基于spim的cache实验

1、汕 头 大 学 实 验 报 告学院: 工学院 系: 计算机系 专业: 计算机科学与技术 年级: 13 实验时间: 2015.6.16姓名: 林子伦 学号: 2013101030 实验名称：基于SPIM-CACHE的Cache实验 一实验目的：（1）熟悉SPIM-CACHE模拟器环境（2）深入认识CACHE的工作原理及其作用。二实验内容：（1）阅读实验指导书资料（虚拟教室提供了英文论文的电子版本）；（2）下载SPIM-CACHE软件，理解英文论文的基本内容之后，给出几种典型的cache配置，运行英文论文提供的代码，记录运行时CACHE命中率等重要数据；（3）运行Fig.4代码，了解mapping

2、 functions 即映射规则（4）运行Fig.7代码，了解temporal and spatial locality 即时空局部性，进一步理解cache的工作原理；（5）运行Fig.8代码，运行学习replacement algorithms 即替代算法，理解其工作原理。三实验地点，环境实验地点：软件工程实验室实验环境：操作系统：Microsoft Windows 8 中文版处理器： Intel(R) Core(TM) i3-3120M CPU 2.50GHz 2.50GHz内存： 4.00GB（3.82GB 可用）四实验记录及实验分析（80%）：4.1实验前配置：1) 按下图配置好Spi

3、m设置2）关于实验中cache设置如下(具体配置根据下面实验要求)Cache size cache大小Block size 块大小Mapping 组相连4.2实验一：fig4.s实验目的：Algorithm and corresponding code to study mapping functionsCache配置：256-B size, 16-B line size, four-way set associative实验操作：1) Ctrl+O 打开运行代码fig4.s代码如下： .data 0x10000480Array_A: .word 1,1,1,1,2,2,2,2 .data 0

4、x10000CC0Array_B: .word 3,3,3,3,4,4,4,4 .text .globl _start_start: la $2,Array_A li $6,0 li $4,8loop: lw $5,0($2) add $6,$6,$5 addi $2,$2,4 addi $4,$4,-1 bgt $4,$0,loop2) 按F5运行程序，得到结果如下图Instruction caches hit rate : 0.792453Data caches hit rate : 0.7500004.3实验二：fig7.s实验目的：Algorithm and corresponding

5、 code to study temporal and spatial locality4.3.1 spatial localityCache配置：256-B size, four-way set associative, 分别定义block size为16,8,4B实验操作： 1) Ctrl+O 打开运行代码fig7.s代码如下：.data 0x10000480Array_A:.word 1,1,1,1,2,2,2,2.data 0x10000CC0Array_B:.word 3,3,3,3,4,4,4,4.text.globl _start_start:li $8,1#这里要得到教程里的0

6、.75,0.5,0 这里的$8里一定要为1ext_loop:la $2,Array_Ala $3,Array_Bli $6,0 #sum=0li $4,8#number of elementsloop:lw $5,0($2)lw $7,0($3)add $6,$6,$5 #sum=sum+arrayAiadd $6,$6,$7 #sum=sum+arrayBiaddi $2,$2,4addi $3,$3,4addi $4,$4,-1bgt $4,$0,loopaddi $8,$8,-1bgt $8,$0,ext_loop.end2）按F5运行程序Block size：16B命中率为0.75 B

7、lock size：8B命中率为0.5 Block size：4B命中率为04.3.2 temporal localityCache配置：256-B size, 16-B line size, four-way set associative实验操作： 1) Ctrl+O 打开运行代码fig7.s代码如下：(代码中N每次改写为1或5或10或100).data 0x10000480Array_A:.word 1,1,1,1,2,2,2,2.data 0x10000CC0Array_B:.word 3,3,3,3,4,4,4,4.text.globl _start_start:li $8,N#N=

8、1,5,10,100ext_loop:la $2,Array_Ala $3,Array_Bli $6,0 #sum=0li $4,8#number of elementsloop:lw $5,0($2)lw $7,0($3)add $6,$6,$5 #sum=sum+arrayAiadd $6,$6,$7 #sum=sum+arrayBiaddi $2,$2,4addi $3,$3,4addi $4,$4,-1bgt $4,$0,loopaddi $8,$8,-1bgt $8,$0,ext_loop.end 2) 按F5运行程序 N=1 命中率为0.759036。 N=5 命中率为0.9508

9、60。 N=10 命中率为0.975369。 N=100命中率为0.997531。4.4实验三：fig8.s实验目的：Algorithm and corresponding code provided to work on replacement algorithms and strides.Cache配置：256-B size, 16-B line, and direct mapped.实验操作：1) Ctrl+O 打开运行代码fig8.s代码如下：.data 0x10000000Array_A: .word 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,.,125,126,127.t

10、ext.globl _start _start: li $8,100#external loopli $3,4#stride valueli $6,0sll $9,$3,2 ext_loop: li $5,128 li $4,0 int_loop: lw $7,Array_A($4) add $6,$6,$7 add $4,$4,$9 sub $5,$5,$3 bgt $5,$0,int_loop addi $8,$8,-1 bgt $8,$0,ext_loop .end2) 按F5运行程序，记录如下：Stride($3)124Iteration($8)110011001100Iteratio

11、n cacheHit Rate0.9825920.9998250.9655170.9996520.9323310.999310Data cacheHit Rate0.750.750.50.500Stride($3)81632Iteration($8)110011001100Iteration cacheHit Rate0.8695650.9986470.7567570.9973930.5714290.995142Data cacheHit Rate000000Stride($3)64Iteration($8)1100Iteration cacheHit Rate0.3076920991449Data cacheHit Rate00五实验体会（20%）1. 本次试验对照着英语的教程，尝试的了解并发现了试验教程有些许错误：错误说明1.1 从右边我们可以看到 数组AB都只有8个元素1.2 所以左边的循环应该一个为循环次数 一个为数组个数1.3 从右边我们可以看到 内层循环次数固定为8 外层循环个数不定为N（根据实验要求为1,5,10,100）1.4 所以左边的c语言代码应该是Sum=0;For(j=0;j<N;j+) /N=1,5,10,100For(i=0; i&