Cache模拟器实验报告.doc
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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：
访问类型，’l’表示Load操作，’s’表示Store操作；
地址。采用32位无符号的十六进制表示；
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：
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。
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。
三、程序设计与实现：
本程序我打算采用java进行编写，因为java能够很好地体现面向对象编程的优点。首先需要定义相关的数据类型。
将指令定义为一个单独的指令类，好方便操作和记录统计，其中属性包括该指令的类型，比如是Load指令还是Store指令，还包括指令的地址。
class Instruction {
String type;
String addrs;
}
将Cache定义为一个类，Cache中的字段包括Tag标识字段，用于查找到相应组后进行比较看是否命中。Dirty字段用于写回策略中判断是否数据已经被修改了，如果修改了则在置换的时候需要写回，在统计Cache与主存的数据传输量时需要用到。最后一个字段是count，该字段用于记录该Cache块最近被访问的频度，用于组相连时LRU替换策略时判断哪个块最长时间没被访问到。
class Cache {
int tag;
int dirty;
int count;
}
最后定义一个Cache模拟器类。用一个二维数组来模拟Cache，因为二维数组可以很好地表示组相连Cache，而直接相连和全相联Cache都是组相连的特殊情况，当第一维为1时，表示全相连Cache，当第二维为1时，表示直接相连Cache。
public class CacheSimulator {
public long size;// Cache大小
public int line_size;// 块大小
public int set_associativity;// 相联度
public static long set_count;// 组数
public int[] set_indexs;// 用于FIFO中记录需替换的块号
public Cache[][] caches;
public static ArrayListInstruction instrs = new ArrayListInstruction();
public static HashSetString compulsory = new HashSetString();// 记录强制缺失
public static long conflict;// 记录冲突缺失
public boolean write_method = false;//false表示写回，true表示写直达
public int replace_method = 0;// 0为Random，1为FIFO，2为LRU
public static HitRationType[] hitRatio
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