JP2001134486A - マイクロプロセッサおよび記憶装置 - Google Patents
マイクロプロセッサおよび記憶装置Info
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Abstract
て、たとえば画像処理のように大規模データを処理する
場合であっても高速で小容量なローカルメモリを有効に
働かせること。 【解決手段】 マイクロプロセッサ1の外部にメインメ
モリ2と、メインメモリ2よりも高速なローカルメモリ
3を接続する。メインメモリ2にはロードモジュール全
体が展開され、ローカルメモリ3にはメインメモリ2に
展開されたロードモジュールの中の命令コードの一部ま
たは全部を格納する。データ用メモリ管理ユニット63
はロードモジュール全体の論理アドレスをメインメモリ
2の物理アドレスへ変換する。命令用メモリ管理ユニッ
ト62は、ローカルメモリ3に格納された命令コードの
論理アドレスをローカルメモリ3の物理アドレスへ変換
する。CPUコア6は命令の実行時にローカルメモリ3
から命令コードを取得する。
Description
はコンピュータの周辺装置に使用されるマイクロプロセ
ッサおよび記憶装置に関する。
など、主として高性能な画像処理を必要とする装置には
マイクロプロセッサが内蔵されている。画像処理に必要
な命令コードおよび定数や初期値のデータなどは、マイ
クロプロセッサの外部に設けられたメインメモリに格納
される。また、マイクロプロセッサは、その内部にキャ
ッシュメモリを備えている。マイクロプロセッサは、主
に、メインメモリまたはキャッシュメモリに格納された
命令コードおよび定数や初期値のデータを用いて処理を
おこなう。
数値(文字も含む)のデータを意味する狭義のデータ
と、その狭義のデータのほかに命令コードなども含めた
広義のデータとを区別するために、広義のデータを単に
データとし、狭義のデータを数値データとする。
リと論理的なメモリ階層を構成している。メインメモリ
は、一般的なDRAM(ダイナミックRAM)等により
構成される。キャッシュメモリは、メインメモリよりも
高速アクセスが可能なSRAM(スタティックRAM)
などにより構成される。
は、その付近の命令コードや数値データとともにキャッ
シュメモリに蓄積される。そして、キャッシュメモリに
蓄積された命令コードや数値データに対してアクセスが
あった場合には、その命令コードや数値データは、メイ
ンメモリからではなく、キャッシュメモリから読み出さ
れる。それによって、低速なメインメモリへのアクセス
頻度が減少し、高速処理が実現する。
や数値データには、メインメモリにおける物理アドレス
とキャッシュメモリにおける物理アドレスが割り当てら
れる。両者の物理アドレスは当然異なる。メモリへのア
クセスが発生した時に、アクセス対象となる命令コード
や数値データがキャッシュメモリに存在しない場合には
メインメモリの物理アドレスが指定される。一方、アク
セス対象がキャッシュメモリに存在する場合にはキャッ
シュメモリの物理アドレスが指定される。
内蔵されたタグレジスタとキャッシュ制御ユニットと呼
ばれるアドレス変換手段により自動的におこなわれる。
したがって、プログラマはキャッシュメモリの存在を意
識する必要はない。同様にメインメモリ中でアクセスを
制御するために、メモリ管理ユニット(MMU)が内蔵
されている。
ドレス範囲に対して一つの物理アドレスを設定する。そ
れと同時に、アドレス変換手段は、設定範囲に共通のア
クセス属性などを定義する。ロードモジュールには、命
令コードやその命令コードの実行の際に使用される数値
データなどのように、アクセスの種別等が異なるものが
含まれているが、一部のキャッシュ制御ユニットとメモ
リ管理ユニットにおけるアドレス変換手段は、命令コー
ドと数値データを区別せずに同様に扱う。
たキャッシュメモリを利用したメモリアクセス機構で
は、たとえば画像処理のように、処理対象となるデータ
の規模が大きくなると、キャッシュメモリの書き換えが
頻繁に起こる。そのため、本来キャッシュが有効に働く
局所的な命令コードや数値データが、キャッシュメモリ
から追い出されてしまう。したがって、キャッシュのヒ
ット率が下がり、処理の高速化という効果が十分に得ら
れなくなってしまう。また、データ規模に合わせた大容
量のメモリは一般に低速になってしまう。
ることによって、大規模データを処理する場合であって
もキャッシュメモリの書き換えが頻繁に起こらないよう
にすることもできる。しかし、高速の大容量メモリは高
価である。また、安価な大容量メモリを用いたのでは、
アクセスタイムが犠牲になってしまう。
のであって、たとえば画像処理のように局所性が低くか
つ大規模なデータを処理する場合であっても、局所性の
高い命令やデータを効率的にアクセスすることができる
マイクロプロセッサおよび記憶装置を提供することを目
的とする。
め、本発明は以下のように構成されていることを特徴と
する。マイクロプロセッサの外部に第1の記憶手段(メ
インメモリ)と第2の記憶手段(ローカルメモリ)が接
続される。第1の記憶手段(メインメモリ)には、ロー
ドモジュール全体が展開される。ここで、ロードモジュ
ールは、命令コード、定数や初期値のデータ(数値デー
タ)および作業用領域確保を含む。
第1の記憶手段(メインメモリ)に展開されたロードモ
ジュールの中の命令コードの一部または全部が複写また
は書き込みにより格納される。第2の記憶手段(ローカ
ルメモリ)に格納される命令コードのサイズは、第2の
記憶手段(ローカルメモリ)の容量以下に設定される。
用メモリ管理ユニット)と第2のアドレス変換手段(命
令用メモリ管理ユニット)が設けられる。第1のアドレ
ス変換手段(データ用メモリ管理ユニット)は、ロード
モジュール全体の論理アドレスを第1の記憶手段(メイ
ンメモリ)の物理アドレスへ変換する。第2のアドレス
変換手段(命令用メモリ管理ユニット)は、ロードモジ
ュールの命令コードの論理アドレスを第2の記憶手段
(ローカルメモリ)の物理アドレスへ変換する。
のメモリ、たとえばDIMM(デュアル・インライン・
メモリ・モジュール)により構成される。第2の記憶手
段(ローカルメモリ)は、第1の記憶手段(メインメモ
リ)よりも容量は小さいが高速で動作するメモリ、たと
えば単体の高速シンクロナスDRAMにより構成され
る。
によれば、マイクロプロセッサは、命令を実行する際、
より高速な第2の記憶手段(ローカルメモリ)から命令
コードを取得して実行する。命令コードは一般に局所性
(ローカリティ)が高い。そのため、第2の記憶手段
(ローカルメモリ)が小容量のメモリであっても高速化
の効果は十分に得られる。
ような大規模なデータは、一般に局所性が低い。したが
って、そのようなデータを小容量の第2の記憶手段(ロ
ーカルメモリ)に分割して転送しても、頻繁に発生する
転送による損失のため、高速化の効果は十分に得られな
い。よって、ロードモジュール全体は大容量の第1の記
憶手段(メインメモリ)に格納される。
の中には局所性が高いものもある。このような局所性の
高い作業データについては、格納先を第2の記憶手段
(ローカルメモリ)にしてもよい。その場合には、第2
のアドレス変換手段(命令用メモリ管理ユニット)は、
スタックなどの作業データの論理アドレスを第2の記憶
手段(ローカルメモリ)の物理アドレスへ変換する。
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明
にかかる記憶装置の一例を示すブロック図である。この
記憶装置は、マイクロプロセッサ(MPU)1、第1の
記憶手段であるメインメモリ2、第2の記憶手段である
ローカルメモリ3を備えている。
バスブリッジ5および別の外部バス42を介して、メイ
ンメモリ2に接続される。また、マイクロプロセッサ1
は、さらに別の外部バス43を介して、ローカルメモリ
3に接続される。
IMMなどの一般的なDRAMにより構成される。ロー
カルメモリ3は、たとえば、メインメモリ2よりも容量
は小さいが高速で動作するシンクロナスDRAM(SD
RAM)により構成される。
41、バスブリッジ5およびさらにまた別の外部バス4
4を介して図示しない周辺回路に接続される。マイクロ
プロセッサ1は、演算処理をおこなうコア11、命令コ
ードやデータを格納するキャッシュメモリ12、および
外部バス41,43が接続されるバスインターフェース
13を備えている。
の間では、外部バス41,42およびバスブリッジ5を
介して、アドレスやデータが双方向に転送される。マイ
クロプロセッサ1とローカルメモリ3との間では、外部
バス43を介して、アドレスや命令コードが双方向に転
送される。また、メインメモリ2とローカルメモリ3と
の間では、外部バス41,43を介して、バスインター
フェース13を経由することにより、データは双方向に
直接転送される。
成の一例を示すブロック図である。マイクロプロセッサ
1は、CPU(中央演算処理装置)コア6、クロック発
生器71、バスインターフェースユニット72、デバッ
グサポートユニット73、SDRAMバスインターフェ
ース74およびシステムバスインターフェース75を備
えている。
ユニット61a,61b,61c,61d,61e,6
1f、第2のアドレス変換手段である命令用メモリ管理
ユニット62、および第1のアドレス変換手段であるデ
ータ用メモリ管理ユニット63を備えている。
照)にロードモジュール全体を展開する。そして、CP
Uコア6は、メインメモリ2(図1参照)に展開したロ
ードモジュールの中の一部または全部の命令コードをロ
ーカルメモリ3に複写する。したがって、CPUコア6
は複写手段としての機能を有している。ローカルメモリ
3に複写される命令コードのサイズは、ローカルメモリ
3の容量以下に設定される。
ンメモリ2(図1参照)に展開されたロードモジュール
全体の論理アドレスに、メインメモリ2の物理アドレス
を割り当てる。命令用メモリ管理ユニット62は、ロー
カルメモリ3(図1参照)に複写された命令コードの論
理アドレスに、ローカルメモリ3の物理アドレスを割り
当てる。
シュメモリ12を構成する命令キャッシュ64およびデ
ータキャッシュ65を備えている。命令用メモリ管理ユ
ニット62またはデータ用メモリ管理ユニット63と、
命令キャッシュ64またはデータキャッシュ65とは、
命令コード用のデータバス66、命令コード用のアドレ
スバス67、データ用のアドレスバス68およびデータ
用のデータバス69を介して接続される。
3,84、バスインターフェースユニット72および別
の内部バス85,86を介して、SDRAMバスインタ
ーフェース74またはシステムバスインターフェース7
5に接続する。SDRAMバスインターフェース74に
はローカルメモリ用の外部バス43が接続される。シス
テムバスインターフェース75にはメインメモリ用の外
部バス41が接続される。また、SDRAMバスインタ
ーフェース74とシステムバスインターフェース75と
は、さらに別の内部バス87を介して相互に接続されて
いる。
らかじめ設定された物理アドレス範囲とCPUコア6か
らのアクセス要求を比較する。その結果、CPUコア6
からのアクセス要求がメインメモリ2(図1参照)の物
理アドレスに相当する場合には、システムバスインター
フェース75が動作する。
リ3(図1参照)の物理アドレスに相当する場合には、
SDRAMバスインターフェース74が動作する。した
がって、ローカルメモリ3に接続された外部バス43の
領域、およびメインメモリ2に接続された外部バス41
の領域は、任意の物理アドレスへ割り当てられる。
づいて内部クロックを生成し、それをCPUコア6およ
びバスインターフェースユニット72に供給する。デバ
ッグサポートユニット73は、図示しないICE(イン
サーキットエミュレータ)にインターフェースを介して
接続される。
構成を模式的に示す図である。メモリ管理ユニット6
2,63は、論理アドレスを格納するための複数の論理
アドレス領域62a,・・・,62j,62k、物理ア
ドレスを格納するための複数の物理アドレス領域63
a,・・・,63j,63k、複数の比較器60a,・
・・,60j,60kを備えている。
は、論理アドレス領域62a,・・・,62j,62k
には、メインメモリ2に展開されているロードモジュー
ルに関する論理アドレスが格納される。命令用メモリ管
理ユニット62の場合には、論理アドレス領域62a,
・・・,62j,62kには、ローカルメモリ3に格納
されている命令コードに関する論理アドレスが格納され
る。物理アドレス領域63a,・・・,63j,63k
には、それぞれ、各論理アドレス領域62a,・・・,
62j,62kに格納されている論理アドレスに割り当
てられた物理アドレスが格納される。
は、CPUコア6からのアクセス要求があった論理アド
レス91bと、各論理アドレス領域62a,・・・,6
2j,62kに格納されている論理アドレスとの比較を
おこなう。
は、実行されている命令によって論理アドレスと物理ア
ドレスの関係を異なる複数の設定から選択される機構を
持ち、それぞれ同じ論理アドレスに対して2種類以上の
異なる物理アドレスを設定する構成となっていてもよ
い。
内容が、自己すなわちその命令コードのメインメモリ2
におけるアドレスを参照せよという命令(たとえば、ワ
ードイフェクトアドレスという命令)である場合に有効
である。つまり、CPUコア6はその命令コードをロー
カルメモリ3から読み出して実行する。そして、CPU
コア6はメインメモリ2を参照して絶対アドレスを取得
することができる。
アクセスされた時点で記憶されているプロセス番号など
の情報により異なる複数の論理アドレスと物理アドレス
の関係を選択できる機構を持ち、それぞれ同じ論理アド
レスに対して2種類以上の異なる物理アドレスを設定す
る構成となっていてもよい。
に、複数のタスクを並行しておこなう場合に有効であ
る。つまり、CPUコア6は、優先度の高いタスクに関
しては命令コードをローカルメモリ3から読み出す。一
方、優先度の低いタスクに関する命令コードについて
は、CPUコア6はメインメモリ2から読み出すことが
できる。
アクセスされた時刻によって異なる論理アドレスと物理
アドレスの関係を選択できる機構を持ち、それぞれ同じ
論理アドレスに対して2種類以上の異なる物理アドレス
を設定する構成となっていてもよい。
は優先度が高いが、その時間が経過した後に優先度が下
がるような命令コードを実行する場合に有効である。つ
まり、CPUコア6は、ある命令コードを実行する際、
その命令コードを、優先度が高い間はローカルメモリ3
から読み出し、優先度が低くなったらメインメモリ2か
ら読み出すことができる。
ュールのロード時に、CPUコア6により、メインメモ
リ2にロードモジュール全体が展開される。また、その
ロードモジュールの中の命令コードが、ローカルメモリ
3の容量以下のサイズでローカルメモリ3に複写され
る。
て、論理アドレス領域62a,・・・,62j,62k
には、メインメモリ2に展開されたロードモジュール全
体の論理アドレスが格納される。また、物理アドレス格
納領域63a,・・・,63j,63kには、論理アド
レス領域62a,・・・,62j,62kに格納された
各論理アドレスに対応する物理アドレスが格納される。
おいて、論理アドレス領域62a,・・・,62j,6
2kには、ローカルメモリ3に格納された命令コードの
論理アドレスが格納される。そして、物理アドレス格納
領域63a,・・・,63j,63kには、論理アドレ
ス領域62a,・・・,62j,62kに格納された各
論理アドレスに対応する物理アドレスが格納される。
データ用メモリ管理ユニット63および命令用メモリ管
理ユニット62において、それぞれの比較器60a,・
・・,60j,60kにより、CPUコア6から要求さ
れている論理アドレスと、各論理アドレス領域62a,
・・・,62j,62kに格納されている論理アドレス
との比較がおこなわれる。この比較は複数の比較器60
a,・・・,60j,60kにおいて同時におこなわれ
る。
・・,62j,62kに格納されている論理アドレスの
中に一致するものがある場合には、メモリ管理ユニット
62,63は、それぞれ、その一致する論理アドレス9
1bに対応する物理アドレス92bを出力する。一致す
るものがない場合には、メモリ管理ユニット62,63
は論理アドレス91a,91cをそのまま物理アドレス
92a,92cとして出力する。
は、論理アドレス空間91をセグメント単位で物理アド
レス空間92へマッピングしていることに相当する。図
4には、このマッピングの様子が模式的に示されてい
る。
まれる命令コードとで異なるマッピングをおこなった様
子を示す模式図である。メインメモリ2には、命令コー
ドと数値データと作業領域を含めたロードモジュール全
体が展開されている。たとえば図示例では、メモリアド
レスレジスタ(MAR)の論理アドレス「0350」
が、メインメモリ2に相当する物理アドレス「1000
〜1399」にマッピングされている。
の中の命令コードが展開されている。たとえば図示例で
は、プログラムカウンタ(PC)の論理アドレス「00
80」が、ローカルメモリ3に相当する物理アドレス
「2000〜2099」にマッピングされている。
された命令コードのサイズを超えて命令を実行しようと
した場合、命令用メモリ管理ユニット62は、ページミ
スヒット機能などによりアドレス変換ミスを検出する。
それによって、その時点で要求されている命令コードを
含む適当な範囲の命令コードがメインメモリ2からロー
カルメモリ3に転送されることになる。
ドレス領域62a,・・・,62j,62kに格納する
アドレスを、新たに転送された命令コードの論理アドレ
スに更新する。それに対応して、物理アドレス領域63
a,・・・,63j,63kの物理アドレスも更新され
る。このようにローカルメモリ3に格納された命令コー
ドを更新することによって、CPUコア6は命令の実行
を継続する。なお、命令実行中に新たに命令コードの転
送をおこなっても、命令コードの局所性が高いため、損
失は十分に小さい。
ロセッサ1の外部に接続された大容量のメインメモリ2
にロードモジュール全体が展開される。メインメモリ2
に展開されたロードモジュールの中の命令コードの一部
または全部は、マイクロプロセッサ1の外部に接続され
た高速のローカルメモリ3に格納される。したがって、
画像処理などで用いられるような大規模で非局所的なデ
ータをロードした場合にも、高速なローカルメモリ3内
の命令コードを高速に実行することができる。
カルメモリ3を設けたことによって、メインメモリへの
アクセスを減少させることができるので、消費電力を低
減させることができる。また、メインメモリ2に比較的
低速で安価なメモリを用いることができるので、処理性
能が向上するにもかかわらず、コストアップを抑えるこ
とができる。
ルメモリ3に命令コードを格納するとしたが、これに限
らず、局所性が高ければ数値データなど、いかなるデー
タをローカルメモリ3に格納してもよい。
メモリ2に展開されたロードモジュールの中の命令コー
ドをローカルメモリ3に複写するとしたが、これに限ら
ず、メインメモリ2にロードモジュールを展開するとと
もに、命令コードをローカルメモリ3に格納する構成と
してもよい。
段にロードモジュール全体が展開される。そのロードモ
ジュールの中の命令コードの一部または全部は高速の第
2の記憶手段に格納される。したがって、画像処理など
で用いられるような大規模で非局所的なデータを含むロ
ードモジュールをロードした場合にも、高速な第2の記
憶手段内の命令コードを実行することができるので、シ
ステム全体としての処理性能を向上させることができ
る。
図である。
成の一例を示すブロック図である。
モリ管理ユニットの構成を示す模式図である。
によって論理アドレス空間が物理アドレス空間にマッピ
ングされる様子を示す模式図である。
マッピングをおこなった結果を示す模式図である。
ット) 63 第1のアドレス変換手段(データ用メモリ管理ユ
ニット)
Claims (10)
- 【請求項1】 互いに異なる物理アドレスを有する複数
の記憶手段が外部に接続されるマイクロプロセッサであ
って、 前記複数の記憶手段のうちの第1の記憶手段に格納され
たロードモジュールの論理アドレスに、前記第1の記憶
手段の物理アドレスを割り当てる第1のアドレス変換手
段と、 前記複数の記憶手段のうちの第2の記憶手段に、前記第
1の記憶手段に格納されたロードモジュールのうちの命
令コードを複写する複写手段と、 前記第2の記憶手段に複写された命令コードの論理アド
レスに、前記第2の記憶手段の物理アドレスを割り当て
る第2のアドレス変換手段と、 を具備することを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 【請求項2】 互いに異なる物理アドレスを有する複数
の記憶手段が外部に接続されるマイクロプロセッサであ
って、 前記複数の記憶手段のうちの第1の記憶手段に格納され
たロードモジュールの論理アドレスに、前記第1の記憶
手段の物理アドレスを割り当てる第1のアドレス変換手
段と、 前記複数の記憶手段のうちの第2の記憶手段に、前記第
1の記憶手段に格納されるロードモジュールのうちの命
令コードを格納させる格納手段と、 前記第2の記憶手段に格納された命令コードの論理アド
レスに、前記第2の記憶手段の物理アドレスを割り当て
る第2のアドレス変換手段と、 を具備することを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 【請求項3】 前記第2の記憶手段に格納されているロ
ードモジュールへのアクセスが発生した時に、前記第1
のアドレス変換手段は、そのアクセス対象となったロー
ドモジュールの論理アドレスに前記第1の記憶手段の物
理アドレスを割り当て、一方、前記第2のアドレス変換
手段は、前記アクセス対象となったロードモジュールの
うちの命令コードの論理アドレスに前記第2の記憶手段
の物理アドレスを割り当てることを特徴とする請求項1
または2に記載のマイクロプロセッサ。 - 【請求項4】 前記第1の記憶手段に格納されるロード
モジュールは、画像処理用のデータおよび画像処理用の
命令コードを含んでいることを特徴とする請求項1〜3
のいずれか一つに記載のマイクロプロセッサ。 - 【請求項5】 互いに異なる物理アドレスを有する複数
の記憶手段と、 前記複数の記憶手段のうちの第1の記憶手段に格納され
たロードモジュールの論理アドレスに、前記第1の記憶
手段の物理アドレスを割り当てる第1のアドレス変換手
段と、 前記複数の記憶手段のうちの第2の記憶手段に、前記第
1の記憶手段に格納されたロードモジュールのうちの命
令コードを複写する複写手段と、 前記第2の記憶手段に複写された命令コードの論理アド
レスに、前記第2の記憶手段の物理アドレスを割り当て
る第2のアドレス変換手段と、 を具備することを特徴とする記憶装置。 - 【請求項6】 互いに異なる物理アドレスを有する複数
の記憶手段と、 前記複数の記憶手段のうちの第1の記憶手段に格納され
たロードモジュールの論理アドレスに、前記第1の記憶
手段の物理アドレスを割り当てる第1のアドレス変換手
段と、 前記複数の記憶手段のうちの第2の記憶手段に、前記第
1の記憶手段に格納されるロードモジュールのうちの命
令コードを格納させる格納手段と、 前記第2の記憶手段に格納された命令コードの論理アド
レスに、前記第2の記憶手段の物理アドレスを割り当て
る第2のアドレス変換手段と、 を具備することを特徴とする記憶装置。 - 【請求項7】 前記第2の記憶手段に格納されているロ
ードモジュールへのアクセスが発生した時に、前記第1
のアドレス変換手段は、そのアクセス対象となったロー
ドモジュールの論理アドレスに前記第1の記憶手段の物
理アドレスを割り当て、一方、前記第2のアドレス変換
手段は、前記アクセス対象となったロードモジュールの
うちの命令コードの論理アドレスに前記第2の記憶手段
の物理アドレスを割り当てることを特徴とする請求項5
または6に記載の記憶装置。 - 【請求項8】 前記第1の記憶手段に格納されるロード
モジュールは、画像処理用のデータおよび画像処理用の
命令コードを含んでいることを特徴とする請求項5〜7
のいずれか一つに記載の記憶装置。 - 【請求項9】 前記第2の記憶手段は、前記第1の記憶
手段よりもアクセス速度が高速なメモリであることを特
徴とする請求項5〜8のいずれか一つに記載の記憶装
置。 - 【請求項10】 前記第2の記憶手段は、シンクロナス
DRAMで構成されることを特徴とする請求項9に記載
の記憶装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31332399A JP2001134486A (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | マイクロプロセッサおよび記憶装置 |
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