JP2003330795A - キャッシュメモリ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】キャッシュメモリを内蔵メモリとして使用する
場合に、キャッシュメモリ動作を実行せずに内蔵メモリ
として使用開始する。 【解決手段】タグ部及びデータ部を有するキャッシュメ
モリ１０１と、キャッシュメモリをキャッシュメモリと
して使用するか内蔵メモリとして使用するかを選択する
キャッシュ選択回路１０４と、選択結果に基づいてキャ
ッシュメモリとして使用する場合は、タグ部とデータ部
とを連結し、内蔵メモリとして使用する場合は、タグ部
とデータ部との連結を解除してデータ部への直接アクセ
スを可能にする制御装置１０５と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はキャッシュメモリを
内蔵メモリに切り換えて使用するためのキャッシュメモ
リ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】処理の高速化を図るためにプロセッサ等
に搭載されるキャッシュメモリは、処理プログラムから
は認識されない緩衝装置であり、同じデータへのアクセ
スや処理の繰り返しにより高いヒット率が得られる場合
に処理性能を高める効果が得られる。

【０００３】しかしながら、処理内容によっては繰り返
しが少なく低いヒット率しか期待できない場合や、ある
処理目的に少量高速のメモリを使用したい場合があり、
キャッシュメモリを内蔵メモリとして使用することが望
ましい場合がある。このような場合にキャッシュメモリ
を内蔵メモリとして使用する方法として、以下の方法が
ある。

【０００４】図６は従来のキャッシュメモリ制御方法を
示すブロック図である。図６において、６０１はキャッ
シュメモリ、６０２はタグ部、６０３はデータ部、６０
４はキャッシュメモリを使用するか（ＯＮ）使用しない
か（ＯＦＦ）の設定をするキャッシュ選択回路、６０５
はキャッシュメモリ６０１に接続されるアドレス信号で
ある。

【０００５】ここで、キャッシュメモリ６０１は、デー
タ部６０３に格納された各データに関連するアドレスを
記憶しておく連想メモリ構造のタグ部６０２と、タグ部
６０２に接続され連想メモリによりエントリ番号が指定
されるデータ部６０３とで構成されている。

【０００６】図７はタグ部６０２とデータ部６０３に保
持される情報の構成を説明する図である。図７におい
て、７０１はタグ部６０２に保持されるアドレス情報を
含むｎ個のタグ、７０２はデータ部６０３に保持される
ｎ個のデータ、７０３はｎ個のデータ７０２のエントリ
を指定するｎ個のエントリ番号（０からｎ−１まで）で
ある。

【０００７】以上のように構成された従来のキャッシュ
メモリについて、まず、本来のキャッシュメモリとして
使用する場合について説明する。動作開始前の初期設定
で、キャッシュメモリとして使用するためにキャッシュ
選択回路６０４に対してＯＮを設定する。

【０００８】キャッシュ選択回路６０４へのＯＮ設定完
了後、動作を開始すると、まず、メモリ読み出しを実行
したアドレスがタグ部６０２のエントリ番号０のタグ７
０１に格納され、実行したアドレスに関連するデータが
データ部６０３のエントリ番号０にデータ７０２として
格納される。

【０００９】次のメモリ読み出しでは、実行したアドレ
スがタグ部６０２のエントリ番号１のタグ７０１に格納
され、実行したアドレスに関連するデータがデータ部６
０３のエントリ番号１にデータ７０２として格納され
る。このようにして、ｎ個のエントリが埋まると、通
常、最も旧く使用されたエントリに新しいタグとデータ
が上書きされる。

【００１０】ある任意時点のメモリ読出しで実行された
アドレスがタグ部６０２に保持されたいずれかのタグ７
０１に含まれるアドレスと一致するとキャッシュメモリ
がヒットしたことになり、そのタグ７０１のエントリ番
号７０３が連想メモリ機構により選択され、そのエント
リ番号によりデータ部６０３に保持されたデータ７０２
が指定され、キャッシュメモリのデータとして読み出さ
れる。

【００１１】次に、キャッシュメモリ６０１を内蔵メモ
リとして使用する場合について説明する。動作開始前の
初期設定で、キャッシュメモリとして使用しないために
キャッシュ選択回路６０４に対してＯＦＦを設定する。

【００１２】キャッシュ選択回路６０４へのＯＦＦ設定
完了後、動作を開始すると、まず、タグ部６０２の各タ
グ７０１に対して内蔵メモリとして使用したいアドレス
を格納してキャッシュメモリをミスヒットさせ、データ
部６０３を内蔵メモリとして認識させることにより、デ
ータ部６０３を内蔵メモリとして使用することができ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、キャッシュメモリのデータ部を内蔵メモ
リとして使用する場合は、タグ部にアドレスを格納する
ために一度キャッシュメモリのミスヒットを実行してデ
ータ部を内蔵メモリとして認識させる必要があるという
欠点を有していた。

【００１４】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、キャッシュメモリを内蔵メモリとして使用する場合
に、キャッシュメモリ動作を実行せずに内蔵メモリとし
て使用開始することができるキャッシュ制御装置を提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１のキャッシュメモリ制御装置は、
タグ部及びデータ部を有するキャッシュメモリと、前記
キャッシュメモリをキャッシュメモリとして使用するか
内蔵メモリとして使用するかを選択する選択手段と、選
択結果に基づいて前記キャッシュメモリをキャッシュメ
モリとして使用する場合は、前記タグ部と前記データ部
とを連結し、前記キャッシュメモリを内蔵メモリとして
使用する場合は、前記タグ部と前記データ部との連結を
解除して前記データ部への直接アクセスを可能にする制
御手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１６】上記構成によれば、タグ部とデータ部との
連結を制御することにより、キャッシュメモリを内蔵メ
モリとして使用する場合に、タグ部を処理するためのキ
ャッシュメモリ実行を行う必要がなく、選択回路に内蔵
メモリ使用の設定を行うだけで内蔵メモリとして使用す
ることが可能になる。

【００１７】本発明の請求項２のキャッシュメモリ制御
装置は、選択フラグを備えるタグ部及びデータ部を有す
るキャッシュメモリと、前記選択フラグの設定により前
記データ部のエントリ毎に前記キャッシュメモリをキャ
ッシュメモリとして使用するか内蔵メモリとして使用す
るかを選択する選択手段と、選択結果に基づいてキャッ
シュメモリとして使用する場合は、前記タグ部と対応す
るデータ部のエントリを連結し、内蔵メモリとして使用
する場合は、前記タグ部と対応するデータ部のエントリ
の連結を解除し前記データ部への直接アクセスを可能に
する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１８】上記構成によれば、エントリ番号毎にタグ
部とデータ部の連結を制御することにより、キャッシュ
メモリの一部を内蔵メモリとして使用することが可能と
なる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１に係るキ
ャッシュメモリ制御装置を示すブロック図である。図１
において、１０１はキャッシュメモリ、１０２はタグ
部、１０３はデータ部、１０４はキャッシュメモリ１０
１をキャッシュメモリとして使用するか（ＯＮ）キャッ
シュメモリとして使用しないか（ＯＦＦ）の選択するキ
ャッシュ選択回路、１０５はキャッシュ選択回路１０４
の設定に基きキャッシュメモリ１０１内のタグ部１０２
とデータ部１０３の連結を制御するかあるいはデータ部
１０３への直接アクセスを制御する制御装置、１０６は
キャッシュメモリ１０１および制御装置１０５に接続さ
れるアドレス信号、１０７は制御装置１０５の設定に応
じてタグ部１０２とデータ部１０３の連結制御をする制
御信号である。

【００２０】ここで、キャッシュメモリ１０１は、デー
タ部１０３に格納された各データに関連するアドレスを
記憶しておく連想メモリ構造のタグ部１０２と、タグ部
１０２に接続され連想メモリによりエントリ番号が指定
されるデータ部１０３とで構成されている。

【００２１】図２は、実施の形態１において、タグ部１
０２とデータ部１０３に保持される情報の構成を説明す
る図である。図２において、２０１はタグ部１０２に保
持されるアドレス情報を含むｎ個のタグ、２０２はデー
タ部１０３に保持されるｎ個のデータ、２０３はｎ個の
データ２０２のエントリを指定するｎ個のエントリ番号
（０からｎ−１まで）である。

【００２２】以上のように構成されたキャッシュメモリ
について、まず、本来のキャッシュメモリとして使用す
る場合について説明する。動作開始前の初期設定で、キ
ャッシュメモリとして使用するためにキャッシュ選択回
路１０４に対してＯＮを設定する。制御装置１０５は、
キャッシュ選択回路１０４へのＯＮ設定を受けて、キャ
ッシュメモリ１０１内のタグ２０１と対応するデータ２
０２の間をすべて連結し、タグ部１０２とデータ部１０
３を接続状態にする。

【００２３】キャッシュ選択回路１０４へのＯＮ設定、
およびタグ部１０２とデータ部１０３の接続完了後、動
作を開始すると、まず、メモリ読み出しを実行したアド
レスがタグ部１０２のエントリ番号０のタグ２０１に格
納され、実行したアドレスに関連するデータがデータ部
１０３のエントリ番号０にデータ２０２として格納され
る。

【００２４】次のメモリ読み出しでは、実行したアドレ
スがタグ部１０２のエントリ番号１のタグ２０１に格納
され、実行したアドレスに関連するデータがデータ部１
０３のエントリ番号１にデータ２０２として格納され
る。このようにして、ｎ個のエントリが埋まると、通
常、最も旧く使用されたエントリに新しいタグとデータ
が上書きされる。

【００２５】ある任意時点のメモリ読出しで実行された
アドレスがタグ部１０２に保持されたいずれかのタグ２
０１に含まれるアドレスと一致するとキャッシュメモリ
がヒットしたことになり、そのタグ２０１のエントリ番
号２０３が連想メモリ機構により選択され、そのエント
リ番号によりデータ部１０３に保持されたデータ２０２
が指定され、キャッシュメモリのデータとして読み出さ
れる。

【００２６】次に、キャッシュメモリ１０１を内蔵メモ
リとして使用する場合について説明する。動作開始前の
初期設定で、キャッシュメモリとして使用しないために
キャッシュ選択回路１０４に対してＯＦＦを設定する。
制御装置１０５は、キャッシュ選択回路１０４へのＯＦ
Ｆ設定を受けて、キャッシュメモリ１０１内のタグ部１
０２とデータ部１０３の各エントリ番号２０３による連
結を切断状態にする。

【００２７】キャッシュ選択回路１０４へのＯＦＦ設
定、およびタグ部１０２とデータ部１０３の連結切断の
完了後、メモリアクセス動作を開始すると、制御装置１
０５は切り離したデータ部１０３に直接アクセスするよ
うに制御する。その結果、図３のメモリマップに示すよ
うに、データ部１０３が内蔵メモリ領域に割付けられる
ので直接アクセスすることができ、キャッシュメモリを
内蔵メモリとして使用することが可能となる。

【００２８】以上のように、本実施の形態１によれば、
データ部に直接アクセスできる手段を設けることによ
り、キャッシュメモリを内蔵メモリとして使用する場合
に、タグ部を処理するためのキャッシュメモリ実行を行
う必要がなく、選択回路に内蔵メモリ使用の設定を行う
だけで内蔵メモリとして使用することが可能になる。

【００２９】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２に係る、キャッシュメモリの一部を内蔵メモリとし
て使用可能にするキャッシュメモリ制御装置について説
明する。図４は、本発明の実施の形態２において、図１
のキャッシュメモリ１０１内のタグ部１０２とデータ部
１０３に保持される情報の構成を説明する図である。

【００３０】図４において、４０１はタグ部１０２に保
持されるアドレス情報を含むｎ個のタグ、４０２はデー
タ部１０３に保持されるｎ個のデータ、４０３はｎ個の
データ２０２のエントリを指定するｎ個のエントリ番号
（０からｎ−１まで）、４０４はデータ４０２をキャッ
シュメモリとして使用するか内蔵メモリとして使用する
かを選択するためにｎ個のタグ４０１にそれぞれ付加さ
れた選択フラグである。

【００３１】以上のように構成されたキャッシュメモリ
において、データ部１０３のエントリ番号０からｍ−１
までをキャッシュメモリとして使用し、エントリ番号ｍ
からｎ−１までを内蔵メモリとして使用する場合は、動
作開始前の初期設定で、キャッシュ選択回路１０４に対
してエントリ番号０からｍ−１までをＯＮ設定し、残り
のエントリ番号ｍからｎ−１までをＯＦＦ設定する。

【００３２】制御装置１０５は、キャッシュ選択回路１
０４へのＯＮ／ＯＦＦ設定を受けて、エントリ番号０か
らｍ−１までの選択フラグ４０４をＯＮ設定し、対応す
るタグ４０１とデータ４０２の間を連結して接続状態に
し、残りのエントリ番号ｍからｎ−１までの選択フラグ
４０４をＯＦＦ設定し、対応するタグ４０１とデータ４
０２の間の連結を切断状態にする。

【００３３】その結果、図５のメモリマップに示すよう
に、データ部１０３のエントリ番号０からｍ−１までの
ｍ個のエントリがキャッシュメモリとして割り付けら
れ、エントリ番号ｍからｎ−１までのｎ−ｍ個のエント
リが内蔵メモリ領域に割り付けられて直接アクセスする
ことが可能になる。

【００３４】以上のように、本実施の形態２によれば、
エントリ番号毎にタグ部とデータ部の連結を制御するこ
とにより、キャッシュメモリの一部を内蔵メモリとして
使用することができ、そのサイズを指定することが可能
になる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
タグ部とデータ部との連結を制御することにより、キャ
ッシュメモリを内蔵メモリとして使用する場合に、キャ
ッシュ動作をさせる必要が無く、選択回路に内蔵メモリ
使用の設定を行うだけで内蔵メモリとして使用すること
が可能になる。

【００３６】さらに本発明によれば、エントリ番号毎に
タグ部とデータ部の連結を制御することにより、キャッ
シュメモリの一部を内蔵メモリとして使用することがで
き、その際に内蔵メモリのサイズを指定することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るキャッシュメモリ
制御装置を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係るキャッシュメモリ
制御装置おいて、タグ部とデータ部に保持される情報の
構成を説明する図である。

【図３】実施の形態１のキャッシュメモリ制御装置にお
けるメモリマップである。

【図４】本発明の実施の形態２に係るキャッシュメモリ
制御装置おいて、タグ部とデータ部に保持される情報の
構成を説明する図である。

【図５】実施の形態２のキャッシュメモリ制御装置にお
けるメモリマップである。

【図６】従来のキャッシュメモリ制御装置を示すブロッ
ク図である。

【図７】従来のキャッシュメモリ制御装置において、タ
グ部とデータ部に保持される情報の構成を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１０１、６０１ キャッシュメモリ １０２、６０２ タグ部 １０３、６０３ データ部 １０４、６０４ キャッシュ選択回路 １０５ 制御装置 １０６、６０５ アドレス信号 １０７ 制御装置からタグ部への連結制御信号 ２０１、４０１、７０１ タグ ２０２、４０２、７０２ データ ２０３、４０３、７０３ タグとデータの連結を示すエ
ントリ番号 ４０４ 選択フラグ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タグ部及びデータ部を有するキャッシュ
   メモリと、 前記キャッシュメモリをキャッシュメモリとして使用す
   るか内蔵メモリとして使用するかを選択する選択手段
   と、 選択結果に基づいて前記キャッシュメモリをキャッシュ
   メモリとして使用する場合は、前記タグ部と前記データ
   部とを連結し、前記キャッシュメモリを内蔵メモリとし
   て使用する場合は、前記タグ部と前記データ部との連結
   を解除して前記データ部への直接アクセスを可能にする
   制御手段と、を備えたことを特徴とするキャッシュメモ
   リ制御装置。
2. 【請求項２】 選択フラグを備えるタグ部及びデータ部
   を有するキャッシュメモリと、 前記選択フラグの設定により前記データ部のエントリ毎
   に前記キャッシュメモリをキャッシュメモリとして使用
   するか内蔵メモリとして使用するかを選択する選択手段
   と、 選択結果に基づいてキャッシュメモリとして使用する場
   合は、前記タグ部と対応するデータ部のエントリを連結
   し、内蔵メモリとして使用する場合は、前記タグ部と対
   応するデータ部のエントリの連結を解除し前記データ部
   への直接アクセスを可能にする制御手段と、を備えたこ
   とを特徴とするキャッシュメモリ制御装置。