JP3724001B2 - 情報処理装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、CPU(central processing unit)により使用されるキャッシュメモリを設けてなる情報処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
(第1従来例・・図4、図5)
図4は第1従来例の要部を示す回路図であり、図4中、1はCPU、2はCPU1から出力されるアドレス信号の転送路をなすアドレスバス、3はCPU1により使用されるキャッシュメモリである。
【0003】
また、キャッシュメモリ3において、4はCPU1からのキャッシュメモリ3に対するアクセスがキャッシュヒットするか、キャッシュミスであるかを判定するヒット・ミス判定回路である。
【0004】
また、5はキャッシュメモリ3から出力される外部アクセス用のアドレス信号の転送路をなすアドレスバス、6はキャッシュメモリ3から出力される外部アクセス要求信号の転送路をなす外部アクセス要求信号線である。
【0005】
ここに、一般に、DMA(direct memory access)コントローラなど、外部リソースの制御レジスタは、CPU1が関知しなくても、内容を変更できるように設計されるため、キャッシュメモリ3との緊密さ(コヒーレンシ)を保持するのが困難である。
【0006】
このため、このような情報処理装置においては、通常、外部リソースの制御レジスタなど、CPU1の命令アクセスでキャッシュメモリ3に取り込めないアドレス領域がキャッシュ不可能領域として設定される。
【0007】
ところで、この第1従来例が設けるキャッシュメモリ3は、CPU1からのアクセスに対して、それがキャッシュ不可能領域へのアクセスであるか否かを判定せず、アドレスタグを参照するように構成されている。
【0008】
この結果、この第1従来例においては、CPU1からのキャッシュ不可能領域に対するアクセスは、キャッシュメモリ3においてキャッシュミスと判定され、その後、外部アクセスが行われることになる。
【0009】
ここに、図5は、この第1従来例において、CPU1からキャッシュメモリ3に対してキャッシュ不可能領域へのアクセスが行われた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【0010】
なお、図5Aは動作クロックである2相クロック信号φ1、φ2、図5BはCPU1からキャッシュメモリ3に対して出力されるキャッシュ・アクセス・アドレス、図5Cはキャッシュメモリ3におけるアドレスタグ参照動作(高レベル[以下、Hレベルという]の場合、活性状態)を示している。
【0011】
また、図5Dはキャッシュメモリ3から出力される外部アクセス・アドレス、図5Eはキャッシュメモリ3から出力される外部アクセス要求信号(Hレベルが活性レベル)を示している。
【0012】
即ち、この第1従来例においては、CPU1からキャッシュメモリ3に対してアクセスする場合、CPU1からキャッシュメモリ3に対してキャッシュ・アクセス・アドレスが出力される。
【0013】
キャッシュメモリ3においては、キャッシュ・アクセス・アドレスが取り込まれると、CPU1からのアクセスがキャッシュ不可能領域に対するアクセスであるか否かを判定することなく、キャッシュ・アクセス・アドレスについて、アドレスタグの参照が行われる。
【0014】
ここに、CPU1からのアクセスがキャッシュ不可能領域に対するアクセスの場合には、ヒット・ミス判定回路4は、このアクセスをキャッシュミスと判定することになる。
【0015】
すると、キャッシュメモリ3は、外部メモリをアクセスするための外部アクセス・アドレスを出力すると共に、外部メモリにアクセスを要求するための外部アクセス要求信号をHレベルにする。
【0016】
このように、この第1従来例においては、CPU1からキャッシュメモリ3に対するキャッシュ不可能領域へのアクセスは、キャッシュメモリ3のヒット・ミス判定回路4においてキャッシュミスと判定され、その後、外部アクセスが行われる。
【0017】
(第2従来例・・図6、図7)
図6は第2従来例の要部を示す回路図であり、図6中、8はCPU、9はCPU8から出力されるアドレス信号の転送路をなすアドレスバス、10はCPU8により使用されるキャッシュメモリである。
【0018】
また、キャッシュメモリ10において、11はCPU8からのアクセスがキャッシュヒットするか、キャッシュミスであるかを判定するヒット・ミス判定回路である。
【0019】
また、12はCPU8のアクセス先のアドレス領域が、予め区分されているアドレス領域の、いずれのアドレス領域に属しているかを判定すると共に、CPU8のアクセス先のアドレス領域がキャッシュ可能領域か否かのデータを表示するキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ(図示せず)を参照して、CPU8のアクセス先のアドレス領域がキャッシュ可能領域か否かを判定するキャッシュ可能領域・不可能領域判定回路である。
【0020】
また、13はヒット・ミス判定回路11の出力と、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路12の出力とをOR処理して、外部アクセス要求信号を出力するOR回路である。
【0021】
ここに、ヒット・ミス判定回路11は、CPU8からのアクセスがキャッシュヒットの場合には、その出力を低レベル(以下、Lレベルという)とし、キャッシュミスの場合には、その出力をHレベルとするように構成されている。
【0022】
また、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路12は、キャッシュ可能領域へのアクセスの場合には、その出力をLレベルとし、キャッシュ不可能領域へのアクセスの場合には、その出力をHレベルとするように構成されている。
【0023】
即ち、このキャッシュメモリ10は、CPU8からのアクセスに対して、それがキャッシュヒットするか否かの判定を行うと共に、キャッシュ可能領域へのアクセスか否かの判定を行うというものである。
【0024】
また、14はキャッシュメモリ10から出力される外部アクセス用のアドレス信号の転送路をなすアドレスバス、15はキャッシュメモリ10から出力される外部アクセス要求信号の転送路をなす外部アクセス要求信号線である。
【0025】
ここに、図7は、この第2従来例において、CPU8からキャッシュメモリ10に対してキャッシュ不可能領域へのアクセスが行われた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【0026】
なお、図7Aは動作クロックである2相クロック信号φ1、φ2、図7BはCPU8から出力されるキャッシュ・アクセス・アドレス、図7Cはキャッシュメモリ10におけるアドレスタグ参照動作(Hレベルの場合、活性状態)を示している。
【0027】
また、図7Dはキャッシュメモリ10におけるCPU8のアクセス先アドレス領域判定動作(Hレベルの場合、活性状態)、図7Eはキャッシュメモリ10におけるキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ参照動作(Hレベルの場合、活性状態)を示している。
【0028】
また、図7Fはキャッシュメモリ10から出力される外部アクセス・アドレス、図7Gはキャッシュメモリ10から出力される外部アクセス要求信号(Hレベルが活性レベル)を示している。
【0029】
即ち、この第2従来例においても、CPU8からキャッシュメモリ10に対してアクセスする場合、CPU8からキャッシュメモリ10に対してキャッシュ・アクセス・アドレスが出力される。
【0030】
キャッシュメモリ10においては、キャッシュ・アクセス・アドレスが取り込まれると、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路12において、まず、CPU8のアクセス先アドレス領域の判定が行われる。
【0031】
続いて、キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタを参照して、CPU8のアクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域に対するアクセスであるか否かの判定が行われる。
【0032】
また、このキャッシュメモリ10においては、アクセス先アドレス領域の判定動作及びキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタの参照動作とは関係なく、アドレスタグの参照動作が行われる。
【0033】
ここに、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路12において、CPU8からのアクセスがキャッシュ不可能領域に対するアクセスと判定された場合には、ヒット・ミス判定回路11が、その出力をHレベルとする前に、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路12の出力がHレベルとされる。
【0034】
この結果、キャッシュメモリ10は、外部アクセスを行うための外部アクセス・アドレスを出力すると共に、外部アクセスを要求するための外部アクセス要求信号をHレベルとする。
【0035】
このように、この第2従来例においては、CPU8からのキャッシュ不可能領域に対するアクセスは、キャッシュメモリ10において、ヒット・ミス判定回路11によりキャッシュミスと判定される半サイクル前に、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路12によりキャッシュ不可能領域へのアクセスと判定することができるので、CPU8からキャッシュ不可能領域に対するアクセスが行われた場合には、第1従来例の場合に比較して、外部アクセスを半サイクル速く行うことができる。
【0036】
【発明が解決しようとする課題】
(第1従来例の問題点)
図4に示す第1従来例においては、CPU1からキャッシュメモリ3に対してキャッシュ不可能領域へのアクセスがあった場合においても、キャッシュメモリ3において、アドレスタグの参照が終了し、キャッシュミスの判定が行われなければ、外部アクセスを行うことができず、その分、処理速度が遅くなるという問題点があった。
【0037】
また、この第1従来例においては、CPU1からキャッシュメモリ3にアクセスが行われるたびに、アドレスタグが参照されるため、消費電力の増大を招いてしまうという問題点があった。
【0038】
(第2従来例の問題点)
図6に示す第2従来例によれば、確かに、CPU8からのキャッシュメモリ10に対するキャッシュ不可能領域へのアクセスに対して、外部アクセスを第1従来例の場合よりも半サイクル速く行うことができる。
【0039】
しかし、キャッシュメモリ10におけるアクセス先アドレス領域判定動作は、CPU8からキャッシュ・アクセス・アドレスを受け取ってから行われるので、キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ参照動作の終了と、外部アクセス動作開始との間に時間的余裕がなくなる。
【0040】
即ち、キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ参照動作の終了から、外部アクセス動作開始までの間がクリティカルパスになることが多く、これが高速化を妨げるという問題点があった。
【0041】
また、この第2従来例においては、第1従来例の場合と同様に、CPU8からキャッシュメモリ10にアクセスが行われるたびに、アドレスタグが参照されるため、消費電力の増大を招いてしまうという問題点があった。
【0042】
本発明は、かかる点に鑑み、処理速度の高速化を図ることができるようにした情報処理装置を提供することを目的とする。
【0043】
【課題を解決するための手段】
本発明の情報処理装置は、あらかじめ区分された複数のアドレス領域のうち、アクセス先アドレス領域がどのアドレス領域であるのかを判定し、アドレス領域判定信号を出力するアクセス先アドレス領域判定回路を備えたCPUと、前記区分された複数のアドレス領域がそれぞれキャッシュ可能領域かキャッシュ不可能領域かの種別を記憶するキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタを備え、前記アドレス領域判定信号で該キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタのうち対応するレジスタに記憶された種別情報を参照して、前記アクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かを判定するキャッシュ可能領域・不可能領域判定回路を含むキャッシュメモリを備えたものである。
【0044】
【作用】
本発明によれば、アクセス先アドレス領域がどのアドレス領域であるのかをCPUがあらかじめ判定するので、キャッシュメモリは、CPUが出力するアドレス領域判定信号を用いてより早いタイミングでレジスタを参照し、アクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かの判定をより早い時点で完了することができる。
【0045】
【実施例】
図1は本発明の一実施例の要部を示す回路図であり、図1中、26はCPU、27はCPU26から出力されるアドレス信号の転送路をなすアドレスバスである。
【0046】
また、28は、予め区分されているアドレス領域(本実施例においては、後述するように、アドレス領域は、8個のアドレス領域に区分されている)の中から、CPU26のアクセス先のアドレス領域の判定を行うアクセス先アドレス領域判定回路である。
【0047】
また、29はアクセス先アドレス領域判定回路28から出力される3ビットのアクセス先アドレス領域を示すアクセス先アドレス領域判定信号NCAを転送するアクセス先アドレス領域判定信号線である。
【0048】
また、30はCPU26により使用されるキャッシュメモリであり、31はCPU26からのアクセスがキャッシュヒットするか、キャッシュミスであるかを判定するヒット・ミス判定回路である。
【0049】
ここに、このヒット・ミス判定回路31は、キャッシュヒットの場合には、その出力を「0」(Lレベル)、キャッシュミスの場合は、その出力を「1」(Hレベル)とするように構成されている。
【0050】
また、32はCPU26からのアクセスがキャッシュ可能領域に対するアクセスであるか否かを判定するキャッシュ可能領域・不可能領域判定回路である。
【0051】
このキャッシュ可能領域・不可能領域判定回路32において、33は予め区分されているアドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かを示すキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタである。
【0052】
本実施例においては、アドレス領域は、8個のアドレス領域に区分されており、第1のアドレス領域は、仕様でキャッシュ不可能領域とする領域とされ、第2〜第8のアドレス領域は、ユーザがキャッシュ可能領域か否かを設定できる領域とされている。
【0053】
そこで、これに対応して、キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ33には、第2〜第8のアドレス領域に対応する7個の1ビット・レジスタ341〜347が設けられている。
【0054】
これら1ビット・レジスタ341〜347は、それぞれ、第2〜第8のアドレス領域がキャッシュ可能領域か否かを示すものであり、対応するキャッシュ可能領域の場合には、「0」が表示され、キャッシュ不可能領域の場合には、「1」が表示される。
【0055】
また、35はキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ33の1ビット・レジスタ341〜347のうち、CPU26から供給されるアクセス先アドレス領域判定信号NCAが示すアドレス領域に対応して設けられている1ビット・レジスタの表示データを選択して出力するものである。
【0056】
ここに、アクセス先アドレス領域判定信号NCAの内容と、1ビット・レジスタ341〜347のうち、選択される1ビット・レジスタとの関係は、例えば、表1に示すようにされている。
【0057】
なお、アクセス先アドレス領域判定信号NCA=[000]の場合には、選択される1ビット・レジスタは存在せず、「0」が出力されるように構成されている。
【0058】
【表1】
【0059】
また、本実施例においては、セレクタ35から「1」が出力されると、即ち、CPU26のアクセス先アドレス領域がキャッシュ不可能領域と判定されると、ヒット・ミス判定回路31は、非活性状態とされ、アドレスタグ参照動作が禁止されるように構成されている。
【0060】
また、36はヒット・ミス判定回路31の出力と、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路32の出力、即ち、セレクタ35の出力とをOR処理して、外部アクセス要求信号を出力するOR回路である。
【0061】
また、37はキャッシュメモリ30から出力される外部アクセス用のアドレス信号の転送路をなすアドレスバス、38はキャッシュメモリ30から出力される外部アクセス要求信号の転送路をなす外部アクセス要求信号線である。
【0062】
図2は、本実施例において、CPU26からキャッシュメモリ30に対してキャッシュ不可能領域へのアクセスが行われた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【0063】
ここに、図2Aは動作クロックである2相クロック信号φ1、φ2、図2BはCPU26におけるアクセス先アドレス領域判定動作(Hレベルの場合、活性状態)、図2CはCPU26から出力されるキャッシュ・アクセス・アドレスを示している。
【0064】
また、図2Dはキャッシュメモリ30におけるキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ参照動作(Hレベルの場合、活性状態)、図2Eはキャッシュメモリ30から出力される外部アクセス・アドレス、図2Fはキャッシュメモリ30から出力される外部アクセス要求信号を示している。
【0065】
また、図3は、本実施例において、CPU26からキャッシュメモリ30に対してキャッシュ可能領域へのアクセスが行われ、キャッシュミスした場合の動作を示すタイミングチャートである。
【0066】
なお、図3Aは動作クロックである2相クロック信号φ1、φ2、図3BはCPU26におけるアクセス先アドレス領域判定動作(Hレベルの場合、活性状態)、図3CはCPU26から出力されるキャッシュ・アクセス・アドレスを示している。
【0067】
また、図3Dはキャッシュメモリ30におけるキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ参照動作(Hレベルの場合、活性状態)、図3Eはキャッシュメモリ30におけるアドレスタグ参照動作(Hレベルの場合、活性状態)を示している。
【0068】
また、図3Fはキャッシュメモリ30から出力される外部アクセス・アドレス、図3Gはキャッシュメモリ30から出力される外部アクセス要求信号を示している。
【0069】
即ち、本実施例においては、図2、図3に示すように、CPU26からキャッシュメモリ30に対してアクセスする場合には、アクセスする前に、アクセス先アドレス領域判定回路28において、アクセス先のアドレス領域が判定される。
【0070】
そして、その後、CPU26からキャッシュメモリ30に対してキャッシュ・アクセス・アドレスが出力されると共に、キャッシュメモリ30のセレクタ35に対して、アクセス先アドレス領域を示すアクセス先アドレス領域判定信号NCAが転送される。
【0071】
キャッシュメモリ30においては、キャッシュ・アクセス・アドレスが取り込まれると共に、キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ33を参照して、CPU26のアクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かの判定が行われる。
【0072】
このキャッシュ可能領域であるか否かの判定は、アクセス先アドレス領域判定信号NCA=[000]の場合は、セレクタ35から「0」が出力されることにより行われ、アクセス先アドレス領域判定信号NCA=[001]〜[111]の場合には、キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタ33の1ビット・レジスタ341〜347のうち、CPU26から供給されるアクセス先アドレス領域判定信号NCAが示すアドレス領域に対応して設けられている1ビット・レジスタの表示データがセレクタ35を介して出力されることにより行われる。
【0073】
ここに、アクセス先アドレス領域がキャッシュ不可能領域とされている場合には、図2に示すように、セレクタ35から「1」が出力され、ヒット・ミス判定回路31は、非活性状態とされ、アドレスタグ参照動作が禁止される。
【0074】
また、OR回路36から出力される外部アクセス要求信号は、「1」(Hレベル)とされると共に、キャッシュメモリ30は、外部アクセスを行うための外部アクセス・アドレスを出力する。
【0075】
これに対して、アクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域とされている場合には、図3に示すように、アドレスタグ参照動作が行われ、キャッシュミスとされる。
【0076】
この結果、キャッシュメモリ30は、外部メモリをアクセスするための外部アクセス・アドレスを出力すると共に、外部メモリにアクセスを要求するための外部アクセス要求信号を「1」(Hレベル)とする。
【0077】
このように、本実施例によれば、CPU26は、キャッシュメモリ30に対するアクセスを行う前に、アクセス先のアドレス領域を判定するようにされているので、キャッシュメモリ30は、キャッシュ・アクセス・アドレスと同時に供給されるアクセス先アドレス指示信号を受けた後、直ちに、アクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かを判定することができる。
【0078】
したがって、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路32における判定動作の終了と、外部アクセス動作開始との間に時間的余裕を持つことができ、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路32における判定動作の終了から外部アクセス動作開始までの間がクリティカルパスにならないので、処理動作の高速化を図ることができる。
【0079】
また、本実施例によれば、CPU26からキャッシュメモリ30に対してキャッシュ不可能領域へのアクセスが行われた場合には、アドレスタグの参照動作は行われないので、消費電力の低減化を図ることができる。
【0080】
なお、本実施例においては、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路32をキャッシュメモリ30内に設けるようにした場合について説明したが、この代わりに、キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路32をCPU26内に設けるようにしても良く、このようにする場合には、処理動作の更なる高速化を図ることができる。
【0081】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アクセス先アドレス領域がどのアドレス領域であるのかをCPUがあらかじめ判定するので、キャッシュメモリは、CPUが出力するアドレス領域判定信号を用いてより早いタイミングでレジスタを参照し、アクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かの判定をより早い時点で完了することができるので、処理動作の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の要部を示す回路図である。
【図2】 本発明の一実施例において、CPUからキャッシュメモリに対して、キャッシュ不可能領域へのアクセスが行われた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図3】 本発明の一実施例において、CPUからキャッシュメモリに対して、キャッシュ可能領域へのアクセスが行われ、キャッシュミスした場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】 第1従来例の要部を示す回路図である。
【図5】 第1従来例において、CPUからキャッシュメモリに対してキャッシュ不可能領域へのアクセスが行われた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】 第2従来例の要部を示す回路図である。
【図7】 第2従来例において、CPUからキャッシュメモリに対してキャッシュ不可能領域へのアクセスが行われた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
NCA アクセス先アドレス領域判定信号
341〜347 1ビット・レジスタ
Claims (5)
- あらかじめ区分された複数のアドレス領域のうち、アクセス先アドレス領域がどのアドレス領域であるのかを判定し、アドレス領域判定信号を出力するアクセス先アドレス領域判定回路を備えたCPUと、
前記区分された複数のアドレス領域がそれぞれキャッシュ可能領域かキャッシュ不可能領域かの種別を記憶するキャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタを備え、前記アドレス領域判定信号で該キャッシュ可能領域・不可能領域表示レジスタのうち対応するレジスタに記憶された種別情報を参照して、前記アクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かを判定するキャッシュ可能領域・不可能領域判定回路を含むキャッシュメモリを備えたことを特徴とする情報処理装置。 - 前記種別情報は書き換え可能であることを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
- 前記キャッシュメモリは、前記CPUからのアクセス先アドレスがキャッシュヒットするかキャッシュミスするかを判定するヒット・ミス判定回路をさらに有し、
前記キャッシュ可能領域・不可能領域判定回路は、前記アクセス先アドレス領域がキャッシュ不可能領域と判定した場合、前記ヒット・ミス判定回路を非活性化する信号及び外部アクセス要求信号を出力することを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。 - 区分された複数のアドレス領域をそれぞれキャッシュ可能領域かキャッシュ不可能領域のいずれかに設定し、前記キャッシュ可能領域かキャッシュ不可能領域かの設定情報をキャッシュメモリに設けたレジスタに記憶させ、
CPUは、前記区分された複数のアドレス領域のうち、前記CPUのアクセス先アドレス領域がどのアドレス領域であるのかをあらかじめ判定し、アドレス領域判定信号を出力し、
前記キャッシュメモリは、メモリアクセスを受けた時、前記アドレス領域判定信号で前記レジスタのうち対応するレジスタの前記設定情報を参照して、前記メモリアクセスのアクセス先アドレス領域がキャッシュ可能領域であるか否かを判定することを特徴とするメモリアクセス制御方法。 - 前記キャッシュ可能領域であるか否かの判定は、メモリアクセスを受けた時、アクセス先アドレスがキャッシュヒットするかキャッシュミスするかを判定する前に行い、キャッシュ不可能領域と判定した場合、前記キャッシュヒットするかキャッシュミスするかの判定を行わないことを特徴とする請求項4記載のメモリアクセス制御方法。
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