JPH04271452A - マルチプロセッサシステム - Google Patents

マルチプロセッサシステム

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JPH04271452A
JPH04271452A JP3144145A JP14414591A JPH04271452A JP H04271452 A JPH04271452 A JP H04271452A JP 3144145 A JP3144145 A JP 3144145A JP 14414591 A JP14414591 A JP 14414591A JP H04271452 A JPH04271452 A JP H04271452A
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Subhasis Laha
サバシス　ラハ
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    • G06F13/16—Handling requests for interconnection or transfer for access to memory bus
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    • G06F12/00—Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02—Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/08—Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
    • G06F12/0802—Addressing of a memory level in which the access to the desired data or data block requires associative addressing means, e.g. caches
    • G06F12/0806—Multiuser, multiprocessor or multiprocessing cache systems
    • G06F12/0815—Cache consistency protocols
    • G06F12/0831—Cache consistency protocols using a bus scheme, e.g. with bus monitoring or watching means

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マルチプロセッサデー
タ処理、すなわち、通信システムまたはコンピュータシ
ステムにおけるバス構成に関する。
【０００２】
【従来技術】最近のデータ処理システムにおいては、小
さなシステムから出発して、この小さなシステムに、プ
ロセッサモジュールおよびメモリモジュールを付加する
ことにより、さらに大きいシステムに拡大する構成が一
般的に普及している。このような構成により、少数のプ
ロセッサと少数のメモリモジュールでビジネスを開始で
きる。
【０００３】そして、ビジネスの要求が拡大するにつれ
、追加データ処理ロードを取扱うためにプロセッサとメ
モリモジュールを付け加えていく。追加プロセッサと追
加メモリモジュールを付け加えた場合、（システムの最
も高価な部分であることが多い）ソフトウェアを維持し
たままで、システムのプログラムをやり直すことなく、
追加容量を得ることができる。
【０００４】このようなシステムにおいては、メモリを
アクセスするのにプロセッサにより用いられるバス構成
がボトルネックとなる場合が多い。従来技術の代表的バ
ス構成は、時にはテナードバス構成と呼ばれるが、この
ようなバス構成においては、単一メモリコントローラを
用いてすべての主メモリを制御する。この単一メモリコ
ントローラはいずれかのプロセッサによって１度に１つ
ずつアクセスされる。
【０００５】このようなプロセッサの１つがメモリコン
トローラを（そしてメモリを）アクセスすると、その他
のプロセッサは主メモリアクセス動作を行うことはでき
ない。この全期間中他のプロセッサは、それら自身の内
部キャッシュメモリを用い他のプロセスにおいて動作す
ることはできるが、主メモリアクセスが必要となるとそ
れらの動作を停止しなければならない。
【０００６】このような構成は、安価ではあるが、次の
点から有効とはいえない。すなわち、メモリアクセスで
きないようにロックされたプロセッサはそれらの動作を
停止しなければならないことが多いため、それらのデー
タ処理容量の一部のみが用いられるに過ぎないこととな
る。コンピュータシミュレーションによると、このよう
な構成においては、一般に、およそ５個分のプロセッサ
の処理容量を越えて処理容量を増大させることはできず
、たとえ各プロセッサが比較的大きいキャッシュを有す
る場合でも、６個のプロセッサによる処理容量は、５個
のプロセッサの処理容量と比べてもほとんど変わらず、
処理容量を有効に追加することはできない。
【０００７】他に提案されている構成として、分割トラ
ンザクションバス構成が存在する。多数のプロセッサが
このバスをアクセスすることができ、さらにこのバス構
成は多数のメモリコントローラをアクセスすることがで
きる。プロセッサは、このバスをアクセスしてメモリコ
ントローラにアドレスを送り、次に他のプロセッサによ
る使用に供するためにこのバスを解放する。
【０００８】メモリコントローラは、次にメモリをアク
セスし、メモリアクセスが完了すると、同一バスまたは
独立の応答バスのいずれかが占有的に使用されて、要求
するプロセッサの識別のタグがつけられたデータがプロ
セッサに戻される。この構成は、プロセッサ動作がメモ
リ動作に比べて格段に速かった時には望ましいものであ
った。
【０００９】しかし、６０ナノ秒のオーダーの読取り時
間を提供する現在の主メモリでは、このような構成の有
効性は殆どない。というのは、他のプロセッサによりバ
スが使用可能となる時間がメモリの読取り時間に匹敵す
るからである。次に説明するようなパイプライン処理を
用いることによって、分割トランザクションバスをもっ
と有効にすることができる。
【００１０】すなわち、パイプライン処理において、プ
ロセッサは、１つのインターバルでバスをアクセスし、
メモリコントローラからの応答に対し、第２のインター
バルの間そのバスにおけるアクセスを確保する。分割ト
ランザクション構成およびパイプラインバスの両者とも
テナードバスよりかなり高価であり、しかも、バスのト
ータルスループットに関して実質的な制限を継続して有
するため、プロセッサ数が約１０個を越えるとシステム
性能にボトルネックを生ずる。
【００１１】それ自身が内部キャッシュメモリをそれぞ
れ有するようなプロセッサを使用した場合に生じる問題
は、次のとおりである。すなわち、１つのプロセッサが
それ自身のキャッシュにおける特定のメモリブロックに
対して動作しており、それと同時に第２のプロセッサが
主メモリからそのメモリブロックをアクセスしていると
いった動作の衝突状況を生じることがある。このような
場合には、要求側のプロセッサにはこの動作の衝突を知
らせることが必要である。従って、主メモリの何らかの
読取りが開始される前に、使用するメモリアドレスをす
べてのプロセッサに送らなければならない。
【００１２】そうすることにより、これらのプロセッサ
は、その特定のアドレスがこれらプロセッサのいずれか
のキャッシュにおいて現在修正中のデータのアドレスで
あるかどうかをチェックすることができる。特定のアド
レスが現在修正中のデータのアドレスでない場合、メモ
リを通常の方法でアクセスすることができる。特定のア
ドレスが現在修正中のデータのアドレスである場合、要
求側のプロセッサにこのことを通知し、そのメモリブロ
ックを有するキャッシュに、その修正内容をメモリに書
込むよう要求する。要求側のプロセッサは次に主メモリ
をアクセスしてその情報を得ることができる。
【００１３】メモリブロックが２つ以上のプロセッサの
キャッシュで共用され、１つのプロセッサがそのブロッ
クを修正する場合、他のプロセッサには、このメモリブ
ロックの内容のコピーがもはや有効ではないことを通知
しなければならない。このようなチェックを行い、そし
て無効化信号をプロセッサに送り、メモリセグメントの
そのキャッシュコピーの内容の使用に対して警告するこ
との必要性は、共用主メモリマルチプロセッサシステム
における本質的な要件である。
【００１４】ある非常に高性能のマルチプロセッサシス
テムでは、複数のバスを用いて複数のプロセッサと複数
のメモリコントローラとを相互接続する。このような構
成は非常に高価なものとなる傾向がある。その理由は、
次の通りである。すなわち、各プロセッサおよび各メモ
リコントローラが多重バスを取扱わなければならない上
、各メモリコントローラおよび各プロセッサが適切なキ
ューイング装置およびロッキング装置を備え、各種バス
に対する並列アクセスができるように配慮されなければ
ならないからである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では次のよう
な経済的で効率の良いバス構成の実現が要求されている
。すなわち、実質上複数のプロセッサモジュールから実
質上複数の主メモリモジュールに対するアクセスを提供
可能であり、かつ、プロセッサの間でキャッシュ無効デ
ータを通信可能であるような、経済的で効率の良いバス
構成の実現が要求されている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明により
解決され、技術的進歩が達成される。すなわち、本発明
において、複数のプロセッサは、複数のメモリモジュー
ルのすべてに接続された単一のアドレスバスにアクセス
し、これらのメモリモジュールは複数のデータバスによ
って応答する。データバスのどれも、すべてのメモリモ
ジュールに接続されることはない。
【００１７】特定の一実施例では、メモリモジュールは
偶数モジュールと奇数モジュールに分けられ、偶数モジ
ュールは偶数データバスによって応答し、奇数モジュー
ルは奇数データバスによって応答する。この場合、デー
タバスはまたメモリモジュールに書込みを行うために用
いられる。
【００１８】本発明の１つの特徴において、アドレスは
メモリモジュールに送られるのみならずまたプロセッサ
にも送られ、これにより、これらのプロセッサは、アド
レスに対応するデータがすでにそのプロセッサのキャッ
シュに記憶されているかどうかをチェックすることがで
きる。アドレスに対応するデータがすでにキャッシュに
記憶されている場合、そのプロセッサは、一定の信号、
すなわち、その情報が別のプロセッサのキャッシュに存
在することを表すと共に、その情報の状態を示す信号に
よって、独立のスヌープバスに応答する。もしその情報
が、事実上修正されていた場合、要求側のプロセッサに
より要求されたデータは、主メモリではなく、そのキャ
ッシュにこのデータが見出されたプロセッサにより提供
される。
【００１９】このような各アドレスは、アドレスバスに
よって単一クロックサイクルの間に送られ、そのアドレ
スに対する応答はデータバスの１つによって４クロック
サイクルの間に戻される。データワードはアドレスワー
ドより長いので、単一のデータバスを用いて、このデー
タバスより長いデータワードを、アドレスバスにおける
クロックサイクルの損失なしにプロセッサに戻すことが
できる。複数のデータバスは、広範囲のシステムパラメ
ータに対してバス資源をさらに十分に活用する機会を提
供する。
【００２０】アービトレーションバスを用いて、アドレ
スバスにアクセス可能なプロセッサの選択を援助する。 クロックの各奇数フェーズの間に、アービトレーション
バスを用いて、偶数アドレスを伝送するための次のプロ
セッサの選択を援助し、また各偶数フェーズの間に、ア
ービトレーションバスを用いて、次の奇数アドレスを伝
送するためのプロセッサの選択を援助する。
【００２１】アービトレーション機能は、集中化される
と共に分散化される。各プロセッサは、その他のすべて
のプロセッサからの要求信号に対してアクセスできる。 各プロセッサのローカルアービタ（分散アービタ）は、
そのプロセッサがその次の利用可能なクロックパルスを
使用できるか否かを判断する。集中アービタ（グローバ
ルアービタ）は、次のような機能を許容するためにアー
ビトレーションバスで追加許可情報を与える。
【００２２】すなわち、アクセスを許可したり、またア
ドレス指定バスに対してアクセスできないように一時的
に選択したプロセッサをロックしたりする機能である。 その一方で、先に選択したプロセッサは割込みを受けな
い多重アクセス動作を完了する。アービトレーション構
成は次のような機能を許容する。すなわち、アービトレ
ーションサイクルの始めに偶数フェーズまたは奇数フェ
ーズの１つに対しアクセスを要求したすべてのプロセッ
サは、次のアービトレーションサイクルの開始の前に一
度処理される。
【００２３】バス周波数は、個別プロセッサの基本クロ
ック周波数の２分の１である。より速いプロセッサが開
発されるのにともない、これらのプロセッサはこれら新
プロセッサのクロック速度の３分の１または４分の１の
速度を用いてバスにアクセスし、適応できるようになっ
た。さらに、これらの新しいプロセッサは、クロックが
ある共通のソースから得られている場合、古いクロック
速度で動作する古いプロセッサと組合わせることができ
る。
【００２４】ＭＥＳＩ（修正、排他的、共用、無効）の
プロトコルが、キャッシュコヒーレンシーのために用い
られる。Ｍは、キャッシュにおける情報が修正されたこ
とを示す状態である。Ｅは、キャッシュにおけるコピー
が排他的（すなわち、このメモリブロックの情報を含む
キャッシュは他にはない）であることを表わす状態であ
る。Ｓは、このキャッシュにおける情報が別のキャッシ
ュにおける情報と共有できることを示す共用状態である
。Ｉは、無効情報、すなわちこのキャッシュブロックに
おける情報が、メモリからの更新なしには使用できない
ことを示す状態である。
【００２５】このプロトコルは、データ処理システムに
おいては周知の一般的なプロトコルであり、特に、本発
明のタイプのバス構成に適合する。これらの状態の知識
は、次のような動作を行うために必要である。すなわち
、他のプロセッサに無効を報告し、アドレスがアドレス
バスで検出された場合には、キャッシュエントリを無効
にし、別のプロセッサが対応データをフェッチした場合
には、状態を排他的または修正から共用に変え、さらに
、キャッシュにおけるデータが修正されたかどうかを追
跡する動作である。
【００２６】ディスクコントローラまたは他の周辺装置
は、１つのプロセッサのように取扱うことができる。主
メモリがディスクから更新される度に、このプロセッサ
は主メモリで更新中のすべてのアドレスに関する無効信
号を送る。このタイプの構成は、安価な高性能バス相互
接続スキームを有する産業用標準キャッシュコヒーレン
シースキームの使用を可能にする。このスキームは複数
のプロセッサと複数のメモリコントローラを相互接続す
るものである。
【００２７】アドレスバスを用いてメモリ読取り要求と
無効要求の両方に関するアドレスを伝送する。メモリ要
求は、応答を伝送するのにデータバス上で４バスサイク
ルを占有する。アドレスは１バスサイクルを用いて伝送
される。データバスは２つあるので、メモリ読取り／書
込み要求は２バスサイクル毎にのみ行うことができる。 メモリアドレス指定に使用されないバスサイクルはいず
れも無効アドレスの伝送に利用可能である。
【００２８】
【実施例】図１は８つのプロセッサと４つのメモリモジ
ュールを相互接続するバス相互接続スキームを示すブロ
ック図である。各メモリモジュールはそれ自身のコント
ローラを有している。８つのプロセッサ１００−１，・
・・，１００−８はまた、Ｐ１，・・・，Ｐ８で示され
るが、これらのプロセッサは、それぞれ、メモリアクセ
スバス、すなわち共通アドレスバス１２０、奇数データ
バス１３１、および偶数データバス１３３に接続されて
いる。メモリモジュールは、それぞれ、アドレスバス１
２０に接続されると共に、２つのデータバス１３１，１
３３のうちの１つだけに接続されている。この場合、メ
モリ１１１，１１３は奇数データバス１３１に接続され
、メモリ１１２，１１４は偶数データバス１３３に接続
されている。
【００２９】アドレスバスは、両メモリモジュールをア
ドレス指定するのに用いられ、また主メモリでアクセス
されるアドレスを各プロセッサのキャッシュ１４７に通
報するのに用いられる。もしメモリアドレスが主メモリ
に伝送され、このメモリアドレスが１つの他のプロセッ
サのキャッシュに記憶されたアドレスに一致すると、次
の動作が行われる。
【００３０】すなわち、もしキャッシュエントリが“Ｍ
”（修正）状態として識別されると、その修正データは
、そのプロセッサのキャッシュから、適当な奇数データ
バスまたは偶数データバスによって要求側のプロセッサ
に戻され、主メモリはまた同時に更新される。もし、キ
ャッシュエントリがＥ（排他的）状態としてマークされ
ると、このＥ状態はＳ（共用）状態に変換され、情報を
得るためにメモリがアクセスされる。
【００３１】本実施例において、他のキャッシュの代り
にメモリをアクセスすることは好ましく、それによって
他のプロセッサの動作の割込みの可能性を回避できる。 もしキャッシュエントリが共用（“Ｓ”）状態にあると
、要求側のプロセッサは、通知を受け、共用状態におい
てのそれ自身のキャッシュで被アクセスメモリのそれ自
身のバージョンをマークする。もしデータの現在有効な
キャッシュコピーがない場合、このような動作は要求さ
れない。
【００３２】主メモリをアクセスするプロセッサが、修
正信号の読取り要求を用いてアクセスを行い、その上、
そのキャッシュにおけるそのメモリの別のコピーを有す
るプロセッサが修正状態にあるような場合、そのプロセ
ッサは要求側のプロセッサにそのデータを供給し、その
データ無効のそれ自身のキャッシュコピーをマークする
。また、その他のプロセッサがＥ（排他的）またはＳ（
共用）状態にあるそれ自身のキャッシュにおいてそのメ
モリのコピーを有する場合、そのキャッシュエントリは
無効とマークされる。
【００３３】プロセッサがそれ自身のキャッシュに存在
しないデータをアクセスする場合、そのプロセッサは、
前記のように、主メモリから、またはその他のキャッシ
ュの１つからこのデータを得なければならない。主メモ
リに保存されるデータおよび１つ以上のプロセッサのキ
ャッシュに保存されうるデータを、ＭＥＳＩプロトコル
を用いて処理するプロセスは、従来周知であり、例えば
、次の文献に記載されている。
【００３４】ジェイ・アーチボールド（Ｊ．Ａｒｃｈｉ
ｂａｌｄ）、ジェイ・ベア（Ｊ．Ｂａｅｒ）、“キャッ
シュコヒーレンスプロトコル：マルチプロセッサシミュ
レーションモデルを用いる評価”、ＡＣＭ　　Ｔｒａｎ
ｓ．ｏｎ　　Ｃｏｍｐ．Ｓｙｓｔｅｍｓ、第４巻、第４
号、１９８６年、２７３〜２９８頁；　　エム・エス・
パパマルコス（Ｍ．Ｓ．Ｐａｐａｍａｒｃｏｓ）、ジェ
イ・エイチ・パテル（Ｊ．Ｈ．Ｐａｔｅｌ）、“プライ
ベートキャッシュメモリを有するマルチプロセッサに対
する低オーバヘッドコヒーレンス解法”、Ｐｒｏｃ．　
　１１ｔｈ　　Ａｎｎｕａｌ　　Ｉｎｔ´ｌ．Ｓｙｍｐ
．ｏｎ　　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕ
ｒｅ、１９８４年、３４８〜３５４頁；　　ピー・スウ
ィジー（Ｐ．Ｓｗｅａｚｙ）、エイ・ジェイ・スミス（
Ａ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈ）、“コンパチブルキャッシュコン
システンシープロトコルのクラスおよびＩＥＥＥフュー
チァバスによるそれらのサポート”、Ｐｒｏｃ．１３ｔ
ｈ　　Ａｎｎｕａｌ　　Ｉｎｔ´ｌ．Ｓｙｍｐ．ｏｎ　
　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ、１
９８６年、４１４〜４２３頁。
【００３５】アービトレーションスキームは、アドレス
バスに対しアクセスを要求する幾つかのプロセッサの中
から、そのようなアクセスを行うことのできるプロセッ
サを選択するのに必要である。このアービトレーション
スキームは、バス１２０の奇数クロックサイクルと偶数
クロックサイクルに対するアービトレーションを制御す
るための出力１４３，１４４をそれぞれ有する１対の集
中アービタ１４１，１４２、および各プロセッサ内にお
ける２個のアービタ１４５の分散セットを必要とする。
【００３６】より詳細には、各集中アービタ（図３）は
２つの出力を有する。すなわち、バスをアクセスするた
めにその内部分散アービタによりどのプロセッサが選択
され、実際にバスをアクセスできるかということを示す
グラント出力、および、他のプロセッサによるどのよう
な介入動作もなく、同じメモリモジュールに、もしくは
異なるモジュールに対してさえ、そのプロセッサが２つ
以上の連続アクセスを行うことを可能にするため、その
プロセッサが追加メモリアクセスサイクルにおけるアク
セスを予め許可されているかのように、そのプロセッサ
にアクセスを許可するロック出力である。
【００３７】各集中アービタへの入力信号としては次の
ような信号がある。すなわち、プロセッサのいずれかが
バスへのアクセスを要求している場合、ロー（オープン
コレクタ“ＯＲ”回路）である共通要求信号と、先の動
作が、プロセッサが他のプロセッサをロックアウトする
ことにより別のサイクルにおいてバスの制御の保持を望
む種類の動作であったことを示すアドレス指定バス１２
０からのロック信号と、そのバス動作が、主メモリをア
クセスするため、または１つのプロセッサのキャッシュ
から要求側のプロセッサにデータを転送するための動作
であることを示す読取り／書込み信号と、アドレスバス
でのアドレスに関する他のキャッシュにおける情報は無
効とマークされなければならないことを示す無効信号で
ある。
【００３８】キャッシュライン境界をクロスするデータ
の修正も時には必要である。その場合、他のプロセッサ
がこのデータのいずれか一部をアクセスしないように偶
数バスおよび奇数バスの両者をロックすることが必要で
ある。これらのバスはトランザクションが完了するまで
ロックされる。無効信号は両キャッシュラインに対し送
られる。
【００３９】１対の分散アービタ１４５（図４）は、偶
数サイクルおよび奇数サイクルにおいてアドレスバスを
アクセスするために、各プロセッサに設けられている。 入力信号としては次のような信号がある。すなわち、内
部読取り／書込み要求信号と、バスにアクセスできるよ
うに許可されうる次のプロセッサを示すコード化プライ
オリティ信号と、このプロセッサのプライオリティレベ
ルを示すプライオリティレベル信号と、集中アービタか
らのグラント信号とロック信号である。また、出力信号
は、プロセッサのアドレスバスへのアクセスを可能にす
る、すなわちそのバストランザクションを開始させるイ
ネーブル信号である。
【００４０】幾つかのリード線の各々において、長さ１
，２，４，８の、交互に接続および非接続とされたセグ
メントを有するバス構成を用いて、プロセッサを相互接
続する。このような構成は、米国特許第４，５９７，０
８４に示されている。図３の構成を用いて各プロセッサ
からの抑止信号の伝送・非伝送により、次のような条件
の下でアドレスバスを捕らえる試行を行う。すなわち、
バスを捕らえるための試行は、最高ランクのプロセッサ
のみが行うことができ、低ランクのその他すべてのプロ
セッサはバスを捕らえることを抑止されるという条件で
ある。
【００４１】メモリ要求は、応答を伝送するのにデータ
バスにおける４バスサイクルを占有する。アドレスは１
バスサイクルを用いて伝送される。２つのデータバスが
あるので、メモリ読取り／書込み要求は２バスサイクル
毎にのみ行うことができる。残りのバスサイクルは無効
要求に対しアドレスを送るのに利用可能である。好都合
に、このような構成はアドレスバスをさらに効率よく利
用できるものである。
【００４２】本実施例では、アドレスバスは、３２ビッ
トであり、６０．６ナノ秒の、１６．５メガヘルツのク
ロックに等しいバスサイクルで動作する。各キャッシュ
ラインは、３２バイトであり、１つのアドレスに対する
主メモリからのエンティティ読取り量に一致する。各デ
ータバスは６４ビットであり、４バスサイクルで３２バ
イトの読取り量を伝送することができる。メモリモジュ
ールは、各アクセス動作に対し１２８ビット（１６バイ
ト）を読取れるように編成され、受取られた各アドレス
に応答して２つのアクセスを行う。要求側のプロセッサ
の待ち時間を最小にするために、アドレスされた特定バ
イトの内容は、全キャッシュラインの内容を送るのに要
する４バスサイクルのうちの第１のバスサイクルによっ
て送られる。
【００４３】図２は、各種のバスで使用のタイミングダ
イヤグラムの説明例である。タイミング信号は、集中ア
ービタ１４１，１４２からの信号によりきめられ、奇数
と偶数が交互になっている。奇数メモリモジュールに対
するアドレスは奇数サイクルでのみ伝送され、偶数メモ
リモジュールに対するアドレスは、偶数アドレスサイク
ルでのみ生成される。
【００４４】タイミングチャートの上の２つのラインは
、偶数アービタが奇数クロックインターバルの間にその
出力を生成すること、および奇数集中アビータが偶数ク
ロックインターバルの間にその出力を生成することを示
し、そして集中アービタからのグラント信号に応答して
それらの内部アービタにより選択されたプロセッサの識
別を示す。このタイミングチャートによりこれらアービ
タ出力が間に合うように受取られ、次のクロックパルス
でアドレス信号を制御する。
【００４５】タイミングダイヤグラムの第３のラインは
、いずれか１つのインターバルにおいて、ローカルアー
ビタにより決められるプライオリティを有するところの
各種プロセッサによるアドレスバス上の信号を示す。 第１のインターバルの間に、Ｐ１はアドレスバスによっ
てアドレスを送り、奇数メモリモジュールをアドレス指
定する。第２のインターバルで、Ｐ６はアドレスバスに
よってアドレスを送り、偶数メモリモジュールをアドレ
ス指定する。また第２のインターバル２の間に、Ｐ１以
外の他の各プロセッサは次のことをチェックする。
【００４６】すなわち、第１のインターバル１の間に奇
数アドレスバスに送られたアドレスが、そのキャッシュ
におけるどのタグに一致するかということをチェックす
る。一致した場合には、キャッシュエントリの状態が“
Ｍ”であれば、インターバル５〜８の間にそのキャッシ
ュメモリからのデータに応答するようにそのプロセッサ
は準備される。この動作が生じる信号は、第３のインタ
ーバルの間にスヌープバスによって送られ、アドレス指
定されたメモリモジュールによって用いられ、このメモ
リモジュールがクロックサイクル５〜８の間にデータを
送ることを抑制すると共に、バスにデータを送るときに
その内容を更新させる。そして、メモリは読取り信号に
対しその内容を更新し、読取りを止め信号を修正する。
【００４７】インターバル３の間に、Ｐ３は、一定の機
能を先に行って、“共用”とマークされたキャッシュの
エントリを修正すべきことを確認し、そのメモリアドレ
スに対する無効信号を、奇数バスによって、他のプロセ
ッサに送る。これにより、その他のプロセッサは、この
アドレスのそれらのキャッシュにおけるそれらのコピー
を、無効とマークする。もしこれらのプロセッサが次に
そのメモリをアドレス指定しようとする場合、メインメ
モリをアドレス指定することによりそれを行う。
【００４８】クロックピリオド４の間に、Ｐ４は、偶数
バスによって、同様のタイプの無効アドレスをすべての
他のプロセッサに送る。インターバル５とインターバル
６で、Ｐ５とＰ２は、先にＰ１とＰ６に対し説明したの
と同様の方法で、奇数メモリモジュールと偶数メモリモ
ジュールをそれぞれアドレス指定する。Ｐ５およびＰ２
は、アドレスバスにアクセスできるようにそれらの分散
アービタにより選択され、奇数モジュールアドレスおよ
び偶数モジュールアドレスをそれぞれ送る。
【００４９】インターバル７とインターバル８で、Ｐ８
およびＰ７は、プロセッサ３，４に対しインターバル３
，４について先に説明したのと同様に、無効アドレスを
送る。インターバル９とインターバル１０で、Ｐ４およ
びＰ３は、インターバル１，２について先に説明したの
と実質上同様にしてアドレスバスをアクセスし、奇数メ
モリモジュールと偶数メモリモジュールをアクセスする
。
【００５０】これらのアドレス信号に応答して、図２の
第４のラインと第５のラインに示されるように、メモリ
は奇数データバスおよび偶数データバスで応答する。イ
ンターバル５〜８においては、第１のインターバルでＰ
１により生成されたアドレスに対する応答が、奇数デー
タバス１３１によりＰ１に送られる。インターバル９〜
１２においては、インターバル５でＰ５により生成され
たアドレスに対する応答が、奇数データバス１３１によ
り戻される。インターバル１３〜１６においては、イン
ターバル９でＰ４により生成されたアドレスに対する応
答が、奇数データバス１３１により戻される。
【００５１】同様に、偶数データバス１３３においては
、インターバル６〜９の間に、インターバル２でＰ６に
より生成された要求に対する応答が戻される。クロック
サイクル１０〜１３の間に、インターバル６でＰ２によ
り生成されたアドレスに対する応答が戻される。またイ
ンターバル１４〜１７では、インターバル１０でＰ３に
より生成されたアドレスに対する応答が戻される。本実
施例では、プロセッサＰ３は、プロセッサＰ１からクロ
ックインターバル１４〜１７の間にデータを受取ってい
るが、ここでＰ１はＭ（修正）状態としてマークされた
それ自身のキャッシュでこのデータを有するものである
。
【００５２】図２の第６のラインの信号は、アドレスバ
ス１２０より送られたアドレスに応答するプロセッサ信
号を示すスヌープ信号である。第１インターバルでＰ１
によりアドレスバス１２０を介して送られたアドレス信
号は、その他のすべてのプロセッサにより受取られ、第
２インターバルでそれらのプロセッサの各々のキャッシ
ュにおけるタグフィールドと比較される。第３インター
バルで、もしプロセッサのいずれかが一致を見出した場
合、そのプロセッサは、スヌープバスで４つの信号のう
ちの１つを送ることができる。
【００５３】共用信号は、その伝送側のプロセッサが、
要求されたメモリのコピーをそのキャッシュ内に有し、
“Ｓ”状態としてマークされ、そのコピーを保持するこ
とを示す。読取りを要求されたプロセッサは、共用信号
の受信に応答して、共用状態にそのキャッシュエントリ
をマークする。アドレスを受取ったプロセッサは、その
キャッシュエントリがＥ（排他的）状態にある場合、こ
の状態を共用に変え、共用信号を発信する。
【００５４】スヌープバスにおいて伝送可能な第２の信
号は、データ介入（信号）である。この信号は、アドレ
スを受取ったプロセッサが、対応するキャッシュエント
リをＭ状態で有する場合に生成される。その場合、その
プロセッサは、メモリモジュールに代わってデータを供
給する。アドレス指定されたメモリモジュールは、この
データ介入信号の受信に応答し、読取り出力を生成する
ことなく、信号を修正する指令が発せられない限りにお
いて、その内容を更新する。
【００５５】第３の信号は、アボート信号である。この
信号は、受信側のプロセッサが対応するメモリエントリ
を変更する過程にあるか、もしくは先の要求を処理する
ためにビジーであり、従って、読取りを実行するのによ
いタイミングではないことを示すものである。読取り側
のプロセッサは、アボート信号に応答して、再度読取り
を試み、そして通常は成功する。
【００５６】最後に、第４の信号はエラー信号である。 この信号は、そのメモリに対する読取り要求とエラー信
号を生成するプロセッサに付随するキャッシュの状態と
の不一致を示す。例えば、もし第１のプロセッサが、第
２のプロセッサにおけるキャッシュメモリ内容を無効に
しようと試みる場合であって、かつ、この第２のプロセ
ッサにおいて、そのキャッシュメモリ内容が修正状態に
マークされている場合、その無効にされる内容が共用状
態である場合のみその内容は無効にされる。
【００５７】図２の例では、スヌープ状態に対し示され
たエントリは、その信号が応答しているプロセッサを表
わす。本実施例では、インターバル３，４，５，６，お
よびインターバル８，９，１０，１１で、スヌープバス
において信号が生成されることはない。インターバル７
においては、プロセッサＰ１によって共用信号が生成さ
れる。それは、クロックサイクル５でプロセッサＰ５に
より生成されたアドレスが、実際にプロセッサＰ１によ
り共用されるからである。この場合、Ｐ５はそれが共用
状態において受取るメモリ読取り要求をマークし、Ｐ１
はそのアドレスに対しそのキャッシュエントリに“共用
”をマークする。
【００５８】インターバル１２において、スヌープバス
はインターバル１０でプロセッサＰ３により生成された
アドレスに対する応答を有する。本実施例では、Ｐ６は
そのキャッシュにおいてこのメモリのコピーを有し、そ
のコピーは修正とマークされる。したがって、Ｐ６はイ
ンターバル１２でスヌープバスにおいてデータ介入信号
を生成し、インターバル１４〜１７で偶数データバスに
そのキャッシュの内容を送る。
【００５９】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形構成例が考え得るが、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に包含される。
【００６０】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明により、複数
のプロセッサモジュールから複数の主メモリモジュール
に対するアクセスを提供可能であり、かつ、プロセッサ
の間でキャッシュ無効データを通信可能であるような、
経済的に安価でシステム効率のよい、優れたバス構成を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバス構成を用いるマルチプロセッサシ
ステム例を示すブロック図である。
【図２】この構成の時分割バスでのインターバルの使用
を説明する図である。
【図３】アドレスバスをアクセスするプロセッサを選択
するために集中アービタで処理される信号を説明する図
である。
【図４】アドレスバスをアクセスするプロセッサを選択
するために分散アービタで処理される信号を説明する図
である。
【符号の説明】
１００−１　　プロセッサ １００−２　　プロセッサ １００−３　　プロセッサ １００−４　　プロセッサ １００−５　　プロセッサ １００−６　　プロセッサ １００−７　　プロセッサ １００−８　　プロセッサ １１１　　メモリモジュール １１２　　メモリモジュール １１３　　メモリモジュール １１４　　メモリモジュール １２０　　アドレスバス １２２　　スヌープバス １３１　　奇数データバス １３３　　偶数データバス １４１　　集中アービタ（ＣＡ） １４２　　集中アービタ（ＣＡ） １４３　　出力 １４４　　出力 １４５　　分散アービタ（ＤＡ） １４７　　キャッシュ

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　データを処理する複数のプロセッサ手
    段と、複数の主メモリモジュールと、前記プロセッサと
    前記メモリモジュールを相互接続するバス手段とを含む
    マルチプロセッサシステムにおいて、前記バス手段が、
    複数の時間インターバルで複数のアドレスを伝送するた
    めに、すべての前記プロセッサ手段およびすべての前記
    メモリモジュールに接続された時分割アドレスバスと、
    データバスの各々が、前記メモリモジュールのうちの一
    部のサブセットおよび前記プロセッサ手段のすべてに接
    続された複数のデータバスを有し、さらに、第１の前記
    データバスに接続された第１のメモリモジュールおよび
    第２の前記データバスに接続された第２のメモリモジュ
    ールは、前記時分割アドレスバスから異なるタイムイン
    ターバルの間にアドレスを受取り、かつ、この第１と第
    ２のメモリモジュールの各々は、受取ったアドレスに応
    答して、このアドレスの１つに記憶されたデータを、前
    記第１のデータバスと前記第２のデータバスにより、時
    間的に重複する形で伝送することを特徴とするマルチプ
    ロセッサシステム。
  2. 【請求項２】　　前記プロセッサ手段の各々は、キャッ
    シュメモリ手段を有し、このキャッシュメモリ手段は、
    データおよび対応するアドレスを記憶する手段であり、
    かつ、前記プロセッサのキャッシュメモリ手段に記憶さ
    れたデータの前記対応するアドレスと照合するために、
    前記アドレスバスによりアドレスが前記プロセッサに伝
    送されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】　　前記プロセッサの１つが、前記アドレ
    スバス上のアドレスと前記１つのプロセッサのキャッシ
    ュメモリ手段に記憶されたデータの前記アドレスとの一
    致を検出したことを表す信号を送るために、前記プロセ
    ッサの各々に接続されたスヌープバスをさらに有するこ
    とを特徴とする請求項２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】　　前記信号は、前記１つのプロセッサの
    キャッシュメモリ手段に記憶されたデータの前記アドレ
    スに付随するデータの状態を特徴づけるデータを送る信
    号であることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】　　前記状態のうちの１つの状態に対し、
    前記１つのプロセッサは、前記メモリモジュールの１つ
    からのデータの代わりに、前記データバスの１つにその
    キャッシュメモリ手段のデータを与えることを特徴とす
    る請求項４に記載のシステム。
  6. 【請求項６】　　前記状態のうちの前記１つの状態に対
    し、前記１つのプロセッサは、前記メモリモジュールの
    前記１つにそのキャッシュメモリ手段のデータを与える
    ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
  7. 【請求項７】　　ＭＥＳＩ（修正、排他的、共用、無効
    ）のプロトコルが、前記キャッシュメモリ手段の間でキ
    ャッシュコヒーレンシーのために用いられ、かつ、前記
    アドレスバスは、前記プロセッサに無効アドレスを送る
    ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
  8. 【請求項８】　　前記データバスのうちの異なるデータ
    バスは、前記メモリモジュールの互いに分離したサブセ
    ットに接続されることを特徴とする請求項１のシステム
    。
  9. 【請求項９】　　前記データバスの各々は、前記メモリ
    モジュールのサブセットのいずれか１つから前記複数の
    プロセッサのいずれか１つに読出し（読取り）信号を送
    り、かつ、前記複数のプロセッサのいずれか１つから前
    記メモリモジュールの前記サブセットのいずれか１つに
    書込み信号を送ることを特徴とする請求項１に記載のシ
    ステム。
  10. 【請求項１０】　　前記アドレスバスに対するアクセス
    は、アービトレーション手段により割当てられることを
    特徴とする請求項１に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】　　前記アービトレーション手段は、グ
    ローバルアービタおよび複数の分散アービタを有するこ
    とを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】　　１つのアービトレーションサイクル
    の間に前記アドレスバスに対するアクセスを要求するす
    べてのプロセッサは、前記サイクルの間に一度処理され
    ることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】　　プロセッサの間にアービトレーショ
    ン情報を分散するためのアービトレーションバスをさら
    に有することを特徴とする請求項１０に記載のシステム
    。
  14. 【請求項１４】　　前記アービトレーション手段は、グ
    ローバルアービタおよび複数のローカルアービタを有し
    、各ローカルアービタは、それぞれプロセッサに付属的
    に設けられ、かつ、前記アービトレーションバスは、前
    記グローバルアービタと前記ローカルアービタの間で信
    号を伝送することを特徴とする請求項１３に記載のシス
    テム。
  15. 【請求項１５】　　各ローカルアービタは、それを付属
    的に有するプロセッサが次の時間インターバルにアドレ
    スを伝送することができるか否かを判断するために、前
    記グローバルアービタおよび他のローカルアービタから
    信号を受信することを特徴とする請求項１４に記載のシ
    ステム。
  16. 【請求項１６】　　前記時分割アドレスバスは、前記プ
    ロセッサの間で無効アドレスを送ることを特徴とする請
    求項１に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】　　前記時分割アドレスバスは、タイム
    スロットの間に１つのアドレスを伝送可能であり、かつ
    、このアドレスバスは、タイムスロットの幾つかの固定
    部分の間に前記メモリモジュールに関するアドレスを伝
    送するために利用可能であり、さらに、メモリモジュー
    ルアドレスが伝送されていない場合には常に、無効アド
    レスを伝送するために利用可能であることを特徴とする
    請求項１６に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】　　前記プロセッサの１つは、周辺メモ
    リモジュールを制御する周辺メモリコントローラを有し
    、かつ、前記１つのプロセッサは、主メモリモジュール
    が前記周辺メモリモジュールから更新される場合に無効
    信号を伝送することを特徴とする請求項１に記載のシス
    テム。
  19. 【請求項１９】　　前記アドレスバスとデータバスの各
    々は、これらのバスの各々の連続するタイムスロットで
    信号を伝送できるように時分割され、かつ、前記メモリ
    モジュールの各々は、１つのタイムスロットにおいて前
    記アドレスバスで受け取られたアドレスに対応して、前
    記１つのテータバスの４つの連続するタイムスロットに
    おいて前記第１のデータバスと前記第２のデータバスの
    １つによってデータを伝送し、さらに、前記第１のデー
    タバスと前記第２のデータバスは、対応するタイムスロ
    ットにおいて同時にデータを伝送可能であることを特徴
    とする請求項１に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】　　各プロセッサはクロックにより制御
    され、また前記バスの１つの各タイムスロットは、前記
    クロックのサイクルタイムの倍数であることを特徴とす
    る請求項１９に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】　　前記アドレスバスは、前記メモリモ
    ジュールの１つから各データ転送サイクルの間に複数の
    時多重化アドレスを送り、前記データ転送サイクルは、
    前記複数の時多重化アドレスの１つに関するデータの伝
    送に対応することを特徴とする請求項１に記載のシステ
    ム。
  22. 【請求項２２】　　組み合わせとして、第１の複数のデ
    ータを処理するプロセッサ手段と、第２の複数の主メモ
    リモジュールと、前記プロセッサと前記メモリモジュー
    ルを相互接続するバス手段とを含むマルチプロセッサシ
    ステムにおいて、前記バス手段が、すべての前記プロセ
    ッサ手段およびすべての前記メモリモジュールに接続さ
    れた時分割アドレスバスと、データバスの各々が、前記
    メモリモジュールの適切なサブセットおよび前記プロセ
    ッサ手段のすべてに接続された複数のデータバスとを有
    し、前記時分割アドレスバスは、前記プロセッサの間で
    無効アドレスを送り、この時分割アドレスバスは、タイ
    ムスロットの間に１つのアドレスを伝送可能であり、か
    つ、このアドレスバスは、タイムスロットの第１ハーフ
    の幾つかの間に前記メモリモジュールをアドレス指定し
    、さらに、アドレスバスは、前記タイムスロットの第２
    ハーフの幾つかの間に前記無効アドレスを送り、前記プ
    ロセッサ手段の各々は、データおよび対応するアドレス
    を記憶するためのキャッシュメモリ手段を有し、前記ア
    ドレスバスは、前記プロセッサの各キャッシュメモリ手
    段に記憶されたデータの前記対応するアドレスと照合す
    るために、前記プロセッサにアドレスを伝送し、前記プ
    ロセッサの各々には、信号を送るためのスヌープバスが
    接続され、前記信号は、前記プロセッサの１つのキャッ
    シュメモリ手段に記憶されたデータの対応するアドレス
    に付随するデータの状態を特徴づけるデータを送り、か
    つ、前記アドレスバス上のアドレスと前記１つのプロセ
    ッサのキャッシュメモリ手段に記憶されたデータのアド
    レスとの間の一致を前記１つのプロセッサが検出したこ
    とを表す信号であり、前記状態のうちの１つの状態に対
    し、前記１つのプロセッサは、前記メモリモジュールの
    １つからのデータの代わりに、前記データバスの１つお
    よび前記メモリモジュールの１つにそのキャッシュメモ
    リ手段のデータを与え、前記アドレスバスは、前記メモ
    リモジュールの１つから各データ転送サイクルの間に複
    数の時多重化アドレスを送り、前記データ転送サイクル
    は、前記複数の時多重化アドレスの１つに関するデータ
    の伝送に対応し、前記アドレス指定バスに対するアクセ
    スは、アービトレーション手段により割当てられ、この
    アービトレーション手段は、グローバルアービタおよび
    複数の分散アービタを有し、１つのアービトレーション
    サイクルの間に前記アドレスバスに対するアクセスを要
    求するすべてのプロセッサは、いずれかのプロセッサが
    第２の要求に関して処理される前に第１の要求に関して
    処理され、前記プロセッサの１つは、周辺メモリモジュ
    ールを制御する周辺メモリコントローラを有し、かつ、
    前記１つのプロセッサは、主メモリモジュールが前記周
    辺メモリモジュールから更新される場合に無効信号を伝
    送することを特徴とするマルチプロセッサシステム。
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