cache和程序访问的局部性.docx

实验项目六：cache和程序访问的局部性一、实验目的： 1.通过实际程序的执行结果，了解程序访问的局部性对带有cache的计算机系统性能的影响。二、实验要求：1.在以下程序中，修改或添加必要的语句（如添加计时函数等），以计算和打印主体程序段（即for循环段）的执行时间。分别以M=10、N=100000；M=1000、N=1000；M=100000、N=10；执行程序A和程序B，以比较两种for循环段执行时间的长短。 下列程序中给出的数组a是局部临时变量，分配在栈中，也可改用静态全局变量，或在堆中动态申请空间。程序段Aassign-array-rows()int i,j;short aMN;for(i=0;iM;i+)for(j=0;jN;j+)aij=0;程序段Bassign-array-cols()int i,j;short aMN;for(j=0;iN;j+)for(i=0;iM;i+)aij=0;三、实验报告：1.（1）给出源程序（文本文件）和执行结果。#include#include#include#define M 1000#define N 1000void rows()int i,j;short aMN;for(i=0;iM;i+)for(j=0;jN;j+)aij=0;void cols()int i,j;short aMN;for(j=0;jM;j+)for(i=0;iN;i+)aij=0;/*void main()time_t start_rows,stop_rows,start_cols,stop_cols;start_rows=time(NULL); /time()会保存之前的时间，time(NULL)清空之前的时间，并保存当前时间rows();stop_rows=time(NULL);printf(程序段A的使用时间：%ld,(stop_rows-start_rows);start_cols=time(NULL);cols();stop_cols=time(NULL);printf(程序段B的使用时间：%ld,(stop_cols-start_cols);精度不够高，导致显示结果均为0*/void main() LARGE_INTEGER t1,t2,tc,t3,t4,tc2; QueryPerformanceFrequency(&tc);/获取计算机时钟频率 QueryPerformanceCounter(&t1);/获取运行程序前高精度计时器的值 rows(); QueryPerformanceCounter(&t2);/获取运行程序后高精度计时器的值 printf(程序段A Use Time:%fn,(t2.QuadPart - t1.QuadPart)*1.0/tc.QuadPart);QueryPerformanceFrequency(&tc2); QueryPerformanceCounter(&t3); cols(); QueryPerformanceCounter(&t4); printf(程序段B Use Time:%fn,(t4.QuadPart - t3.QuadPart)*1.0/tc2.QuadPart); M=10，N=100000M=1000，N=1000M=10000，N=10M=10000，N=10000（2）对实验结果进行分析，说明局部数据块大小、数组访问顺序等和执行时间之间的关系。程序运行时间程序A(先行后列)程序B（先列后行）M=10，N=100000.000618M=1000，N=10000.0063440,012783M=10000，N=100.0088130.007630局部数据块 主存块大可以充分利用程序访问的空间局部性特点， 使得一个比较大的局部空间被一起调到cache中，因而可以增加命中机会。但主存块不能太大，主要原因有两个：a.块大使得缺失损失更大，因而需花费更多的时间从主存块读一个较大的块；b.块大则cache行数变小，因而替换的可能性增加，导致命中的可能性变小。数组访问顺序：因为数组在存储器中是按行存储，所以数组的访问顺序对程序执行效率有影响，且总体上先行后列能提高程序运行效率，因为由程序的局部性原理能提高cache命中率，减少访存时间。（3）分析说明数组a分配在静态存储区、堆栈和栈区，对for循环段的执行效率有没有影响。有影响。由上述分析可知，在先行后列访问情况下，M,N三种取值中程序运行时间都是当在静态数据分配