C语言实验：全关联缓存模拟与算法性能分析

本篇文档是关于留学生在计算机系统架构课程中进行的一次C语言编程作业，主题是CPU缓存模拟。实验旨在让学生理解并实现一个完全关联式16位数据缓存系统，用于嵌入式处理器。学生需要编写一个C程序，模拟缓存操作，分析交叉相关算法和冒泡排序算法在不同内存块大小下的性能，并探讨内存块大小对缓存性能的影响。 实验设置详细如下： 1. 实验目标： - 编写C程序，模拟一个具有128KB外部数据存储器接口的嵌入式处理器，该处理器通过20位地址总线和16位数据总线与外部内存相连。 - 设计并实现一个256行、每行16位的完全关联型缓存，支持8种不同的工作模式，每种模式下，内存块大小各异，从128字节到128KB不等，采用FIFO替换策略和写回写分配策略。 2. 编程任务： - 学生需独立完成实验，提交包含C程序源代码、结果文件以及个人报告。 - 程序应能处理各种数据访问请求，包括执行指定算法（如交叉相关和冒泡排序），并记录性能指标。 3. 系统架构： - 外部数据内存由128KB的16位单元组成，通过20位地址总线访问，16位数据总线用于数据传输。 - 内部缓存是256行的全关联缓存，用于优化数据访问速度，支持多种内存块大小以研究其对性能的影响。 4. 性能评估： - 通过模拟实验，学生将分析在不同内存块大小下，交叉相关和冒泡排序算法的执行效率变化，探究缓存如何通过减少内存访问次数来提升系统性能。 5. 报告要求： - 学生需要撰写一份报告，解释他们的设计决策、实验结果以及对内存块大小对缓存性能影响的见解。 这个实验不仅锻炼了学生的编程技能，还涉及到了计算机系统底层原理，如缓存机制、算法性能分析和硬件交互等，是深入理解计算机体系结构实践操作的重要环节。通过这次作业，留学生可以提升自己的C语言编程能力，同时巩固理论知识，为今后的学术研究或实际工作打下坚实基础。