计算机组成原理--CacheLab实验

最新推荐文章于 2024-06-22 16:12:18 发布

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最新推荐文章于 2024-06-22 16:12:18 发布 · 4.4k 阅读

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本实验聚焦于C程序中缓存对性能的影响。实验分两部分，一是编写缓存模拟器，模拟缓存命中和未命中行为；二是优化矩阵转置函数，减少缓存未命中。实验步骤包括安装工具、解压文件，分别对不同大小矩阵进行转置优化，并按规则评分。

该文章已生成可运行项目，

一、实验内容

本实验将帮助您了解缓存对C程序性能的影响。实验由两部分组成。在第一部分中，您将编写一个模拟高速缓存行为的小型C程序（大约200-300行）。在第二部分中，您将优化一个小的矩阵转置函数，目标是最小化缓存未命中的数量。

第一部分：

第一部分中，您将编辑csim.c文件，实现一个缓存模拟器。它以valgrind的内存引用轨迹文件作为输入，模拟缓存的命中和未命中行为，并输出命中、未命中和逐出的数量。

我们为您提供了一个名为csim-ref的标准的缓存模拟器的二进制可执行文件，该模拟器模拟具有任意大小和相联度的缓存的行为。在选择要逐出的缓存行时，它使用LRU替换策略，这个参考模拟器就是标准答案，它可以接收以下命令行参数：

./csim-ref [-hv] -s <s> -E <E> -b <b> -t <tracefile>

-h: 可选参数，用于输出使用帮助

-v：可选参数，用于输出跟踪信息的详细内容

-s <s>：设置组索引位的数量（组数量S=2s）

-E <E>：设置每组的行数

-b <b>：设置块大小（块大小B=2b位）

-t <tracefile>：要跟踪的内存引用轨迹文件的名称

第一部分的工作是要编辑csim.c文件，以使它使用与csim-ref相同的命令行参数和产生与它相同的输出。请注意，拿到手上的csim.c几乎完全为空，你需要从头开始写。

第一部分的注意事项：

你的csim.c文件必须在没有警告的情况下通过编译才能获得分数。
你的模拟器必须在任意的s、E和b下都能正常工作。这意味着你需要使用malloc函数为模拟器的数据结构分配空间。malloc函数的使用方法自己百度。
对于这个实验中，我们只对数据缓存性能感兴趣，所以您的模拟器应该忽略所有指令缓存访问（以“I”开头的行）。“I”总是顶格的，它前面没有空格，而“M”、“L”和“S”前面有空格，可以根据这一点来区分。
要获得第一部分的分数，必须在main()函数结束前调用函数printsummmary()来输出命中、未命中和驱逐的数量。
对于这部分，您应该假设内存访问已正确对齐，因此内存访问永远不会跨越块边界。通过这个假设，你可以忽略在内存访问轨迹文件中的“大小”字段。

第二部分：

在第二部分中，你将编辑trans.c文件实现一个转置函数，目标是使得在程序运行过程中尽可能少的发生缓存未命中。

如果A表示一个矩阵，则矩阵A的转置矩阵为AT，它们之间的关系为：Aij=ATji

为了帮助您编程，我们在trans.c中为您提供转置函数示例，该示例计算N×M矩阵A的转置，并将结果存储在M×N矩阵B中。该示例的转置函数是正确的，但它效率低下，因为访问模式导致许多缓存未命中。

在第二部分中，您的工作是编写一个类似的函数，称为transpose_submit，以缓存未命中最少化的方式实现矩阵转置。

第二部分注意事项：

你的trans.c文件必须在没有警告的情况下通过编译才能获得分数。
每个转置函数最多可以定义12个int类型的局部变量。
不允许通过使用long类型的变量或使用位技巧将多个值存储到单个变量这种手段来规避2）中的限制。
转置函数不能使用递归。
如果使用函数调用，在被调用函数和顶层转置函数之间的栈空间上的局部变量不得超过12个。例如，如果你的转置函数声明8个变量，然后在转置函数里调用了一个使用4个变量的函数，该函数再调用另一个包含2个局部变量的函数，则栈空间上将有14个变量，这将违反规则。
您的转置函数不能修改数组A，但是您可以修改数组B。
不允许在代码中定义任何数组或使用malloc之类的函数。