简单的单路缓存 模拟器实现

简单的单路缓存 模拟器实现

 

Cache模拟器

实现一个32大小的单路组相联，因为是单路，不涉及替换算法的实现；

按行读取给定的trace文件，模拟缓存功能，直到读取完毕，最后输出如下的数据：

         _u32cache_r_count;        //读cache的次数；

     _u32 cache_w_count;       //写cache的次数；

     _u32 cache_mem_read;     //cache从mem读数据的次数；

     _u32 cache_mem_write;    //cache写mem数据的次数；

_u32 cache_hit_count;      //cache命中的次数；

         _u32 cache_miss_count;     //cache缺失的次数；

_u32capacity_miss_count;   //cache因为容量不足导致的缺失;

         _u32conflict_miss_count;    //cache因为组冲突造成的缺失；

 

 模拟器正确性的验证：

模拟器实现的正确与否，可以通过读取trace文件，模拟cache运行，再得到输出。比如对于trace1.txt的模拟。

Trace1.txt:

r ff 1

w ff 2

w 7f 3

对于上述的三个存储访问记录，对于32大小的直接映射缓存而言，上述的三个地址都映射到同一个地址，因此会涉及到2次miss，1次hit。具体的数据如下：

冲突的识别：

冲突缺失发生在单路组相联和多路组相联情况下，当前的组数据满，无法放置缓存块，但是整个缓存还是有空闲的块。

为实现方便，我们将冷缺失也归类到冲突缺失中。

容量缺失，表示当前整个的缓存都没有空闲块。

两种缺失的主要区别在于整个缓存是否满。

注意点：

1、块中已经有数据了 ， 块再次被命中 ， 且数据与原数据不相同的时候 ， cache_mem_write++

  （只有在写的时候才会写回，发生变化，read的时候是不会发生变化的）

2、块中没有数据    以及    组内数据满了，其他组没满的时候  conflict_miss_count++

3、cache_miss 的时候 ， 都会有 cache_miss_count ++ ， 因为没有这个数据，都要从内存里面去读取 ， 从而cache_mem_read++ ，

    所以cache_miss_count 和 cache_mem_read 永远都是相等的！！！

4、缓存中全都满了 ， 是cache_capacity_miss++ ， 数据多的时候才有可能看到

5、caceh_r_count 和 canche_w_count 就不说了 ， 每次读或者写的时候，相应的就会增加

6、组中有相同的数据了 ， 那么久hit++；

7、组中没有相同的数据了 ， miss++ ， 组中有空闲位置 ， 就在空位置加 ， 没有空位置 ， 就替换方法进行改变

过程：

左边的r或者w表示读或者写操作，而右边的8位2进制信息表示地址(高6位有用）

 所以ff得到的数据是63

7f得到的数据是31

代码：

#include#include #include #include #include #include using namespace std;#define _u32 unsigned int#define _u8 unsigned intint main(){string buffer;string str[3];int count[64] = { 0 }, record[32] = {0};//用于记录是否使用过 用1 0 表示int records;        ifstream in("trace1.txt");        if (! in.is_open())        {cout << "Error opening file";exit (1);}_u32 cache_size = 32;_u32 cache_r_count = 0;             /* 读cache次数 */_u32 cache_w_count = 0;            /* 写cache次数 */_u32 cache_mem_read = 0; /*cache读mem次数；*/_u32 cache_mem_write = 0; /*cache写mem次数;*/_u32 cache_hit_count = 0;           /*cache命中的次数*/_u32 cache_miss_count = 0;         /*cache缺失的次数*/_u32 capacity_miss_count = 0;       /* 容量缺失 */_u32 conflict_miss_count = 0;       /* 冲突缺失 */_u32 cache_avaliable;cache_avaliable = cache_size;//缓存的容量赋值给总的可使用值int sizecount = 0;        while (!in.eof() )        {            //cout << buffer << endl;    getline空格也算一个字符    getline(in, buffer);/*要用#include*/int s = 0, i;istringstream stream(buffer); //注意该函数的用法stream >> str[0] >> str[1] >> str[2]; //一个字符串一个字符串地取出for (i = 0; i<2; i++){if (str[1][i] >= 'a'&& str[1][i] <= 'f'){s = s * 16 + str[1][i] - 87;}else if (str[1][i] >= '0'&& str[1][i] <= '9'){s = s * 16 + str[1][i] - 48;}else if (str[1][i] >= 'A' && str[1][i] <= 'F'){s = s * 16 + str[1][i] - 55;}}// 十六进制的字符串转化为十进制的数字s = s / 4;  //除去无用的低两位records = s;  //记录初始地址if(buffer[0] == 'w'){cache_w_count++;if (s >= 32)   //大于32时的地址分配{s = s - 32;}if (count[s] == 0){ //若块上没有数据count[s] = 1;cache_miss_count++;cache_mem_read++;//没有 然后要去读取的sizecount++; //记录容量的分配和使用//为实现方便，我们把冷缺失也归为冲突缺失，也就是没有记录过的时候也是算一次冲突缺失！！conflict_miss_count++;  //冲突记录//记录数据record[s] = records;   //将之前的s记录并用于之后的比较if(cache_avaliable > 0)  //如果缓存还有的话cache_avaliable--;}else{ //若块上有数据if (sizecount >= cache_size)  //记录拿了多少内存 若超出即是内存冲突{capacity_miss_count++;//要减去之前都加一的缺失冲突,因为我们会把容量缺失也会算进冲突缺失里面去！！！conflict_miss_count--;} //超出缓存范围//如果块上的数据和文件中读入的不一样if (records != record[s])//如果没记录就说明是另外的地址 是缺失{cache_miss_count++;cache_mem_read++;//没有 然后要去读取的sizecount++; //记录容量的分配和使用//块上会有记录，说明这个组已经填满了，但是其他组可能没有满，那么久发生了冲突缺失！conflict_miss_count++;record[s] = records;//然后我们将替换掉的数据写回到内存//这个只有写操作的时候有，读操作的时候是没有的，这是读写唯一的区别cache_mem_write++;}else{cache_hit_count++;                    }}}else if(buffer[0] == 'r'){cache_r_count++;if (s >= 32)s -= 32;if (count[s] == 0){count[s] = 1;cache_miss_count++;cache_mem_read++;//没有 然后要去读取的sizecount++;     //记录容量的分配和使用conflict_miss_count++;record[s] = records;if (cache_avaliable > 0){cache_avaliable--;}}else{if (sizecount >= cache_size){capacity_miss_count++;conflict_miss_count--;}if (records != record[s]){cache_miss_count++;cache_mem_read++;//没有 然后要去读取的sizecount++; //记录容量的分配和使用conflict_miss_count++;record[s] = records;}else{cache_hit_count++;}}}        }cout << "cache_r_count =" << cache_r_count << " ";cout << "cache_w_count =" << cache_w_count << endl;cout << "cache_mem_read =" << cache_mem_read << " " ;cout << "cache_mem_write =" << cache_mem_write<< endl;cout << "cache_hit_count =" << cache_hit_count << " " ;cout << "cache_miss_count =" << cache_miss_count<< endl;cout << "capacity_miss_count =" << capacity_miss_count << " ";cout << "conflict_miss_count =" << conflict_miss_count << endl;cout << "cache_avaliable_size =" << cache_avaliable << endl;        return 0;}

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