JPH0821001B2 - キャッシュメモリの制御方法 - Google Patents

キャッシュメモリの制御方法

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JPH0821001B2
JPH0821001B2 JP63028750A JP2875088A JPH0821001B2 JP H0821001 B2 JPH0821001 B2 JP H0821001B2 JP 63028750 A JP63028750 A JP 63028750A JP 2875088 A JP2875088 A JP 2875088A JP H0821001 B2 JPH0821001 B2 JP H0821001B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 複数のウエイで構成されるキャッシュメモリの制御方
法であって、どのウエイのデータを書き替えるかを所定
のアルゴリズムで決定するものに関し、 特定のデータの常駐率を高いものとして効率のよいキ
ャッシュメモリの制御を行なうことができるようにする
ことを目的とし、 複数のウエイで構成されるキャッシュメモリの制御方
法であって、どのウエイのデータを書き替えるかを所定
のアルゴリズムで決定するものにおいて、特定のデータ
をタグ付きデータとして、このようなタグ付きデータを
格納したウエイのうち同時存在する特定個数をタグ付き
ウエイとし、データ書き替えのとき、タグ付きウエイを
上記のアルゴリズムにおける書き替えの対象とならない
ものとして取扱い、タグ付きデータの書き替えの時には
このタグ付きデータを格納したウエイを新たなタグ付き
ウエイとして入換えるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はキャシュメモリの制御方法に係り、特に複数
のウエイで構成されるキャッシュメモリの制御方法であ
って、どのウエイのデータを書き替えるかを所定のアル
ゴリズムで決定するものに関する。
〔従来の技術〕
一般に、第8図に示すように情報処理装置において、
中央処理装置(CPU)1のSユニット(SU)2は主記憶
装置(MSU)3の内容の一部の写しを格納するキャッシ
ュメモリ4を有し、データ転送の高速化を図っている。
このようなキャッシュメモリ4のアクセス時間は主記憶
装置3のアクセス時間に比べると非常に短く、またその
保持できるデータ量は主記憶装置3の保持できるデータ
量に比べると非常に少ない。そのため、このキャッシュ
メモリ4には効率良くデータを保持しなければならな
い。
尚、図中符号5はIユニット、6はEユニット、7は
記憶制御装置(MCU)を示している。
従来、このようなキャッシュメモリの制御方法として
LRU(Least Recently Used)方式が採用されることがあ
る。このLRU方式にあってはキャッシュメモリの格納容
量が一杯になって、新しいデータを書込むことができな
くなったときに、最近最も参照されないデータと新しい
データとの置換が行なわれる。
これはキャッシュメモリがウエイ0からウエイ3まで
の4ウエイで構成される例では第3図に示すような論理
表に従って行なわれる。図において、B01、B02、B03、B
12、B13、B23は第9図に示すようにウエイ0乃至ウエイ
3の間においてどちらが最新に参照されたかを示すもの
で例えばB01はウエイ0とウエイ1との間においてウエ
イ0のほうが最新に参照されていれば1となり逆にウエ
イ1の方が最新に参照されていれば0となる。これは他
のB02、B03、B12、B13、B23についても同様であり、も
しウエイ0が全てのウエイ中で最近最も参照されていな
い時にはB01、B02、B03、の全ての値は1となる。な
お、第3図において符号Φはそのビットの値が0であろ
うと1であろうと関係がないということを示している。
またキャッシュにヒットした場合のビットB01,・・・,B
23の書込み論理が第4図に示されている。
このような論理表によって最近最も参照されないウエ
イを認識してデータの書き替えを実行する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、このようなキャッシュメモリ上にはユーザ
データの他トランスレーションテーブル、スーパバイ
ザ、ファーム命令といったデータが混在している。
しかしながら、上述したLRU方式によるキャッシュメ
モリの制御方法においては、データの性質に無関係にデ
ータの置換が行なわれるため効率の良い置換を行なうこ
とができないという問題がある。
そこで本発明は特定のデータの常駐率を高いものとし
て効率のよいキャッシュメモリ制御を行なうことができ
るキャッシュメモリの制御方法を提供することを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明において、上記の問題点を解決するための手段
は、複数のウエイで構成されるキャッシュメモリの制御
方法であって、どのウエイのデータを書き替えるかを所
定のアルゴリズムで決定するものにおいて、特定のデー
タをタグ付きデータとして、このようなタグ付きデータ
を格納したウエイのうち同時存在する特定個数をタグ付
きウエイとし、データ書き替えのとき、予め格納した論
理表に基づいてタグ付きウエイを上記のアルゴリズムに
おける書き替えの対象とならないものとして取扱い、タ
グ付きデータの書き替えの時には、予め格納した論理表
に基づいてこのタグ付きデータを格納したウエイを新た
なタグ付きウエイとして入れ換えることである。
〔作用〕
本発明にあってキャッシュメモリに格納される特定の
データについはタグを付し、このタグ付きデータを格納
したウエイについては特定の数をタグ付きウエイとして
データ書き替えの対象から外すこととなる。このため、
新たなタグ付データの書き替えるとき、タグ付データを
格納したウエイを新たなタグ付ウエイとして入れ換える
ものとしているため、以前に格納されていたタグ付デー
タの即座の追い出しを回避でき、また、新たなタグ付デ
ータが格納されたことにより、以前に格納されていたタ
グ付きデータのあるタグ付ウエイは通常のウエイに変更
され、タグ付データの過剰な常駐を回避でき、特定のデ
ータの常駐率を高いものとできる。
〔実施例〕
以下、本発明に係るキャシュメモリの制御方法の実施
例を図面に基づいて説明する。
第1図乃至第7図は本発明に係るキャシュメモリの制
御方法の実施例を示すものである。第1図は本発明に係
るキャッシュメモリの制御方法を実行する装置の全体構
成図を示すものである。
同図において10はCPUのIユニットからの論理アドレ
スを格納するレジスタ、11はこの論理アドレスの所定の
上位アドレスを実アドレスに変換するTLBで、プライマ
リーとオルタネートの2つのウエイを有する。そしてこ
のTLB11の出力はセレクタ12を介して出力される。ま
た、13はキャッシュメモリを示しており、このキャッシ
ュメモリ13は上記のTLBからの出力を受け実アドレスを
出力するキャッシュディレクトリアレイ(CACHE DIRERT
ORY ARRAY:以下DIR)14とこの実アドレスに格納したデ
ータを出力するキャッシュデータアレイ(CHACHE DATE
ARREY:以下CDA)15とから構成されており、4つのウエ
イ(WAY0〜WAY3)に分割されている。そして各DIR14の
各ウエイにはディレクトリマッチレジスタ(DMR)16が
設けられている。そしてCDA15に設けたセレクタ17が上
記のDMRの値を受けそのアドレスに相当するデータを選
択する。このセレクタ17からのデータはIWR(IF WORD R
EGISTER)18やOWR(OP WORD REGISTER)19に出力され
る。
また、同図において、20は上記のDMRの出力を受けて
書込み論理を発生する書込み論理発生部であって、第3
乃至第4の論理表を格納している。図において1及び0
はそのビットを1または0に書き替えることを意味し、
また符号Xはそのビットを変化させないことを意味して
いる(以下同じ。)。第3の論理表はタグなしデータを
登録する時に用いるもので、第5図に示すように、上記
の第1の論理表にタグ部分(2ビット)を付け加え、こ
れらのビットに符号Xを付したものである。そして第4
の論理表は、タグ付きデータを登録する時に用いるもの
で第6図に示すように、上記の第2の論理表のタグ部分
に自らのウエイ番号に相当する値を付加したものであ
る。
また、21はキャシュリプレスアレー(RAR:CACHE REPL
ACE ARRAY)であって、キャッシュメモリ13の各ウエイ
間の参照情報(6ビット)とタグ付きウエイの番号をタ
グウエイビット(2ビット)とを格納する。そして、22
は上記のRAR21の参照情報及びタグウエイ情報と上記のD
IR21のバリッド情報を受け、書き替えるべきウエイを決
定する決定論理部である。この決定論理部22においては
上記のタグウエイビットの情報に基づいて参照情報を加
工する第5の論理表と、この加工後の参照情報に基づい
て書き替えるべきウエイを指定する第1の論理表とを有
しており、第5及び第1の論理表を経て置換すべきウエ
イを示すウエイナンバーがリプレスウエイナンバーレジ
スタ(REPLACE WAY NO REG)23にセットされる。
この第5の論理表は第7図に示すように上記のタグウ
エイビットが指定するウエイ番号によって参照情報に情
報を付加するものである。例えば、タグウエイビットの
示すウエイがウエイ1であれば、B01を強制的に0、B12
を強制的に1、B13を強制的に1とするものである。図
中符号FORCE1及びFORCE0は各ビットを強制的に1または
0とすることを意味しており、符号Xは変更を加えない
ことを意味している。
そして、第1の論理表は従来技術の説明において第3
図に示した論理表と全く同一であるのでその詳細な説明
は省略する。
これらの決定論理は第2図に示す論理回路図で実現で
きる。
次に本実施例に係る装置の作動について説明する。
まずキャッシュメモリアクセスについて述べる。Iユ
ニットから送出されたTEAR(T CYCLE EFFECTIVE ADRS)
によりTLB11ならびにDIR(CACHE DIRECTORY ARRAY)14
がアクセスされ、TLB11によって変換されたアドレスとD
IR14内のアクセスされたアドレスとの一致がとられ、一
致するアドレスがいずれかのウエイに存在した場合に
は、該ウエイのDMR(DIRECTORY MATCH REGISTER)16をO
Nにセットする。また、TEAR10をSユニット内で1τコ
ピーしたBEAR(B CYCLE EFFECTIVE ADRS)24では、DAR
(CACHE DATA ARRAY)15がアクセスされており、該読出
しデータのセレクト信号として上記DMR16が用いられ
る。該DMR信号によりセレクトされたデータはIWR(IF W
ORD REGISTER)18やOWR(OP WORD REGISTER)19に送出
される。
つぎにRAR(CACHE REPLACE ARRAY)21の作動について
述べる。該RAR21は上記BEARのさらに1τコピーであるR
EAR(R CYCLE EFFCTIVE ADRS)25によってアクセスされ
る。また該RAR21は、ウエイ間参照状況(6ビット)と
タグウエイビット(2ビット)を保持するものである。
上記RAR21の8ビットの書き込み論理についての詳細
を述べる。上記8ビットの書き込み論理は上述した通り
であり、上記DMR21により参照されたWAY(DIR MCH WA
Y)を認識し、上述したB01,B02,B03,B12,B13,B23の参照
状況ビットに書き込む(例えばウエイ0が参照された場
合にはB01,B02,B03に“1"が書き込まれる)。またデー
タの登録に際しては、タグなしデータ登録時とタグ付き
データ登録時の二通りの書き込み論理がある。前者の書
き込み論理は上述したように参照状況ビット(6ビッ
ト)にのみ書き込みが行われる。また、後者の書き込み
論理は参照状況ビット(6ビット)ならびにタグウエイ
ビット(2ビット)に書き込みが行われる。参照状況ビ
ットへ書き込む値は前者と同様であり、タグウエイビッ
トへ書き込む値は、Iユニットから送出されてくるTAG
信号によりタグ付きデータであることを認識し、該タグ
付きデータをキャッシュメモリへ登録する際のウエイ番
号(例えばウエイ0へ登録する場合には2ビットとも
“0")をTB0,TB1の2ビットに書き込むものである。以
上のことにより書き込まれた情報とDIRのVALID信号をも
とに第2図に示す決定論理が構成され置換されるウエイ
情報がREPLACE WAY NO.REG23にセットされる。
次に決定論理についての詳細を述べる。ウエイ間の参
照状況を示す上記6ビットに対し、第5の論理表に示す
ようダク付きデータがウエイ0に登録されている場合に
はB01,B02,B03の3ビットは強制的に“1"にされて読出
され、他のビットは書き込まれたままの値で読出され
る。同様にタグ付きデータが他のウエイに登録されてい
る場合にも一部のビットは第5の論理表に従った値に強
制的に変換され読出される。DIRのバリット・ビットが
ウエイ0からウエイ3まですべて1である場合は以上の
ようにして読出されたREPL B01,REPL B02,REPL B03,REP
L B12,REPL B13,REPL B23(REPLACE BIT)の6ビットに
より、LRUアルゴリズム(第1の論理表)に従った置換
が行われる。つまり、ウエイ0にタグ付きデータが登録
されている場合には、ウエイ0を最新の情報であるよう
上記REPLACE BITを制御しウエイ0の置換を阻止してい
る。他のウエイにタグ付きデータが登録されている場合
にも同様のことが行われる。なお、DIRのバリット・ビ
ットが1でないウエイがある場合は、その中でもっとも
若い番号のウエイが置換ウエイとして選ばれる。また、
該置換アルゴリムズによって新たに登録されるデータが
タグ付きデータである場合には、新たなタグ付きデータ
をキャッシュメモリへ登録する際のウエイ番号がTB0,TB
1に書き込まれる。そうでない場合にはTB0,TB1は現在の
値を維持するものである。これにより1ラインにつき1
ウエイがタグ付きデータにあてがわれることになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、キャッシュメモ
リの制御方法を、複数のウエイで構成されるキャッシュ
メモリの制御方法であって、どのウエイのデータを書き
替えるかを所定のアルゴリズムで決定するものにおい
て、特定のデータをタグ付きデータとして、このような
タグ付きデータを格納したウエイのうち同時存在する特
定個数をタグ付きウエイとし、データ書き替えのとき、
予め格納した論理表に基づいてタグ付きウエイを上記の
アルゴリズムにおける書き替えの対象とならないものと
して取扱い、タグ付きデータの書き替えの時には、予め
格納した論理表に基づいてこのタグ付きデータを格納し
たウエイを新たなタグ付きウエイとして入れ換えるよう
にしたから、新たなタグ付データの書き替えるとき、タ
グ付データを格納したウエイを新たなタグ付ウエイとし
て入れ換えるものとしているため、以前に格納されてい
たタグ付データの即座の追い出しを回避でき、また、新
たなタグ付データが格納されたことにより、以前に格納
されていたタグ付きデータのあるタグ付ウエイは通常の
ウエイに変更され、タグ付データの過剰な常駐を回避で
き、特定のデータの常駐率を高いものとして、効率のよ
いキャッシュメモリの制御を行なうことができるという
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用される装置の全体構成図、第2図
は第1図に示した装置の決定論理部の論理回路を示す
図、第3図はLRU方式に用いる論理表を示す図、第4
図、第5図及び第6図は書き込み論理部に格納した第
2、第3及び第4の論理表を夫々示す図、第7図は決定
論理部に格納した第5の論理表を示す図、第8図は本発
明が適用される計算機を示す図、第9図はキャッシュメ
モリのウエイ間の関係を示す図である。 11……TLB 13……キャッシュメモリ 20……書き込み論理部 21……RAR 22……決定論理部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のウエイで構成されるキャッシュメモ
    リの制御方法であって、どのウエイのデータを書き替え
    るかを所定のアルゴリズムで決定するものにおいて、 特定のデータをタグ付きデータとして、このようなタグ
    付きデータを格納したウエイのうち同時存在する特定個
    数をタグ付きウエイとし、 データ書き替えのとき、予め格納した論理表に基づいて
    タグ付きウエイを上記のアルゴリズムにおける書き替え
    の対象とならないものとして取扱い、 タグ付きデータの書き替えの時には、予め格納した論理
    表に基づいてこのタグ付きデータを格納したウエイを新
    たなタグ付きウエイとして入れ換えることを特徴とする
    キャッシュメモリの制御方法。
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