【實驗任務(wù)】

一、? Cache的直接相連

1、??? 利用所給的隧道構(gòu)建八路直接相連的Cache

2、??? 理解直接相連中主存是怎么映射到Cache中的

二、? Cache全相連

1、??? 利用所給的隧道構(gòu)建全相連的Cache

2、??? 理解全相連中Cache是如何選擇正確的數(shù)據(jù)

三、? Cache的二路組相連

1、??? 理解組相連和直接相連以及全相連的聯(lián)系與區(qū)別

四、? Cache的四路組相連

1、??? 理解組相連和直接相連以及全相連的聯(lián)系與區(qū)別

【設(shè)計過程、實驗心得、意見建議】

一、?? Cache的直接相連

實驗方法：運用所學的Cache的相連知識，結(jié)合MOOC中所講的連接方式，補全八路Cache直接映射。

實驗步驟：

1、??? 根據(jù)要求將16位地址經(jīng)過分線器分成三組地址：塊內(nèi)偏移、組索引、標記字段

2、??? 根據(jù)分出來的索引字段來選中應(yīng)該讀哪一行

3、??? 運用三態(tài)門對選中的行的標記字段及是否寫入過進行輸出

4、??? 運用比較器和與門來檢查Cache內(nèi)存的數(shù)據(jù)是否是想要的數(shù)據(jù)，若是則Hit為 1，Miss為0

5、??? 運用帶使能端的數(shù)據(jù)選擇器來以及塊內(nèi)偏移地址來選擇輸出Cache塊內(nèi)的數(shù)據(jù)

總電路圖：

測試結(jié)果：

二、?? Cache的全相連?

實驗方法：運用所學的Cache的相連知識，結(jié)合MOOC中所講的連接方式，補全八路Cache全相連映射。

實驗步驟：

1、??? 將地址分為塊內(nèi)偏移地址和標記字段

2、??? 比較用八個比較器來比較八個Cache的標記字段和是否命中能與字節(jié)地址的標記字段對上

3、??? 八路Cache本體

4、??? 若Cache全為空，則用優(yōu)先編碼器實現(xiàn)Cache寫入行的選擇

5、??? 若Cache不為空，則需要替換策略，用實驗包給出的Max3比較器加上LRU算法選出需要替換的行

6、??? 當Miss為真的時候進行Cache的寫入

7、運用帶使能端的數(shù)據(jù)選擇器通過塊內(nèi)偏移地址來選擇輸出的數(shù)據(jù)

總電路圖：

測試結(jié)果：

三、?? Cache的二路組相連

實驗方法：運用所學的Cache的相連知識，結(jié)合MOOC中所講的連接方式，補全八路Cache二路組相連（注意組相連與直接映射和全相聯(lián)映射的異同）

實驗步驟：

1、??? 用分離器將地址分為塊內(nèi)偏移、兩位組號標記、以及標記字段

2、??? 用組號索引以及譯碼器來選擇要讀取的Cache組

3、??? 子Cache設(shè)計

4、??? 用兩路比較器來選擇要讀取的Cache行

5、??? 若Miss則寫入數(shù)據(jù)（提換行位寬為2，所以要經(jīng)過選擇才能傳到數(shù)據(jù)選擇器）

6、??? 用系統(tǒng)給定的Max2比較器以及優(yōu)先編碼器實現(xiàn)空行選擇

7、??? 結(jié)合組內(nèi)偏移地址與Hit選擇輸出的Cache塊內(nèi)數(shù)據(jù)

電路圖：

測試結(jié)果：

四、?? Cache的四路組相連

實驗方法：運用所學的Cache的相連知識，結(jié)合MOOC中所講的連接方式，補全八路Cache四路組相連（注意組相連與直接映射和全相聯(lián)映射的異同）

實驗步驟：

1、??? 用分離器將地址分為塊內(nèi)偏移、一位組號標記、以及標記字段

2、??? 用組號索引以及譯碼器來選擇要讀取的Cache組

3、??? 子Cache設(shè)計

4、??? 用四路比較器來選擇要讀取的Cache行

5、??? 若Miss則寫入數(shù)據(jù)

6、??? 用比較器以及優(yōu)先編碼器實現(xiàn)空行選擇

7、??? 結(jié)合組內(nèi)偏移地址與Hit選擇輸出的Cache塊內(nèi)數(shù)據(jù)

電路圖：

測試結(jié)果：

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本次實驗實現(xiàn)了Cache的各種連接方式，主要的難點就是三態(tài)門的使用，哪里該用三態(tài)門以及什么時候去用（組相連以及直接相連的時候因為有多個子塊公用一個標記位所以要加三態(tài)門，全相連則不用）。當實現(xiàn)了直接相連和全相連之后，后面的組相連相對來說就很簡單了。在二路組相連映射的時候不能直接用一位的比較器來比較產(chǎn)生提換行（可能有相等的情況）