[其他]地址轉換與地址計算相重疊的數據處理系統

在審

• 申請號: 101986000008086
• 申請日: 1986-11-29
• 公開（公告）號: CN1003145B
• 公開（公告）日: 1989-01-25
• 發明（設計）人: 威廉姆·邁克爾·約翰森
• 申請（專利權）人: 國際商用機器公司
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 余剛

一種用于操作數據處理系統的方法。該系統運用了虛擬存儲器。其中，虛擬存儲器地址是由一個基址寄存器值和一個位移值形成。并被映射成實存儲器地址。該方法的步驟包括，將基址寄存器值內容與位移值相加，在相加操作的同時，執行基址寄存器值的轉換，以產生一個對應該基址寄存器值的虛擬地址。

本發明涉及一種具有虛擬存儲器的數據處理系統，尤其涉及一種采用重疊的虛擬地址轉換和地址計算的系統。

眾所周知，在數據處理系統中，用具有高速存取、低容量的存儲器作為主存儲器，以及低速存取、高容量的存儲器作為第二級存儲的分級存儲器系統。主存的目的是在按要求將數據或其它信息從第二級存儲器存入主存時，為處理模件提供適當的傳入或傳出速率。虛擬存儲系統的建立。向分級存儲器系統提供了在所需信息當時不在主存時自動從二級存儲器向主存傳送所需信息的能力。用這種方法，用戶就不會意識到由于主存大小而產生的內在限制。

采用虛存的優點在于計算過程中需要的存儲信息（程序或數據）無需全部同時存于主存中，在大部分時間內。這些信息中某些部分可以存于第二級存儲器中，這樣做的原因在于，主存以每位或每個單元為基礎的費用通常高于第二級存儲器。

就虛存的應用而言，信息被分成若干段，因而在計算過程中，一段信息或全部存于主存中，或全部不在主存中，如果所有各段信息的長度一樣，則通常稱之為頁。在這種情況下，主存被分為數個所謂實頁，這些實頁實際上是可以正好包含一頁的存儲單元。

段和頁在主存中的隨機定位是利用一組地址轉換表作虛地址到實地址的轉換，該表存于主存中，并被稱為頁面表。在大虛擬系統中，采用了大量這類地址轉換表，而且它們的結構方式也有多種。所有這類結構的基本特征是，特定的虛擬地址必須邏輯地映射到表中的一個存儲位置上，該位置包含對于該虛地址的實地址。

就其功能而言，這類地址轉換表的操作如下：特定虛地址的高位用來訪問轉換表的特定部分，該部分與一特定的幀或段有關。隨后，在低位進行查找，以確定特定的虛地址是否包含于其中，如果是，則確定與之相關的實地址。由虛擬幀地址指向的每個頁表包括一幀中全部頁的實際位置。因此，如果一特定幀被分為16頁。則每一幀將有16個頁表，并且各個幀表具有指向一組特定獨立頁表的入口。應該知道，以上只是作了一個概括的描述，有許多利用頁表構成地址轉換的不同方式，以及用CPU產生的虛擬地址起動的尋址裝置。

當進行實地址轉換時，無論整個系統結構的細節以及頁表的使用如何，以提出的虛擬地址作為自變量求得頁面表的適當入口並對頁進行訪問，通常在多次訪問存儲器之后，在頁表中能夠找到所需入口。虛地址的字節部分或“字節位移”實質上是一個相對地址，它在虛頁中與在實頁中是一樣的，因而，一旦所需虛地址的實頁地址部分已被轉換，該字節位移部分則與實頁地址位置拼起來，以提供主存中的實字節地址。

如所周知，在現在的虛擬存儲器系統中，為了避免每次訪問存貯器時不得不轉換一虛地址，最近使用的虛地址到實地址的轉換被保留在一組特定的高速存取表或高速存貯器中，它們分別被稱為目錄后備表（DLAT）或轉換后備緩沖器（TLB_S）。按照慣例，這些表或緩沖器是特別高速的，或是可以高速訪問的存貯器。其被訪問的速度比上述頁幀表的快得多，因此，常用的虛地址可以存于此表中，并被以很高的速度訪問，其結果是在計算機中節省了大量運行時間。這類TLB地址轉換系統的予期效果是基于一個事實，即在對一特定虛頁的第一次訪問之后，在某個程序執行期間將對這同一頁有許多次訪問。如前所述，盡管隨后的訪問在一頁中是對不同行或字節，但對該頁來說，虛到實頁地址轉換是相同的，而不必考慮正在被訪問的是哪一行或哪個字節。

在一個使用虛擬尋址的微處理機系統中，由虛地址轉換處理引起的延遲限制了可用于對主存儲器作存取訪問的時間。如果該微處理器帶有一超高速緩沖數據存貯器的話，這一影響就可以減輕，因為對超高速緩沖存貯器的訪問可以以虛地址的轉換同時進行。但是，一個足夠大小的超高速緩沖數據存儲器一般不能經濟地裝于一個超大規模集成的（VLSI）微處理器上。由于對運算對象的存貯訪問時間是一個主要的性能參數，因而非常需要一些方法，以便在即使不用超高速緩沖數據存貯器時也能夠從存儲器訪問路徑中減少或消除存貯器訪問的地址轉換延遲。