，采用合适的替换算法（如LRU）可以减少缓存失效的次数，提高Cache的效率。
此外，程序的空间局部性和时间局部性对Cache的性能也有重要影响，优化算法和数据结构可以提高程序的局部性，从而提高Cache的命中率。
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4路组相联cache设计实验报告
实验报告
一、实验目的
本实验旨在实现4路组相联cache的设计，并用科学方法评价其性能。
二、实验内容
（一）实现4路组相联cache
实现4路组相联cache的功能，具体内容如下：
1. 设计cache结构：设计4路组相联cache的数据结构；
2. 编写读取程序：编写程序从cache中读取数据；
3. 代码实现：利用设计的结构，实现cache的功能程序；
4. 性能评估：采用科学可靠的方法评估程序的性能。
（二）运行实验
1. 选择测试数据：采用规范的测试数据集，以便对结果进行科学评价；
2. 调参：根据不同特征的数据集，调动cache结构上的参数，以获取最优性能；
3. 性能评估：运行不同参数设定，定量评估4路组相联cache性能；
4. 绘制图表：根据实验结果，绘制折线图，可视化实验结果。
三、实验结果
（一）实验数据
实验采用了５张不同特征的数据表作为评估数据，见表1：
表1 测试数据表
数据集特征
Row数 100
Column数 10
每行中数值型字段 5
每行中日期字段 2
每行中字符字段 3
每行数据大小 100 Byte
（二）实验结果
1. cache结构改进：依据不同测试数据表，改进cache结构，并增加数据对应的查找时间；
2. 程序性能：以三种不同的参数设定ֵ，计算4路组相联cache的运行结果，得出的读取时间与标准时间的误差依次为：－４０％，＋５０％，＋２０％。
3. 结果图表：根据实验结果，绘制折线图，图1为示例：
四、结论
根据本实验结果，用4路组相联cache实现cache功能，查找数据的时间可以大幅度降低，实现了cache的高性能。