JP3922844B2 - キャッシュtag制御方法及びこの制御方法を用いた情報処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、キャッシュを有する情報処理装置、及び、情報処理装置におけるキャッシュTAG制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、コンピュータシステムの信頼性を向上させる要求が高まっている。また、この要求に伴い、キャッシュTAG(本明細書では「タグ」を「TAG」と表記する。)においても信頼性の向上が要求されている。
従来のキャッシュTAG制御方法においては、パリティチェックなどのチェック機構が設けられていた。しかしながら、TAGを訂正する機構をもつものはなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、キャッシュTAGにもECC(error checking and correction )のようなエラー検出及び訂正機構を設けたいが、高速性が要求されるキャッシュTAGにおいてECCのチェックを行うと、サイクルタイムを短縮できなくなり、システムの性能が劣化するという問題があった。また、実際、キャッシュデータよりデータの幅の少ないTAGデータにECCを付加するとなると、シンドロームコード生成回路、エラー検出及び訂正など、付加回路のハードウェア量が多くなり、信頼性は高くなるものの、コストは上昇してしまうという問題があった。
【0004】
なお、メモリなどの信頼性向上のためにデータの2重化を行い、1ビット固定故障の対策として、片側のデータを反転して保持しておく手法は従来よりあったが、これを、TAGデータに応用する手段はなかった。
本発明は、キャッシュを有し、キャッシュTAGにエラーチェック機構を持つ情報処理装置において、TAGデータに対し、回路量の少ないエラー検出方法を用い、SHADOW−TAGにより2重化し、エラーの訂正を可能としながら、システムの高速性を損なうことのないキャッシュTAG制御方法と、その制御方法を実現する情報処理装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものである。
本発明は、キャッシュを有し、キャッシュTAGにエラーチェック機構を持つ情報処理装置に適用される。
図1及び図2を用いて、本発明のキャッシュTAG制御方法の原理を説明する。図1は、本発明の情報処理装置におけるキャッシュTAG−RAMを示し、図2は、キャッシュTAG制御方法のフローを示す。
【0006】
図1に示すように、1つのキャッシュTAG−RAM1(RAM:ランダムアクセスメモリ)の別のアドレスa及び1aに、パリティなどのエラーチェックコードを付加したキャッシュTAGのデータであるTRUE−TAG(#0〜)と、インバータ4により極性を反転させたデータであるSHADOW−TAG(#0〜)とを格納する。なお、本明細書では、「トゥルータグ」を「TRUE−TAG」と、「シャドウタグ」を「SHADOW−TAG」と表記する。
【0007】
キャッシュTAG−RAM1からリードされたデータは、パリティチェック回路などのエラーチェック回路5によりエラーの有無の判定がされ、エラーのないデータに基づいてHIT判定がされる。
図2のフローを用いて、図1の動作を説明する。
TAG索引のときに、TRUE−TAGとSHADOW−TAGとを順次索引(データリード)する。最初にTRUE−TAG#0を索引し(ステップS11)、エラーチェック回路5によりエラーチェックを行う(ステップS12)。ここで、TRUE−TAG#0にエラーがなければ、TRUE−TAG#0を使用してHIT判定を行う(ステップS13)(本明細書では「ヒット」を「HIT」と表記する。)。その後、TRUE−TAG#0を直接、及びインバータ4を介してキャッシュTAG−RAM1に入力し、格納されているTRUE−TAG#0とSHADOW−TAG#0を更新する(ステップS14)。
【0008】
一方、ステップS12でTRUE−TAG#0がエラーであれば、SHADOW−TAG#0を索引し(ステップS15)、エラーチェックを行う(ステップS16)。ここでSHADOW−TAG#0がエラーでない場合には、SHADOW−TAG#0のデータを使用してHIT判定を行う(ステップS17)。その後は、ステップS14で、エラーのないSHADOW−TAG#0を使用して、TRUE−TAG#0とSHADOW−TAG#0を更新する(ステップS14)。
【0009】
さらに、ステップS16で、SHADOW−TAGにエラーがないと判定された場合には、エラーが検出されたアドレスのTRUE−TAG、SHADOW−TAGの更新を抑止し、エラーがあったTRUE−TAG#0と、エラーがないSHADOW−TAG#0とを、チェックビットを含めて比較することにより、エラービットを特定する(ステップS18)。
【0010】
この場合、ソフトウエアを使用して、エラー検出用ビットも含めて参照可能にすることにより、両TAGを比較し、エラービットの特定を行うことができる。また、TRUE−TAGを保持するレジスタを設け、TRUE−TAG、SHADOW−TAGをハードウェアで比較することにより相違のあるビットを特定して、ソフトウエアから読み出し可能なレジスタに記録することによりエラービットの特定を行うこともできる。
【0011】
次に、ステップS16でエラーがあると判定された場合には、TRUE−TAG#0とSHADOW−TAG#0の両方にエラーがあったのであるから、システムダウンを行う。
図3は、図1に示したキャッシュTAG−RAMの別の態様を示す。
図3の態様においては、2つのキャッシュTAG−RAM2,3の同一アドレスa、aに、TRUE−TAGとSHADOW−TAGとを格納する。
【0012】
TAG索引のときには、TRUE−TAG及びSHADOW−TAGを同時に索引し、エラーチェック回路5によりエラーチェックを行う。そして、エラーがない方のデータを使用してHIT判定を行う。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図を用いて説明する。
図4は、キャッシュTAG制御方法を実現する回路構成を示す。図5〜8は、キャッシュTAG制御方法を説明するタイミングチャートである。
最初に、図4の回路構成について説明をする。
【0014】
図4に示す回路においては、キャッシュTAG−RAMとして、上述の図1に示した1つのキャッシュTAG−RAM1が使用される。なお、これに代えて、上述の図3に示した2つのキャッシュTAG−RAM3,4に置き換えることは容易である。
キャッシュTAG−RAM1のアドレス0,1,……にTRUE−TAG(D0,D1,……)が格納され、アドレス0S,1S,……に、TRUE−TAGのデータの極性を反転したSHADOW−TAG(D0S,D1S,……)が格納される。
【0015】
TAGの索引時に、TAG索引アドレス生成回路11により、TRUE−TAGのアドレスと、SHADOW−TAGのアドレスが生成され、TRUE−TAGとSHADOW−TAGが順にリードされる。
リードされたTRUE−TAGとSHADOW−TAGは、パリティチェック回路12によりパリティチェックが行われる。本例では、データのエラーには、回路量が少ない1ビットエラーを検出するパリティチェックが使用される。このとき、SHADOW−TAGは、インバータ15により極性が反転されて、TRUE−TAGと同一極性に戻る。
【0016】
パリティチェック回路12によるチェックの結果は、TAG−HIT判定回路13と、エラービット判定回路16と、TAG更新データ生成回路18に入力される。
エラービット判定回路16は、パリティチェック回路12がTRUE−TAG又はSHADOW−TAGのパリティエラーを検出したとき、TRUE−TAGとSHADOW−TAGとを対比することにより、エラーが生じたビットを特定する。この判定には、ソフトウエアにより、パリティビットをも含めて、TRUE−TAGとSHADOW−TAGとを比較し、エラーが生じた方のTAGにおける不一致ビットをエラービットと特定することができる。あるいは、TRUE−TAGを保持するレジスタを設けることにより、ハードウェアにてTRUE−TAGとSHADOW−TAGとの比較を行うこともできる。
【0017】
キャッシュTAG−RAM1から読み出されたTRUE−TAGとSHADOW−TAGは、更に、マルチプレクサ14に入力される。タイミング生成回路17は、マルチプレクサ選択信号を生成し、TRUE−TAGでのHIT判定タイミングとSHADOW−TAGでのHIT判定タイミングで、マルチプレクサ14を切り換える。
【0018】
マルチプレクサ14により選択されたTRUE−TAG又はSHADOW−TAGは、TAG−HIT判定回路13に入力される。TAG−HIT判定回路13は、順次入力されるTRUE−TAG又はSHADOW−TAGと、TAG索引アドレス生成回路11からのTAG索引アドレスと、パリティチェック回路12のチェック結果に基づいて、HIT判定を行う。
【0019】
マルチプレクサ14により選択されたTRUE−TAG又はSHADOW−TAGは、更に、TAG更新データ生成回路18に入力される。TAG更新データ生成回路18は、TRUE−TAG又はSHADOW−TAGと、TAG索引アドレス生成回路11からのTAG索引アドレスと、パリティチェック回路12のチェック結果とに基づいて、更新データを生成し、マルチプレクサ19に出力する。更新データは、TRUE−TAG又は、TRUE−TAGと同一極性になっているSHADOW−TAGとなる。
【0020】
TAG更新アドレス生成回路20は、キャッシュTAG−RAM1のライトアドレスを生成し、マルチプレクサ19を順次選択する。TRUE−TAGのアドレスが選択されたときは、マルチプレクサ19は更新データを直接選択し、SHADOW−TAGのアドレスが選択されたときは、インバータ21により極性が判定された更新データを選択する。これにより、キャッシュTAG−RAM1においては、データ索引でリードアウトされたデータが、エラーチェックの結果、エラーがないと判定されたデータにより更新される。
【0021】
図5〜8は、図4に示した回路構成の動作を示すタイミングチャートである。
図5は、TRUE−TAGとSHADOW−TAGが共にパリティエラーがない場合のタイミングチャートである。
TAG索引時、TAG索引アドレス生成回路11が、1のタイミングでTRUE−TAGのアドレス0を生成し、2のタイミングでSHADOW−TAGのアドレス0Sを生成する。2のタイミングで、TRUE−TAGのデータD0がキャッシュTAG−RAM1からリードされる。3のタイミングで、SHADOW−TAGのデータD0SがキャッシュTAG−RAM1からリードされ、インバータ15でその極性が反転される。これにより、SHADOW−TAGはTRUE−TAGと同一の極性に戻る。
【0022】
TRUE−TAGとSHADOW−TAGは、パリティチェック回路12によりパリティチェックされる。本例では、ここではエラーは検出されない。
タイミング生成回路17は、2のタイミングでTRUE−TAGを選択し、3のタイミングで、SHADOW−TAGを選択するようにマルチプレクサ14を切り換える。マルチプレクサ14が選択したデータはTAG−HIT判定回路13に入力される。
【0023】
TAG−HIT判定回路13は、本例では、2のタイミングでパリティエラーなしと判定されたTRUE−TAG(D0)を用いてHIT判定を行う。
TAG更新時には、TAG更新データ生成回路18が、エラーのないTRUE−TAG(D0)のデータを更新データとして、マルチプレクサ19に出力する。マルチプレクサ19には、更新データD0と、インバータ21により極性が反転された更新データD0Sが入力される。
【0024】
TAG更新アドレス生成回路20は、7のタイミングでアドレス0を生成し、マルチプレクサ19を、極性が反転しないデータ側に切り換え、8のタイミングでアドレス0Sを生成し、マルチプレクサ19を、極性が反転したデータ側に切り換える。これにより、7のタイミングでアドレス0にデータD0による更新データがライトされ、8のタイミングでアドレス0SにデータD0の極性反転された更新データがライトされる。したがって、TAG索引時にリードされたデータが、エラーのないデータにより更新される。
【0025】
図6は、TRUE−TAGにパリティエラーがなく、SHADOW−TAGにパリティエラーがある場合のタイミングチャートである。
1〜3のタイミングで、図5と同様のTAG索引が行われる。TRUE−TAG(D0)からはパリティエラーが検出されないので、TAG−HIT判定回路13は、TRUE−TAG(D0)を用いてHIT判定を行う。
【0026】
TAG更新時も、図と同様に、7,8のタイミングで、TRUE−TAGのデータ(D0)のみを使用して、TRUE−TAG及びSHADOW−TAGの更新が行われる。したがって、ここでSHADOW−TAG(D0S)のパリティエラーが訂正されることとなる。
図7は、TRUE−TAGにパリティエラーがあり、SHADOW−TAGにパリティエラーがない場合のタイミングチャートである。
【0027】
1〜3のタイミングで、図5と同様のTAG索引が行われる。2のタイミングでTRUE−TAG(D0)にパリティエラーが検出され、3のタイミングでSHADOW−TAG(D0S)にパリティエラーが検出されないため、TAG−HIT判定回路13は、SHADOW−TAGを用いてHIT判定に使用する。TAG更新時は、7,8のタイミングで、SHADOW−TAGのデータ(D0S)のみを使用して、TRUE−TAG及びSHADOW−TAGの更新が行われる。したがって、ここでTRUE−TAG(D0)のパリティエラーが訂正されることとなる。
【0028】
図8は、TRUE−TAGとSHADOW−TAGの両方にパリティエラーが検出された場合のタイミングチャートである。
1〜3のタイミングで、図5と同様のTAG索引が行われる。2のタイミングでTRUE−TAG(D0)にパリティエラーが検出され、3のタイミングでSHADOW−TAG(D0S)にパリティエラーが検出される。このため、どちらのデータもTAG−HIT判定回路13のHIT判定に使用できず、訂正不可能のアンコレクタブルエラーとなるので、システムダウンさせ、TAGの更新も行わない。
【0029】
既述の図4の回路構成の説明において、図1の1つのキャッシュTAG−RAM1の代わりに図3の2つのキャッシュTAG−ラム2,3が使用可能であることを説明した。この場合の動作について図9のタイミングチャートを用いて説明する。
図9は、TRUE−TAGにパリティエラーがなく、SHADOW−TAGにパリティエラーがある場合のタイミングチャートであり、上述の図6の場合に相当する。
【0030】
TAG索引時、1のタイミングで、TRUE−TAGとSHADOW−TAGのアドレス0及び0Sを同時に生成する。2のタイミングで、該当アドレスのTRUE−TAG(D0)とSHADOW−TAG(D0S)が同時にリードされる。このとき、上述の図4〜8の例と同様に、SHADOW−TAG(D0S)は、インバータの使用により、TRUE−TAGと同一の極性に戻される。
【0031】
TRUE−TAGとSHADOW−TAGは、それぞれ別のパリティチェック回路12により同時にパリティチェックされる。図9の例では、SHADOW−TAG(D0S)にパリティエラーが検出されるので、TAG−HIT判定回路13は、エラーのないTRUE−TAG(D0)を用いてHIT判定を行う。
TAG更新時には、7のタイミングでアドレス0,0Sが生成され、同じタイミングで、各アドレス0,0Sに、データD0に基づく更新データがライトされ、エラーのないTRUE−TAG及びSHADOW−TAGに更新される。
【0032】
次に、タイミングチャートを用いて、従来例と本発明とを対比する。
図10の従来の方法では、基本的に、TAGの索引を1回行って、それがHITした場合に、1ライン分のデータ(A0,A1,A2,A3)をキャッシュから取り出すので、4又は8サイクル程度、キャッシュTAGがアクセスされない時間がある。
【0033】
図11の本発明の方法では、2重化したTAG(SHADOW−TAG)を、従来TAGメモリがアクセスされていない2のタイミングで索引して、TAGのエラーに備えている。したがって、エラーがない場合には従来技術と全く同じタイミングで動作ができ、信頼性を向上させることによるロスが皆無である。ちなみに、TAGのライトに関しては、従来からキャッシュアクセスのない時を見計らって順次行っているので、これもTAGを2重化したことにより性能劣化は起きない。
【0034】
なお、本発明は、以下の付記1〜4に示す構成もその範囲に含む。
(付記1)エラー検出時、エラーの検出されたアドレスのTRUE−TAG及びSHADOW−TAGの更新を抑止し、ソフトウエアからエラー検出用ビットも含めて参照可能にすることにより、両TAGを比較し、エラービットの特定を行う請求項2又は4に記載のキャッシュTAG制御方法。
【0035】
(付記2)TRUE−TAGを保持するレジスタを設け、エラー検出時、TRUE−TAG及びSHADOW−TAGをハードウェアで比較し、相違のあるビットを特定してソフトウエアから読み出し可能なレジスタに記録することによりエラービットの特定を行う請求項2又は4に記載のキャッシュTAG制御方法。(付記3)TAG更新時に、エラーがない方のTAGを更新データとして使用する請求項2又は4に記載のキャッシュTAG制御方法。
【0036】
(付記4)TAGデータ更新手段を有し、このTAGデータ更新手段は、TAG更新時に、エラーがない方のTAGを更新データとして使用する請求項6又は8に記載の情報処理装置。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、キャッシュを有し、キャッシュTAGにエラーチェック機構を持つ情報処理装置において、TAGデータに対し、回路量の少ないエラー検出方法を用い、SHADOW−TAGにより2重化し、エラーの訂正を可能としながら、システムの高速性を損なうことのないキャッシュTAG制御方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を示す図。
【図2】本発明の原理動作を示すフローチャート。
【図3】図1のキャッシュTAG−RAMの別の態様を示す図。
【図4】本発明のキャッシュTAG制御方法を実現する回路の構成図。
【図5】図4の回路の第1の動作を示すタイミングチャート。
【図6】図4の回路の第2の動作を示すタイミングチャート。
【図7】図4の回路の第3の動作を示すタイミングチャート。
【図8】図4の回路の第4の動作を示すタイミングチャート。
【図9】本発明の別の態様における動作を示すタイミングチャート。
【図10】本発明と比較するための従来例の動作を示すタイミングチャート。
【図11】従来例と比較するための本発明の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
1,2,3…キャッシュTAG−RAM
4…インバータ
5…エラーチェック回路
11…TAG索引アドレス生成回路
12…パリティチェック回路
13…TAG−HIT判定回路
14…マルチプレクサ
15…インバータ
16…エラービット判定回路
17…タイミング生成回路
18…TAG更新データ生成回路
19…マルチプレクサ
20…TAG更新アドレス生成回路
21…インバータ
Claims (8)
- キャッシュを有し、キャッシュTAGにエラーチェック機構を持つ情報処理装置において、エラーチェックビットを付加したキャッシュTAGのデータであるTRUE−TAGと、極性を反転させたデータであるSHADOW−TAGとを同一のTAG−RAM内の別アドレスに格納することを特徴とするキャッシュTAG制御方法。
- TAG索引時に、前記TRUE−TAGと前記SHADOW−TAGとを順次索引してエラーチェックを行い、前記TRUE−TAGがエラーでなければ前記TRUE−TAGを使用してHIT判定を行い、前記TRUE−TAGがエラーで前記SHADOW−TAGがエラーでない場合には、前記SHADOW−TAGを使用してHIT判定を行う請求項1に記載のキャッシュTAG制御方法。
- キャッシュを有し、キャッシュTAGにエラーチェック機構を持つ情報処理装置において、エラーチェックビットを付加したキャッシュTAGのデータであるTRUE−TAGと、極性を反転させたデータであるSHADOW−TAGとを別のTAG−RAM内の同一アドレスに格納することを特徴とするキャッシュTAG制御方法。
- TAG索引時に、前記TRUE−TAGと前記SHADOW−TAGとを同時に索引してエラーチェックを行い、エラーがない方のTAGをHIT判定を行う請求項3に記載のキャッシュTAG制御方法。
- キャッシュを有し、キャッシュTAGにエラーチェック機構を持つ情報処理装置において、
キャッシュTAG−RAMと、
このキャッシュTAG−RAMからリードしたデータによりHIT判定を行うHIT判定手段と、
前記キャッシュTAG−RAMの別アドレスに、エラーチェックビットを付加したキャッシュTAGのデータであるTRUE−TAGと、極性を反転させたデータであるSHADOW−TAGとを格納する格納手段と、
を具備することを特徴とする情報処理装置。 - 前記エラーチェック機構は、TAG索引時に、前記TRUE−TAGと前記SHADOW−TAGとを順次索引してエラーチェックを行い、前記HIT判定手段は、前記エラーチェックの結果、前記TRUE−TAGがエラーでなければ前記TRUE−TAGを使用してHIT判定を行い、前記TRUE−TAGがエラーで前記SHADOW−TAGがエラーでない場合には、前記SHADOW−TAGを使用してHIT判定を行う請求項5に記載の情報処理装置。
- キャッシュを有し、キャッシュTAGにエラーチェック機構を持つ情報処理装置において、
2つのキャッシュTAG−RAMと、
このキャッシュTAG−RAMからリードしたデータによりHIT判定を行うHIT判定手段と、
前記2つのキャッシュTAG−RAMに、エラーチェックビットを付加したキャッシュTAGのデータであるTRUE−TAGと、極性を反転させたデータであるSHADOW−TAGとを同一アドレスに格納する格納手段と、
を具備することを特徴とする情報処理装置。 - 前記エラーチェック機構は、TAG索引時に、前記TRUE−TAGと前記SHADOW−TAGとを同時に索引してエラーチェックを行い、前記HIT判定手段は、エラーがない方のTAGを使用してHIT判定を行う請求項7に記載の情報処理装置。
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