Разработка программной симуляции работы КЭШ-памяти

КЭШ-память – это хранилище для наиболее часто используемой информации, доступ к которому происходит гораздо быстрее, нежели чем к оперативной памяти или к жесткому диску компьютера. Понимание тонкостей работы с данной памятью может существенно улучшить производительность программ, а значит может быть включена в программу обучения для студентов. Однако, дизайн КЭШа всегда зависит от конкретной архитектуры и имеет неизменяемые параметры. Более того, все операции работы с КЭШем происходят на уровне процессора, доступа к которым у программиста просто нет. Таким образом, для получения возможности понимания каким же образом различные параметры КЭШ-памяти влияют на производительность и скорость выполнения учебных программ, было решено создать программу-симуляцию. Целью работы является программа, симулирующая работу КЭШ-памяти с двумя видами отображений и позволяющая устанавливать размер КЭШа, длину строки и способ замещения элементов. Для этого будет изучен принцип работы КЭШа, разработаны классы для работы с ним, созданы классы для двух отображений КЭШ-памяти, в которых можно будет задавать размер КЭШа, длину КЭШ-строк, а также алгоритмы замещения строк. Все классы будут протестированы на корректность работы, а также приведены примеры для сравнения оптимальности тех или иных реализаций.

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 3

1. Теоретическая часть................................................................................ 4

2. КЭШ-память с прямым отображением................................................ 9

2.1. Тестовый класс..................................................................................... 9

2.2. Класс КЭШ-памяти............................................................................ 11

2.3. Проверка работоспособности........................................................... 13

3. Полностью ассоциативная КЭШ-память........................................... 16

3.1. Тестовый класс................................................................................... 16

3.2. Класс КЭШ-памяти............................................................................ 17

3.3. Проверка работоспособности для случайного алгоритма........... 20

3.4. Проверка работоспособности для LRU-алгоритма....................... 23

4. Результаты.............................................................................................. 27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................... 30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................. 36

Приложение.................................................................................................. 37