JPH03235149A - アドレス変換装置 - 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、多重仮想記憶方式の情報処理装置に係り、特
に、１つの命令で複数の仮想記憶を同時にアクセスする
ために用いて好適なアドレス変換装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、仮想記憶方式を用いる情報処理装置において、
プログラムは、仮想記憶と呼ばれる見掛は上の空間にロ
ードされる。この仮想空間上のプログラムは、セグメン
トあるいはページという一定の区画に分割され、この−
区画毎に実記憶域に置かれて実行される。このため、プ
ログラムは、実記憶容量を意識することなく仮想空間を
利用することかでき、記憶容量に関するプログラミング
上の制約を受けることが緩和される。

このような仮想記憶方式の考え方をさらに拡張した多重
仮想記憶方式を用いる情報処理装置もある。この方式は
、１つのプログラムに対して１つの仮想空間を与え、こ
れを複数存在させるもので、プログラムは、１つの仮想
記憶域を占有することができる。このため、このような
多重仮想記憶方式を用いる情報処理装置は、単一の仮想
記憶方式を用いるものに比較して、プログラミング上の
制限が緩和され、プログラム多重度も、仮想空間の数だ
け許されるため、理論上無限の多重処理を行うことが可
能となり、セキュリティの面からも都合の良いものであ
る。

そして、１つの仮想空間は、一般のプログラムとデータ
とを格納するための充分な大きさを備えている。例えば
、日立製作所の汎用処理装置に採用されている、Ｍシリ
ーズ拡張アーキテクチャにおいては、１つの仮想空間で
、２”　（２ギガ）バイトのアドレス空間を備えている
。

ところで、近年、情報処理装置で取り扱うデータ量が増
大の一途をたどり、１つの仮想空間に格納することがで
きないような大規模なデータ、プログラム等への対応が
求められ、また、プログラムとデータとの分離による仮
想空間相互間における連絡機能の強化が望まれている。

しかし、従来技術による多重仮想記憶方式は、複数の仮
想空間のそれぞれを独立にプログラムに対して割当てる
ため、相異なる仮想空間に存在するデータ、プログラム
等を自由にアクセスすることが、原則としてできないも
のであった。そして、従来技術は、相異なる仮想空間相
互間でデータの転送を行おうとする場合、お互いの仮想
空間に共通な仮想アドレスで定義される共通域を経由し
てデータ転送を行わなければならず、データを共通域ヘ
ロードするためのオーバーヘッドの増加、共通域の確保
による占有領域の縮少といった弊害を生じてしまう。ま
た、仮想空間の切り換えには、制御プログラムの介入が
必要であり、その際のオーバーヘッドも無視できないも
のである。

そこで、これらの問題点を解決するため、多重仮想記憶
方式において、プログラムが複数の仮想空間を任意にア
クセス可能とする手法が種々提案されている。

一般に、多重仮想記憶方式の動的アドレス変換は、セグ
メントテーブルの起点アドレスを有するセグメントテー
ブル記述子（Ｓ　Ｔ　Ｏ：　Ｓｅｇｍｅｎｔ　Ｔａｂｌ
ｅ　Ｏｒｉｇｉｎ　ａｄｄｒｅｓｓ）　、セグメントテ
ーブル及びページテーブルを使用して行われている。前
記ＳＴｏは、１つの仮想空間と１対１で対応するセグメ
ントテーブルの起点アドレスを示しており、このＳＴＯ
を切り換えることにより、アクセスすべき仮想空間を選
択することができる。

従って、一般のプログラムが前記ＳＴＯを任意に指定す
ることができれば、任意の仮想空間をアクセスすること
ができることになる。

前述のように、プログラムが任意のＳＴＯを指定できる
ようにした従来技術として、特開昭５６−１４０５７６
号公報等に記載された技術が知られている。

この従来技術は、命令のオペランド単位に前記ＳＴＯを
指定可能としたアドレス制御方式であり、複数の汎用レ
ジスタに関連した複数のアクセスレジスタを新たに用意
し、このアクセスレジスタの内容により、間接的にＳＴ
Ｏを指定するようにしたものである。

そして、この従来技術は、ＩＢＭ社のシステム／３７０
アーキテクチャを前提としており、命令による仮想空間
上のオペランドアクセスは、次のように行われる。

命令は、その命令語の中で、Ｂフィールドによりベース
レジスタとして選択する汎用レジスタの番号を指定し、
Ｄフィールドの中で、アドレス変位を指定する。

ペースレジスタに保持されたベースアドレスとアドレス
変位とが加算されて、１仮想中間内の仮想アドレスが生
成される。

一方、ペースレジスタとして選択された汎用レジスタに
関連したアクセスレジスタの内容により、間接的にＳＴ
Ｏが求められ、これにより、アクセスすべき仮想空間が
指定される。

前述の動作をアドレス変換の点からまとめると、アドレ
ス変換は、次のように行われる。

すなわち、この動作は、命令のＢフィールドによりアク
セスレジスタを指定し、このアクセスレジスタの内容か
らＳＴＯを求め、該ＳＴＯで示されるセグメントテーブ
ル、ページテーブル及び前記仮想アドレスに基づいて、
一定のアドレス変換手順を実行することにより、実アド
レスを求めるものである。

第２図はこの種従来技術の一例を示すブロック図であり
、以下、これについて説明する。第２図において、７は
アクセスレジスタアレイ、８は汎用レジスタアレイ、９
はＳＴＯアレイである。

第２図において、命令のベースフィールドは、アクセス
レジスタ番号、汎用レジスタ番号、ＳＴＯ番号を指定可
能である。なお、これらの番号は、全て同一である。

命令が仮想空間をアクセスする場合、その命令のベース
フィールドにより、まず、ＳＴＯアレイ９が調べられ、
このアレイ９内に該当するＳＴＯがあれば、このＳＴＯ
の内容を用いて、アドレス変換処理が行われ、仮想空間
を識別し、実アドレスを求めることができる。

また、ＳＴＯアレイ９内に該当するＳＴＯがない場合、
命令のベースフィールドにより、アクセスレジスタアレ
イ７内のアクセスレジスタが指定される。指定されたア
クセスレジスタの内容は、アクセスリストと呼ばれる、
アクセスを行う仮想空間の属性等を記述した、主記憶上
の先頭アドレスを示し、これにより、対応するアクセス
リストが読み出される。この読み出されたアクセスリス
トには、アクセスする仮想空間のアドレス変換に用いら
れるセグメントテーブルの先頭アドレスを持つＳＴＯが
含まれており、このＳＴＯは、ＳＴＯアレイ９に格納さ
れると共に、前述と同様にアドレス変換処理のために使
用される。

この結果、命令のベースフィールドと、ＳＴＯとは１対
１に対応することになる。なお、この対応関係が変化す
るのは、アクセスレジスタの内容が変わったとき、ある
いは、アクセスリストの内容が変わったときである。

前述したように、前記従来技術は、通常のアドレス変換
処理に加え、ＳＴＯ選択処理を行う必要のあるものであ
る。ＳＴＯは、アクセスレジスタを経由して汎用レジス
タと対応しているが、１対ｌの対応が一般的であり、ア
ドレス変換を高速に実行するためには、汎用レジスタ単
位にＳＴＯを用意する必要がある。また、一般に、アド
レス変換によるオーバーヘッドを減少させるために、ア
ドレス変換の結果を登録したアドレス変換バッファ（Ｔ
ＬＢ）が使用されるが、このＴＬＢエントリにもＳＴＯ
を用意しなければならない。

ところで、ＳＴＯ自体はセグメントテーブルの起点アド
レスを持つものであり、そのビット長が大きいものであ
る。このため、仮想空間の識別にＳＴＯを用いることは
、ハードウェア量を増大させ、はなはだ不都合である。

そこで、仮想空間の識別にＳＴＯを一定の規則に従って
圧縮した空間識別子と呼ばれる５ＴＯＩＤを用いること
により、ハードウェア量を削減することが考えられてい
る。この５ＴＯＩＤを使用する場合、５ＴＯＩＤにより
ＴＬＢをアクセスして、実アドレスを求めることができ
るが、当該実アドレスがＴＬＢ内に存在しない場合には
、あくまでも、ＳＴＯを使用してアドレス変換を行わな
ければならない。このためには、ＳＴＯ−５ＴＯＩＤを
関係付けた変換対が必要になるが、変換対を設けると、
この変換対にハードウェアを費やすことになり、ＳＴＯ
を削減した意味がなくなるため、変換対は、ローカルス
トレージ（ＬＳ）あるいは主記憶といった低速メモリの
一部に置かれることになる。

この結果、１つの命令でアクセス可能な仮想空間が複数
の場合、アドレス変換の都度、ＳＴＯを求めるために低
速メモリをアクセスしなければならず、アドレス変換処
理の性能を低下させるという問題を生じる。

［発明が解決しようとする課題］ 前述したように、複数の仮想空間の１つを任意にアクセ
スするためのアドレス変換の方法が、従来各種提案され
ているが、これらの従来技術は、それぞれ、大量のハー
ドウェアを必要とし、アドレス変換処理性能が満足でき
るものではないという問題点を有している。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、１つ
の命令で複数の仮想空間の１つを任意にアクセス可能な
多重仮想記憶方式の処理装置において、仮想空間の識別
にＳＴＯを圧縮した５ＴＯＩＤを使用して、ハードウェ
ア量の低減を図ると共に、５ＴＯＩＤの使用によるアド
レス変換処理の性能低下を防止することのできるアドレ
ス変換装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば前記目的は、セグメントテーブル記述子
（ＳＴＯ）を一定の規則により圧縮した空間識別子（Ｓ
ＴＯＩＤ）、仮想アドレス及び所定のアドレス変換手順
により求められた実アドレスの組による変換対を複数布
するアドレス変換バッファ（ＴＬＢ）と、前記ＳＴＯ及
び該ＳＴ○に対応する前記５ＴＯＩＤを１組にしたＳＴ
Ｏ変換対を複数保持するＳＴＯ記憶部と、該ＳＴＯ記憶
部から選択したＳＴＯ変換対を保持するキャッシュレジ
スタと、５ＴＯＩＤを複数保持するレジスタアレイとを
備えることにより達成される。

そして、命令が仮想空間をアクセスする際、前記レジス
タアレイより、前記５ＴＯＩＤを選択し、選択された５
ＴＯＩＤを用いて前記ＴＬＢをアクセスし、該ＴＬＢ内
にその５ＴＯＩＤと仮想アドレスを含む変換対が登録さ
れていない場合、前記選択された５ＴＯＩＤと前記キャ
ッシュレジスタに保持されているＳＴＯ変換対の５ＴＯ
ＩＤとを比較し、一致が得られたとき、前記キャッシュ
レジスタに保持されている変換対のＳＴＯを用いて所定
のアドレス変換が行われ、一致が得られないとき、前記
ＳＴＯ記憶部から前記選択されたＳＴＯＩＤと仮想アド
レスを持つ変換対を選択し、その変換対のＳＴＯを用い
て所定のアドレス変換が行われる。

［作　用］ ５ＴＯＩＤは、仮想空間をアクセスする度に、言い替え
れば、ＴＬＢをアクセスする度に使用され、ＳＴＯは、
ＴＬＢ内に当該５ＴＯＩＤに対応するエントリが存在し
なかった場合に、アドレス変換を行うためにのみ使用さ
れる。

１つの命令で複数の仮想空間のアークセスを行う場合、
アドレス変換処理において、ＳＴＯの選択を行う処理が
必要となるが、５ＴＯ−５ＴＯＩＤ変換対をキャッシュ
レジスタに格納しておくことにより、ＳＴＯ選択の処理
を高速に行うことができる。

［実施例］ 以下、本発明によるアドレス変換装置の一実施例を図面
により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。第１図において、１はＴＬＢ、２はレジスタアレイ
、３はＳＴＯ記憶部、４はキャッシュレジスタ、５．６
は比較器である。

第１図に示す本発明の一実施例において、レジスタアレ
イ２は、５ＴＯＩＤをペースレジスタ単位に有し、命令
のペースレジスタ番号によりいずれか１つが選択され、
その５ＴＯＩＤが、信号線１０２．１０３．１０４及び
１０５を介して、比較器５．６、ＳＴＯ記憶部３及び５
ＴＯ−５ＴＯＩＤ変換対を保持しているキャッシュレジ
スタ４に送られる。

ＴＬＢｌは、仮想アドレスＬＡ、実アドレスＲＡ及びＳ
ＴＯＩＤによる変換対を格納しており、その出力のうち
ＳＴＯＩＤは、信号線１０６を介して比較器５に入力さ
れ、レジスタアレイ２より送られてくる５ＴＯＩＤと比
較される。

ＳＴＯ記憶部３は、比較的低速のメモリ内に設けられて
おり、５ＴＯＩＤと１対１に対応するＳＴｏを、ＳＴＯ
ＩＤの数だけ保持している。例えば、５ＴＯＩＤが８ビ
ツト構成であれば、２５６個のＳＴＯが、ＳＴＯ記憶部
３内に保持されている。ＳＴＯ記憶部３は、図示実施例
の場合、独立した記憶部として示されているが、低速の
ＲＡＭにより構成されたローカルストレージの一部、あ
るいは、主記憶の一部を分割したハードウェア領域に割
り当てることも可能である。

ＳＴＯ記憶部３内に保持されたＳＴＯは、レジスタアレ
イ２より出力された５ＴＯＩＤの値により選択され、信
号線１０７を介して５ＴＯ−８ＴＯＩＤ変換対を保持す
るキャッシュレジスタ４のＳＴＯ部にセットされる。

キャッシュレジスタ４内の５ＴＯ−３ＴＯＩＤ変換対は
、５ＴＯＩＤ部とＳＴＯ部とからなり、レジスタアレイ
２より出力された５ＴＯＩＤと、この５ＴＯＩＤの値に
よりＳＴＯ記憶部３から選択されたＳＴＯとを保持して
いる。この５ＴＯ−５Ｔ○ＩＤ変換対の５ＴＯＩＤ部は
、信号線１０９を介して比較器６に与えられ、一方、Ｓ
ＴＯ部は、信号Ｍ１０８を介して出力され、アドレス変
換を行う場合のＳＴＯとして使用される。

次に、前述のように構成される本発明の一実施例におい
て、命令が仮想空間をアクセスする場合の、仮想空間の
識別、及び、アドレス変換の方法を説明する。

命令が与えられると、命令のベースフィールドの値に対
応する５ＴＯＩＤがレジスタアレイ２より選択される。

選択された５ＴＯＩＤは、まず、比較器５により、ＴＬ
Ｂｌより読み出された当該エントリの５ＴＯＩＤと比較
される。この比較の結果が一致した場合、当該エントリ
が、アクセスすべき空間の仮想アドレスの写しであるこ
とを意味するので、さらに仮想アドレスＬＡの比較等が
行われた後、その実アドレスＲＡが主記憶に対するアク
セスアドレスとして使用される。

前述の比較で一致が得られなかった場合、ＴＬＢｌ内に
アクセスすべき空間の変換対が存在しなかったことにな
るので、アドレス変換のためのＳＴｏを次の手順で求め
る。

前述で、レジスタアレイ２より選択された５ＴＯＩＤは
、比較器６により、キャッシュレジスタ４内の５ＴＯ−
５ＴＯＩＤ変換対の５ＴＯＩＤと比較される。この比較
の結果、一致が得られた場合、レジスタアレイ２より選
択された５ＴＯＩＤに対するＳＴＯが、キャッシュレジ
スタ４内の５Ｔｏ−５ＴＯＩＤ変換対に存在することに
なり、このＳＴＯを用いてアドレス変換が行われる。

比較器６による比較により一致が得られなかった場合、
ＳＴＯ記憶部３の中から、前記レジスタアレイ２より選
択された５ＴＯＩＤに対応するＳＴＯを選択し、この選
択されたＳＴＯとそのＳＴＯよりとが、５ＴＯ−５ＴＯ
ＩＤ変換対としてキャッシュレジスタ４に登録される。

さらに、このＳＴＯは、前述と同様にアドレス変換のた
めに用いられる。

前述のＳＴＯからのアドレス変換は、従来技術の場合と
同様に行えばよいので、ここでの説明は省略するが、得
られた結果は、空間のアクセスに利用されると共に、Ｔ
ＬＢｌ内に保持しておくことができる。

前述した本発明の一実施例において、キャッシュレジス
タ４は、ＳＴＯ記憶部３のキャッシュとして働き、低速
のＳＴＯ記憶部３をアクセスする頻度を低減させること
ができる。従って、前述した本発明の一実施例によれば
、複数の仮想記憶をアクセスする場合のアドレス変換を
高速に行うことが可能となる。

また、本発明の一実施例は、５ＴＯ−８ＴＯＩＤ変換対
を１個備えるものであり、プログラム、データの局所性
を考慮すれば、効果の大きいものであるが、命令が主記
憶上のオペランドを２個持つ場合、アクセスする仮想空
間の数が、命令、オペランド１、オペランド２の３個と
なるため、３個の変換対を用意すれば、さらに効果的で
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、仮想空間の識別に
５ＴＯＩＤを使用することにより、ハードウェア量を低
減することができ、５ＴＯ−５ＴＯＩＤ変換対を少数の
ハードウェアで構成したキャッシュレジスタに格納する
ことにより、処理装置の性能の低下を招くことなく、高
速なアドレス変換処理を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は種従来技術の一例を示すブロック図である。 １・・・・・・ＴＬＢ、２・・・・・・レジスタアレイ
、３・・・・・・ＳＴＯ記憶部、４・・・・・・キャッ
シュレジスタ、５．６・・・・・・比較器、７・・・・
・・アクセスレジスタアレイ、８・・・・・・汎用レジ
スタアレイ、９・・・・・・ＳＴＯアレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の仮想空間を使用する多重仮想記憶方式の処理
   装置において、セグメントテーブル記述子を一定の規則
   により圧縮した空間識別子を用いて仮想空間の識別を行
   い、セグメントテーブル記述子と空間識別子の変換対を
   格納するキャッシュレジスタを備え、アドレス変換処理
   におけるセグメントテーブル記述子の選択を、前記キャ
   ッシュレジスタを用いて行うことを特徴とするアドレス
   変換装置。 ２、複数の仮想空間を使用する多重仮想記憶方式の処理
   装置において、セグメントテーブル記述子を一定の規則
   により圧縮した空間識別子、仮想アドレス及び所定のア
   ドレス変換手順により求められた実アドレスの組による
   変換対を複数有するアドレス変換バッファと、前記セグ
   メントテーブル記述子及び該記述子に対応する前記空間
   識別子を１組にしたＳＴＯ変換対を複数保持するＳＴＯ
   記憶部と、該ＳＴＯ記憶部から選択したＳＴＯ変換対を
   保持するキャッシュレジスタと、前記空間識別子を複数
   保持するレジスタアレイとを備え、命令が仮想空間をア
   クセスする際、前記レジスタアレイより、前記空間識別
   子を選択し、選択された空間識別子を用いて前記アドレ
   ス変換バッファをアクセスし、該バッファ内にその空間
   識別子と仮想アドレスを含む変換対が登録されていない
   場合、前記キャッシュレジスタに保持されているＳＴＯ
   変換対、または、前記ＳＴＯ記憶部内のＳＴＯ変換対の
   、前記選択された空間識別子と同一の値を持つＳＴＯ変
   換対のセグメントテーブル記述子を用いて所定のアドレ
   ス変換を行うことを特徴とするアドレス変換装置。 ３、前記キャッシュレジスタは、命令用と、１または複
   数のオペランド用に複数備えられることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のアドレス変換装
   置。