3. 缓存性能分析 (SimpleScalar)1

实验三的目的是深入理解缓存性能，特别是缓存的参数如何影响其性能。在这个实验中，我们将使用SimpleScalar模拟器，这是一个广泛使用的计算机系统架构研究工具，它允许研究人员模拟和分析各种处理器和缓存配置的性能。 安装并测试SimpleScalar模拟器是至关重要的。这包括验证模拟器是否正确安装，以及它是否能够运行内置的测试程序，以确保其功能正常。这是任何后续性能分析的基础。 接着，实验会运行SPEC 2000基准测试集中的四个程序。SPEC 2000是一套广泛接受的性能评估标准，包含了各种各样的应用，从而提供了对缓存性能的全面评估。你需要选择四个程序进行测试，并记录L2缓存的失效次数。L2缓存的失效次数是衡量缓存性能的关键指标，因为每次失效都意味着CPU必须等待从主内存中获取数据，这会显著降低系统速度。 第三步是改变Cache容量，包括将容量扩大2倍，4倍，8倍，直至64倍。每次调整后，重新运行相同的测试程序，然后计算L2缓存的失效率。失效率是失效次数除以总访问次数，更高的失效率意味着更差的缓存性能。通过对不同容量的比较，可以理解缓存容量对性能的影响。 第四步涉及更改Cache的相联度，即每个组可以存储的块数。2路、4路、8路、16路和64路的设置将被逐一尝试。更宽的关联度通常意味着更好的命中率，但也会增加硬件复杂性和成本。通过比较不同相联度下的失效率，我们可以理解其对性能的贡献。 第五步是改变Cache块大小，同样地，将块大小翻倍、四倍、八倍和六十四个倍。块大小影响缓存如何处理连续的数据访问，较大的块可能会减少内部冲突，但可能导致更大的空间浪费。分析不同块大小下的失效率可以帮助我们了解最优的选择。 实验报告应该包含所有这些实验的结果和分析，展示各项参数变化如何影响缓存性能。这将涉及到数据整理，如创建图表和趋势分析，以及对结果的解释。 选做的实验部分涉及Victim Cache，这是一种特殊的缓存设计，用于存储最近被替换出L1缓存的块，以减少未来的失效。在SimpleScalar中实现 Victim Cache，并对比其与直接映射L1数据缓存的失效情况，可以直观地理解Victim Cache如何提升性能和降低失效率。 这个实验旨在通过实践让学生理解缓存的基本概念、组织结构，以及关键参数（容量、相联度、块大小）如何影响性能。同时，Victim Cache的实验提供了更高级的缓存优化技术的学习机会。通过这些实验，学生可以更好地理解和优化现代计算机系统的缓存行为，这对于系统设计和性能调优至关重要。