3.1 实验目的
加深对Cache的基本概念及其工作原理的理解；
掌握降低Cache不命中率的各种方法以及这些方法对提高Cache性能的好处；
理解常见替换算法（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
快速阅读课件“第7章 存储系统”的“7.2节 映象规则/查找算法/替换算法/ 写策略”（19-41屏）,“7.3节 降低Cache不命中率”（49-56屏）。
3.3.1 Cache块访问分析
1）启动MyCache，点击“复位”，把各参数设置为默认值，选择一个地址流文件，比如all.din。查看一下地址流文件all.din中的前4行：
2 408ed4 读指令
0 10019d94 读数据
2 408ed8 读指令
1 10019d88 写数据
每行都由两个数字组成，第一个数字表示操作类型（0:读数据，1:写数据，2:读指令），第二个数字表示地址（16进制）。比如：第一行的意思就是读指令（指令地址是408ed4）。
2）按默认设置，即：统一Cache（容量64KB），块大小32B，相联度为1（即直接映像），替换策略LRU，不预取，写回法，写不命中时按写分配。
步进执行，自己分析写出前4步操作（即前4行）每步访问的主存块号、块内地址、Cache块号，分析不命中/命中的原因。
1. 2 408ed4 读指令
因为是第一次访问该块，所以cache中没有该块，所以不命中。
地址流文件中，指令地址为408ed4，换算成十进制为4,230,868，即为模拟结果中的地址。
因为统一Cache（容量64KB），块大小32B，相联度为1（即直接映像），所以有2048块（组），索引占11位。
该块的块号为2 0476（16进制），块内地址为14，索引（组）为476。
2. 0 10019d94 读数据
因为是第一次访问该块，所以cache中没有该块，所以不命中。
地址流文件中，数据地址为10019d94，换算成十进制为268,541,332，即为模拟结果中的地址。
因为统一Cache（容量64KB），块大小32B，相联度为1（即直接映像），所以有2048块（组），索引占11位。
该块的块号为80 0CEC（16进制），块内地址为14，索引（组）为4EC。
3. 2 408ed8 读指令
地址流文件中，指令地址为408ed8，换算成十进制为4,230,872，即为模拟结果中的地址。
因为统一Cache（容量64KB），块大小32B，相联度为1（即直接映像），所以有2048块（组），索引占11位。
该块的块号为2 0476（16进制），块内地址为18，索引（组）为476。
因为是第二次访问该块，cache中有该块，所以命中。
4. 1 10019d88 写数据
地址流文件中，数据地址为10019d88，换算成十进制为268,541,320，即为模拟结果中的地址。
因为统一Cache（容量64KB），块大小32B，相联度为1（即直接映像），所以有2048块（组），索引占11位。
该块的块号为80 0CEC（16进制），块内地址为8，索引（组）为4EC。
因为是第二次访问该块，cache中有该块，所以命中。
3.3.2 Cache容量对不命中率的影响
1）点击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。选择一个地址流文件，比如all.din。
2）选择不同的Cache容量，分别2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB、128KB、256KB。分别执行模拟器（点“执行到底”按钮），自己列表记录各种情况下的不命中率。
| Cache容量（KB） | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256 |
| 不命中率（%） | 9.87 | 7.19 | 4.48 | 2.65 | 1.42 | 0.89 | 0.60 | 0.49 |
3）根据该模拟结果，写出你得出的结论。
由表可见，Cache容量越高，不命中率越低。原因是当Cache容量越高时，访问的块越有可能被保留在cache中。其中，当cache容量大于64KB时，不命中率的降低幅度大幅下降。
3.3.3相联度对不命中率的影响
- 点击“复位”按钮，把各参数设置为默认值，此时的Cache容量为64KB。选择一个地址流文件，比如all.din。
- 选择不同的Cache相联度，分别为直接映像、2路、4路、8路、16路和32路。分别执行模拟器（点“执行到底”按钮），自己列表记录各种情况下的不命中率。
- 根据该模拟结果，写出你得出的结论。
| Cache相联度（路） | 1（直接映像） | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 |
| 不命中率（%） | 0.89 | 0.53 | 0.47 | 0.45 | 0.44 | 0.44 |
由表可见，Cache相联度越高，不命中率越低。原因是因为cache相联度越高时，块存放的自由度越高，被替换出的可能性越小。其中，当Cache相联度大于8时，不命中率的降低幅度大幅下降。
3.3.4 Cache块大小对不命中率的影响
- 点击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。选择一个地址流文件，比如all.din。
- 对于不同的Cache容量，分别为2KB、8KB、32KB和128KB，在每种容量下选择不同的Cache块大小（分别为16B、32B、64B、128B和256B）进行实验。分别执行模拟器（点“执行到底”按钮），自己列表记录各种情况下的不命中率。
- 分析Cache块大小对不命中率的影响。
| Cache容量（KB）/ 不命中率（%）/ Cache块大小（B） | 2 | 8 | 32 | 128 |
| 16 | 12.02 | 5.79 | 1.86 | 0.95 |
| 32 | 9.87 | 4.48 | 1.42 | 0.60 |
| 64 | 9.36 | 4.03 | 1.20 | 0.43 |
| 128 | 10.49 | 4.60 | 1.08 | 0.35 |
| 256 | 13.45 | 5.35 | 1.19 | 0.34 |
由表可见，当Cache容量一定时，随着Cache块大小增加，不命中率下降后又上升。这是因为增加块大小会产生双重作用：（1）块存放的自由度增高，减少了强制性不命中；（2）Cache中可存放的块的数目减少，增加了不命中率。当块比较小时，第(1)种作用起主要效果，使不命中率下降；当块比较大时，第(2)种作用效果超过第一种作用，使不命中率上升。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
最后一点碎碎念：如果各位有发现本文有哪处有误或理解不当的地方，敬请指正。
