Power Laws on the modeling of caches of microprocessors.

Power Laws são leis estatísticas que permeiam os mais variados campos do conhecimento humano tais como Biologia, Sociologia, Geografia, Linguística, Astronomia, entre outros, e que têm como característica mais importante a disparidade entre os elementos causadores, ou seja, alguns poucos elementos são responsáveis pela grande maioria dos efeitos. Exemplos famosos são o Princípio de Pareto, a Lei de Zipf e o modelo de Incêndios Florestais. O Princípio de Pareto diz que 80% da riqueza de uma nação está nas mãos de apenas 20% da população; em outras palavras, uma relação causa e efeito chamada 80-20. A Lei de Zipf enuncia que o comportamento da frequência versus o ranking de ocorrência é dado por uma curva hiperbólica com um comportamento semelhante a 1/x. O modelo de Incêndios Florestais modela o comportamento do crescimento de árvores em uma floresta entre sucessivas queimadas que causam destruição de agrupamentos de árvores. As Power Laws demonstram que uma porcentagem pequena de uma distribuição tem uma alta frequência de ocorrência, enquanto o restante dos casos que aparecem tem uma frequência baixa, o que levaria a uma reta decrescente em uma escala logarítmica. A partir de simulações utilizando o conjunto de benchmarks SPEC-CPU2000, este estudo procura investigar como essas leis estatísticas podem ser utilizadas para entender e melhorar o desempenho de caches baseados em diferentes políticas de substituição de linhas de cache. O estudo sobre a possibilidade de uma nova política de substituição composta por um cache Pareto, bem como um novo mecanismo de chaveamento do comportamento de algoritmos adaptativos de substituição de linhas de cache, chamado de Forest Fire Switching Mechanism, ambos baseados em Power Laws, são propostos a fim de se obter ganhos de desempenho na execução de aplicações.Power Laws are statistical laws that permeate the most varied fields of human knowledge such as Biology, Sociology, Geography, Linguistics, Astronomy, among others, and have as most important characteristic the disparity between the cause events, in other words, some few elements are responsible for most of the effects. Famous examples are the Pareto Principle, the Zipfs Law and the Forest Fire model. The Pareto Principle says that 80% of a nations wealth is in the hands of just 20% of the population; in other words, a cause and effect relationship called 80-20. Zipf\'s Law states that the behavior of frequency versus ranking of occurrence is given by a hyperbolic curve with a behavior similar to 1/x. The Forest Fire model represents the behavior of trees growing in a forest between successive fires that cause the destruction of clusters of trees. The Power Laws demonstrate that a small percentage of a distribution has a high frequency of occurrence, while the rest of the cases that appear have a low frequency, which would take to a decreasing line in a logarithmic scale. Based on simulations using the SPEC-CPU2000 benchmarks, this work seeks to investigate how these distributions can be used in order to understand and improve the performance of caches based on different cache line replacement policies. The study about the possibility of a new replacement policy composed by a Pareto cache, and a new switching mechanism of the behavior of cache line replacement adaptive algorithms, called Forest Fire Switching Mechanism, both based on Power Laws, are proposed in order to obtain performance gains on the execution of applications