JPH04280337A - 仮想記憶計算システム - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はメモリ管理方式に係わり
、特に仮想メモリをサポートする仮想記憶計算システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータに対する要請の高度
化、複雑化に伴い、プログラムサイズが増大している。 これに対応するため、たとえマイクロコンピュータであ
っても大きな主記憶容量を必要とする場合が多くなって
いる。そこで、この要求を経済的に解決する方法として
、いわゆる仮想記憶方式が用いられている。

【０００３】この仮想記憶方式を用いたシステムでは、
機械語命令のアドレス部で指定できる記憶空間、すなわ
ちプログラマが定義できる論理空間をハードディスク等
の補助記憶装置に割り当てるようになっている。そして
、実際にプログラムを実行するときには、ある時点で中
央処理装置（以下、プロセッサと呼ぶ。）がアクセスし
そうなデータまたは命令を含むブロックを補助記憶装置
から主記憶装置へ写し取っておくことによって、主記憶
装置のみならず補助記憶装置をも主記憶装置の一部とみ
なして使用することができる。これにより、限られた容
量の主記憶装置であっても、プログラム上では無限に近
い大きな論理空間を扱うことができると共に、実行時に
は高速かつ大容量の主記憶装置が存在するのと等価とな
る。

【０００４】図４は仮想記憶計算システムの一例につい
てその一般的動作原理を表わしたものである。この図に
示すように、実メモリ１８および仮想メモリ１７はそれ
ぞれ同一サイズのページ単位に区切られている。このペ
ージ単位としては、通常５１２バイト〜２キロバイト程
度の固定サイズが用いられることが多い。仮想メモリ１
７の各ページはマップテーブル１９により予め実メモリ
空間の各ページに対応付けられている。また、ハードデ
ィスク装置１５は、実メモリ１８との間でページ単位の
データ交換を行うようになっている。

【０００５】仮想メモリ上には、プロセッサ（図示せず
）が実行すべきプログラムモジュール■、■、■等に対
応してグローバルフレーム（ＧＦ）■、■、■等が設け
られている。ここで、プログラムモジュールとは、製作
および管理の便宜上、小さなモジュール単位で製作した
プログラムの一単位であり、これをコンパイルしてプロ
グラム全体を構成するようになっている。また、グロー
バルフレームとは、プログラムモジュールごとにもって
いるデータ管理のための作業用領域である。

【０００６】このような仮想記憶計算システムで、プロ
グラムモジュールから仮想メモリ１７の仮想アドレスへ
のアクセスが行われると、この仮想アドレスはマップテ
ーブル１９により実メモリ１８の物理アドレス（以下、
実アドレスと呼ぶ。）に変換され、この実アドレスに対
して実際のメモリアクセスが行われる。

【０００７】以下、図５と共に従来の仮想記憶計算シス
テムの動作を説明する。今、図６に示すように、グロー
バルフレーム■のアドレス領域が仮想メモリ１７の第２
ページから第３ページにわたって存在しており、プログ
ラムモジュール（以下単にモジュールと呼ぶ。）■から
グローバルフレーム■に対してアクセスを行うものとす
る。

【０００８】まず、モジュール■の先頭アドレス“○○
○○”のインストラクションの実行によりグローバルフ
レームへのアクセスが行われると（図５ステップＳ１０
１）、主記憶装置１３に予め設けられているモジュール
管理テーブルからグローバルフレーム■の先頭アドレス
“○×○×”が抽出される（ステップＳ１０２）。

【０００９】図７はモジュール管理テーブルを表わした
ものである。このテーブルには、各モジュールごとにそ
の先頭アドレスとこれに対応するグローバルフレームの
先頭アドレスとが対になって登録されている。

【００１０】図示しないプロセッサはこの先頭アドレス
“○×○×”に、このアドレスからの距離を示すオフセ
ット値ｘを加算しこれをターゲット仮想アドレスＡＶ　
とする（ステップＳ１０３）。ここでは、オフセット値
ｘは“０”なので、先頭アドレス“○×○×”がそのま
まターゲット仮想アドレスＡＶ　となる。これにより、
グローバルフレーム内のカレントアドレスを示すグロー
バルフレームポインタが図６のＰＧ　（１）　の位置、
すなわちグローバルフレーム■の先頭アドレス“○×○
×”を指す。

【００１１】このターゲット仮想アドレスＡＶ　はマッ
プテーブル１９（図１、図４）により実アドレスＡＲ　
に変換され（ステップＳ１０４）、これにより求められ
た実メモリ１８の実アドレスＡＲ　に対してアクセスが
行われる（ステップＳ１０５）。この場合、グローバル
フレーム■の先頭アドレス“○×○×”は仮想メモリ１
７の第２ページに属するので、マップテーブル１９によ
り変換された実メモリの第５ページの該当アドレスに対
しアクセスが行われる。

【００１２】モジュール■のプログラムステップの進行
に伴い、グローバルフレームポインタの位置がＰＧ　（
２）　〜ＰＧ　（４）　等に移動するごとに、ステップ
Ｓ１０１〜Ｓ１０６の処理が繰り返される。すなわち、
同一ページ内か否かにかかわらず、グローバルフレーム
ポインタＰＧ　の移動ごとに、マップテーブル１９によ
るアドレス変換（マッピング）が行われることとなる。 図６の矢印２１−１〜２１−４等はグローバルフレーム
ポインタＰＧ　の移動ごとにマップテーブルによるアド
レス変換が行われる様子を示す。

【００１３】なお、グローバルフレームポインタＰＧ　
がＰＧ　（４）　の位置に移動したとき、仮想メモリ上
のページが第２ページから第３ページへと切り換わるが
、この第３ページに対応するものはマップテーブル１９
上に存在しないので、いわゆるページフォールト処理が
行われる。例えば、この時点でアクセスの対象となって
いない第ｉページに対応する実メモリ１８上の第４ペー
ジの内容を一旦ハードディスク１５に退避すると共に、
ハードディスク１５から必要な部分の読込みを行う。そ
して、マップテーブル１９の該当部分に（３→４）とい
う対応データを登録すると共に、（ｉ→４）という対応
データを削除する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、仮想記憶
計算システムではグローバルフレームのアドレスは仮想
アドレスによって管理されているが、従来のシステムで
はそのフレーム内のデータをアクセスするときに、毎回
必ず仮想メモリから実メモリへのアドレス変換を行うよ
うになっていたので、システムの動作速度が低下すると
いう欠点があった。

【００１５】そこで、本発明の目的は、仮想メモリから
実メモリへのアドレス変換の頻度を削減することでシス
テムの動作速度を向上させることができる仮想記憶計算
システムを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明では
、（ｉ）　同一サイズのページに区分された仮想上の論
理アドレスによって表現される論理メモリ空間を有する
仮想メモリと、（ｉｉ）ページ単位で仮想メモリと対応
付けられた物理アドレスにより参照されるメモリ空間を
有する実メモリと、（ｉｉｉ）仮想メモリ上に各プログ
ラムモジュールごとにデータ管理用の作業領域として設
けられたグローバルフレームのうち、１つのプログラム
モジュールから最初にアクセスされた仮想アドレスを実
メモリ上の実アドレスに変換するアドレス変換テーブル
と、（ｉｖ）このアドレス変換テーブルにより実アドレ
スに変換された実アドレスを格納するアドレスキャッシ
ュレジスタと、（ｖ）プログラムモジュールからの２度
目以降のアクセスがあったとき、アドレスキャッシュレ
ジスタに格納された実アドレスを用いて目的の実アドレ
スを算出する実アドレス算出手段とを仮想記憶計算シス
テムに具備させる。

【００１７】そして、請求項１記載の発明では、あるプ
ログラムモジュールから仮想メモリ上の対応するグロー
バルフレームへの最初のアクセスに対してはアドレス変
換テーブルにより仮想アドレスを実メモリ上の実アドレ
スに変換し、これをアドレスキャッシュレジスタに格納
したうえで、その実アドレスに実際のアクセスを行い、
二度目以降のアクセスに対しては、アドレス変換テーブ
ルを参照せず、キャッシュしておいた実アドレスから直
接目的の実アドレスを算出してアクセスすることとする
。

【００１８】請求項２記載の発明では、（ｉ）　同一サ
イズのページに区分された仮想上の論理アドレスによっ
て表現される論理メモリ空間を有する仮想メモリと、（
ｉｉ）ページ単位で仮想メモリと対応付けられた物理ア
ドレスにより参照されるメモリ空間を有する実メモリと
、（ｉｉｉ）　仮想メモリ上に各プログラムモジュール
ごとにデータ管理用の作業領域として設けられたグロー
バルフレームのうち、１つのプログラムモジュールから
最初にアクセスされた仮想アドレスを実メモリ上の実ア
ドレスに変換するアドレス変換テーブルと、（ｉｖ）こ
のアドレス変換テーブルにより実アドレスに変換された
実アドレスを格納するアドレスキャッシュレジスタと、
（ｖ）プログラムモジュールからの２度目以降のアクセ
スがあったとき、そのアクセスが仮想メモリのそれまで
アクセスされていたページと同一ページ内のアドレスに
対するものであるか否かを判定する判定手段と、（ｖｉ
）この判定手段により同一ページ内のアドレスに対する
アクセスと判定されたとき、アドレスキャッシュレジス
タに格納された実アドレスに、該当するグローバルフレ
ームの先頭アドレスからの距離を示すオフセット値を加
算する加算手段と、（ｖｉｉ）　この加算手段により得
られた値を実アドレスとして実メモリへのアクセスを実
行するアクセス実行手段とを仮想記憶計算システムに具
備させる。

【００１９】そして、請求項２記載の発明では、あるプ
ログラムモジュールから仮想メモリ上の対応するグロー
バルフレームへの最初のアクセスに対しては、アドレス
変換テーブルにより仮想アドレスを実メモリ上の実アド
レスに変換し、これをアドレスキャッシュレジスタに格
納したうえで、その実アドレスに実際のアクセスを行い
、二度目以降のアクセスに対しては、そのアクセスが同
一ページ内のアドレスに対するものである限り、アドレ
ス変換テーブルを参照せず、キャッシュしておいた実ア
ドレスにオフセット値を加算することで目的の実アドレ
スを算出しアクセスすることとする。また、同一ページ
内のアドレスに対するアクセスでないときは、アドレス
変換テーブルを参照することとする。

【００２０】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。 図１は本発明の一実施例における仮想記憶計算システム
を表わしたものである。このシステムには、各種の命令
を実行しシステム全体の動作を制御する中央処理装置（
以下プロセッサと呼ぶ。）１１が備えられ、データバス
やアドレスバス等からなるシステムバス１２に接続され
ている。

【００２１】このシステムバス１２には、各種プログラ
ムやデータを格納する主記憶装置１３や補助記憶装置と
してのハードディスク１５が接続されている。

【００２２】主記憶装置１３は、仮想メモリ１７、実メ
モリ１８、およびマップテーブル１９等から構成されて
いる。これら相互の関係や一般的動作原理は従来例（図
４）と同様であるのでここでは説明を省略する。

【００２３】図２は、この仮想記憶計算システムにおけ
るプログラムモジュールと仮想メモリとの関係を表わし
たものである。このシステムのプログラムモジュールの
モジュール構成や仮想メモリ１７のアドレスおよびペー
ジ構成は従来例と同様として説明する。すなわち、モジ
ュール■はアドレス“○○○○”を先頭とするプログラ
ムモジュールであり、仮想メモリ１７のグローバルフレ
ーム■がこれに対応している。このグローバルフレーム
■のアドレス領域は仮想メモリ１７の第２ページから第
３ページにわたって存在しており、モジュール■の実行
に伴い、順次グローバルフレーム■へのアクセスが行わ
れるようになっている。

【００２４】以上のような構成の仮想記憶計算システム
の動作を、図３と共に説明する。まず、モジュール■の
先頭アドレス“○○○○”のインストラクションの実行
によりグローバルフレーム■へのアクセスが行われると
（図３ステップＳ１０１）、プロセッサ１１（図１）は
このアクセスがグローバルフレーム■への最初のアクセ
スか否かを判断する（ステップＳ１０２）。この場合、
最初のアクセスなので（Ｙ）、プロセッサ１１は主記憶
装置１３のモジュール管理テーブル（図７）からグロー
バルフレーム■の先頭アドレス“○×○×”を抽出する
（ステップＳ１０３）。

【００２５】プロセッサ１１は、このグローバルフレー
ムの先頭アドレスをマップテーブル１９（図１、図４）
により実アドレスＡＲ　に変換し（ステップＳ１０４）
、この実アドレスＡＲ　を自己のキャッシュレジスタ１
４（図１）に格納する（ステップＳ１０５）。

【００２６】この場合、グローバルフレーム■の先頭ア
ドレス“○×○×”は仮想メモリ１７の第２ページに属
するので、マップテーブル１９により実メモリの第５ペ
ージの該当アドレスに変換されてキャッシュされる。

【００２７】さらにプロセッサ１１は、変換したアドレ
スＡＲ　に、このアドレスからの距離を示すオフセット
値ｘを加算し、これを新たなＡＲ　とする（ステップＳ
１０６）。

【００２８】ここで、実アドレスＡＲ　がページ境界を
越えていないときには（ステップＳ１０７；Ｎ）、プロ
セッサ１１はそのまま実メモリ１８の実アドレスＡＲ　
にアクセスを行う（ステップＳ１０８）。

【００２９】モジュールプログラム■の次のインストラ
クションが実行されると（ステップＳ１０９；Ｎ、ステ
ップＳ１０１）、今度は最初のアクセスでないので（ス
テップＳ１０２；Ｎ）、プロセッサ１１はキャッシュレ
ジスタ１４に既に格納してある実アドレスＡＲ　にオフ
セットｘを加算し（ステップＳ１０６）、これを新たな
実アドレスＡＲ　とする。

【００３０】一方、実アドレスＡＲ　がページ境界を越
えていたときには（ステップＳ１０７；Ｙ）、グローバ
ルフレーム■の先頭アドレス“○×○×”にオフセット
値ｘを加算してこれをターゲット仮想アドレスＡＶ　と
し（ステップＳ１１０）、これをマップテーブル１９（
図１、図４）により実アドレスＡＲ　に変換したうえで
（ステップＳ１１１）、実メモリ１８の実アドレスＡＲ
　に対する物理的アクセスを実行する（ステップＳ１０
８）。

【００３１】図２でグローバルフレームポインタＰＧ　
がＰＧ　（４）　の位置に移動し、仮想メモリ上のペー
ジが第２ページから第３ページへと切り換わる場合、こ
れに対応するページがマップテーブル１９上に存在しな
いため、従来例と同様にしてページフォールト処理が行
われる。

【００３２】以下同様にしてプログラムモジュールの各
インストラクションが順次実行されるが、図２に矢印２
１−１および２１−４で示したように、同一グローバル
フレーム内では、ページが切り換わったときにのみマッ
プテーブルによるアドレス変換が行われることとなる。

【００３３】本実施例では、グローバルフレーム■につ
いてのみ説明したが、ステップが次のグローバルフレー
ム■に移る場合には、あらためてマップテーブルによる
アドレス変換を行い、これをキャッシュレジスタに格納
することとなる。

【００３４】なお、本実施例でページ境界を越えたとき
は最初の実アドレスの計算（図３ステップＳ１０６）の
分だけ処理が増すが、従来逐一行っていたマップテーブ
ルによるアドレス変換処理に比べ、アドレスの加算処理
に要する時間は格段に短くて済むことから、全体として
のパフォーマンスとしては有利となる。また、例えばグ
ローバルフレームの先頭に使用頻度の高いデータを配置
することによりマップテーブルによる変換の頻度を少な
くすることができ、パフォーマンスをより向上させるこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、あるプログラムモジュールから仮想メモリ
上の対応するグローバルフレームへの最初のアクセスに
ついてのみアドレス変換テーブルを参照し、二度目以降
のアクセスに対してはアドレス変換テーブルを参照せず
、キャッシュしておいた実アドレスから直接目的の実ア
ドレスを算出することとしたので、仮想メモリから実メ
モリへのアドレス変換の頻度を削減することができる。 このため、システム全体としての動作速度を向上させる
ことができるという効果がある。

【００３６】また、請求項２記載の発明によれば、ある
プログラムモジュールから仮想メモリ上の対応するグロ
ーバルフレームへの二度目以降のアクセスにおいて、そ
のアクセスが同一ページ内のアドレスに対するものであ
る限り、アドレス変換テーブルを参照せず、目的の実ア
ドレスを直接算出してアクセスし、そうでない場合にの
みアクセス変換テーブルを参照することとしたので、複
数ページにわたるグローバルフレームであっても問題が
なく、効率よくアクセスを実行することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における仮想記憶計算システ
ムを示すブロック図である。

【図２】この仮想記憶計算システムにおけるプログラム
モジュールと仮想メモリとの関係を示す説明図である。

【図３】この仮想記憶計算システムの動作を説明するた
めの流れ図である。

【図４】この仮想記憶計算システムの一般的動作原理を
説明するための説明図である。

【図５】従来の仮想記憶計算システムの動作を説明する
ための流れ図である。

【図６】従来の仮想記憶計算システムにおけるプログラ
ムモジュールと仮想メモリとの関係を示す説明図である
。

【図７】モジュール管理テーブルを示す説明図である。

【符号の説明】

１１　　プロセッサ １２　　システムバス １３　　主記憶装置 １４　　キャッシュレジスタ １５　　ハードディスク １７　　仮想メモリ １８　　実メモリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同一サイズのページに区分された仮想
   上の論理アドレスによって表現される論理メモリ空間を
   有する仮想メモリと、ページ単位で仮想メモリと対応付
   けられた物理アドレスにより参照されるメモリ空間を有
   する実メモリと、前記仮想メモリ上に各プログラムモジ
   ュールごとにデータ管理用の作業領域として設けられた
   グローバルフレームのうち、１つのプログラムモジュー
   ルから最初にアクセスされた仮想アドレスを実メモリ上
   の実アドレスに変換するアドレス変換テーブルと、この
   アドレス変換テーブルにより実アドレスに変換された実
   アドレスを格納するアドレスキャッシュレジスタと、前
   記プログラムモジュールからの２度目以降のアクセスが
   あったとき、前記アドレスキャッシュレジスタに格納さ
   れた実アドレスを用いて目的の実アドレスを算出する実
   アドレス算出手段とを具備することを特徴とする仮想記
   憶計算システム。
2. 【請求項２】　　同一サイズのページに区分された仮想
   上の論理アドレスによって表現される論理メモリ空間を
   有する仮想メモリと、ページ単位で仮想メモリと対応付
   けられた物理アドレスにより参照されるメモリ空間を有
   する実メモリと、前記仮想メモリ上に各プログラムモジ
   ュールごとにデータ管理用の作業領域として設けられた
   グローバルフレームのうち、１つのプログラムモジュー
   ルから最初にアクセスされた仮想アドレスを実メモリ上
   の実アドレスに変換するアドレス変換テーブルと、この
   アドレス変換テーブルにより実アドレスに変換された実
   アドレスを格納するアドレスキャッシュレジスタと、前
   記プログラムモジュールからの２度目以降のアクセスが
   あったとき、そのアクセスが前記仮想メモリのそれまで
   アクセスされていたページと同一ページ内のアドレスに
   対するものであるか否かを判定する判定手段と、この判
   定手段により同一ページ内のアドレスに対するアクセス
   と判定されたとき、前記アドレスキャッシュレジスタに
   格納された実アドレスに、該当するグローバルフレーム
   の先頭アドレスからの距離を示すオフセット値を加算す
   る加算手段と、この加算手段により得られた値を実アド
   レスとして実メモリへのアクセスを実行するアクセス実
   行手段とを具備することを特徴とする仮想記憶計算シス
   テム。