JPH01125641A - バッファメモリ制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は情報処理装置のバッファメモリ制御方式に係り
、特にバッファメモリのデータ常駐制御に好適なバッフ
ァメモリ制御方式に関する。

〔従来の技術〕

汎用の情報処理装置は、一般に主記憶装置上の使用頻度
の高い一部データの写しを格納する高速バッファメモリ
（ワークストレージ、キャッシュメモリ等）を備え、メ
モリアクセス要求があると、該バッファメモリから所望
データを入手することにより処理の高速化を図っている
。

バッファメモリは複数のカラム、複数のロウがら構成さ
れており、主記憶装置から読み込まれたデータは１４換
アルゴリズムに従って、該当方ラムの任意のロウに格納
される。従来、この格納動作は、リース１−・リセント
リ・ユーズト法（以下ＬＲＵ法と略称する）などを用い
て使用頻度の少ないロウのエントリを追い出すことで行
われている。

さらに、特開昭５７−２４０８４号公報に記載のように
、オペレーティングシステムの基本制御部などバッファ
メモリに常駐させたいデータをバッファメモリの容量に
応じて常駐させることで性能の向上を目ざしているもの
もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、情報処理装置において実行されるプロ
グラムが、ある特定の期間を見た場合、−度アクセスさ
れた近辺のアドレスにアクセスが集中する傾向が強いと
いうメモリアクセスの局所性と呼ばれる性質が存在する
ことに着目し、長期的に使用頻度の高いデータをバッフ
ァメモリに常駐させるという考えに基づくものである。

しかしながら、多重処理システムにおいては、実行する
プログラムによって常駐させたいデータは絶えず変化し
てくるため、常駐させたいデータでも使用頻度が低下し
た時点で、常駐データが格納されていたバッファメモリ
のロウを他の常駐データまたは、非常駐のデータに使用
させる配慮がされておらず、バッファメモリの使用効率
に問題があった。

本発明の目的は、オペレーティングシステムの基本制御
部などの使用頻度の高いデータに常駐優先権を与え、該
データがバッファメモリに格納されたとき、常駐権付デ
ータとして扱って、バッファメモリから追い出されなく
し、しかも、常駐権付データでも使用頻度が下がると常
駐権を失ない、バッファメモリから追い出され易くする
ことによって、バッファメモリの使用効率を向上せしめ
るバッファメモリ制御方式を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、主記憶装置内の特定領域のデータに常駐優
先権を指示する指示手段と、常駐優先権の指示手段によ
り指示された常駐優先権付データまたは非常優先権付デ
ータをバッファメモリに格納する時、常駐権付データが
格納されていないロウまたは未登録エントリのロウを選
択するロウ選択手段と、常駐優先権の指示手段により指
示された常駐優先権付データをロウ選択手段により選択
されたロウに常駐権付データとして格納する場合、常駐
権付データを格納したロウ番号を登録するとＮもに、既
に格納済の常駐権付データの常駐権を撤回させる常駐ロ
ウ番号登録手段とを設け、バッファメモリ内のデータ置
換動作時、主記憶装置の特定領域のデータをバッファメ
モリに常駐させる権利を制御することによって達成され
る。

〔作　用〕

主記憶装置から読出したデータをバッファメモリの該当
カラムの任意のロウに割付けるにあたり。

バッファメモリに空きロウがある場合は、主記憶装置の
特定領域の常駐優先権指示の有無に関係なしにバッファ
メモリの空きロウに順番に格納する。

バッフメモリの該当カラムの各ロウが満杯で常駐優先権
指示がない場合は、通常のＬＲＵ法によってバッファメ
モリへのデータの置換が行われる。

バッファメモリが満杯で常駐優先権指示があり、常駐権
のあるデータがバッファメモリにない場合は、ＬＲＵ法
で最も遠い時期にアクセスしたデータを追い出し、新た
にデータを格納する。このとき、バッファメモリの該当
カラムのとのロウに常駐権付データが格納されたかを登
録する。以後、常駐優先権のないデータアクセスが続く
限り常駐権付データは追い出されることがない。

次に常駐優先権付データのアクセスがあり、そのデータ
がバッファメモリにない場合は、常駐権のないデータの
ロウの中からＬＲＵ法に従って一つを選択して該データ
を追い出し、新たに常駐優先権付データを格納し、バッ
ファメモリのどの該当カラムのどの日つに常駐権付デー
タを格納したかを登録する。この登録数は、バッファメ
モリのロウ数以内であれば複数登録できるが、多く登録
できるようにすると、常駐優先領域のデータ処理は速く
なるが、非常駐領域のデータ処理が遅くなるので好まし
くない。こぎでは、該当カラム中の複数ロウに常駐権デ
ータが一個だけ許容できるものとする。

常駐権付データが格納されたロウの登録数が一個の場合
、前に登録された常駐権付データは常駐権が撤回され通
常のデータとして扱われ、ＬＲＵ法の対象となって、あ
る一定期間アクセスがないと他のデータと置換されるが
、置換されて追い出される前に再度アクセスがあると常
駐種付データとして再登録される。このことによって、
局所性の低いプログラム等によって、ある期間に使用頻
度の高いプログラムが常駐権によって追い出され雅くな
リバッファメモリのヒツト率が向上できる６さらに、常
駐権のあるデータでも、その使用頻度が低下すると常駐
権を失なうことによって不必要にバッファメモリに常駐
することなく他の使用頻度の高い常駐優先権を持ったデ
ータに常駐権を譲ることで、バッファメモリの使用効率
を向上できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
。

第２図は、本発明を適用した情報処理装置のブロック図
である１本情報処理装置は、主記憶装置１、記憶制御装
置２、命令プロセッサ４、入出カプロセッサ６から構成
されており、主記憶装置１のデータの流れは中間バッフ
ァメモリであるワークストレージ（以下ｗＳと略称する
）３を経由し、命令プロセッサ４内のキャッシュメモリ
５または、入出カプロセッサ６と転送される。以下、本
発明を中間バッファメモリであるＷＳ３に適用した場合
について説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図で、記憶制御装
置２内の本発明に関係のある構成を示したものである。

アドレスアレイ（ＷＡＡ）１１は複数カラム、複数ロウ
がらなり、ＷＳ３に格納されるデータの主記憶アドレス
を登録する。本実施例では、各カラムは４個のロウから
なるとする。

該Ｗ　Ａ　Ａ　１１のカラム、ロウはＷＳ３のカラム、
ロウと一対一に対応している。リプレースメントアレイ
（ＲＡ）１２はＷＳ３のデータを置換するためのＬＲＵ
ビットを格納する。プライオリティメモリ（ＰＭ）１３
は常駐種付データを格納しているロウ番号を登録し、プ
ライオリティバリッドビット１４は９Ｍ１３の有効性を
示す。ＲＡ１２．９Ｍ１３は複数カラムからなり、ＷＡ
ＡＩＩのカラムと一対一に対応している。常駐優先権有
効ビット１５は、常駐優先権指示の有無を示すものであ
る。実アドレスレジスタ１７にはメモリアクセス要求の
主記憶装置１の実アドレスが格納される。

常駐指定領域レジスタ群１８は主記憶装置１の常駐優先
権領域の上限及び下限アドレスを指示する。

判定回路１９は実アドレスレジスタ１７の実アドレスが
常駐優先領域内かどうかを判定する。

置換回路１６は上記ＷＡＡＩ　１．ＲＡ１２．９Ｍ１３
、バリッドビット１４、常駐優先権有効バット１５及び
判定回路１９の出力を取込み、ＷＳ３のデータを置換す
るための制御を行う。第３図にロウ置換動作の手順を示
す。

常駐優先権有効ビット１５がＯのとき（ステップ３０１
）、実アドレスレジスタ１７の実アドレスで示すメモリ
アクセスがあると、該実アドレスのＷＳカラムアドレス
１０２によってＷＡＡＩＩのカラムを選択する。該当カ
ラムの４個のロウの中に必要とする実アドレスが９．録
されていれば、ＷＳ３の該当するカラム／ロウのデータ
を使用する。必要とする実アドレスがＷＡＡＩＩに登録
されていなければ、未ｇ、録エントリのロウがあるが判
定しくステップ３０２）、あれば未登録エン１〜りを持
つロウに新しくに１録しくステップ３ｏ３）、なければ
ＬＲＵ法によって最も過去に使われたロウを置換する（
ステップ３ｏ４）。この置換動作時、９Ｍ１３に既に常
駐種付データが登録されていた場合、該常駐種付データ
は常駐権が無効となり、４個のロウでＬＲＵ法に従って
置換が行われるが、９Ｍ１３にべｌ＠されているロウ番
号の常駐種付データが追い出されときに９Ｍ１３のプラ
イオリティバリッドビット１４がゼロに書き換えられる
。

常駐優先権有効ビット１５が１のときは（ステップ３０
１）、実アドレスレジスタ１７の実アドレスで示すメモ
リアクセスがあると、該実アドレスを常駐指定領域レジ
スタ群１８と比較し、常駐優先権付データアクセスがど
うが判定回路１９で判定し、判定結果を常駐指示線１０
５に出す（ステップ３０５）。

常駐指示線１０５が０であれば、主記憶装置内の特定領
域の常駐優先権付データのアクセスでないことを意味す
る。実アドレスレジスタ１７のＷＳカラムアドレスでＷ
ＡＡＩＩを参照し、必要とする実アドレスが該当カラム
に登録されているが未登録か調べ、未登録の場合、該当
カラムに未登録エントリを持つロウがあるか判定する（
ステップ３０６）。未９：、録エントリのロウがあれば
、ＷＳ３の該当ロウに該データを登録し、ＷＡＡＩＩの
該当ロウには実アドレスを登録する（ステップ３０７）
。未登録エントリのロウがなければ、該当カラムの４個
のロウに既に常駐種付データがあるか判定しくステップ
３０８）、あれば該ロウを除いた３個のロウの中からＬ
ＲＵ法で置換しくステップ３０９）、なければ４個のロ
ウからＬＲＵ法で置換する（ステップ３１０）。

一方、常駐指示線１０５が１であれば、常駐優先権付デ
ータアクセスを意味する。ＷＡＡＩＩを参照し、必要と
する実アドレスが登録されているか未登録かを調べる。

該常駐優先権付データが未ｇ、録で、該当カラムに未登
録エントリを持っロウがあるときには、未登録エントリ
を持っロウに該常駐優先権付データを９．録し、常駐種
付データとなる（ステップ３１１，３１２）、、：：（
７）時、ＷＡＡｌｌのロウには実アドレスを登録し、常
駐種付データがどのロウに登録したかを示す置換ロウ番
号１０６をＰＭ１３に登録する。常駐優先権付データが
未登録で該当カラムに未登録エントリを持つロウがない
ときには、既に常駐種付データが該当カラムの４個のど
れかのロウに登録されているか判定しくステップ３１３
）、登録されていると、そのロウを除いた３個のロウの
中からＬＲＵｒＡで置換し、ＰＭ１３を更新する（ステ
ップ３１４）。

これにより、古い常駐種付データは新しい常駐優先権付
データに常駐権を渡し、古い常駐種付データは常駐優先
権付データとしてｗ’ｇａ上に存在し、ＬＲ１Ｊ法で古
い常駐優先権付データが追い出される前に該常駐優先権
データへのアクセスがあれば常駐権を取り戻すことがで
きる。これにより、常駐優先権を持っている領域のデー
タは、常駐権を失っても常駐優先権のない領域のデータ
よりＷＳから追い出され難くなる。該当カラムの４個の
ロウのどれにも常駐種付データが登録されていない場合
は、４個のロウの中からＬＲＵ法で置換するロウを決め
る（ステップ３１５）。

第４図に第１図の置換回路１６の詳細構成を示す。置換
回路１６は、ロウバリッドビット線１０１がデータの未
登録を示しているときＬＲＵデータ線１０４の順序を変
更する順序変更回路２２、常駐種付データが登録されて
いるロウ番号を示すロウアドレス線１０３、常駐有効ビ
ット線１０７、常駐指示線１０５の条件から割付置換抑
止を行う割付置換抑止回路２３、割付置換ロウを決定し
置換ロウを作成する順序判定デコード回路２４から構成
される６ 順序変更回路２２でＲＡ１２より読出されたＬＲＵデー
タ（使用順序を記録する６ビツトの情報Ｌ　ＲＵ　ａ　
”　ｆ　）は、線１０１上のＷＡＡＩＩのロウバリッド
ビットｖＯ〜ｖ３で修飾され割付置換ロウヒ回路２３へ
入力する。ロウバリッドビットＶＯ〜ｖ３は、アドレス
の一致のとれたロウに対応するビットが１、それ以外は
Ｏとなるものである。

割付置換禁止回路２３では、常駐指示線１０５と常駐有
効ビット線１０７がいずれも′１″で、常駐優先権が有
効である場合、デコード回路２ｏでＰＭ１３のロウアド
レス１０３がデコードされ、割付置換禁止するロウが決
定され、常駐種付データが登録されているロウが常駐化
される。次に順序判定デコード回路２４で常駐優先権の
ないデータが登録されている３個のロウの中から置換ロ
ウが決定される。順序判定デコード回路２４内のエンコ
ード回路２１は、ＰＭ１３に新たに常駐種付データが登
録された置換ロウ番号を線１０６に出力し、ＰＭ１３に
登録する。

次に、主記憶装置１へのアクセスに対して、どのように
常駐優先領域を決定するか、また、常駐優先権有効ビッ
ト線１５をどのように制御するかについて、ソフトウェ
アとハードウェアの２つの面から述べる。

ソフトウェアの面からは、使用頻度の高いオペレーティ
ングシステムの基本制御部の主記憶領域にシステム設計
に応じて、複数の常駐優先領域をシステムジェネレーシ
ョンのとき設定しておく。

システム運用時、常駐優先領域レジスタ群１８にアドレ
スを設定しておけば、プログラム環境に追従して、複数
の常駐優先領域のうちから必要な領域がハードウェアに
よって制御され常駐権が与えられる。たとえば、入出力
動作中心のプログラムが実行されるときは、オペレーテ
ィングシステムの入出力制御部に常駐権が与えられ、Ｗ
Ｓ３のヒツト率が高くなる。入出力動作が少なくなり、
他の常駐優先領域のデータアクセスが多くなると入出力
制御部の常駐権が失われる。また、常駐優先権のない特
定プログラムでも、ＷＳ３を頻繁に使用し処理速度の低
下が問題となるものについては。

常駐優先権有効ビットをオフとすることによって、常駐
格付データによるバッファメモリの見かけ上の容量低下
を向上させることができ、特定プログラムの処理速度を
向上させることができる。

ハードウェアの面からは、ハードウェアが使用する特定
の領域（ファームウェア処理に伴うハードウェアアクセ
ス領域など）について、ハードウェアが常駐優先権領域
を指定すればハードウェアの内部処理の速度が向上する
。

本実施例では、各々のカラムに対して常駐格付データを
登録できるのが１個となっているが、４個のロウの場合
、最大３個までの常駐格付データを登録できる。これは
、４個になると全てのロウが常駐格付データで専有され
、動作しなくなる。

２個または３個の常駐格付データが登録できる場合、ど
のロウの常駐格付データから常駐権を撤回するかを決定
する必要がある。これを実現するためには、ＰＭＬａ用
のＬＲＵメモリを付加することによって、最も遠い時期
にアクセスのあった常駐格付データから常駐権を撤回す
る方法をとることによって行うことができる。

本実施例によれば、局所性の低いプログラム等によって
、ある期間に使用頻度の高いプログラムが常駐によって
追い出され難くなりバッファメモリのヒツト率を向上で
きる効果がある。また、４個のロウの中で、どれかひと
つのロウのデータに常駐権が既に与えられているときは
、次の異なる常駐優先権付データのアクセスがあると、
常駐優先権を持ったデータ間の置換でなく非常駐権デー
タとＬＲＵ法で置換される。このとき前の常駐格付デー
タの常駐権を失なわせＷＳ３にデータを残すことによっ
て、当該データにすぐアクセスがあると常駐権をまた取
り戻すことができる。つまり使用頻度の高い常駐優先権
付データは追い出され鑑くなるが、使用頻度が低下する
とＷＳ３から追い出され易くなることによって、ＷＳ３
の使用効　・率が向上する。

また、常駐優先権のない短期的にバッファメモリの使用
頻度の高いプログラムであって、処理速度が問題となる
場合は、常駐優先権有効ビット１５を「０」とすること
によって、常駐格付データによる見かけ上のバッファメ
モリの容量低下を防止することができ、バッファメモリ
の４個のロウを使用できるので、処理速°度の低下防止
に効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、使用頻度の高い
データがバッファメモリに優先的に常駐する権利を持つ
が、常駐権を持ったデータでも使用頻度が低下すると、
常駐権を失ないＬＲＵ法等によって置換対象となり、常
駐優先権を持ったデータの中でも常に使用頻度の高いデ
ータだけをバッファメモリに常駐させることによって、
プログラム環境への追従が速くなり、バッファメモリの
使用効率を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２回は本発
明を適用した情報処理装置のブロック図、第３図は本発
明によるロウの置換手順例を示す図、第４図は第１図で
示す置換回路の詳細論理構成例を示す図である。 １・・・主記憶装置、　２・・・記憶制御装置。 ３・・・ワークストレージ（ＷＳ）、 ４・・・命令プロセッサ、　　５・・・キャッシュメモ
リ、６・・・入出カプロセッサ、 １１・・・アドレスアレイ（ＷＡＡ）、１２・・・リプ
レースメントアレイ（ＲＡ）、１３・・・プライオリテ
ィメモリ（ＰＭ）、１４・・・プライオリティバリッド
、 １５・・・常駐優先権有効ビット、 １６・・・置換回路、　　１７・・・実アドレス、１８
・・・常駐優先領域レジスタ群、 １９・・・判定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）主記憶装置の一部データの写しを格納する複数カ
   ラム、複数ロウからなるバッファメモリを具備してなる
   情報処理装置において、 主記憶装置内の特定領域のデータに常駐優先権を指示す
   る指示手段と、 前記常駐優先権の指示手段により指示された常駐優先権
   付データまたは非常駐優先権付データをバッファメモリ
   に格納する時、該当カラム内の常駐権付データが格納さ
   れていないロウまたは未登録エントリのロウを選択する
   ロウ選択手段と、 前記常駐優先権の指示手段により指示された常駐優先権
   付データを前記ロウ選択手段により選択されたロウに常
   駐権付データとして格納する場合、該常駐権付データを
   格納したロウ番号を登録するとゝもに、既に格納済の常
   駐権付データの常駐権を撤回させる常駐ロウ番号登録手
   段と、 を有することを特徴とするバッファメモリ制御方式。