[發明專利]用于高速緩沖存儲器的狀態位

有效

• 申請號: 00808745.8
• 申請日: 2000-02-04
• 公開（公告）號: CN1355901A
• 公開（公告）日: 2002-06-26
• 發明（設計）人: S·C·瓦特
• 申請（專利權）人: ARM有限公司
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王勇,王忠忠

這個發明涉及數據處理系統。本發明尤其涉及使用高速緩沖存儲器的數據處理系統，在該高速緩沖存儲器內至少包括一個狀態位與每個數據字有關。

眾所周知，提供的高速緩沖存儲器、諸如在附圖的圖1中說明的那樣，包括存儲器2，該存儲器2包含一個高速緩沖RAM存儲器4中的數據行的地址TAG。該高速緩存RAM存儲器4由多個高速緩存線6組成，每個高速緩存線6存儲四個數據字。多個有效位和頁面重寫標志位8與每個高速緩存線6有關。狀態位8的通常類型是一個有效位10和一個頁面重寫標志位12。有效位10表明該高速緩存線是否存儲有效數據，例如在啟動時每個高速緩存線6都必須被標記為存儲無效數據。頁面重寫標志位12表示在一個回寫式高速緩存結構的環境中，至少一個和該高速緩存線6一起的數據字自它從主存儲器中讀取以來已經改變了，因此當該高速緩存線6從該高速緩存中刷新或者在該高速緩存內被代替時，需要將該數據字寫回到主存儲器中。將可以看到：利用這些狀態位8，能夠在電路區域和精密控制程度之間實現折衷，每個高速緩存線6都具有一個有效位10與之相關，以及一個頁面重寫標志位12與之相關(這是在大多數高速緩存實現中使用的方案)。因此，在一個高速緩存線6內的四個數據字共享這些狀態位8。

在某些操作情況中，期望對一個高速緩存系統的所有高速緩存線6的狀態位8進行全局改變。舉例來說，當系統啟動時，在一個MMU改變或一個上下文轉換之后，經常必須通過標記每條高速緩存線6的所有有效位10為無效來刷新整個高速緩存的內容。一種做這件事的方法是順序地訪問每一個有效位10并且把它寫成無效。在一個可能包含數以千計高速緩存線6的高速緩存系統中，這個操作能夠花費數以千計的處理周期，而且顯著地影響系統性能。順序并逐一地改變每一狀態位8的替換方法是通過能夠并行改變這些狀態位的專用硬件進行一個全局改變。雖然這能夠提供快速的操作，但是它具有為這個專用硬件耗費電路區域、以及一般需要為一個更通用系統設計的每個實現進行定制設計的缺點。

本發明涉及提供以高速、盡可能象一個處理周期那樣快的速度來改變狀態位的機構，而不用必須提供用于并行存取所有這些狀態位的定制硬件。

從一個方面考慮，本發明提供了用于數據處理的裝置，所述裝置包含：

一個可操作用于儲存多個數據字的存儲器，每個數據字與至少一個狀態位有關，其中該狀態位給出了關于所述數據字的一個狀態的信息；

一個可操作用于在一種分級關系內存儲所述狀態位的狀態位存儲器，從而使關于在所述分級關系內第一級的多個第一級狀態位的組合狀態由在所述分級關系內第二級的一個第二級狀態位來指示，在所述分級關系中所述第二級高于所述第一級；以及

可操作用于確定在所述存儲器內的一個數據字的一個狀態的狀態查詢邏輯，其中該確定是通過從所述分級關系內的頂級開始、檢查所述狀態位存儲器內的狀態位來進行的，并且通過所述分級關系一直向下進行，直到達到表示所述數據字的所述狀態獨立于所述分級關系中較低的任何狀態位的一個狀態位為止。

本發明提供了以一種分級關系排列(最少具有兩級)的狀態位，從而使在該存儲器內多個數據字狀態的全局或大規模改變，可以通過改變在頂端或趨于該分級關系頂端的相對少數狀態位來實現，而不用必須逐一改變與每個用于狀態改變的數據字相關的每個狀態位。這樣，用于進行狀態位全局或大規模改變的時間能夠顯著地減少，而且不需要提供用于并行進行所有狀態位大規模改變的定制硬件。可以意識到許多數據字可以共享狀態位。在某些實施例中，該分級體系可以是有效位，而這些位涉及的數據字包括TAG值、數據字、頁面重寫標志位及其他狀態位。

該狀態位能夠表示與它們相關的數據字的各種不同屬性。然而，本發明尤其適合于這樣的實施例，其中狀態位是表示存儲在該存儲器內的數據字有效性的有效位。

有效位經常進行全局或大規模的改變，因此本發明在允許這些有效位更快速的改變以及降低硬件成本方面尤其有用。

可以理解，在該分級關系內的最低級能夠為每個數據字提供一個獨立狀態位。因此，如果該存儲器是一個高速緩沖存儲器、且一條高速緩存線存儲四個數據字，則有可能有四個單獨的有效位和那條高速緩存線相關，以表明每個獨立數據字的有效性。然而，在本發明的最佳實施例中，一個最低級的狀態位涉及多個數據字。這提供了在能夠實現的精密控制粒度和提供該狀態位所要求的硬件資源之間一個令人滿意的折衷。

更特別地，將一個最低級狀態位與在該高速緩沖存儲器一個高速緩存行內的所有數據字相關聯是非常方便的。在某些實施例中，一個高速緩存行可以被認為包含它相關的TAG值和頁面重寫標志位。