JP2002259209A - 演算処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャッシュメモリを有する演算処理システム
において、初めて読み出される命令やデータが、主記憶
装置ではなくキャッシュメモリから読み出されるように
する。 【解決手段】 リアルタイムＯＳは、各命令の実行アド
レスや、各命令に関連するデータのデータアドレスを、
タスク毎に記憶している。このプロセッサ１０１上で動
作するリアルタイムＯＳは、各タスクが、実行中状態
か、実行待ち状態か、待ち状態かを制御する。そして、
リアルタイムＯＳは、いずれかのタスクが待ち状態から
実行待ち状態に遷移したときに、このタスクに属する命
令およびデータの読み込み指示を、タスクキャッシュメ
モリ１０３に送る。タスクキャッシュメモリ１０３は、
この指示を受信すると、指示された命令およびデータ
を、主記憶装置１０２から読み込んで、記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、タスク処理を行
う演算処理システムに関する。この発明は、例えば、オ
ペレーティングシステムを用いてタスク処理を行う演算
処理システムに適用される。

【０００２】

【従来の技術】従来より、演算処理システムとして、例
えばリアルタイムＯＳ(Operating System)を用いたシス
テムが知られている。一般に、かかるシステムは、プロ
セッサと、主記憶装置と、キャッシュメモリとを搭載し
ている。

【０００３】プロセッサは、リアルタイムＯＳを動作さ
せる。リアルタイムＯＳは、プログラムの各命令を、タ
スク単位で実行する。また、プロセッサは、実行すべき
命令や、命令の実行に使用されるデータを、主記憶装置
またはキャッシュメモリから読み出す。

【０００４】主記憶装置は、リアルタイムＯＳが使用す
る命令やデータを記憶する。一般に、主記憶装置は、大
きい記憶容量が必要であり、且つ、不揮発性である必要
がある。このため、主記憶装置としては、例えばＳＲＡ
Ｍ(Static Random Access Memory) やＤＲＡＭ(Dynamic
Random Access Memory)などの半導体メモリが使用され
ることが多い。一般に、主記憶装置は、読み出し速度
が、プロセッサの処理速度よりも遅いという欠点を有し
ている。

【０００５】キャッシュメモリは、プロセッサが主記憶
装置から読み出した命令やデータを一時的に記憶する。
キャッシュメモリは、読み出し／書き込み速度が速いこ
とが要求される。このためキャッシュメモリとしては、
主記憶装置に使用する半導体メモリよりも高速の半導体
メモリが使用されることが多い。その一方で、これらの
半導体メモリは高価であるため、キャッシュメモリとし
ては、小さい記憶容量のものが使用されるのが一般的で
ある。

【０００６】このようなシステムでは、プロセッサは、
まず、リアルタイムＯＳの制御に応じて、必要な命令や
データをキャッシュメモリから読み出そうと試みる。そ
して、該当する命令やデータがキャッシュメモリに格納
されていない場合は、次に、プロセッサは、かかる命令
やデータを、主記憶装置から読み出す。該当する命令や
データが初めてプロセッサに読み出される場合、かかる
命令やデータは、キャッシュメモリには格納されていな
いので、主記憶装置から読み出されることになる。プロ
セッサによって主記憶装置から命令やデータが読み出さ
れるとき、かかる命令やデータは、キャッシュメモリに
も蓄積される。このため、プロセッサは、２回目以降
は、その命令やデータを、キャッシュメモリから読み出
すことができる。上述したように、一般には主記憶装置
よりもキャッシュメモリの方が読み出し速度が速い。し
たがって、２回目以降の読み出しにキャッシュメモリを
使用することにより、命令やデータの読み出し速度を全
体として高速化することができるので、リアルタイムＯ
Ｓによる演算処理時間を短縮することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、キャッ
シュメモリからの読出が行われるのは、その命令やデー
タの２回目以降の読み出しが行われる場合のみである。
しかし、演算処理時間をさらに高速化するためには、そ
の命令やデータをプロセッサが初めて読み出すときに
も、キャッシュメモリが使用されるようにすることが望
ましい。

【０００８】初回の読み出しからキャッシュメモリが使
用されるようにするためには、リアルタイムＯＳが処理
を開始する際に、すべての命令やデータをキャッシュメ
モリに書き込むことにすればよい。しかしながら、この
場合には、キャッシュメモリの必要容量が大きくなりす
ぎ、このため、システムが高価になってしまうという新
たな欠点が生じる。

【０００９】このような理由から、初めて読み出される
命令やデータがキャッシュメモリから読み出されるよう
にすることができる、安価な演算処理システムが嘱望さ
れていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る演算処理
システムは、命令およびデータを記憶する主記憶手段
と、命令およびデータを主記憶手段から読み出して一時
的に記憶するキャッシュメモリ手段と、命令の実行アド
レスと該命令に関連するデータのデータアドレスとをタ
スク毎に記憶するタスク管理手段と、タスクが実行中状
態か実行待ち状態か待ち状態かを制御するタスク状態制
御手段と、実行中状態のタスクに対応する命令およびデ
ータをキャッシュメモリ手段から読み出して該命令を実
行する命令実行手段と、実行待ち状態のタスクに対応す
る実行アドレスおよびデータアドレスをタスク管理手段
から読み出し、読み出された実行アドレスの命令および
データアドレスのデータを主記憶手段から読み出すよう
にキャッシュメモリ手段に指示する指示手段とを備え
る。

【００１１】この発明では、実行待ち状態のタスクに対
応する命令およびデータを、このタスクが実行中状態に
遷移する前に、主記憶手段から読み出してキャッシュメ
モリ手段に格納することができる。したがって、この発
明によれば、初めて読み出される命令やデータが、キャ
ッシュメモリから読み出されるようにすることができ
る。

【００１２】加えて、この発明では、待ち状態のタスク
に関連する命令やデータは、キャッシュメモリに格納さ
れない。したがって、この発明によれば、キャッシュメ
モリの必要容量を、最小限に抑えることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分
の大きさ、形状および配置関係は、本発明が理解できる
程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明
する数値的条件は単なる例示にすぎない。

【００１４】図１は、この実施の形態に係る演算処理シ
ステムの構成を概略的に示すブロック図である。

【００１５】図１に示したように、この演算処理システ
ム１００は、プロセッサ１０１と、主記憶装置１０２
と、タスクキャッシュメモリ１０３、バス１０４とを備
えている。

【００１６】プロセッサ１０１は、ＯＳを動作させる。
以下、ＯＳとしてリアルタイムＯＳを使用する場合を例
に採って説明する。リアルタイムＯＳは、タスク管理情
報を記憶している。タスク管理情報とは、各タスクに属
する命令の実行アドレスと、各命令に関連するデータの
データアドレスとを示す情報である。

【００１７】主記憶装置１０２は、リアルタイムＯＳが
使用する命令やデータを記憶する。従来と同様の理由に
より、主記憶装置としては、例えば、半導体メモリなど
が使用される。

【００１８】タスクキャッシュメモリ１０３は、リアル
タイムＯＳの制御にしたがって主記憶装置１０２から命
令やデータを読み出し、一時的に記憶する。従来と同様
の理由により、タスクキャッシュメモリとしては、例え
ば高速の半導体メモリが使用される。

【００１９】バス１０４は、プロセッサ１０１、主記憶
装置１０２およびタスクキャッシュメモリ１０３間で、
命令やデータなどを転送するために使用される。

【００２０】次に、図１に示した演算処理システムの動
作を説明する。

【００２１】上述したように、プロセッサ１０１上で、
リアルタイムＯＳが動作する。リアルタイムＯＳは、タ
スクの状態の制御、タスクキャッシュメモリ１０３に対
する読み込み制御、タスクの実行などの処理を、並列し
て行う。

【００２２】図２は、タスクの状態遷移を説明するため
の概念図である。

【００２３】実行要求がない場合、タスクは、待ち状態
(Wait)にある。そして、待ち状態のタスクに対して、他
のタスクやリアルタイムＯＳが実行要求を行うと、この
タスクは、実行待ち状態(Ready) に遷移する。実行待ち
状態のタスクに対して、リアルタイムＯＳによる実行が
開始されると、このタスクは実行中状態(Run) になる。
そして、タスクの実行が終了すると、このタスクは待ち
状態に戻る。

【００２４】図３は、リアルタイムＯＳの動作を概略的
に示すフローチャートである。

【００２５】待ち状態のタスクに対して他のタスクやリ
アルタイムＯＳが実行要求を行ったことを認識すると
（Ｓ３０１）、リアルタイムＯＳは、そのタスクを、実
行待ち状態にする（Ｓ３０２）。

【００２６】次に、リアルタイムＯＳは、実行待ち状態
にされたタスクについてのタスク管理情報（すなわち、
そのタスクに属する命令の実行アドレスと、これらの命
令に関連するデータのデータアドレス）を、読み出す
（Ｓ３０３）。

【００２７】続いて、リアルタイムＯＳは、タスクキャ
ッシュメモリ１０３に対して、読み込み指示を送る（Ｓ
３０４）。この読み込み指示には、ステップＳ３０３で
読み出された実行アドレスおよびデータアドレスが含ま
れている。タスクキャッシュメモリ１０３は、この読み
込み指示を受信すると、この指示に含まれるアドレスに
格納された命令およびデータを、バス１０４を介して主
記憶装置１０２から読み出す。読み出された命令および
データは、タスクキャッシュメモリ１０３内に格納され
る。

【００２８】その後、このタスクの状態が実行待ち状態
から実行中状態に遷移し、リアルタイムＯＳがタスクの
実行を開始する。このとき、プロセッサは、このタスク
に属する命令や、この命令に関連するデータを、バス１
０４を介してタスクキャッシュメモリ１０３から読み出
す。

【００２９】そして、タスクの実行が終了すると、タス
ク状態が実行中状態から待ち状態に戻る。

【００３０】このように、この実施の形態に係る演算処
理システムでは、タスクが待ち状態から実行待ち状態に
遷移したときに、このタスクに属する命令やデータを、
タスクキャッシュメモリ１０３に格納することができ
る。したがって、この実施の形態に係る演算処理システ
ムによれば、命令やデータが初めてプロセッサに読み出
される場合にも、これらの命令およびデータをタスクキ
ャッシュメモリ１０３から読み出すことができる。これ
により、命令やデータの読み出し速度を従来の演算処理
システムよりもさらに高速化することができるので、リ
アルタイムＯＳによる演算処理時間をさらに短縮するこ
とができる。

【００３１】加えて、この実施の形態に係る演算処理シ
ステムでは、実行待ち状態に遷移したタスクに関連する
命令やデータのみをタスクキャッシュメモリ１０３に格
納することとし、待ち状態のタスクに関連する命令やデ
ータはタスクキャッシュメモリ１０３に読み出さないも
のとした。したがって、この実施の形態では、キャッシ
ュメモリの必要容量を最小限に抑えることができるの
で、演算処理システムを低価格に抑えることが可能であ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、処理時間が短く且つ安価な演算処理システムを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る演算処理システムの構成を概
略的に示すブロック図である。

【図２】実施の形態に係る演算処理システムにおける、
タスクの状態遷移を説明するための概念図である。

【図３】実施の形態に係る演算処理システムの動作を説
明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１００ 演算処理システム １０１ プロセッサ １０２ 主記憶装置 １０３ タスクキャッシュメモリ １０４ バス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 命令およびデータを記憶する主記憶手段
   と、 前記命令および前記データを前記主記憶手段から読み出
   して一時的に記憶するキャッシュメモリ手段と、 前記命令の実行アドレスと、該命令に関連する前記デー
   タのデータアドレスとを、タスク毎に記憶するタスク管
   理手段と、 前記タスクが、実行中状態か、実行待ち状態か、待ち状
   態かを制御するタスク状態制御手段と、 前記実行中状態の前記タスクに対応する前記命令および
   前記データを前記キャッシュメモリ手段から読み出し
   て、該命令を実行する命令実行手段と、 前記実行待ち状態の前記タスクに対応する前記実行アド
   レスおよび前記データアドレスを前記タスク管理手段か
   ら読み出し、読み出された前記実行アドレスの前記命令
   および前記データアドレスの前記データを前記主記憶手
   段から読み出すように、前記キャッシュメモリ手段に指
   示する指示手段と、 を備えることを特徴とする演算処理システム。
2. 【請求項２】 前記指示手段が、オペレーティングシス
   テムに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の演
   算処理システム。