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CPU缓存一致性协议仿真测试实战课程

共计 30 章节

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学习目标 · 课程结构 · 缓存一致性问题的背景与重要性

课程导入学习目标

计算机体系结构基础

CPU缓存层次结构 · 缓存行 · 写回与写直达策略

计算机体系结构基…CPU

缓存一致性核心概念

一致性定义 · 一致性与顺序一致性的区别 · 伪共享问题

缓存一致性核心概…一致性定义

常见缓存一致性协议概览

MSI · MESI · MOESI

常见缓存一致性协…MSI

MESI协议详解

状态定义 · 状态转换图 · 总线嗅探与目录协议对比

MESI协议详解

MOESI与MESIF协议

扩展状态（Owned · Forward）的作用与适用场景

缓存一致性协议实现机制

总线嗅探 · 目录协议 · 广播与点对点通信

缓存一致性协议实…总线嗅探

一致性协议中的消息类型

读请求 · 写请求 · 失效

一致性协议消息类型

缓存一致性协议仿真测试概述

仿真测试的目的 · 方法 · 工具链与流程

缓存一致性协议仿…仿真测试的目的

仿真环境搭建

QEMU · Gem5 · Verilator等仿真器的安装与配…

仿真环境搭建QEMU

Gem5仿真器入门

配置缓存层次 · CPU模型 · 内存模型

Gem5仿真器入门

Gem5中的缓存一致性协议模型

Ruby模块 · 协议文件 · 网络拓扑配置

Gem5缓存一致性协议模…

协议仿真测试脚本编写

Python脚本控制仿真 · 生成测试负载 · 收集结果

协议仿真测试脚本…Python

测试负载设计

多线程程序 · 原子操作 · 内存屏障

测试负载设计多线程程序

一致性协议正确性验证

基于状态机检查 · 消息序列验证 · 死锁与活锁检测

一致性协议正确性…基于状态机检查

性能测试指标

缓存命中率 · 总线流量 · 延迟

性能测试指标缓存命

使用Gem5模拟MESI协议 · 运行多核程序并分析一致性行为

案例实战Gem5

模拟MOESI协议 · 对比不同协议的性能与流量差异

案例实战MOESI

检测伪共享问题 · 通过仿真定位并优化缓存对齐

案例实战检测伪共享问题

模拟目录协议 · 分析目录开销与扩展性瓶颈

案例实战模拟目录协议

常见问题与调试技巧

仿真崩溃 · 状态不一致 · 死锁

常见问题调试技巧

协议验证方法

模型检查 · 随机测试 · 形式化验证在仿真中的应用

协议验证方法模型检查

硬件实现与仿真差异

真实处理器中的一致性协议与仿真模型的…

硬件实现仿真差异

多核处理器中的一致性优化

写合并 · 一致性加速器 · 非一致缓存架构

多核处理器一致性优化

缓存一致性协议测试框架设计

自动化测试 · 回归测试 · 持续集成

缓存一致性协议测…自动化测试

一致性协议与内存模型（TSO · RC）的交互 · 弱一致性测试

高级主题TSO

综合实战项目

设计并仿真一个自定义一致性协议 · 验证其正确性与性能

综合实战项目设计并仿真一个自…

性能调优实战

通过仿真结果调整缓存参数 · 协议策略 · 优化多核应用

性能调优实战通过仿真结果调整…

核心知识回顾 · 常见误区 · 学习路径与进阶资源推荐

课程总结核心知识回顾

综合测试题 · 项目答辩 · 仿真实验报告要求与评分标准

结业考核综合测试题