实验报告
实验名称：计算机原理cache性能分析及优化实验
学员：张英杰学号： 201008040092 培养类型： 4+1军人年级：任职培训队
专业：计算机科学与技术所属学院：计算机学院
指导教员：唐玉华职称：研究员
实验室：校计算机中心四号院机房实验日期： 2010.12.1—2010.12.19国防科学技术大学训练部制
《实验报告》填写说明
1．学员完成人才培养方案和课程标准要所要求的每个实验后，均须提交实验报告。
2．实验报告封面必须打印，报告内容可以手写或打印。
3．实验报告内容编排及打印应符合以下要求：
（1）采用A4（21cm×29.7cm）白色复印纸，单面黑字打印。上下左右各侧的页边距均为3cm；缺省文档网格：字号为小4号，中文为宋体，英文和阿拉伯数字为Times New Roman，每页30行，每行36字；页脚距边界为2.5cm，页码置于页脚、居中，采用小5号阿拉伯数字从1开始连续编排，封面不编页码。
（2）报告正文最多可设四级标题，字体均为黑体，第一级标题字号为4号，其余各级标题为小4号；标题序号第一级用“一、”、“二、”……，第二级用“（一）”、“（二）” ……，第三级用“1.”、“2.”……，第四级用“（1）”、“（2）” ……，分别按序连续编排。
（3）正文插图、表格中的文字字号均为5号。
一实验概述
（一）实验目的
1.掌握Cache的基本概念、基本组织结构
2.掌握影响Cache性能的三个指标
3.了解相联度对Cache的影响
4.了解块大小对Cache的影响
5.了解替换算法对Cache的影响
6.了解Cache失效的分类及组成情况
7.了解一些基本的Cache性能优化方法(选做)
（二）实验步骤
1.运行模拟器SimpleScalar
2.在基本配置情况下运行矩阵乘计算程序统计Cache失效次数，并统计三种
不同类型的失效
3.改变Cache容量，统计各种失效的次数，并进行分析
4.改变Cache的相联度，统计各种失效的次数，并进行分析
5.改变Cache块大小，统计各种失效的次数，并进行分析
6.改变Cache的替换策略，统计各种失效次数，并分析
7.对给出的矩阵乘计算程序进行适当改写以优化cache性能。(选做) （三）实验平台
Vmware 虚拟机，redhat 9.0 linux 操作系统，SimpleScalar模拟器。（四）实验课时
3课时
（五）参考资料
计算机体系结构教材、SimpleScalar模拟器使用指南等
二背景知识
（一）Cache基本知识
(1) 可以从三个方面改进Cache的性能：降低失效率、减少失效开销、减少Cache 命中时间；
(2) 按照产生失效的原因不同，可以把Cache失效分为三类：
1)强制性失效（Compulsory miss）
当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。这种失效也称为冷启动失效或首次访问失效。
2)容量失效（Capacity miss）
如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后，若又重新被访问，就会发生失效。这种失效称为容量失效。
3)冲突失效（Conflict miss）
在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位置），然后又被重新访问的情况。这就是发生了冲突失效。这种失效也称为碰撞失效（collision）或干扰失效（interference）。
(3) 降低Cache失效率的方法：增加Cache块大小、提高相联度、Victim Cache、伪相联Cache、硬件预取技术、由编译器控制的预取和编译器优化。
(4) 替换算法
1)先进先出法(FIFO)
2)随机法：为了均匀使用一组中的各块，这种方法随机地选择被替换的块。
3)最近最少使用法LRU（Least Recently Used）：选择近期最少被访问的块作
为被替换的块。但由于实现比较困难，现在实际上实现的LRU都只是选择
最久没有被访问过的块作为被替换的块。
（二）Simpl eScalar简介及使用
SimpleScalar 是上世纪由威斯康辛大学发布的一款开源模拟器，具备良好的可移植性和可扩展性。SimpleScalar 在学术界具有十分重要的影响力，根据其官方网站统计，2000-2002 年体系结构顶级会议中有一半以上的研究者采用该模拟器来评估他们的研究成果。
作为一款时钟精确的模拟器，SimpleScalar 采用执行驱动方式模拟，包含功能模拟和性能模拟。SimpleScalar 的指令集架构采用C 语言宏声明，目前3.0 版本主要支持PISA 指令集和Alpha 指令集。根据模拟的目的不同，SimpleScalar 包含多个模拟器实体，从最简单的Sim-fast 到最为复杂的Sim-outorder，可分别用于功能模拟、Cache 配置策略、流水线、前瞻预测等体系结构问题的全面研究。同时，随着SimpleScalar 一起发布的还有一系列工具链(交叉编译器，汇编器，流水线跟踪器等)，他们与SimpleScalar 的交互过程如图4.1所示。Fortran 代码需要先由F2C工
具转换为标准C 代码，交叉编译器则将标准C 代码编译为模拟器后端指令集下的二进制代码，交由模拟器执行模拟，通过这些交互最终实现一个完整的模拟平台。
图1 SimpleScalar模拟流程
1.编写测试程序
2.编译程序
sslittle-na-sstrix-gcc hello.c
含义：用simplescalar的编译器对hello.c进行编译，以生成能够在模拟器中运行的可执行文件，此条命令将hello.c编译成a.out.这种可执行文件并不是通常意义下的可执行文件，它的可执行性是相对于模拟器程序而已的。（在这里我们猜测生成的可执行文件默认为a.out，a.out是默认生成的。
3.模拟运行
sim-safe a.out
含义：用sim-safe对a.out进行模拟运行。Sim-safe是simplescalar中的一个模拟器，它会在指令的执行时检查指令的齐整性，检查访存指令的合法性等一些安全
性检查。
SimpleScalar包含多个模拟器，复杂度由最简单的Sim-safe到最复杂的Sim-outordor,下面简要介绍这些模拟器。
（1）Sim-fast
Sim-fast是执行速度最快，最不关心模拟过程细节信息的子模拟器程序。它采用顺序执行指令的方式，没有指令并行；不支持cache的使用，也不进行指令正确性检查，由程序员保证每条指令的正确性；不支持模拟器本身内嵌的Dlite！调试器（类似于gdb调试器）。为了模拟器的速度优化，在缺省情况下，sim-fast模拟器不进行时间统计，不对指令的有关信息（如指令总数及访存指令数目）进行统计。当然，可以修改模拟器源程序，通过改变其设置，使模拟器更加符合设计人员的需求。（2）Sim-safe
在工具集中，是最简单的最友好的模拟器，检查所有的指令错误，不讲究速度。（3）Sim-bpred
实现一个分支预测分析器。
（4）Sim-cache
这个工具实现cache模拟功能，为用户择的cache和快表设置生成cache统计，其中可能包含两级指令和数据cache ，还有一级指令和数据快表，不会生成时间信息。
（5）Sim-eio
这个模拟器支持生成外部事件跟踪（EIO traces）和断点文件。外部事件跟踪俘获程序的执行，并且允许被打包到一个单独的文件，以备以后的再次执行。这个模拟器也提供在外部事件跟踪执行中在任意一点做断点。断点文件可被用于在程序运行中启动simplescalar 模拟器。
（6）Sim-outorder
最完整的工具。支持依序和乱序执行，branch predictor，memory hierarchy，function unit个数等参数设定。这个模拟器追踪潜在的所有流水（pipeline）操作。（7）Sim-profile
也叫functional simulation，但提供较完整的模拟参数，可依照使用者之设定，决定所要模拟之项目，如instruction classes and addresses、text symbols、memory accesses、branches and data segment symbols以方便使用者整理收集数据材料。
三实验内容
（一）Simpl eScalar基本运行模拟
开启虚拟机软件Vmware，点击菜单“Flie->Open”，打开目录” D:\Red Hat Linux\”下的Red Hat虚拟机。该虚拟机的用户名和密码如下：
用户名为:root
密码:123456
其中，SimpleScalar模拟器安装在目录/root/SimpleScalar下，test目录为矩阵乘测试程序所在目录
点击右键->新建终端，进入目录/root/SimpleScalar/test/目录，命令为：
[root@localhost root]# cd /root/simplescalar/test/
1. 编译测试程序
该目录下有一个 1.c文件，该文件为矩阵乘测试程序文件，首先需要使用SimpleScalar的交叉编译器将该文件便以为SimpleScalar模拟器上可以执行的二进制文件，编译命令为：
[root@localhost test]# sslittle-na-sstrix-gcc 1.c
此时该目录下会多出来一个a.out文件，该文件即为SimpleScalar上可执行二进制文件。
2．模拟执行
我们采用SimpleScalar的sim-cache模拟器对刚才编译出来的可执行文件进行模拟执行，最简单的执行命令为：
[root@localhost test]# sim-cache a.out
如果执行成功，会出现如下图所示的界面：
此时输入三个矩阵A,B,C的大小M、N、K，得到模拟执行结果，如下图所示：
3．Cache配置
在上述的执行中，没有对Cache的结构进行配置，使用了默认的Cache配置。在我们的实验中，需要对Cache 参数进行详细配置。
一般来说，Cache的结构参数主要包括以下几个方面：容量、块大小、相联度、替换算法等。在SimpleScalar模拟器中，采用了两级Cache结构，同时数据和指令Cache分开。SimpleScalar的Cache参数配置命令为：
其中：
dl1：一级数据Cache
dl2：二级数据Cache
il1：一级指令Cache
il2：二级指令Cache
dtlb：数据TLB
itlb：指令TLB
此时，Cache容量为：
替换策略主要有以下几种：
l ：LRU，最近最少使用
f ：FIFO，先进先出
r ：RANDOM，随机策略
例如:
-cache:dl1 dl1:1024:32:2:l
表示对一级数据cache进行配置，1024表示有1024组，Cache块大小为32个byte，每个组有2个Cache块，即相联度为2，替换策略为LRU。在此配置下，一级数据Cache的容量为1024*32*2=64K byte。
例如对上述矩阵乘测试程序，使用该配置进行模拟执行的命令为：
[root@localhost test]# sim-cache -cache:dl1 dl1:1024:32:2:l a.out （二）Simpl eScalar模拟统计信息详解
采用上述命令执行后，得到如下所示的信息，其详解如下：
（三）Cache容量对性能的影响
1．操作方法与实验步骤
（1）改变SimpleScalar模拟器的一级数据cache dl1的容量配置，在SimpleScalar 的配置过程中，固定cache块大小、相联度、替换策略等参数，通过改变组数来改变Cache的容量大小，执行程序，具体运行配置参数如下表1所示。
（2）输入矩阵规模：120*120；
（3）观察运行后失效率的变化情况。
2.实验结果
各个配置条件下，失效率见表1。
表1 Cache容量对性能影响
3.结果分析
图3 Cache容量对失效率影响
观察Cache容量对性能的影响，将测得的失效率绘制为曲线，得到如上图所示的曲线图。从图中可以看出，随着Cache的容量不断增加，程序的失效率不断降低。由此可见，Cache的容量对于Cache性能有着重要影响。一般来说，容量越大，Cache 性能越好，发生失效的概率就越低。但对于某一个应用来说，容量达到一定程度后，性能改善程度会达到峰值。但在容量达到128K byte后，失效率就不再降低，稳定在一个固定范围内，说明此时容量已经不是Cache性能的瓶颈了，增大Cache容量
对性能提升已无促进作用。
（四）Cache相联度对性能的影响
1．操作方法与实验步骤
（1）改变SimpleScalar模拟器的一级数据cache dl1的容量配置，在SimpleScalar 的配置过程中，固定容量大小、cache块大小、替换策略等参数，改变相联度，执行程序，具体运行配置参数如下表2所示。
（2）输入矩阵规模：120*120；
（3）观察运行后失效率的变化情况。
2.实验结果
各个配置条件下，失效率见表2。
表2 Cache相联度对性能影响
3.结果分析
图4 Cache相联度对失效率影响
在组相联Cache中，相联度对Cache性能也有着重要影响，因为相联度直接决定Cache中发生冲突失效的概率。相联度越高，块冲突概率就越低，因而Cache的失效率就越低。块冲突是指一个主存块要进入已被占用的Cache块位置。显然，全相联(相联度为n)的失效率最低，直接映像(相联度为1)失效率最高。虽然从降低失效率的角度来看，相联度越大越好，但从我们的实验将可以发现，增大相联度并一定使Cache的性能提高，反而会使系统复杂性增加，这点将从我们的实验结果中得到具体反映。由观察得，具体为在16K byte容量下，将相联度从1变化到256。由
于容量一定，组数也从512变化到2。在不同Cache相联度的配置下，其失效率变出，如表2所示，将这些失效率绘制为曲线，得到图4所示的曲线。根据这些实验结果我们可以发现，在相联度4以下，失效率会随着相联度的增加而降低。而相联度超过4以后，相联度的增加并不会使失效率继续降低，反而稳定在一个固定水平上。从上述实验结果可以发现，相联度的增加在一定的范围内可以促进Cache性能的改善，但这个范围非常有限，仅在1路、2路或4路组相联上起作用。
（五）Cache块大小对性能的影响
1．操作方法与实验步骤
（1）改变SimpleScalar模拟器的一级数据cache dl1的容量配置，在SimpleScalar 的配置过程中，相联度、替换策略等参数，对于2k、4k、8k一直到128k，分别改变cache块大小，执行程序，具体运行配置参数如下表表3—9所示。
（2）输入矩阵规模：120*120；
（3）观察运行后失效率的变化情况。
2.实验结果
各个配置条件下，失效率见表3—9。
表3 2k容量下，Cache块大小对性能影响
表4 4k容量下，Cache块大小对性能影响
表5 8k容量下，Cache块大小对性能影响
表6 16k容量下，Cache块大小对性能影响
表7 32k容量下，Cache块大小对性能影响
表8 64k容量下，Cache块大小对性能影响
表9 128k容量下，Cache块大小对性能影响
3.结果分析
降低Cache失效率最为简单的办法就是增加块大小。具体实验方法为测试在不同容量情况下，固定容量大小、替换策略、相联度等，改变Cache的块大小，观察Cache的失效率变化。
经过测试，我们得到各个容量下失效率随块大小的变化情况。具体如图5所示，每条不同颜色的曲线代表在某一Cache容量下，失效率随块大小的变化情况。从图中可以发现两点规律：
(1)对于给定的Cache 容量，当块大小增加时，失效率开始时处于下降趋势，
后来反而会上升。
(2)Cache容量越大，会使失效率达到最低的拐点的块大小增大。
图5 失效率随块大小变化情况
导致上述失效率先下降后上升的原因在于增加块大小会产生双重作用。一方面会减少强制性失效，因为程序局部性原理，增加块大小增加了利用空间局部性的机会；另一方面，在容量一定情况下，增加块大小会减少总的块数目，会增加冲突失效，在Cache容量较小时，还可能增加容量失效。刚开始增加块大小时，由于块大小还不是很大，上述第一种作用超过第二种作用，使失效率降低。当块大小增加到一定程度时，第二种作用会超过第一种作用，使失效率上升。
（六）Cache的替换策略对性能的影响
1．操作方法与实验步骤
（1）改变SimpleScalar模拟器的一级数据cache dl1的容量配置，在SimpleScalar 的配置过程中，将Cache的块大小固定为32byte，相联度固定为2，对于2k、4k、8k一直到256k，分别改变替换策略，执行程序，具体运行配置参数如下表10—17所示。
（2）输入矩阵规模：120*120；
（3）观察运行后失效率的变化情况。
2.实验结果
各个配置条件下，失效率见表10—17。
表10 2k容量下，替换策略对性能影响
表11 4k容量下，替换策略对性能影响
表12 8k容量下，替换策略对性能影响
表13 16k容量下，替换策略对性能影响
表14 32k容量下，替换策略对性能影响
表15 64k容量下，替换策略对性能影响
表16 128k容量下，替换策略对性能影响
表17 256k容量下，替换策略对性能影响
3.结果分析
由于主存中的块比Cache中的要多，所以当要从主存调入一个块到Cache中时，会出现该快所映像到的一组Cache块已被占用的情况。这是需要强制其中的一块移出Cache，以接纳新的Cache块。这就需要替换策略选择替换的块。
替换策略主要是在对Cache块进行淘汰时，如何选择要替换的块的策略。目前主要又三种替换策略：最近最少使用(LRU)策略、先进先出(FIFO)策略、随机(RANDOM)策略。这三种替换策略各有优劣。好的替换策略会将使用率高的Cache 块更长时间的驻留在Cache中，从而降低Cache失效率，提高Cache性能。为比较上述三种替换策略对Cache性能的影响，我们对他们分别进行实验比较。
图6 替换策略对Cache性能的影响
从图6中可以发现，在Cache容量较小的情况下，随机(RANDOM)策略相对较好，而随着Cache容量的增加，最近最少使用(LRU)和先进先出(FIFO)策略的效果较好。所以一般的计算机较多的采用LRU替换策略。
最优化方法 课程设计报告班级：________________ 姓名： ______ 学号： __________ 成绩： 2017年 5月 21 日
目录 一、摘要 (1) 二、单纯形算法 (2) 1.1 单纯形算法的基本思路 (2) 1.2 算法流程图 (3) 1.3 用matlab编写源程序 (4) 二、黄金分割法 (7) 2.1 黄金分割法的基本思路 (7) 2.2 算法流程图 (8) 2.3 用matlab编写源程序 (9) 2.4 黄金分割法应用举例 (11) 三、最速下降法 (11) 3.1 最速下降法的基本思路 (11) 3.2 算法流程图 (13) 3.3 用matlab编写源程序 (13) 3.4 最速下降法应用举例 (13) 四、惩罚函数法 (17) 4.1 惩罚函数法的基本思路 (17) 4.2 算法流程图 (18) 4.3 用matlab编写源程序 (18) 4.4 惩罚函数法应用举例 (19) 五、自我总结 (20) 六、参考文献 (20)
一、摘要 运筹学是一门以人机系统的组织、管理为对象，应用数学和计算机等工具来研究各类有限资源的合理规划使用并提供优化决策方案的科学。通过对数据的调查、收集和统计分析，以及具体模型的建立。收集和统计上述拟定之模型所需要的各种基础数据，并最终将数据整理形成分析和解决问题的具体模型。 最优化理论和方法日益受到重视，已经渗透到生产、管理、商业、军事、决策等各个领域，而最优化模型与方法广泛应用于工业、农业、交通运输、商业、国防、建筑、通信、政府机关等各个部门及各个领域。伴随着计算机技术的高速发展，最优化理论与方法的迅速进步为解决实际最优化问题的软件也在飞速发展。其中，MATLAB软件已经成为最优化领域应用最广的软件之一。有了MATLAB 这个强大的计算平台，既可以利用MATLAB优化工具箱（OptimizationToolbox）中的函数，又可以通过算法变成实现相应的最优化计算。 关键词：优化、线性规划、黄金分割法、最速下降法、惩罚函数法
分析影响cache命中率的因素 摘要： 存储器是计算机的核心部件之一。由于CPU和主存在速度上的存在着巨大差异，现代计算机都在CPU和主存之间设置一个高速、小容量的缓冲存储器cache。而它完全是是由硬件实现，所以它不但对应用程序员透明，而且对系统程序员也是透明的。Cache对于提高整个计算机系统的性能有着重要的意义，几乎是一个不可缺少的部件。 关键字：cache容量；失效率；块大小；相联度；替换策略。 一、概述 存储器是计算机的核心部件之一。其性能直接关系到整个计算机系统性能的高低。如何以合理的价格，设计容量和速度都满足计算机系统要求的存储器系统，始终是计算机系统结构设计的中关键的问题之一。 计算机软件设计者和计算机用户对于存储器容量的需求是没有止境的，他们希望容量越大越好，而且要求速度快、价格低。仅用单一的存储器是很难达到这一需求目标的。较好的方法是采用存储层次，用多种存储器构成存储器的层次结构。 其中“cache-主存”和“主存-辅存”层次是常见的两种层次结构，几乎所有现代的计算机都同时具有这两种层次。我们都知道，程序在执行前，需先调入主存。在这里主要讨论的是“cache-主存”层次。 “cache-主存”是在为了弥补主存速度的不足，这个层次的工作一般来说，完全是由硬件实现，所以它不但对应用程序员透明，而且对系统程序员也是透明的。 如前所述，为了弥补CPU和主存在速度上的巨大差异，现代计算机都在CPU和主存之间设置一个高速、小容量的缓冲存储器cache。Cache对于提高整个计算机系统的性能有着重要的意义，几乎是一个不可缺少的部件。 Cache是按块进行管理的。Cache和主存均被分割成大小相同的块。信息以块为单位调入cache。相应的，CPU的访存地址被分割成两部分：块地址和块内位移。
北京科技大学计算机与通信工程学院 模式分类第二次上机实验报告 姓名：XXXXXX 学号：00000000 班级：电信11 时间：2014-04-16
一、实验目的 1．掌握支持向量机（SVM）的原理、核函数类型选择以及核参数选择原则等； 二、实验内容 2.准备好数据，首先要把数据转换成Libsvm软件包要求的数据格式为： label index1:value1 index2:value2 ... 其中对于分类来说label为类标识，指定数据的种类；对于回归来说label为目标值。（我主要要用到回归） Index是从1开始的自然数，value是每一维的特征值。 该过程可以自己使用excel或者编写程序来完成，也可以使用网络上的FormatDataLibsvm.xls来完成。FormatDataLibsvm.xls使用说明： 先将数据按照下列格式存放（注意label放最后面）： value1 value2 label value1 value2 label 然后将以上数据粘贴到FormatDataLibsvm.xls中的最左上角单元格，接着工具->宏执行行FormatDataToLibsvm宏。就可以得到libsvm要求的数据格式。将该数据存放到文本文件中进行下一步的处理。 3.对数据进行归一化。 该过程要用到libsvm软件包中的svm-scale.exe Svm-scale用法： 用法：svmscale [-l lower] [-u upper] [-y y_lower y_upper] [-s save_filename] [-r restore_filename] filename （缺省值：lower = -1，upper = 1，没有对y进行缩放）其中，-l：数据下限标记；lower：缩放后数据下限；-u：数据上限标记；upper：缩放后数据上限；-y：是否对目标值同时进行缩放；y_lower为下限值，y_upper为上限值；（回归需要对目标进行缩放，因此该参数可以设定为–y -1 1 ）-s save_filename：表示将缩放的规则保存为文件save_filename；-r restore_filename：表示将缩放规则文件restore_filename载入后按此缩放；filename：待缩放的数据文件（要求满足前面所述的格式）。缩放规则文件可以用文本浏览器打开，看到其格式为： y lower upper min max x lower upper index1 min1 max1 index2 min2 max2 其中的lower 与upper 与使用时所设置的lower 与upper 含义相同；index 表示特征序号；min 转换前该特征的最小值；max 转换前该特征的最大值。数据集的缩放结果在此情况下通过DOS窗口输出，当然也可以通过DOS的文件重定向符号“>”将结果另存为指定的文件。该文件中的参数可用于最后面对目标值的反归一化。反归一化的公式为： （Value-lower）*（max-min）/(upper - lower)+lower 其中value为归一化后的值，其他参数与前面介绍的相同。 建议将训练数据集与测试数据集放在同一个文本文件中一起归一化，然后再将归一化结果分成训练集和测试集。 4.训练数据，生成模型。 用法：svmtrain [options] training_set_file [model_file] 其中，options（操作参数）：可用的选项即表示的涵义如下所示-s svm类型：设置SVM 类型，默
实验2：MIPS指令系统和MIPS体系结构 一.实验目的 （1）了解和熟悉指令级模拟器 （2）熟悉掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法 （3）熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解 （4）熟悉MIPS体系结构 二. 实验内容和步骤 首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统和汇编语言。（1）、启动MIPSsim（用鼠标双击MIPSsim.exe）。 （2）、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。 （3）、参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。 可以先载入一个样例程序（在本模拟器所在的文件夹下的“样例程序”文件夹中），然后分别以单步执行一条指令、执行多条指令、连续执行、设置断点等的方式运行程序，观察程序的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化。 （4）、选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序 alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置（起始地址为0x00000000）。 （5）、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]=0x00000000。 （6）、执行load和store指令，步骤如下： 1)单步执行一条指令（F7）。 2)下一条指令地址为0x00000004，是一条有 (有，无)符号载入字节 (字节，半字，字)指令。 3)单步执行一条指令（F7）。 4)查看R1的值，[R1]= 0xFFFFFFFFFFFFFF80 。 5)下一条指令地址为0x00000008，是一条有 (有，无)符号载入字 (字节，半字，字)指令。 6)单步执行1条指令。 7)查看R1的值，[R1]=0x0000000000000080 。 8)下一条指令地址为0x0000000C ，是一条无 (有，无)符号载入字节 (字节，半字，字)指令。 9)单步执行1条指令。 10)查看R1的值，[R1]= 0x0000000000000080 。 11)单步执行1条指令。 12)下一条指令地址为0x00000014 ，是一条保存字 (字节，半字，字)指令。 13）单步执行一条指令。
最优化方法实验报告Numerical Linear Algebra And Its Applications 学生所在学院：理学院 学生所在班级：计算数学10-1 学生姓名：甘纯 指导教师：单锐 教务处 2013年5月
实验一 实验名称：熟悉matlab基本功能 实验时间: 2013年05月10日星期三实验成绩： 一、实验目的： 在本次实验中，通过亲临使用MATLAB，对该软件做一全面了解并掌握重点内容。 二、实验内容： 1. 全面了解MATLAB系统 2. 实验常用工具的具体操作和功能 实验二 实验名称：一维搜索方法的MATLAB实现 实验时间: 2013年05月10日星期三实验成绩： 一、实验目的： 通过上机利用Matlab数学软件进行一维搜索，并学会对具体问题进行分析。并且熟悉Matlab软件的实用方法，并且做到学习与使用并存，增加学习的实际动手性，不再让学习局限于书本和纸上，而是利用计算机学习来增加我们的学习兴趣。 二、实验背景： (一）0.618法（黄金分割法），它是一种基于区间收缩的极小点搜索
算法，当用进退法确定搜索区间后，我们只知道极小点包含于搜索区间内，但是具体哪个点，无法得知。 1、算法原理 黄金分割法的思想很直接，既然极小点包含于搜索区间内，那么可以不断的缩小搜索区间，就可以使搜索区间的端点逼近到极小点。 2、算法步骤 用黄金分割法求无约束问题min (),f x x R ∈的基本步骤如下： （1）选定初始区间11[,]a b 及精度0ε>，计算试探点： 11110.382*()a b a λ=+- 11110.618*()a b a μ=+-。 （2）若k k b a ε-<，则停止计算。否则当()()k k f f λμ>时转步骤（3）。 当()()k k f f λμ≤转步骤（4）。 （3）置 11111110.382*()k k k k k k k k k k a b b a b a λλμμ+++++++=??=?? =??=+-?转步骤（5）
数据库与信息管理本栏目责任编辑：代影Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第7卷第22期(2011年8月)高档计算机系统中Cache 性能分析 潘继强 （陕西理工学院计算机科学与技术系，陕西汉中723000） 摘要：现代计算机体系结构中广泛采用Cache 来缓解处理器运行和存储器访问的速度增长之间的巨大差距，使得Cache 已经成为影响处理器性能、功耗、价值的重要因素之一。文章根据Cache 基本工作原理和引入Cache 后计算机系统的性能分析，介绍了一些改进Cache 性能的方法。 关键词：高速缓存；命中率；局部性原理；静态随机存储器 中图分类号：TP302文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)22-5285-02 随着计算机技术的不断发展和进步，CPU(中央处理器)主频的不断提高对计算机系统性能的提升起到了极大的作用，但是作为一个完整的计算机系统，计算机系统性能的提高并不是仅取决于CPU 的主频，还与其他因素密切相关，例如，计算机系统结构、数据在各部件间的传送速度、存储部件的存取速度等，其中CPU 和主存之间的存取速度与计算机系统性能的提高有很大关系。可是主存速度的提高始终跟不上CPU 的发展，据统计，CPU 的速度平均每年改进60%，而组成主存的动态RAM(随机存储器)速度平均每年只改进7%，结果是CPU 和主存之间的速度间隙平均每年大增50%。处理器运行和存储器访问的速度增长之间存在的差距越来越大，这种现象己经成为影响计算机系统性能最主要的瓶颈之一。假设一台计算机的CPU 工作速度很快，而配备的主存访问速度相对较慢，这样就会造成CPU 在访存时等待，降低了处理器的工作速度，进而影响计算机的整体性能。 解决CPU 与主存的速度差距问题在于保持CPU 的能力，提高主存的速度。使用硬件技术提高存储芯片的存取速度是一个有效的手段，可是在慢速的主存和快速CPU 之间插入一个容量较小的高速存储器起缓冲作用（即Cache 技术）也是解决问题的一个行之有效的方法，使得速度和成本之间的矛盾得到较合理的解决。自从1985年Intel80386问世以来，在后续的微处理器中都采用了Cache 。1Cache 的工作原理 在现代计算机系统中，高速缓存Cache 已经逐渐成为计算机不可缺少的一部分。在计算机系统中设置Cache 是为了解决高速处理器和低速主存之间速度不匹配的问题，从而可以提高整机的性能。因此要分析Cache 对计算机性能的影响，必须要了解其工作原理。 Cache 的工作原理是基于程序和数据访问的局部性。任何程序或数据要为CPU 所使用，必须先放到主存中。CPU 只与主存交换数据，所以主存的速度在很大程度上决定了系统的运行速度。对大量典型程序运行情况的分析结果表明，程序运行期间，在一个较短的时间间隔内，由程序产生的内存访问地址往往集中在主存很小范围的地址空间内。这一点不难理解。指令地址本来就是连续分布的，再加上循环程序段和子程序段要多次重复执行。因此，对这些地址中的内容的访问就自然具有时间上集中分布的倾向。数据分布的这种集中倾向不如指令明显，但对数组的存储和访问以及内存变量的安排都使存储器地址相对集中。这种在单位时间内对局部范围的存储器地址频繁访问，而对此范围以外的地址则访问甚少的现象，就称为程序访问的局部性。 由此可以想到，如果把在一段时间内、一定地址范围内被频繁访问的信息集合成批地从主存中读到一个能高速存取的小容量存储器中存放起来，供程序在这段时间内随时使用，从而减少或不再去访问速度较慢的主存，就可以加快程序的运行速度。这就是Cache 的设计思想，在主存和CPU 之间设置一个小容量的高速存储器就是高速缓存Cache(其结构如图1所示)，通常由SRAM(静态随机存储器)构成。它的存取速度比构成主存的动态RAM 要快的多，故CPU 在需要访问主存中的程序和数据时，就不必多次直接访问速度较慢的主存，而是从高速缓存中以更快的速度得到必要的程序和数据，从而可以缓解CPU 和主存速度不匹配的矛盾，进而提高计算机系统的性能。但是SRAM 的价格比较昂贵，若干设置大容量的高速缓存，就会增加计算机的成本，故Cache 的容量一般相对主存来说都比较小。 在Cache 系统中，将主存和Cache 都分成若干同样大小的块，每块内又包含若干个 字，主存总是以块为单位映射到Cache 中。根据程序访问的局部性原理，在程序运行期 间系统不断地将与当前访问块相关联的后继存储单元块从主存读入到Cache ，其实质 就是把主存中的程序和数据分块复制到Cache 中，然后再和CPU 进行高速传送。当 CPU 需要访问主存时就会在地址总线上发出访存地址，首先通过主存—Cache 地址变 换机构判定访存地址所对应的存储单元块是否已在Cache 中。如果在Cache 中(称为 Cache 命中)，则经地址变换机构将主存地址变换成Cache 地址去访问Cache 。如果不在 Cache 中(称为Cache 不命中)，此时就要把要访问的字直接从主存送往CPU ，同时把包括该字的主存块调入Cache 供CPU 使用。当然Cache 的容量是有限的，如果此刻Cache 处于未被装满的状态，则可将新的主存块直接调入Cache 。倘若Cache 原来已被装满，即已无法将新的主存块调入Cache 时，就得采用替换策略，从Cache 中换出一个旧块，并将新块替换进Cache 。 收稿日期：2011-05-28 作者简介：潘继强（1978-），男，陕西汉中人，讲师，研究方向为计算机基础理论教学。 图1缓存—主存层次结构图E-mail:jslt@https://www.doczj.com/doc/f415067555.html, https://www.doczj.com/doc/f415067555.html, Tel:+86-551-56909635690964ISSN 1009-3044 Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.7,No.22,August 2011.5285
Java系统与分析大型实验报告设计题目：基于JavaEE的网上订餐系统 班级：软件801 姓名：*** 学号：*** 指导老师：*** 2011年12月
1、需求分析 网上订餐系统需要提供客户快捷、方便的订餐服务，开发本系统的具体要求如下： （1）在系统首页需要提供推荐菜单、热门菜单已经菜单搜索功能，方便用户快速选购自己喜欢的菜单。 （2）系统要求用户进行注册和登录。 （3）在用户订餐完毕后，需要能够自动计算菜单价格。同时在用户提交订单时，需要用户确定订单无误，同时还将自动生成订单号，并保存到系统的剪贴板中，方便用户保存订单号。 （4）系统还需要提供会员服务功能，会员每消费一块钱将增加一积分。同时在系统首页将显示积分榜，鼓励会员消费。 （5）系统需要提供菜单分类查看功能，从而方便用户选购。 2、功能分析 模块： 餐店简介模块：用来介绍餐店信息，例如餐店名称、联系人、地址、电话等。 美食分类模块：用来分类显示美食信息，可以通过单击菜单来查看菜单详细信息，可以发表评论信息。 订餐模块：点击菜单的订餐按钮，进入购物车，提供订餐功能。 会员中心模块：用来显示会员身份信息，并提供会员信息更新功能。 订单查询模块：负责订单的查询功能，提供订单时间、订单号查询功能。 功能说明用例图： 用户 查询菜单 提交订单 删除订单图1 用户用例图
管理员 查询菜单 添加菜单 删除菜单 查询订单 删除订单 图2 管理员用例图 3、系统设计 系统流程图： 身份识别 是否合法后台订餐页面 是查看美事信息放入购物车查看购物车提交订单查看订单否 评价美食 图3 前台系统流程图 身份识别 是否合法 后台订餐页面 是增加美食删除美事查看订单删除订单修改美事信息 否 图4 后台系统流程图
整数规划实验报告例文 篇一：实验报告整数规划 一、实验名称：整数规划问题和动态规划问题 二、实验目的： 熟练使用Spreadsheet建立整数规划、动态规划模型，利用excel建立数学模型，掌握求解过程，并能对实验结果进行分析及评价 三、实验设备 计算机、Excel 四、实验内容 （一）整数规划 1、0-1整数规划 其中，D11=F2;D12=F3;D13=F4;D14=F5; B11=SUMPRODUCT($B$9:$E$9,B2:E2); B12=SUMPRODUCT($B$9:$E$9,B3:E3); B13=SUMPRODUCT($B$9:$E$9,B4:E4); B14=SUMPRODUCT($B$9:$E$9,B5:E5); H8==SUMPRODUCT($B$9:$E$9,B6:E6); 用规划求解工具求解：目标单元格为$H$8,求最大值，可变单元格为$B$9:$E$9，约束条件为 $B$11:$B$14<=$D$11:$D$14;$B$9:$E$9=二进制。在【选项】
果，实现最大利润为140. 2、整数规划 其中，D11=D2;D12=D3; B11=SUMPRODUCT($B$8:$C$8,B2:C2);B12=SUMPRODUCT($B$8:$ C$8,B3:C3); F7=SUMPRODUCT($B$8:$C$8,B4:C4); 用规划求解工具求解：设置目标单元格为F7,求最大值，可变单元格为$B$8:$C$8,约束条件为 $B$11:$B$12<=$D$11:$D$12;$B$8:$C$8=整数。在【选项】菜单中选择“采用线性模型”“假定非负”。即可进行求解得结果，实现最大利润为14. 3、指派问题 人数跟任务数相等： 其中， F11=SUM(B11:E11);F12=SUM(B12:E12);F13=SUM(B13:E13);F14=SU M(B14:E14); B15=SUM(B11:B14);C15=SUM(B11:B14);D15=SUM(B11:B14);E15=SU M(B11:B14); H11,H12,H13,H14,B17,C17,D17,E17单元格值均设为1. 用规划求解工具求解：设置目标单元格为$B$8,求最小值，可变单元格为$B$11:$E$14,约束条件为$B$11:$E$14=二进制； $B$15:$E$15=$B$17:$E$17;$F$11:$F$14=$H$11:$H$14. 在【选
计算机系统结构实验报告 名称： Cache性能分析学院：信息工程 姓名：陈明 学号：S121055 专业：计算机系统结构年级：研一
实验目的 1.加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解； 2.了解Cache的容量、相联度、块大小对Cache性能的影响； 3.掌握降低Cache失效率的各种方法，以及这些方法对Cache性能提高的好处； 4.理解Cache失效的产生原因以及Cache的三种失效； 5.理解LRU与随机法的基本思想，及它们对Cache性能的影响； 实验平台 Vmware 虚拟机，redhat 9.0 linux 操作系统，SimpleScalar模拟器 实验步骤 1.运行SimpleScalar模拟器； 2.在基本配置情况下运行程序（请指明所选的测试程序），统计Cache总失效 次数、三种不同种类的失效次数； 3.改变Cache容量（*2，*4，*8，*64），运行程序（指明所选的测试程序）， 统计各种失效的次数，并分析Cache容量对Cache性能的影响； 4.改变Cache的相联度（1路，2路，4路，8路，64路），运行程序（指明所 选的测试程序），统计各种失效的次数，并分析相联度对Cache性能的影响； 5.改变Cache块大小（*2，*4，*8，*64），运行程序（指明所选的测试程 序），统计各种失效的次数，并分析Cache块大小对Cache性能的影响； 6.分别采用LRU与随机法，在不同的Cache容量、不同的相联度下，运行程序 （指明所选的测试程序）统计Cache总失效次数，计算失效率。分析不同的替换算法对Cache性能的影响。 预备知识 1. SimpleScalar模拟器的相关知识。详见相关的文档。 2. 复习和掌握教材中相应的内容 （1）可以从三个方面改进Cache的性能：降低失效率、减少失效开销、减少Cache命中时间。 （2）按照产生失效的原因不同，可以把Cache失效分为三类： ①强制性失效（Compulsory miss）
实验一Cacｈe模拟器得实现 一、实验目得 (1)加深对Cａche得基本概念、基本组织结构以及基本工作原理得理解。 (2)掌握Cache容量、相联度、块大小对Ｃacｈe性能得影响。 (3)掌握降低Cacｈｅ不命中率得各种方法以及这些方法对提高Caｃhｅ性能得好处。 (４)理解ＬＲＵ与随机法得基本思想以及它们对Ｃaｃhｅ性能得影响. 二、实验内容与步骤 1、启动Cachesｉm 2、根据课本上得相关知识,进一步熟悉Cachｅ得概念与工作机制。 Cache概念：高速缓冲存 Caｃhe工作机制:大容量主存一般采用DRAM，相对SRAM速度慢，而SRAＭ速度快，但价格高。程序与数据具有局限性,即在一个较短得时间内，程序或数据往往集中在很小得存储器地址范围内。因此，在主存与CＰU之间可设置一个速度很快而容量相对较小得存储器,在其中存放CPU当前正在使用以及一个较短得时间内将要使用得程序与数据，这样，可大大加快CＰU访问存储器得速度，提高机器得运行效率 3、依次输入以下参数：Caｃhe容量、块容量、映射方式、替换策略与写策略. （1）Cacｈｅ容量： 启动CaｃhｅＳim,提示请输入Cache容量,例如１、２、4、8、、、、、、。此处选择输入4。 （2）块容量: 如下图所示,提示输入块容量，例如1、2、4、8、、、、、、。此处选择输入１6。 （3）映射方式: 如下图所示，提示输入主存储器与高速缓存之间得aｓｓｏiativiｔy方法
(主存地址到Cache地址之间得映射方式）,1代表直接映射（固定得映射关系)、2代表组相联映射(直接映射与全相联映射得折中）、3代表全相联映射（灵活性大得映射关系）。此处选择全相联映射。 （4）替换策略: 如下图所示，提示输入替换策略,1代表先进先出（Fｉｒsｔ-In—Fｉｒsｔ—Oｕt，FIFO)算法、2代表近期最少使用(Lｅast RecｅntlyＵsｅd，LＲU）算法、3代表最不经常使用(Least Frequeｎtly Used，ＬFＵ)、４代表随机法(Ｒandom）。此处选择先进 先出. （5)写策略: 如下图所示，提示输入Cａｃhｅ得读写操作，１代表写直达法(存直达法）即写操作时数据既写入Cａche又写入主存、2代表写回法（拷回法）即写操作时只把数据写入Cａｃhe而不写入主存，但当Cachｅ数据被替换出去时才写回主存。此处选写回法
实验一：线性规划单纯形算法 一、实验目的 通过实验熟悉单纯形法的原理，掌握Matlab 循环语句的应用,提高编程的能力和技巧。 二、实验用仪器设备、器材或软件环境 Windows Xp 操作系统 ,Matlab6.5，计算机 三、算法 对于一般的标准形式线性规划问题(求极小问题),首先给定一个初始 基本可行解。设初始基为B,然后执行如下步骤： (1).解B Bx b =,求得1 B x B b -=，0,N B B x f c x ==令计算目标函数值 1(1,2,...,)i m B b i -=i 以b 记的第个分量 (2).计算单纯形乘子w , B wB C =,得到1 B w C B -=,对于非基变量，计算判别数 1i i i B i i z c c B p c σ-=-=-,令 max{}k i i i R z c σ∈=-,R 为非基变量集合 若判别数0k σ≤ ,则得到一个最优基本可行解，运算结束；否则，转到下一步 (3).解k k By p =,得到 1 k k y B p -=；若0k y ≤,即k y 的每个分量均非正数，则停止计算，问题不存在有限最优解，否则，进行步骤(4). (4).确定下标r,使 { } :0 min ,0 t r rk tk tk b b tk y y t y y >=>且r B x 为离基变量。 k x 为进基变量，用k p 替换r B p ，得到新的基矩阵B ，返回步骤（1）。 对于极大化问题，可以给出完全类似的步骤，只是确定进基变量的准则不同。对于极大化问题，应令 min{}k k j j z c z c -=-
四、计算框图 是 否 是 否 开始 初始可行解B 令1,0,B N B B x B b b x f c x -==== 计算单纯形乘子1 B w c B -=，计算判别数,i j j wp c j R σ=-∈（非基变量） 令max{,}k j j R σσ=∈ 0?k σ≤ 得到最优解 解方程k k By p =，得到1k k y B p -=。 0?k y ≤ 不存在有限最优解 确定下标r ，是 { }:0 min ,0 t r rk tk tk b b tk y y t y y >=>且 k x 为进基变量，用 k p 替换r B p ，得到新的基矩阵B
《计算机系统结构课内实验》 实验报告
一、实验目的及要求 1.加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理 解； 2.了解Cache的容量、相联度、块大小对Cache性能的影响； 3.掌握降低Cache失效率的各种方法，以及这些方法对Cache性能 提高的好处； 4.理解Cache失效的产生原因以及Cache的三种失效； 5.理解LRU与随机法的基本思想，及它们对Cache性能的影响； 二、实验环境 Vmware 虚拟机，redhat 9.0 linux 操作系统，SimpleScalar模拟器 三、实验内容 1.运行SimpleScalar模拟器； 2.在基本配置情况下运行程序（请指明所选的测试程序），统计 Cache总失效次数、三种不同种类的失效次数； 3.改变Cache容量（*2，*4，*8，*64），运行程序（指明所选的 测试程序），统计各种失效的次数，并分析Cache容量对Cach e性能的影响； 4.改变Cache的相联度（1路，2路，4路，8路，64路），运行 程序（指明所选的测试程序），统计各种失效的次数，并分析相联度对Cache性能的影响； 5.改变Cache块大小（*2，*4，*8，*64），运行程序（指明所选 的测试程序），统计各种失效的次数，并分析Cache块大小对Cache性能的影响；
6.分别采用LRU与随机法，在不同的Cache容量、不同的相联度 下，运行程序（指明所选的测试程序）统计Cache总失效次数，计算失效率。分析不同的替换算法对Cache性能的影响。 四、实验步骤 1、关于simplescalar的简要说明 SimpleScalar包括多个仿真器：sim-fast ,sim－safe,sim-cache,sim-cheetah,sim-pro和sim-outorder。 本次实验使用的是sim-cache，下面说明一下sim-cache。sim-cache:在这个仿真中加入了cache，用户可以对cache及TLB 进行设置，支持两级的cache和一级的TLB，第一级cache和TLB 均分为数据和指令两部分。（摘自百度百科） 下面简要说明一下有关cache的信息： 一般来说，Cache的结构参数主要包括以下几个方面：容量、块大小、相联度、替换算法等。在SimpleScalar模拟器中，采用了两级Cache结构，同时数据和指令Cache分开。SimpleScalar的Cache参数配置命令为：
学生科学实验效果最优化的基石实验报告设计 自然科学是以实验为基础的学科。实验是人们研究和认识自然的重要方法。因此，在自然科学的教学中，实验也是重要的教学方法之一。通过实验，不仅可以提供学生对科学现象的感性认识，更可以让学生获得初步的实验技能和观察分析问题的能力。 小学科学实验教学的设计是运用系统论的思想和方法，以学习理论、教学理论为基础，计划和安排实验教学的各个环节、要素，以实现教学效果最优化为目的的活动。通过多年来的实验教学实践与思考，我们可以让学生像科学家那样，亲历科学探究的过程，这有利于充分发挥学生的主体作用，让学生积极主动参与到观察、实验等学习活动中去，亲自感知实验所产生的各种现象和变化，提高自行获取知识的能力，而其中比较重要的一个环节就是学生实验报告的设计与记录。在学生实验的过程中，一份好的实验报告设计，就像是一盏明灯，能给学生指引实验的目标、方向，能提供给学生形成结论的分析数据，进而培养学生科学实验的基本素养，使学生的科学实验效果达到最优化。 一、观察实验报告的填写，有利于学生在实验中观察，进一步培养学生实验的责任心和有序观察能力。 教科版四下《油菜花开了》解剖花的实验中，我设计了如下实验报告，在教学中取得了很好的效果。 《解剖花》实验人
花的名称 实验方法：用镊子把花的各部分，从外向里一层层撕下，整齐排列并贴在相应的名称左边，数一数，填在相应的空格上。 个萼片 个花瓣 个雄蕊 个雌蕊 在班级（1）上课时我没有设计实验报告，就按照书本上的要求，先介绍解剖花的方法、花的结构，然后让学生按照书本要求独立解剖油菜花。在实验过程中，学生非常认真，且相当活跃，但检查结果时，学生雌雄蕊不分，萼片、花瓣不分，桌上、地上掉落的都是花瓣，实验效果之不佳显而易见。 后来，我根据班级（1）出现的情况，设计了如上实验报告，实验的效果就相当出色。在这个实验报告中，我并没有限制学生解剖何种花，但学生可以根据实验要求很清楚地完成解剖的任务。充分体现了以教师为主导、学生为主体的课堂教学思想；而且在实验的过程中，桌上有了这份实验报告，便时刻提醒着学生做实验究竟是何目的，做实验时必须仔细观察什么，做实验的观察步骤是什么。在解剖花的过程中，动作快的同学还可在老师的同意下，多取一两张实验报告单，多解剖几种花，因此既避免了学生在一旁闲着无所事事而打闹的局面，又进一步提高了这些学生的科学素质。至于个别有困难的学生，教师可在巡视的过程中
题目：安装一种Cache命中率分析工具，并现场安装、演示。 一、什么是CPU-Cache CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容 量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。高速缓存的出现主要是为了解 决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读 写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。 在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可先缓存中调用，从而加快读取速度。CPU包 含多个核心，每个核心又有独自的一级缓存（细分成代码缓存和数据缓存）和二 级缓存，各个核心之间共享三级缓存，并统一通过总线与内存进行交互。 二、关于Cache Line 整个Cache被分成多个Line，每个Line通常是32byte或64byte，Cache Line 是Cache和内存交换数据的最小单位，每个Cache Line包含三个部分 Valid：当前缓存是否有效 Tag：对应的内存地址 Block：缓存数据 三、Cache命中率分析工具选择 1、Linux平台：Valgrind分析工具； 2、Windows平台如下： java的Jprofiler； C++的VisualStudio2010及以后的版本中自带profile工具； Application Verifier； intel vtune等。 四、选用Valgrind分析工具在Linux-Ubuntu14.04环境下实验 1.Valgrind分析工具的常用命令功能： memcheck：检查程序中的内存问题，如泄漏、越界、非法指针等。 callgrind：检测程序代码的运行时间和调用过程，以及分析程序性能。 cachegrind：分析CPU的cache命中率、丢失率，用于进行代码优化。 helgrind：用于检查多线程程序的竞态条件。 massif：堆栈分析器，指示程序中使用了多少堆内存等信息。 2.Valgrind分析工具的安装： 使用Ubuntu统一安装命令：sudo apt-get install valgrind 之后等待安装完成即可。 安装界面如图（由于我已经安装了此工具，而且没有更新的版本，图上结果为无可用升级）。
第7章 1.工程工作站：具有实现工程计算、程序编制和调试、作图、通信、资源共享的计算机环 境。 2.早期CAD环境:“大型机(超级小型机)+多路终端 3.工作站从应用对象、范围和功能需求上都不同于普通PC机 4.工作站与PC在配置上的一般区别：1. 图形处理能力:专业图形卡2. 可靠性: 采用多种 可靠性措施3. 性能: 采用高性能器件4. 扩展能力: 内存、多处理器等5. 软件配置: 操作系统、高性能图形处理软件等。 5.系统性能评价技术：从技术上, 主要有分析、模拟、测量三种技术 6.常采用的分析技术有：常采用排队论、随机过程、均值分析等方法进行近似求解,比如 流水线性能、多处理器系统性能分析、软件可靠性静态评估等。 7.分析技术的特点：特点是理论严密, 对基础理论的掌握要求较高。优点是节约人力/物 力, 可应用于设计中的系统。 8.模拟技术的特点：既可以应用于设计中或实际应用中的系统, 也可以与分析技术相结 合, 构成一个混合系统。 9.测量技术的特点： 10.模拟技术是基于试验数据的系统建模, 主要有: (1) 按系统的运行特性建立系统模型; (2) 按系统工作负载情况建立工作负载模型; (3) 编写模拟程序, 模拟被评价系统的运 行。 11.测量技术：该技术是对已投入使用的系统进行测量, 通常采用不同层次的基准测试程序 评估。不同层次指的是：核心程序、实际应用程序、合成测试程序 12.几乎所有基于模拟的评价方法都依赖于测试数据或实验值 13.总结：分为三种性能评价技术，分别是分析、模拟、测量，这三种技术分别对用不同成 熟度的系统。分析技术对应理论研究，特点是理论严密，基础知识掌握度高。模拟技术是对正在设计以及已经用于实际应用的系统进行建模，建模数据来源是实验数据。而测量技术的应用是对已经投入使用的系统进行测量。通常采用不同层次的基准测试程序，不同层次值的是：核心程序、实际应用程序、合成测试程序。 14.系统性能评价对象：内存、I?O、网络、操作系统、编译器的性能。 15.与程序执行的时间相关的两大因素:(1) 时钟频率(MHz)；(2) 执行程序使用的总时钟周期 数。 16.CPU时间= 总时钟周期数?时钟周期= 总时钟周期数/ 时钟频率 17.IC(程序执行的指令数)和CPI(每条指令所需时钟数 18.CPU时间= CPI?IC ?时钟周期= CPI?IC /时钟频率 19.(1) 时钟频率: 反映计算机实现、工艺和组织技术; 20.(2) CPI: 反映计算机实现、指令集结构和组织; 21.(3) IC: 反映计算机指令集结构和编译技术。 22.系统性能评价标准：(1) 时钟频率(主频): 用于同类处理机之间(2) 指令执行速度法 (MIPS —定点运算) (3) 等效指令速度:吉普森(Gibson)法4)数据处理速率PDR(processing data rate)法(5) 基准程序测试法 23.MIPS指标的主要缺点是不能反映以下情况: ①不能反映不同指令对速度的影响②不能 反映指令使用频率差异的影响③不能反映程序量对程序执行速度的影响 24.吉普森(Gibson)法的主要缺点:(1) 同类指令在不同的应用中被使用的频率不同;(2) 程序 量和数据量对Cache 影响; (3) 流水线结构中指令执行顺序对速度的影响;(4) 编译程序对系统性能的影响。
一维搜索方法的MATLAB 实现 姓名： 班级：信息与计算科学 学号： 实验时间: 2014/6/21 一、实验目的： 通过上机利用Matlab 数学软件进行一维搜索，并学会对具体问题进行分析。并且熟悉Matlab 软件的实用方法，并且做到学习与使用并存，增加学习的实际动手性，不再让学习局限于书本和纸上，而是利用计算机学习来增加我们的学习兴趣。 二、实验背景： 黄金分割法 它是一种基于区间收缩的极小点搜索算法，当用进退法确定搜索区间后，我们只知道极小点包含于搜索区间内，但是具体哪个点，无法得知。 1、算法原理 黄金分割法的思想很直接，既然极小点包含于搜索区间内，那么可以不断 的缩小搜索区间，就可以使搜索区间的端点逼近到极小点。 2、算法步骤 用黄金分割法求无约束问题min (),f x x R ∈的基本步骤如下： （1）选定初始区间11[,]a b 及精度0ε>，计算试探点： 11110.382*()a b a λ=+- 11110.618*()a b a μ=+-。 （2）若k k b a ε-<，则停止计算。否则当()()k k f f λμ>时转步骤（3）。 当 ()()k k f f λμ≤转步骤（4）。 （3） 11111110.382*()k k k k k k k k k k a b b a b a λλμμ+++++++=??=?? =??=+-?转步骤（5）
（4） 转步骤（5） （5）令1k k =+，转步骤（2）。 算法的MATLAB 实现 function xmin=golden(f,a,b,e) k=0; x1=a+0.382*(b-a); x2=a+0.618*(b-a); while b-a>e f1=subs(f,x1); f2=subs(f,x2); if f1>f2 a=x1; x1=x2; f1=f2; x2=a+0.618*(b-a); else b=x2; x2=x1; f2=f1; x1=a+0.382*(b-a); end k=k+1; end xmin=(a+b)/2; fmin=subs(f,xmin)
大连理工大学实验报告计算机系统结构实验 实验四Cache性能分析 学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：计算机科学与技术 学生姓名： 班级： 学号： 大连理工大学 Dalian University of Technology
实验四Cache性能分析 一、实验目的和要求 （1）加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解。 （2）掌握Cache容量、相联度、块大小对Cache性能的影响。 （3）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。 （4）理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响。 二、实验步骤与操作方法 1、Cache容量对不命中率的影响。 （1）启动MyCache。 （2）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。 （3）选择一个地址流文件。方法：选择“访问地址”—>“地址流文件”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在文件夹下的“地址流”文件夹中选取。 （4）选择不同的Cache容量，包括2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB、128KB和256KB。分别执行模拟器（单击“执行到底”按钮即可执行），然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表不同容量下Cache的不命中率 （5）以容量为横坐标，画出不命中率随Cache容量变化而变化的曲线，并指明地址流文件名。
（6）根据该模拟结果，你能得出什么结论？ 答：随着Cache容量的增大，不命中率降低，但是降低的幅度由较大差别，Cache容 量足够大以后，不命中率降到一定程度以后，降低效果不再明显。 2．相联度对不命中率的影响 （1）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。此时的Cache容量为64KB。 （2）选择一个地址流文件。 （3）选择不同的Cache相联度，包括2路、4路、8路、16路和32路。分别执行模拟器，然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表当容量为64KB时，不同相联度下Cache的不命中率 （4）把Cache的容量设置为256KB，重复（3）的工作，并填写下表。 表当容量为256KB时，不同相联度下Cache的不命中率 （5）以相联度为横坐标，画出在64KB和256KB的情况下不命中率随Cache相联度变化而变化的曲线，并指明地址流文件名。