[發明專利]在計算機環境中用于多重功能單元之間通信的方法和裝置

有效

• 申請號: 00803000.6
• 申請日: 2000-01-20
• 公開（公告）號: CN1341241A
• 公開（公告）日: 2002-03-20
• 發明（設計）人: 澤維·格林菲爾德
• 申請（專利權）人: 模擬裝置公司
• 主分類號: G06F13/16
• 分類號: G06F13/16
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 過曉東

本發明的技術領域

本發明涉及用于在計算機系統的組成部分之間通信的方法和裝置，更具體地說涉及用于在中央處理單元的多重功能單元之間通信的方法和裝置。

本發明的現有技術

中央處理單元或數字信號處理器是用來接收和執行指令的計算機部分。在本文中使用的術語“中央處理單元(CPU)”將被定義成包括中央處理單元和數字信號處理器兩者。在現代的臺式電腦中，中央處理單元是在單一的硅芯片上形成的，并且可以配備各種功能單元(每個功能單元都是為了完成特定類別的作業而設計的)以及芯片上的存儲器。這些功能單元和存儲器彼此在內部總線上通信。在內部總線上的通信發生在事務處理期間。中央處理單元的內部總線經總線接口單元(BIU)被接到外部總線上，以致其它的中央處理單元和外設(例如外部的存儲器)可以為了訪問數據或者以其它方式與該中央處理單元內的功能單元和存儲器通信而進行事務處理。

由于在總線上一次只能發生一宗事務處理而內部總線又是被許多功能單元共享的，所以一方面允許一個功能單元在總線上進行事務處理另一方面拒絕另一個功能單元有權在總線上進行事務處理有時是必要的。確定哪個功能單元將有權在總線上進行事務處理的過程被稱為判優。為數眾多的判優協議為了在判優過程中使用已被開發出來。在判優過程中獲勝并且被允許在總線上進行事務處理的功能單元被稱為總線主控。在另一個功能單元通過成功地判優獲得總線的主控權之前該功能單元一直是總線主控。

在中央處理單元的功能單元和存儲器之間的數據傳送速率往往是中央處理單元作為一個整體執行指令可能達到的速率的制約因素。為了提高數據傳送速率，可以增加總線的規模或速度，或者可以增加使功能單元和存儲器互連的總線數量。如果增加總線的數量，那么數據傳送速率將由于提供更多的數據傳送路徑和減少不成功的判優次數而被增加。

但是，增大內部總線的數量或規模將增大在中央處理單元的芯片上為了實現內部總線必須專用的空間數量。由于中央處理單元芯片上的空間是有限的，所以把分配給實現內部總線的空間數量減少到最小是非常重要的。因此，所需要的是用來增加中央處理單元的功能單元和存儲器之間的數據傳送速率同時把實現總線所需要的空間數量減少到最小的方法和裝置。

本發明的概述

本發明涉及具有大量的一起合作執行指令的功能單元的中央處理單元。芯片上的存儲器被分為若干個部分，其中每個部分被接在眾多內部總線之中的每一條總線上。所有的其它功能單元都被這樣接到內部總線上，以致每個功能單元都能對所有的存儲單元進行讀寫操作。當一個功能單元將要訪問存儲器的時候，它確定它需要哪個存儲單元，然后對與芯片上的存儲器的那個部分相關聯的總線的主控權進行判優。通過提供兩條或更多的內部總線，兩宗或多宗總線事務可以同時發生。

有時，各功能單元將需要訪問另一個功能單元或在中央處理單元外面的功能單元。為了在這種情況下使與內部存儲器事務處理的沖突減少到最低限度，該功能單元對虛擬總線的訪問進行判優。虛擬總線包括總線判優器，但是不包括物理總線。作為替代，虛擬總線判優器監視內部總線或者與其它總線判優器通信以確定哪條內部總線未被占用，并且在收到訪問虛擬總線的請求時，把內部總線之中的一條總線分配給提出請求的功能單元。在本文中使用的術語“虛擬總線”將被用于指定沒有相關聯的物理總線的總線判優器。供虛擬總線用來分配物理總線的主控權的特定的協議將在下面更詳細地予以討論。

由于下述的幾個理由，使用虛擬總線是有利的。第一，由于虛擬總線有關于物理總線被其它功能單元使用的信息，所以請求訪問虛擬總線具有對每條物理總線同時判優的作用。因此，為訪問物理總線進行判優所花費的時間數量被減少到最低限度。第二，由于物理總線通常不以100％的容量運行，所以把物理總線分配給的非存儲器事務處理使用將把物理總線的使用增加到最大限度，而且不會為了訪問存儲器大大分散功能單元的能力。最后，使用虛擬總線代替追加的物理總線在芯片上將占用少得多的空間。因此，可以在不增加對于實現內部總線必不可少的空間數量同時把花費在判優中的時間數量減少到最低限度的情況下，適應在至少兩個功能單元之間以及功能單元與外部資源之間的事務處理。