CN100561446C - 通过间接寻址扩展存储空间的存取方法及其存取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过间接寻址扩展存储空间的存取方法，包括以下步骤：为页面存储器设置页面标识，建立页面标识与页面存储器的对应关系；在直接寻址存储器的公共页面标识单元中写入要访问的页面存储器的页面标识，公共页面标识单元为直接寻址存储器中具有固定地址的数据单元；将直接寻址存储器除公共页面标识单元外的数据单元映射到具有所述写入公共页面标识单元的页面标识的页面存储器中对应的数据单元上；通过对直接寻址存储器中所述数据单元的读写，进行对所述页面存储器对应数据单元的存取操作。本发明还公开了一种应用通过间接寻址扩展存储空间的存取装置。本发明提高了存储器的读写速度，并且在数据总线和地址总线宽度相同的情况下，能够支持更大的扩展存储空间。

Description

通过间接寻址扩展存储空间的存取方法及其存取装置
技术领域
本发明涉及微机系统，尤其涉及微机系统中扩展存储空间的一种存取方法和一种存取装置。
背景技术
在微机系统中，最为核心的装置是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、总线和存储器。其中总线分为地址总线和数据总线，数据总线用来在各个装置之间传输数据，地址总线用来传输存取数据的地址。地址总线的宽度决定了CPU可以直接寻址的地址范围，例如20位地址总线可以直接寻址的范围是1MB存储空间，而24位地址总线的直接寻址空间可达16MB。
随着科技的发展，CPU的处理能力不断提高，所需的存储器容量也越来越大。但地址总线的宽度有限，这样就需要用一定的方法进行存储空间的扩展，通过有限的总线宽度实现更大存储空间的间接寻址。
目前采用的一种扩展存储空间的存取装置如图1所示，直接寻址存储器110的每一个数据单元根据地址总线上传输的信号可以进行直接寻址，当地址总线的宽度为Wa，数据总线宽度为Wd时，直接寻址存储器110中的数据单元总数k的最大值为2Wa，每个数据单元的位数与数据总线130的宽度相同，为Wd。
直接寻址存储器110由地址总线120上获得地址信号后，根据该地址信号寻找到本存储器中对应的数据单元，将数据总线130上的数据写入该数据单元或从该数据单元读取数据输出到数据总线130上。数据单元映射器150通过直接寻址存储器110存储的数据信息查找到与该数据信息对应的页面存储器的数据单元，并建立该页面存储器的数据单元与直接寻址存储器110中对应的数据单元之间的映射关系，这样CPU通过对该直接寻址存储器110中数据单元的读写即可完成对该页面存储器的数据单元的读写。图1中的页面存储器141、142至14n均为扩展的存储空间。
上述存取装置的存取方法是，将直接寻址存储器110的数据单元映射到页面存储器的数据单元上，如图2所示。直接寻址存储器110相邻的两个数据单元为一组，对应于一个页面存储器，其中第一个数据单元用来存放该页面存储器的地址，直接寻址存储器110中的第二个数据单元映射到该页面存储器中具有此地址的数据单元上。
请参阅图2，直接寻址存储器110的数据单元1和数据单元2对应于页面存储器1，其中数据单元1用来存放页面存储器1的地址，数据单元2用作与页面存储器1的数据单元在直接寻址存储器110中的映射，依次类推，数据单元(2m-1)和数据单元2m对应于页面存储器m，其中数据单元(2m-1)用来存放页面存储器m的地址，数据单元2m用作与页面存储器m的数据单元在直接寻址存储器110中的映射。
当要对页面存储器m的数据单元s进行读写操作时，CPU先在直接寻址存储器110的数据单元(2m-1)中写入s；数据单元映射器150根据写入s的数据单元所对应的页面存储器，得知是对页面存储器m进行操作；根据从直接寻址存储器110的数据单元(2m-1)中读取的值s，数据单元映射器150在页面存储器m中找到第s个数据单元；数据单元映射器150将直接寻址存储器110的数据单元2m映射到页面存储器m的数据单元s；CPU通过对直接寻址存储器110的数据单元2m的读写，完成对页面存储器m的数据单元s的读写操作。
当地址总线的宽度为Wa，数据总线宽度为Wd时，这种存取方法支持的页面存储器的数量n最大值为2Wa-1，每个页面存储器中数据单元的数量a最大值为2Wd，则这种方法支持的扩展存储空间最大值为2Wa+Wd-1。
可见，上述存取装置和存取方法在对页面存储器的数据单元进行读写时，必须先将该数据单元在页面存储器的地址写入直接寻址存储器中，在建立数据单元之间的映射关系之后，才能完成读写操作。对每一个数据单元的存取都要重复上述过程，这大大降低了系统的读写速度。同时，直接寻址存储器中一半空间用作页面存储器数据单元的映射，另一半空间用作寻址，导致可扩展的数据单元总数较小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过间接寻址扩展存储空间的存取方法和应用该方法的存取装置，能够提高存储器的读写速度，并且在数据总线和地址总线宽度相同的情况下，支持更大的扩展存储空间。
本发明所述通过间接寻址扩展存储空间的存取方法，包括以下步骤：
a)为页面存储器设置页面标识，对页面存储器的寻址通过页面标识来实现；
b)在直接寻址存储器的公共页面标识单元中写入要访问的页面存储器的页面标识，公共页面标识单元为直接寻址存储器中具有固定地址的数据单元；
c)将直接寻址存储器中除去公共页面标识单元之外的数据单元映射到具有所述写入公共页面标识单元的页面标识的页面存储器中对应的数据单元上；
d)通过对直接寻址存储器中所述数据单元的读写，进行对所述页面存储器对应数据单元的存取操作。
优选地，在所述步骤d)之后还包括：
e)判断下一次存取操作是否对同一个页面存储器进行，如果是，转步骤d)；如果否，转步骤b)。
优选地，步骤a)所述为页面存储器设置页面标识具体为：将每个页面存储器中具有相同预定地址的数据单元用做页面标识单元，在页面标识单元中保存该页面存储器的页面标识；
步骤a)所述对页面存储器的寻址通过页面标识来实现，具体为：页面标识单元中保存的页面标识与该页面标识单元所在的页面存储器相对应；
步骤b)所述具有固定地址的数据单元为具有所述预定地址的数据单元。
上述具有预定地址的数据单元为其所在存储器的第一个数据单元。
优选地，步骤a)所述为页面存储器设置页面标识具体为：设置页面标识存储器，在页面标识存储器的数据单元中保存页面存储器的页面标识；
步骤a)所述对页面存储器的寻址通过页面标识来实现，具体为：建立所述保存页面标识的数据单元与具有该页面标识的页面存储器的对应关系。
所述步骤b)和步骤c)之间还包括：通过判断所述写入公共标识单元的页面标识与每个页面存储器的页面标识是否相同，找出具有所述写入公共页面标识单元的页面标识的页面存储器。
本发明同时提供了一种应用所述通过间接寻址扩展存储空间的存取方法的存取装置，包括直接寻址存储器、判断单元、页面映射单元和至少一个页面存储器；其中：
每个所述页面存储器与页面映射单元和判断单元相连，用于存取数据，并且每个页面存储器具有不同的页面标识；
所述直接寻址存储器与页面映射单元和判断单元相连，接受中央处理器的存取操作，所述直接寻址存储器中的公共页面标识单元用来写入要访问的页面存储器的页面标识，公共页面标识单元为具有固定地址的数据单元；
所述判断单元连接在直接寻址存储器和页面存储器之间，用来查找具有所述写入直接寻址存储器的页面标识的页面存储器，并将结果信息输出到所述页面映射单元；
所述页面映射单元连接在直接寻址存储器和页面存储器之间，根据所述判断单元的输入信息，建立直接寻址存储器除公共页面标识单元外的数据单元到所述页面存储器对应数据单元的映射，将对直接寻址存储器所述数据单元的存取操作映射为对所述页面存储器对应的数据单元的存取操作。
优选地，所述页面标识保存在具有该页面标识的页面存储器的页面标识单元中；
所述页面标识单元是该页面存储器的数据单元，其在该页面存储器中的地址，与公共页面标识单元在直接寻址存储器中的地址相同。
优选地，所述存取装置还包括页面标识存储器，其中保存着页面存储器的页面标识，保存页面标识的数据单元与具有该页面标识的页面存储器有对应关系；
所述页面标识存储器向判断单元提供用来比较的页面标识，及其与页面存储器的对应关系。
优选地，在所述公共页面标识单元中的数据有变化时，启动判断单元工作。
通过为每个页面存储器设置占用一个数据单元的页面标识，并利用该页面标识寻找对应的页面存储器，本发明建立直接寻址存储器与该对应的页面存储器之间的映射关系，而不是单个数据单元之间的映射关系，从而提高了读写速度；同时由于不再需要直接寻址存储器的一半空间用作寻址，本发明在数据总线和地址总线宽度相同的情况下，能够支持更大的扩展存储空间。
附图说明
图1所示为现有技术中扩展存储空间的存取装置结构图；
图2所示为现有技术中存取方法的映射关系示意图；
图3所示为本发明所述存取方法的流程图；
图4所示为本发明所述存取方法一个实施方式的映射关系示意图；
图5所示为本发明所述存取装置的结构图；
图6所示为使用本发明的存取空间切换过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本发明的优选实施方式。
在本发明中，通过以直接寻址存储器的整个存取空间到页面存储器页面的映射，取代直接寻址存储器的单个数据单元到页面存储器的单个数据单元的映射，来提高存取速度。
图3所示为本发明所述存取方法的流程图。在步骤10，为页面存储器设置页面标识，建立页面标识与页面存储器的对应关系。页面标识用来唯一地代表页面存储器，对页面存储器的寻址通过页面标识来实现。
设置页面标识的方法有两种，以下分别说明。
第一种设置页面标识的方法是：将每个页面存储器中具有相同预定地址的数据单元用做页面标识单元，在页面标识单元中保存该页面存储器的页面标识；每个页面存储器与该存储器中页面标识单元保存的页面标识相对应。为了便于对页面存储器进行寻址，每个页面标识单元在其页面存储器中的地址相同。页面标识单元只用于保存页面标识，不作为存取信息的数据单元使用。
在这种情况下，与页面存储器的页面标识单元相对应，将直接寻址存储器中具有相同地址的数据单元用作公共页面标识单元。公共页面标识单元用来存放要访问的页面存储器的页面标识，也不作为存取信息的数据单元使用。所有的页面标识单元与公共页面标识单元在其所在的存储器中具有相同的地址，通常为实现简便会选择第1个数据单元作为页面标识单元。
由于在每次通过页面标识进行寻址前，所有的页面标识应当已经存储在页面标识单元中，所以这种方法要求在页面存储器的加电初始化过程中，预置每个页面标识单元的值。
第二种设置页面标识的方法是：设置页面标识存储器，用来保存所有的页面标识。在页面标识存储器的数据单元中保存页面标识，并且建立保存页面标识的数据单元与具有该页面标识的页面存储器的对应关系。
在这种情况下，公共页面标识单元只要位于直接寻址存储器中的固定地址就可以了，通常简便起见仍推荐选择第1个数据单元作为页面标识单元。
页面标识存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。采用易失性存储器时，可以直接将其中的一个页面存储器设置为页面标识存储器，此时也需要在加电初始化过程中预置每个页面标识单元的值；采用非易失性存储器时，也应预置每个页面标识单元的值。
在这两种方法中，页面标识的值是固定的常量。
当对页面存储器进行存取时，进入步骤20，在直接寻址存储器的公共页面标识单元中写入要访问的页面存储器的页面标识。
在步骤30，通过比较公共页面单元中写入的页面标识与哪个页面存储器的页面标识相同，找到要访问的页面存储器。
在步骤40，将直接寻址存储器除公共页面标识单元外的数据单元映射到具有写入公共页面标识单元的页面标识的页面存储器中对应的数据单元上。
在步骤50，在建立了直接寻址存储器的所述数据单元到要访问的页面存储器的页面之间的映射关系后，对直接寻址存储器进行读写操作，就可以完成对要访问的页面存储器的存取。
当对同一页面存储器进行连续的存取操作时，只要重复步骤50即可；当要访问另一页面存储器时，转步骤20。
图4所示为采用设置页面标识的第一种方法的存取方法的映射关系示意图。图4中，以每个页面存储器的第1个数据单元作为页面标识单元，同样直接寻址存储器也以其第1个数据单元作为公共页面标识单元。根据公共页面标识单元中页面标识的值，直接寻址存储器中用于数据存取的数据单元可以映射到每个页面存储器的页面上，以实现对各个页面存储器的存取。
当地址总线的宽度为Wa，数据总线宽度为Wd时，直接寻址存储器的数据单元总数k的最大值为2Wa，去掉专用于页面寻址的公共页面标识单元，可用于数据存取的数据单元最大值为(2Wa-1)；同理，每个页面存储器可用于数据存取的数据单元的最大值也是(2Wa-1)。在采用设置页面标识的方法第一种方法和非易失性存储器作为页面标识存储器的第二种方法中，系统支持的页面存储器的数目a最大值为2Wd，在采用其中一个页面存储器作为页面标识存储器时，系统支持的页面存储器的数目a最大值为(2Wd-1)，因此本发明所述存取方法支持的扩展存储空间容量至少为(2Wd-1)(2Wa-1)。与现有技术中的扩展存储空间最大值2Wa+Wd-1相比，存储空间容量增加了(2Wd+Wa-1-2Wd-2Wa+1)，由于数据总线宽度Wd通常至少为8位，或16位、32位、64位等，而地址总线宽度通常至少为16位、20位或更多，所以本发明极大地增加了存储容量。
同时，由于对页面存储器的访问常常是一次存取多个连续的数据单元，应用本发明后，在完成到页面存储器存储空间的映射后，可以对多个数据单元直接进行读写操作，而不需要每次都做一次映射，因此，本发明可以提高对页面存储器的存取速度。
图5所示为应用本发明所述存取方法的存取装置。如图5所示，直接寻址存储器510根据地址总线520上传输的地址信息定位到本存储器中的数据单元，并在数据总线530与具有该地址的数据单元之间进行读写操作。直接寻址存储器510与页面映射单元550、判断单元560连接，同时页面存储器541、542至54a也与页面映射单元550、判断单元560连接。
为每个页面存储器设置不同的页面标识，直接寻址存储器510中有一个数据单元用作公共页面标识单元。
如前所述，有两种方法为页面存储器设置页面标识：
其一是将每个页面存储器中具有相同预定地址的数据单元用做页面标识单元，在页面标识单元中保存该页面存储器的页面标识，此时公共页面标识单元在直接寻址存储器510中也应具有所述相同的预定地址；页面存储器的容量可以不同，也可以与直接寻址存储器不同，但页面存储器的容量应当不小于直接寻址存储器510的容量；在这种情况下本发明推荐所有页面存储器采用与直接寻址存储器相同的容量。
其二是设置页面标识存储器570，用来保存所有的页面标识。在页面标识存储器570的数据单元中保存页面标识，并且建立保存页面标识的数据单元与具有该页面标识的页面存储器的对应关系；此时公共页面标识单元只要位于直接寻址存储器中的固定地址即可；在这种情况下，页面标识存储器570的容量最好能够支持系统的页面存储器总数，而每个页面存储器的容量应当不小于直接寻址存储器510的容量减一(减去公共页面标识单元占用的一个数据单元)；页面标识存储器570在判断单元每次操作时向其提供用来比较的页面标识，及其与页面存储器的对应关系。
当在公共页面标识单元中写入要访问的页面存储器的页面标识后，由判断单元560读取写入公共页面标识单元中的页面标识，和各个页面存储器的页面标识，通过比较上述两个页面标识是否相同判断出要访问的页面存储器，并将判断结果输出到页面映射单元550。
页面映射单元550根据判断单元560的输出，建立直接寻址存储器510的所有数据单元与到所述页面存储器对应数据单元的映射，将对直接寻址存储器110数据单元的存取操作映射到所述页面存储器对应的数据单元中。
同样，本发明推荐将直接寻址存储器的第1个数据单元用作公共页面标识单元。
在应用本发明的方法或装置后，可以将直接寻址存储器中除公共页面标识单元外的存储空间视为逻辑空间，将各个页面存储器上与直接寻址存储器的逻辑空间建立映射的存储空间视为物理空间，本发明的方法或装置完成的功能是根据公共页面标识单元中页面标识值的变化将逻辑空间映射到不同的物理空间上。
如果将逻辑空间或物理空间称为一个存取页，图6所示为使用本发明的存取页切换过程示意图，其中，公共页面标识单元620位于直接寻址存储器610的第一个数据单元，为直观起见，将页面标识单元640标记在页面存储器的存取页630之上，而事实上，页面标识单元640可能不在其代表的页面存储器上。
图6(A)中，公共页面标识单元620的值为10，此时逻辑存取页被映射到页面标识为10物理存取页上；图6(B)中，处理器在公共页面标识单元620中写入新值18，由于公共页面标识单元620中的数据发生了变化，新的映射过程启动；在映射过程完成后，出现图6(C)中所示的情形，逻辑存取页被映射到页面标识为18物理存取页上。
通过采用页面标识进行逻辑存取页到物理存取页的映射，本发明具有以下优点：
复用了直接寻址存储器的存取空间，这样可以减少地址线的宽度，或者说在相同的地址线宽度的情况下达到存取容量远远大于该地址线所及的物理空间；
存取空间的分配非常明确，比如可以根据功能不同分配不同的存取页空间；
存取空间的切换非常灵活。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过间接寻址扩展存储空间的存取方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)为页面存储器设置页面标识，对页面存储器的寻址通过页面标识来实现；
b)在直接寻址存储器的公共页面标识单元中写入要访问的页面存储器的页面标识，公共页面标识单元为直接寻址存储器中具有固定地址的数据单元；
c)将直接寻址存储器中除去公共页面标识单元之外的数据单元映射到具有所述写入公共页面标识单元的页面标识的页面存储器中对应的数据单元上；
d)通过对直接寻址存储器中所述数据单元的读写，进行对所述页面存储器对应数据单元的存取操作。
2.按照权利要求1所述通过间接寻址扩展存储空间的存取方法，其特征在于，所述步骤d)之后还包括：
e)判断下一次存取操作是否对同一个页面存储器进行，如果是，转步骤d)；如果否，转步骤b)。
3.按照权利要求2所述通过间接寻址扩展存储空间的存取方法，其特征在于，步骤a)所述为页面存储器设置页面标识具体为：将每个页面存储器中具有相同预定地址的数据单元用做页面标识单元，在页面标识单元中保存该页面存储器的页面标识；
步骤a)所述对页面存储器的寻址通过页面标识来实现，具体为：页面标识单元中保存的页面标识与该页面标识单元所在的页面存储器相对应；
步骤b)所述具有固定地址的数据单元为具有所述预定地址的数据单元。
4.按照权利要求3所述通过间接寻址扩展存储空间的存取方法，其特征在于：所述具有预定地址的数据单元为其所在存储器的第一个数据单元。
5.按照权利要求2所述通过间接寻址扩展存储空间的存取方法，其特征在于，步骤a)所述为页面存储器设置页面标识具体为：设置页面标识存储器，在页面标识存储器的数据单元中保存页面存储器的页面标识；
步骤a)所述对页面存储器的寻址通过页面标识来实现，具体为：建立所述保存页面标识的数据单元与具有该页面标识的页面存储器的对应关系。
6.按照权利要求1至5任意一项所述扩展存储空间的存取方法，其特征在于，所述步骤b)和步骤c)之间还包括：通过判断所述写入公共标识单元的页面标识与每个页面存储器的页面标识是否相同，找出具有所述写入公共页面标识单元的页面标识的页面存储器。
7.一种应用权利要求1所述通过间接寻址扩展存储空间的存取方法的存取装置，其特征在于，包括直接寻址存储器、判断单元、页面映射单元和至少一个页面存储器；
每个所述页面存储器与页面映射单元和判断单元相连，用于存取数据，并且每个页面存储器具有不同的页面标识；
所述直接寻址存储器与页面映射单元和判断单元相连，接受中央处理器的存取操作，所述直接寻址存储器中的公共页面标识单元用来写入要访问的页面存储器的页面标识，公共页面标识单元为具有固定地址的数据单元；
所述判断单元连接在直接寻址存储器和页面存储器之间，用来查找具有所述写入直接寻址存储器的页面标识的页面存储器，并将结果信息输出到所述页面映射单元；
所述页面映射单元连接在直接寻址存储器和页面存储器之间，根据所述判断单元的输入信息，建立直接寻址存储器除公共页面标识单元外的数据单元到所述页面存储器对应数据单元的映射，将对直接寻址存储器所述数据单元的存取操作映射为对所述页面存储器对应的数据单元的存取操作。
8.按照权利要求7所述应用通过间接寻址扩展存储空间的存取方法的存取装置，其特征在于：所述页面标识保存在具有该页面标识的页面存储器的页面标识单元中；
所述页面标识单元是该页面存储器的数据单元，其在该页面存储器中的地址，与公共页面标识单元在直接寻址存储器中的地址相同。
9.按照权利要求7所述应用通过间接寻址扩展存储空间的存取方法的存取装置，其特征在于：所述存取装置还包括页面标识存储器，其中保存着页面存储器的页面标识，保存页面标识的数据单元与具有该页面标识的页面存储器有对应关系；
所述页面标识存储器向判断单元提供用来比较的页面标识，及其与页面存储器的对应关系。
10.按照权利要求8或9所述应用通过间接寻址扩展存储空间的存取方法的存取装置，其特征在于：在所述公共页面标识单元中的数据有变化时，启动判断单元工作。
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