实验3 Cache性能分析

实验3 Cache性能分析

3.1 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的容量、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Cache性能提高的好处； 4. 理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响；

3.2 实验平台

实验平台采用Cache模拟器MyCache。

3.3 实验内容及步骤

首先要掌握MyCache模拟器的使用方法。 3.3.1 Cache的容量对不命中率的影响 1. 启动MyCache模拟器。

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、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），然后在表5.1中记录各种情况下的不命中率。

表5.1 不同容量下Cache的不命中率 Cache的容量（KB） 2 4 8 16 32 64 128 256 9.87% 7.19% 4.48% 2.65% 1.42% 0.89% 0.60% 0.49% 不命中率 地址流文件名： E:\\cjh\\系统结构模拟器\\MyCache模拟器\\地址流\\all.din 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。

不命中率随Cache容量变化图12.00%10.00%8.00%6.00%4.00%2.00%0.00%248163264128

6据结果，你能得出什么结论？

不命中率不命中率Cache容量（KB）3.3.2 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的容量为64KB。 2. 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，从本模拟器所在的文件夹下的“地址流”文件夹中选取。

3. 选择不同的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”按钮即可执行），然后在表5.2中记录各种情况下的不命中

率。

表5.2 当容量为64KB时，不同相联度下Cache的不命中率 相联度 1 2 4 8 16 32 1.97% 1.15% 0.99% 0.93% 0.92% 0.91% 不命中率

地址流文件名： E:\\cjh\\系统结构模拟器\\MyCache模拟器\\地址流\\cc1.din 4. 把Cache的容量设置为256KB，重复3的工作，并填写表5.3。

表5.3 当容量为256KB时，不同相联度下Cache的不命中率 相联度 1 2 4 8 16 32 0.98% 0.78% 0.74% 0.73% 0.71% 0.71% 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。

Cache容量为64K时:

不同相联度下Cache的不命中率2.50%2.00%1.50%1.00%0.50%0.00%124相联度816

Cache容量为256K时:

不命中率不命中率不同相联度下Cache的不命中率1.20%1.00%0.80%0.60%0.40%0.20%0.00%124相联度816

6. 根据该模拟结果，你能得出什么结论？ 7.

当cache容量一定时，不命中率先是随着相联度地增加而减小的的，但增加到一定程度后，不命中率不会再降低。

不命中率不命中率

当相联度相同，相联度较小时，cache容量越大不命中率就越低，但当相联度到达一定程度时，再增大cache容量就没有任何意义 3.3.3 Cache块大小对不命中率的影响

1. 用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。

2. 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、8KB、32KB、128KB和256KB。分别执行模拟器（单击“执行到底”按钮即可执行），然后在表5.4中记录各种情况下的不命中率。

表5.4 各种块大小情况下Cache的不命中率 块大小 Cache的容量（KB） （B） 2 8 32 128 512 16 7.80% 7.40% 7.20% 7.20% 7.20% 32 5.40 5.00% 4.70% 4.70% 4.70% 64 4.00% 3.40% 3.10% 3.10% 3.10% 128 4.40% 3.30% 2.40% 2.40% 1.06% 256 6.50% 5.10% 2.30% 1.90% 1.90%

地址流文件名： E:\\cjh\\系统结构模拟器\\MyCache模拟器\\地址流\\eg.din 4.分析Cache块大小对不命中率的影响。 3.3.4 替换算法对不命中率的影响

1.用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。

2.选择地址流文件all.din。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.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”按钮即可执行），然后在表5.5中记录各种情况下的不命中率。

表5.5 LRU和随机替换算法的不命中率的比较 相联度 Cache的2路 4路 8路 容量 LRU 随机算法 LRU 随机算法 LRU 随机算法 16KB 1.71% 2.05% 1.33% 1.77% 1.21% 1.97% 64KB 0.53% 0.63% 0.47% 0.58% 0.45% 0.59% 256KB 0.38% 0.40% 0.36% 0.37% 0.36% 0.36% 1MB 0.35% 0.35% 0.35% 0.35% 0.35% 0.35%

4.分析不同的替换算法对不命中率的影响。

1) LRU和随机算法的不命中率随着相联度的增加而减少且随着cache容量的增加而减少； 2) 在相联度相同，cache容量相同时，使用LRU替换算法的不命中率比随机算法的不命中

率小；

3) 当cache容量增大到一定程度，相联度达到一定程度时，不命中率不会再降低，且与算

法的选择关系不大。