[發(fā)明專利]一種數(shù)據(jù)高速緩存的訪問裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410843407.0
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN104572499A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江鵬;尚云海;瞿仙淼
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州中天微系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): G06F12/08
• 分類號(hào): G06F12/08
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微處理器領(lǐng)域，涉及一種數(shù)據(jù)高速緩存的訪問裝置，尤其是一種可降低數(shù)據(jù)高速緩存功耗的訪問裝置。

背景技術(shù)

在處理器系統(tǒng)中，通常在處理器和主存儲(chǔ)器之間設(shè)立高速緩存，以減少對(duì)主存儲(chǔ)器的訪問，提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)速度，從而提升存儲(chǔ)器的整體性能。

參照圖1所示，綜合性能和功耗方面的考慮，處理器通常采用k路-組相連的數(shù)據(jù)高速緩存：對(duì)于讀數(shù)據(jù)操作，處理器同時(shí)訪問數(shù)據(jù)高速緩存的k路數(shù)據(jù)陣列和標(biāo)簽陣列，再根據(jù)與k路標(biāo)簽的比較結(jié)果判斷是否可從k路數(shù)據(jù)陣列中選取一路數(shù)據(jù)返回；對(duì)于寫數(shù)據(jù)的操作，則通過訪問標(biāo)簽陣列獲取其在高速緩存中的位置信息，根據(jù)此信息確定是否將數(shù)據(jù)寫入k路數(shù)據(jù)陣列中的一路。但這種傳統(tǒng)的訪問方式，無論高速緩存的命中率如何，每次訪問操作都不可避免地需要對(duì)其余(k-1)路不需要的數(shù)據(jù)或者標(biāo)簽進(jìn)行訪問。由于高速緩存的數(shù)據(jù)陣列和標(biāo)簽陣列都是以SRAM作為物理存儲(chǔ)載體，每次對(duì)其進(jìn)行訪問都需要電壓驅(qū)動(dòng)使能SRAM，這種k選1的訪問方式大大增加了訪問高速緩存的功耗。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有數(shù)據(jù)高速緩存的訪問裝置的功耗較大、限制處理器性能的不足,本發(fā)明提供了一種有效降低功耗、提升處理器性能的數(shù)據(jù)高速緩存的訪問裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種數(shù)據(jù)高速緩存的訪問裝置，所述訪問裝置包括：

訪問記錄表，包含n個(gè)表項(xiàng)，用于記憶數(shù)據(jù)地址及其在數(shù)據(jù)高速緩存中的位置信息，n為整數(shù)；

地址比較單元，由n個(gè)比較器組成，將輸入的數(shù)據(jù)地址與訪問記錄表中所有表項(xiàng)的地址分別比較，產(chǎn)生n個(gè)表項(xiàng)的命中信息；

訪問控制單元，連接于地址比較單元的輸出端，根據(jù)地址比較單元的命中信息，訪問訪問記錄表并獲取相應(yīng)的位置信息，產(chǎn)生對(duì)數(shù)據(jù)高速緩存的訪問控制信號(hào)；

堆棧指針檢測單元，用于對(duì)輸入的數(shù)據(jù)地址進(jìn)行堆棧指針的檢查，產(chǎn)生堆棧訪問的指示信號(hào)；

創(chuàng)建控制單元，連接于地址比較單元和堆棧指針檢測單元的輸出端，用于控制訪問記錄表的表項(xiàng)創(chuàng)建；

訪問記錄表以緩存行為單位記錄其在數(shù)據(jù)高速緩存中的位置信息，每個(gè)訪問記錄表的表項(xiàng)記憶M個(gè)相鄰高速緩存行的位置信息，M為整數(shù)。

進(jìn)一步，所述訪問裝置還包括：反饋單元，用于根據(jù)地址比較單元的輸出結(jié)果控制是否將此次輸入的數(shù)據(jù)地址訪問高速緩存所得到的位置信息寫入訪問記錄表。

再進(jìn)一步，所述訪問裝置還包括：清空控制單元，用于控制訪問記錄表內(nèi)容的清空，即把所有表項(xiàng)置為無效，清空單元在以下兩種情況下會(huì)清空訪問記錄表，包括：(1)數(shù)據(jù)高速緩存發(fā)生了回填行為；(2)虛擬地址對(duì)物理地址的映射關(guān)系發(fā)生變動(dòng)。

清空控制單元對(duì)訪問記錄表的寫權(quán)限最高，當(dāng)清空單元需要清空訪問記錄表的信息時(shí)，創(chuàng)建控制單元和反饋單元對(duì)訪問記錄表的寫操作均失效。

所述訪問記錄表的表項(xiàng)由有效位字段、地址字段、位置信息字段以及鎖定字段四部分組成：所述有效位字段表征此表項(xiàng)所存信息是否有效；所述地址字段用于表征高速緩存行的地址信息，并與輸入的數(shù)據(jù)地址進(jìn)行比較；所述位置信息字段包括M個(gè)子信息，分別存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的M個(gè)高速緩存行在高速緩存中的位置信息；所述鎖定字段表征此表項(xiàng)是否能夠被替換。

當(dāng)所述地址比較單元的輸出結(jié)果顯示輸入的數(shù)據(jù)地址不與任何有效表項(xiàng)的地址相等時(shí)，所述創(chuàng)建控制單元?jiǎng)t在訪問記錄表中選取一個(gè)表項(xiàng)進(jìn)行創(chuàng)建，即把輸入的數(shù)據(jù)地址寫入該表項(xiàng)的地址字段，同時(shí)把該表項(xiàng)的有效位字段置起，位置信息字段清除。

若堆棧檢測單元檢測到輸入的數(shù)據(jù)地址是堆棧指針時(shí)，將鎖定字段置起，表示該表項(xiàng)將一直保留，所述創(chuàng)建控制單元將不再選取該表項(xiàng)進(jìn)行創(chuàng)建。

所述地址比較單元的輸入地址以及存入訪問記錄表的地址為虛擬地址。

針對(duì)k路-組相聯(lián)的數(shù)據(jù)高速緩存，訪問記錄表的表項(xiàng)中的位置信息記錄的是該表項(xiàng)的地址對(duì)應(yīng)的物理地址在k路-組相聯(lián)數(shù)據(jù)高速緩存中的位置信息，此信息在該地址完成對(duì)數(shù)據(jù)高速緩存的k路標(biāo)簽訪問以及標(biāo)簽比較后獲得，由反饋單元將其寫入該表項(xiàng)的位置信息字段的對(duì)應(yīng)子信息中。

在輸入的數(shù)據(jù)地址訪問數(shù)據(jù)高速緩存前，訪問控制單元會(huì)檢測其是否同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：a、地址比較單元的輸出結(jié)果顯示輸入的數(shù)據(jù)地址與某一有效表項(xiàng)的地址相等；b、該表項(xiàng)的位置信息顯示該表項(xiàng)地址對(duì)應(yīng)的物理地址位于數(shù)據(jù)高速緩存的某一路中；