計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一 流水線中的相關(guān)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟練掌握WinDLX模擬器的操作和使用，熟悉DLX指令集結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)；2. 加深對(duì)計(jì)算機(jī)流水線基本概念的理解；3. 進(jìn)一步了解DLX基本流水線各段的功能以及基本操作；4. 加深對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)、結(jié)構(gòu)相關(guān)的理解，了解這兩類相關(guān)對(duì)CPU性能的影響；5. 了解解決數(shù)據(jù)相關(guān)的方法，掌握如何使用定向技術(shù)來(lái)減少數(shù)據(jù)相關(guān)帶來(lái)的暫停。二實(shí)驗(yàn)平臺(tái)WinDLX模擬器3 預(yù)備知識(shí)1. WinDLX WinDLX模擬器是一個(gè)圖形化、交互式的DLX流水線模擬器，能夠演示DLX流水線是如何工作的。該模擬器可以裝載DLX匯編語(yǔ)言程序（后綴為“.s”的文件），然后單步、設(shè)斷點(diǎn)或是連續(xù)執(zhí)行該程序

2、。CPU的寄存器、流水線、I/O和存儲(chǔ)器都可以用圖形表示出來(lái)，以形象生動(dòng)的方式描述DLX流水線的工作過(guò)程。模擬器還提供了對(duì)流水線操作的統(tǒng)計(jì)功能，便于對(duì)流水線進(jìn)行性能分析。有關(guān)WinDLX的詳細(xì)介紹，見(jiàn)WinDLX教程。2. 熟悉WinDLX指令集和WinDLX源代碼的編寫3. 復(fù)習(xí)和掌握教材中相應(yīng)的內(nèi)容（1）DLX基本流水線（2）流水線的結(jié)構(gòu)相關(guān)與數(shù)據(jù)相關(guān)l 結(jié)構(gòu)相關(guān)：當(dāng)指令在重疊執(zhí)行過(guò)程中，硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求，發(fā)生資源沖突時(shí)，將產(chǎn)生“結(jié)構(gòu)相關(guān)”。l 數(shù)據(jù)相關(guān)：當(dāng)一條指令需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果，而這些指令均在流水線中重疊執(zhí)行時(shí)，就可能引起“數(shù)據(jù)相關(guān)”。（3）定向技術(shù)的主要思

3、想：在發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，等待前面計(jì)算結(jié)果的指令并不一定真的馬上就用到該計(jì)算結(jié)果，如果能夠?qū)⒃撚?jì)算結(jié)果從其產(chǎn)生的地方直接送到其他指令需要它的地方，就可以避免暫停。4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果1. 用 WinDLX 模擬器執(zhí)行下列三個(gè)程序（任選一個(gè)）：l 求階乘程序 fact.sl 求最大公倍數(shù)程序 gcm.sl 求素?cái)?shù)程序 prim.s分別以步進(jìn)、連續(xù)、設(shè)置斷點(diǎn)的方式運(yùn)行程序，觀察程序在流水線中的執(zhí)行情況，觀察CPU 中寄存器和存儲(chǔ)器的內(nèi)容。熟練掌握WinDLX 的操作和使用。注意：fact.s 中調(diào)用了input.s 中的輸入子程序。load 程序時(shí)，要兩個(gè)程序一起裝入（都select 后再點(diǎn)擊load）

4、。gcm.s 也是如此。 說(shuō)明：此實(shí)驗(yàn)我們選擇：求階乘程序fact.s 1）用WinDLX模擬器執(zhí)行求階乘程序fact.s 。 2）程序的作用：這個(gè)程序說(shuō)明浮點(diǎn)指令的使用。該程序從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀入一個(gè)整數(shù)，求其階乘，然后將結(jié)果輸出。該程序中調(diào)用了input.s中的輸入子程序，這個(gè)子程序用于讀入正 整數(shù)。 3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果： i . 分別以步進(jìn)、連續(xù)、設(shè)置斷點(diǎn)的方式運(yùn)行程序 圖1. 求階乘程序fact.s運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)步進(jìn)方式運(yùn)行 圖2 求階乘程序fact.s運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)連續(xù)方式運(yùn)行 圖3 求階乘程序fact.s運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)連續(xù)方式運(yùn)行 ii. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖1.1.4 求階乘程序fact.s運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖5

5、 求階乘程序fact.s流水線執(zhí)行情況圖6 求階乘程序fact.s寄存器使用情況 iii. 定向非定向分析在載入fact.s和input.s之后，不設(shè)置任何斷點(diǎn)運(yùn)行。A. 不采用重新定向技術(shù)，我們得到的結(jié)果：B. 采用定向技術(shù)，我們得到的結(jié)果： 結(jié)果分析從上面的數(shù)據(jù)我們可以看出定向的作用：在定向技術(shù)存在的情況下Statistics 窗口中的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字：總的周期數(shù)(215) 和暫停數(shù) (17 RAW, 25 Control, 12 Trap; 54 Total)在定向技術(shù)不存在時(shí)候，控制暫停和 Trap 暫停仍然是同樣的值，而RAW暫停從17變成了53，總的模擬周期數(shù)增加到236。所以定向技術(shù)

6、帶來(lái)的加速比：S=236 / 215 = 1.098因此：DLXforwarded比 DLXnot forwarded 快9.8%。 2. 用 WinDLX 運(yùn)行程序structure_d.s，通過(guò)模擬：l 找出存在結(jié)構(gòu)相關(guān)的指令對(duì)以及導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相關(guān)的部件；l 記錄由結(jié)構(gòu)相關(guān)引起的暫停時(shí)鐘周期數(shù)，計(jì)算暫停時(shí)鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比；l 論述結(jié)構(gòu)相關(guān)對(duì) CPU 性能的影響，討論解決結(jié)構(gòu)相關(guān)的方法。 1）模擬結(jié)果：圖2.1 程序structure_d.s流水線執(zhí)行過(guò)程圖2.2程序structure_d.s運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息 2）結(jié)構(gòu)相關(guān) i. 如圖，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的部件：浮點(diǎn)數(shù)寄存器f4 addd f0,

7、f0,f4 指令在譯碼階段ID停滯1周期 ii. 如圖導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相關(guān)的部件： ALU addi r2,r2,0x8 指令在執(zhí)行階段intEX停滯1周期 3）結(jié)果分析由資源相關(guān)引起的暫停周期數(shù)為：30總執(zhí)行周期數(shù)為：139暫停周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比：21.58%分析：資源相關(guān)使相關(guān)指令在流水線上停滯，降低了執(zhí)行效率。 4）解決辦法在合理的指令調(diào)度范圍內(nèi)，盡量避免執(zhí)行重復(fù)的指令。盡量避免同一寄存器的頻繁使用，若無(wú)法避免，則使用寄存器換名的方法。也可以考慮采用資源重復(fù)的方法，比如，在流水線機(jī)器中設(shè)置相互獨(dú)立的指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，也可以將CACHE分割成指令CACHE 和數(shù)據(jù)CACHE。3.

8、在不采用定向技術(shù)的情況下（去掉 Configuration 菜單中Enable Forwarding 選項(xiàng)前的勾選符），用WinDLX 運(yùn)行程序data_d.s。記錄數(shù)據(jù)相關(guān)引起的暫停時(shí)鐘周期數(shù)以及程序執(zhí)行的總時(shí)鐘周期數(shù)，計(jì)算暫停時(shí)鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比。 1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 沒(méi)有采用定向技術(shù)時(shí)運(yùn)行該程序，我們得到： 2）結(jié)果分析：程序執(zhí)行了202個(gè)周期，10個(gè)數(shù)據(jù)相關(guān)引起的時(shí)鐘周期RAW stall為104個(gè)。暫停時(shí)鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比=51.48%4. 在采用定向技術(shù)的情況下（勾選Enable Forwarding），用WinDLX 再次運(yùn)行程序data_d.s。重復(fù)上述3

9、中的工作，并計(jì)算采用定向技術(shù)后性能提高的倍數(shù)。 1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 采用定向技術(shù)時(shí)運(yùn)行該程序，我們得到： 2）結(jié)果分析：程序執(zhí)行了128個(gè)周期，共有6個(gè)數(shù)據(jù)相關(guān)引起的時(shí)鐘周期RAW stall為30個(gè)。暫停時(shí)鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比=23.44% 五總結(jié)實(shí)驗(yàn)二 循環(huán)展開(kāi)及指令調(diào)度一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對(duì)循環(huán)級(jí)并行性、指令調(diào)度技術(shù)、循環(huán)展開(kāi)技術(shù)以及寄存器換名技術(shù)的理解； 2. 熟悉用指令調(diào)度技術(shù)來(lái)解決流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)的方法； 3. 了解循環(huán)展開(kāi)、指令調(diào)度等技術(shù)對(duì) CPU 性能的改進(jìn)。二實(shí)驗(yàn)平臺(tái)WinDLX simulator 4 預(yù)備知識(shí)1. WinDLX模擬器的相關(guān)知識(shí)，詳見(jiàn)相關(guān)的文檔。2.

10、 復(fù)習(xí)和掌握教材中相應(yīng)的內(nèi)容：（1） 循環(huán)級(jí)并行性（2） 指令調(diào)度 （3） 循環(huán)展開(kāi) （4） 寄存器換名5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果1用指令調(diào)度技術(shù)解決流水線中的結(jié)構(gòu)相關(guān)與數(shù)據(jù)相關(guān)（1）用DLX匯編語(yǔ)言編寫代碼文件*.s，程序中應(yīng)包括數(shù)據(jù)相關(guān)與結(jié)構(gòu)相關(guān)（假設(shè)：加法乘法除法部件各有2個(gè)，延遲時(shí)間都是3個(gè)時(shí)鐘周期） 給出調(diào)度前的程序sch_bef:.data.global ONEONE: .word 1.text.global mainmain:lf f1,ONE ;turn divf into a movecvti2f f7,f1 ;by storing in f7 1 innop ;floating-p

11、oint formatdivf f1,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2addf f3,f1,f2divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10)divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5multf f6,f4,f5divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f13)Finish: trap 0（2） 通過(guò)Configuration菜單中的“Floating poi

12、nt stages” 選項(xiàng)，把加法乘法除法部件的個(gè)數(shù)設(shè)置為2個(gè)，把延遲都設(shè)置為3個(gè)時(shí)鐘周期； （3） 用WinDLX運(yùn)行程序。記錄程序執(zhí)行過(guò)程中各種相關(guān)發(fā)生的次數(shù)、發(fā)生相關(guān)的指令組合，以及程序執(zhí)行的總時(shí)鐘周期數(shù)； （4） 采用指令調(diào)度技術(shù)對(duì)程序進(jìn)行指令調(diào)度，消除相關(guān)； 調(diào)度之后的程序sch_aft:.data.global ONEONE: .word 1.text.global mainmain:lf f1,ONE ;turn divf into a movecvti2f f7,f1 ;by storing in f7 1 innop ;floating-point formatdivf f1

13、,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5addf f3,f1,f2multf f6,f4,f5divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10)divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f13)divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10)divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(

14、f13)Finish: trap 0（5） 用WinDLX運(yùn)行調(diào)度后的程序，觀察程序在流水線中的執(zhí)行情況，記錄程序執(zhí)行的總時(shí)鐘周期數(shù)； （6） 根據(jù)記錄結(jié)果，比較調(diào)度前和調(diào)度后的性能。論述指令調(diào)度對(duì)于提高CPU性能的意義。意義：可以看出經(jīng)過(guò)調(diào)度之后運(yùn)行周期從27減少到21，而且減少了相關(guān)。2. 用循環(huán)展開(kāi)、寄存器換名以及指令調(diào)度提高性能（1）用DLX匯編語(yǔ)言編寫代碼文件*.s，程序中包含一個(gè)循環(huán)次數(shù)為4的整數(shù)倍的簡(jiǎn)單循環(huán)； 循環(huán)展開(kāi)前的程序：LHI R2, (A>>16)&0xFFFF ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>

15、;16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 NOP loop: SUBI R4, R4, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop TRAP #0 A: .double 1, 2, 3, 4 B: .double 1, 2, 3, 4（2） 用WinDLX運(yùn)行該程序。記錄執(zhí)行過(guò)程中各種相關(guān)發(fā)生的次數(shù)以及程序執(zhí)行的總時(shí)鐘周期數(shù)； （3） 將循環(huán)展開(kāi)3次，將4個(gè)循環(huán)體組成的代碼代替原來(lái)的循環(huán)體，并對(duì)程序做相應(yīng)的修改。然后對(duì)新的循環(huán)體進(jìn)行寄存器換名和指令調(diào)度； LHI R2, (A>>16)&

16、amp;0xFFFF ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 SUBI R4, R4, #8 SUBI R4, R4, #8 SUBI R4, R4, #8 SUBI R4, R4, #8 TRAP #0 A: .double 1, 2, 3, 4 B: .double 1, 2, 3, 4循環(huán)展開(kāi)后的程序：（4） 用WinDLX運(yùn)行修改后的程序，記錄執(zhí)行過(guò)程中各種相關(guān)發(fā)生的次數(shù)以及程序執(zhí)行的總時(shí)鐘周期數(shù)； （5） 根據(jù)記錄結(jié)果，

17、比較循環(huán)展開(kāi)、指令調(diào)度前后的性能。 結(jié)論：可以看出經(jīng)過(guò)循環(huán)展開(kāi)之后運(yùn)行周期從30減少到14，而且減少了相關(guān)。五總結(jié)實(shí)驗(yàn)三 記分牌算法和Tomasulo 算法一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握DLXview 模擬器的使用方法；2. 進(jìn)一步理解指令動(dòng)態(tài)調(diào)度的基本思想，了解指令動(dòng)態(tài)調(diào)度的基本過(guò)程與方法；3. 理解記分牌算法和Tomasulo 算法的基本思想，了解它們的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)行過(guò)程；4. 比較分析基本流水線與記分牌算法和Tomasulo 算法的性能及優(yōu)缺點(diǎn)。二實(shí)驗(yàn)平臺(tái)DLXview 模擬器三預(yù)備知識(shí)1. DLXview 模擬器2. 復(fù)習(xí)和掌握教材中相應(yīng)的內(nèi)容 1）指令的動(dòng)態(tài)調(diào)度 2）亂序流水線 3）為了允許亂

18、序執(zhí)行，我們將基本流水線的譯碼階段再分為兩個(gè)階段： 4）記分牌技術(shù)的目標(biāo)：在資源充足時(shí)，盡可能早地執(zhí)行沒(méi)有數(shù)據(jù)阻塞的指令，達(dá)到每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。 5）Tomasulo 算法將記分牌的關(guān)鍵部分和寄存器換名技術(shù)結(jié)合在一起，其基本核心是通過(guò)寄存器換名來(lái)消除寫后寫和先讀后寫相關(guān)可能引發(fā)的流水線阻塞。 6）Tomasulo 算法的基本思想四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果 1. 用DLX匯編語(yǔ)言編寫代碼文件*.s（程序中應(yīng)包括指令的數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)以及結(jié)構(gòu)相關(guān)），以及相關(guān)的初始化寄存器文件*.i和數(shù)據(jù)文件*.d； 305.s 305.i#put 30 into r2 ->#34(r2) is 64 (0x

19、40)put r2 30#put 2.5 into address 0x40fput 0x40 2.5#put 23 into r3 ->#45(r3) is 68 (0x41)put r3 23#put 4.0 into address 68fput 0x414.0#put 1.25 into FP register f4fput f4 1.25lf f6, 34(r2)lf f2, 45(r3)multf f0, f2, f4subf f8, f6, f2divf f10,f0, f6addf f6, f8, f2trap#02. 觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)、結(jié)構(gòu)相關(guān)，并指出

20、三種相關(guān)的指令組合；(1) 第二個(gè)lf指令到multf、subf和addf，multf到divf之間，subf到addf之間存在著先寫后讀相關(guān)。(2) divf和addf之間存在著先讀后寫相關(guān)。(3) addf和subf指令關(guān)于浮點(diǎn)加法部件還存在著結(jié)構(gòu)相關(guān)。3. 將自己編寫的程序*.s、*.i、*.d裝載到DLXview模擬器上， (1)分別用基本流水線、記分牌算法和Tomasulo算法模擬，針對(duì)每一種模擬做如下分析：基本流水線：統(tǒng)計(jì)程序的執(zhí)行周期數(shù)和流水線中的暫停時(shí)鐘周期數(shù) 1個(gè)加法部件，延遲周期為22個(gè)乘法部件，延遲周期為101個(gè)除法部件，延遲周期為40 程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 67，流水線中

21、的暫停時(shí)鐘周期10 改變功能部件數(shù)目重新模擬，觀察并記錄性能的改變 2個(gè)加法部件，延遲周期為23個(gè)乘法部件，延遲周期為102個(gè)除法部件，延遲周期為40程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 67，流水線中的暫停時(shí)鐘周期10 改變功能部件延遲重新模擬，觀察并記錄性能的改變 1個(gè)加法部件，延遲周期為12個(gè)乘法部件，延遲周期為81個(gè)除法部件，延遲周期為32 程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 47，流水線中的暫停時(shí)鐘周期8由此可見(jiàn)增加功能部件數(shù)目之后，性能并沒(méi)有提高減少功能部件延遲之后，性能得到了顯著的提高。 記分牌算法：統(tǒng)計(jì)程序的執(zhí)行周期數(shù)和流水線中的暫停時(shí)鐘周期數(shù) 1個(gè)加法部件，延遲周期為22個(gè)乘法部件，延遲周期為101個(gè)除法部件

22、，延遲周期為40 程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 59，流水線中的暫停時(shí)鐘周期12 改變功能部件數(shù)目重新模擬，觀察并記錄性能的改變 2個(gè)加法部件，延遲周期為23個(gè)乘法部件，延遲周期為102個(gè)除法部件，延遲周期為40程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 59，流水線中的暫停時(shí)鐘周期12 改變功能部件延遲重新模擬，觀察并記錄性能的改變 1個(gè)加法部件，延遲周期為12個(gè)乘法部件，延遲周期為81個(gè)除法部件，延遲周期為32 程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 49，流水線中的暫停時(shí)鐘周期10由此可見(jiàn)增加功能部件數(shù)目之后，性能并沒(méi)有提高減少功能部件延遲之后，性能得到了顯著的提高。 Tomasulo算法：統(tǒng)計(jì)程序的執(zhí)行周期數(shù)和流水線中的暫停時(shí)鐘周期數(shù) 1

23、個(gè)加法部件，延遲周期為22個(gè)乘法部件，延遲周期為101個(gè)除法部件，延遲周期為40 程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 56，流水線中的暫停時(shí)鐘周期10 改變功能部件數(shù)目重新模擬，觀察并記錄性能的改變 2個(gè)加法部件，延遲周期為23個(gè)乘法部件，延遲周期為102個(gè)除法部件，延遲周期為40程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 56，流水線中的暫停時(shí)鐘周期10 改變功能部件延遲重新模擬，觀察并記錄性能的改變 1個(gè)加法部件，延遲周期為12個(gè)乘法部件，延遲周期為81個(gè)除法部件，延遲周期為32 程序執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù) 46，流水線中的暫停時(shí)鐘周期8由此可見(jiàn)增加功能部件數(shù)目之后，性能并沒(méi)有提高減少功能部件延遲之后，性能得到了顯著的提高。(2)記錄運(yùn)

24、行記分牌算法時(shí)的功能部件狀態(tài)表和指令狀態(tài)表；(3)記錄運(yùn)行Tomasulo算法時(shí)的指令狀態(tài)表和保留站信息；實(shí)驗(yàn)四 Cache 性能分析一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對(duì) Cache 的基本概念、基本組織結(jié)構(gòu)以及基本工作原理的理解；2. 掌握 Cache 容量、相聯(lián)度、塊大小對(duì)Cache 性能的影響；3. 掌握降低 Cache 不命中率的各種方法以及這些方法對(duì)提高Cache 性能的好處；4. 理解 LRU 與隨機(jī)法的基本思想以及它們對(duì)Cache 性能的影響。二實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Cache 模擬器MyCache三預(yù)備知識(shí)MyCache 模擬器使用方法1. 啟動(dòng)模擬器：用鼠標(biāo)雙擊MyCache.exe。2. 系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)一

25、個(gè)操作界面。該界面的左邊為設(shè)置模擬參數(shù)區(qū)域，右邊為模擬結(jié)果顯示區(qū)域。如圖 1 所示。3. 可以設(shè)置的參數(shù)包括：是統(tǒng)一Cache 還是分離Cache，Cache 的容量，塊大小，相聯(lián)度，替換算法，預(yù)取策略，寫策略，寫不命中時(shí)的調(diào)塊策略?？梢灾苯訌牧斜砝镞x擇。4. 訪問(wèn)地址可以選擇來(lái)自地址流文件，也可以選擇手動(dòng)輸入。如果是前者，則可以通過(guò)點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，從模擬器所在文件夾下面的“地址流”文件夾中選取地址流文件（.din 文件），然后進(jìn)行執(zhí)行。執(zhí)行的方式可以是步進(jìn)，也可以是一次執(zhí)行到底。如果選擇手動(dòng)輸入，就可以在“執(zhí)行控制”區(qū)域中輸入塊地址，然后點(diǎn)擊“訪問(wèn)”按鈕。系統(tǒng)會(huì)在界面的右邊顯示訪問(wèn)類型、地

26、址、塊號(hào)以及塊內(nèi)地址。5. 模擬結(jié)果包括：（1）訪問(wèn)總次數(shù)，總的不命中次數(shù)，總的不命中率；（2）讀指令操作的次數(shù)，其不命中次數(shù)及其不命中率；（3）讀數(shù)據(jù)操作的次數(shù)，其不命中次數(shù)及其不命中率；（4）寫數(shù)據(jù)操作的次數(shù)，其不命中次數(shù)及其不命中率；（5）手動(dòng)輸入單次訪問(wèn)的相關(guān)信息。圖 1 MyCache 模擬器的操作界面示意圖4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果1. Cache 容量對(duì)不命中率的影響 1）啟動(dòng) MyCache。 2）用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，把各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。 3）選擇一個(gè)地址流文件。方法：選擇“訪問(wèn)地址”下的“地址流文件”選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，從本模擬器所在的文件夾下的“地址流”文件夾中選取。

27、 4）選擇不同的Cache 容量，包括：2KB，4KB，8KB，16KB，32KB，64KB，128KB，256KB，分別執(zhí)行模擬器（點(diǎn)擊“執(zhí)行到底”按鈕），然后在表1 中記錄各種情況下的不命中率。表 1 不同容量下Cache 的不命中率Cache容量（kb）248163264128256不命中率14.22%10.46%7.59%4.78%2.84%1.97%1.26%0.98%地址流文件名：cc1.din 5）以容量為橫坐標(biāo)，畫出不命中率隨Cache 容量變化而變化的曲線。并指明地址流文件名。 6） 根據(jù)該模擬結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？結(jié)論：在其他變量一定的情況下，隨著Cache容量的變大不命

28、中率逐漸減小最后趨于穩(wěn)定。2. 相聯(lián)度對(duì)不命中率的影響 1） 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，把各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。這時(shí)的 Cache 容量為64KB。 2） 選擇一個(gè)地址流文件。方法：選擇“訪問(wèn)地址”下的“地址流文件”選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，從本模擬器所在的文件夾下的“地址流”文件夾中選取。 3） 選擇不同的Cache 相聯(lián)度，包括：直接映象，2 路，4 路，8 路，16 路，32 路，分別執(zhí)行模擬器（點(diǎn)擊“執(zhí)行到底”按鈕），然后在表 2 中記錄各種情況下的不命中率。 a.部分截圖：表 2 當(dāng)容量為64KB 時(shí)，不同相聯(lián)度下Cache 的不命中率相聯(lián)度12481632不命中率1.97%1.15%

29、0.99%0.93%0.92%0.91%地址流文件名：cc1.din4) 把 Cache 的容量設(shè)置為256KB，重復(fù)上一步的工作。表 3 當(dāng)容量為256KB 時(shí)，不同相聯(lián)度下Cache 的不命中率相聯(lián)度12481632不命中率0.98%0.78%0.74%0.73%0.71%0.71%地址流文件名：cc1.din 5) 以相聯(lián)度為橫坐標(biāo)，畫出在64KB 和256KB 的情況下不命中率隨Cache 相聯(lián)度變化而變化的曲線。并指明地址流文件名。6. 根據(jù)該模擬結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？結(jié)論：當(dāng)cache容量一定時(shí)，不命中率先是隨著相聯(lián)度地增加而減小的的，但增加到一定程度后，不命中率不會(huì)再降低。當(dāng)相

30、聯(lián)度相同，相聯(lián)度較小時(shí)，cache容量越大不命中率就越低，但當(dāng)相聯(lián)度到達(dá)一定程度時(shí)，再增大cache容量就沒(méi)有任何意義。3. Cache 塊大小對(duì)不命中率的影響 1) 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，把各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。 2) 選擇一個(gè)地址流文件。方法：選擇“訪問(wèn)地址”下的“地址流文件”選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，從本模擬器所在的文件夾下的“地址流”文件夾中選取。 3) 選擇不同的Cache 塊大小，包括：16B，32B，64B，128B，256B，對(duì)于Cache 的各種容量，包括：2KB，8KB，32KB，128KB，512KB，分別執(zhí)行模擬器（點(diǎn)擊“執(zhí)行到底”按鈕），然后在表 4 中記錄各種情況

31、下的不命中率。 a.部分截圖：表 4 各種塊大小情況下Cache 的不命中率eg.din塊大?。˙)Cache容量（KB）2832128512167.80%7.40%7.20%7.20%7.20%325.4%5%4.7%4.7%4.7%644.0%3.4%3.1%3.1%3.1%1284.4%3.3%2.4%2.4%2.4%2566.5%5.1%2.3%1.9%1.9%地址流文件名：eg.din 4) 分析 Cache 塊大小對(duì)不命中率的影響。結(jié)論：在Cache容量不變的情況下，Cache塊越大不命中率越小，最后趨于平緩。4. 替換算法對(duì)不命中率的影響 1) 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，把各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。 2)選擇一個(gè)地址流文件。方法：選擇“訪問(wèn)地址”下的“地址流文件”選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，從本模擬器所在的文件夾下的“地址流”文件夾中選取。 3) 對(duì)于不同的替換算法、Cache 容量和相聯(lián)度，分別執(zhí)行模擬器（點(diǎn)擊“執(zhí)行到底”按鈕），然后在表 5 中記錄各種情況下的不命中率。 a.部分