cache性能分析实验

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

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

当第一次访问一个块时，该块不在 Cache 中，需从下一级存储器

中调入 Cache，这就是强制性失效。这种失效也称为冷启动失效或首次

访问失效。

② 容量失效（Capacity miss）

如果程序执行时所需的块不能全部调入 Cache 中，则当某些块被

替换后，若又重新被访问，就会发生失效。这种失效称为容量失效。

③ 冲突失效（Con&ict miss）

在组相联或直接映象 Cache 中，若太多的块映象到同一组（块）

中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位

置），然后又被重新访问的情况。这就是发生了冲突失效。这种失效也

块。

② 最近最少使用法 LRU（Least Recently Used）：选择近期最少被

访问的块作为被替换的块。但由于实现比较困难，现在实际上实现的

LRU 都只是选择最久没有被访问过的块作为被替换的块。

实验内容

一 关于 simplescalar 的简要说明

SimpleScalar 包 括 多 个 仿 真 器 ： sim-fast ,sim － safe,sim-

cache,sim-cheetah,sim-pro+le,sim-bpred,sim-eio 和 sim-

outorder。

本 次 实 验 使 用 的 是 sim-cache ， 下 面 说 明 一 下 sim-cache 。 sim-

同时数据和指令 Cache 分开。SimpleScalar 的 Cache 参数配置命令为：

<name>:<nsets>:<bsize>:<assoc>:<repl>

2048 表示有 2048 组，64 表示 cache 块大小为 64byte，4 表示相联度为

4，r 表示替换策略为 RANDOM。在此配置下，一级数据 cache 的容量为

2048*64*4=512KB。

用 simplescalar 模拟器自带的测试程序以及自己设计的一个程序进行测试。

pisa/bin.little 目 录 下 的 test-math ， test-fmath ， test-llong 以 及