计算机系统结构实验文档.doc
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简介：
《计算机系统结构实验文档》包含了多个关于计算机硬件和操作系统交互设计的实践项目和实验指导，帮助学生深入理解计算机系统的运作原理。
计算机系统结构实验报告的主要目标是通过模拟器实现任意地址流下的 Cache-主存两层存储层次上的命中率计算。该实验使学生能够深入了解虚拟存储层次结构，并熟练掌握常见的几种存储地址映射与变换方法，以及 FIFO、LRU 等替换算法的工作过程。
在本次实验中，我们实现了 Cache 和主存的两层存储层次结构，涵盖了 Cache 映象方式的选择（全相联、直接映象和组相联），并采用 LRU 替换算法。此外，Cache 的大小与主存的大小均可通过输入进行调整以观察不同条件下系统性能的变化。
实验结果包括命中率计算以及替换过程的具体情况。为实现这些功能，在代码中使用了结构体数组来表示 Cache 和主存的状态，并定义了一个名为 `CacheUpdate` 的结构体包含三个成员变量：value（序列号）、state（是否装入状态）和 counter（计数器）。此外，还有一个用于保存整个 Cache 更新状况的 table 数组、一个记录输入访问序列的 sortNumbers 数组以及一个用来计算命中率的 rate 变量。
通过本实验的学习与实践，学生能够掌握多种算法和技术的应用方法，如 Cache 映象方式选择、LRU 替换策略及数组操作等，并进一步理解 Cache-主存两层存储层次结构的工作原理。该实验涵盖的知识点包括：
1. **Cache-主存两层存储层次结构**：这是计算机系统架构中的一个重要组成部分，其中高速缓存（Cache）用于存放最近访问的数据以优化性能；而作为主要数据仓库的主内存则负责保存所有信息。
2. **Cache 映象方式**：主要有全相联、直接映射和组关联三种类型。每种类型的特性与适用场景各有不同，直接影响到 Cache 的效率及复杂度。
3. **LRU 替换算法**：当需要替换缓存中的数据时，选择最长时间未被访问的数据进行置换的一种策略；通过维护一个计数器来跟踪每个块的使用频率实现这一目的。
4. **命中率计算**：衡量 Cache 性能的重要指标之一。它反映了在所有请求中直接从 Cache 中获取所需信息的比例大小。
5. **数据结构与算法的应用**：实验过程中涉及到了诸如结构体数组、基本数组操作以及 LRU 算法等关键技术，这些都是计算机系统设计中的基础内容和技术手段。
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