JPS62118456A - キヤツシユメモリ - Google Patents

キヤツシユメモリ

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JPS62118456A
JPS62118456A JP60259521A JP25952185A JPS62118456A JP S62118456 A JPS62118456 A JP S62118456A JP 60259521 A JP60259521 A JP 60259521A JP 25952185 A JP25952185 A JP 25952185A JP S62118456 A JPS62118456 A JP S62118456A
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JP
Japan
Prior art keywords
data
section
block size
memory
cache memory
Prior art date
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Pending
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JP60259521A
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English (en)
Inventor
Toshikatsu Mori
俊勝 森
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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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Fi電子針算機のCPUにおけるキャッシュメモ
リに関し、特にマイクロコンピュータニ内献、もしくは
外付けされるキャッシュメモリの構成方法に関する。
(従来の技術) キャッシュメモリはCPUと主記憶との間に置かれ、主
記憶内容のコピーを格納している高速メモリである。C
PUのメモリ参照に対してデータがキャッシュメモリの
内部にあった場合、すなわち、キャッシュメモリがヒツ
トした場合には、キャッシュメモリからCPUにデータ
を転送する。
一方、上記においてキャッシュメモリの内部に該当デー
タが存在しなかった場合、すなわち、キャッシュメモリ
がミスヒツトした場合には主記憶かうCP Uにデータ
を転送し、キャッシュメモリの内部にもそのデータをコ
ピーしておく。これによって大部分のCP Uメモリ参
照をキャッシュメモリに対して行わせることができるの
で、処理の高速化を図ることができる。従来、キャッシ
ュメモリハ大型コンピュータやミニコンピユータに使用
されてきたが、最近ではマイクロコンピュータの動作速
度が向上したので、マイクロコンピュータを使用した装
置においてもキャッシュメモリを使用しなければ性能を
最大限に発揮できない状況になってきている。
(発明が解決しようとする問題点) 上述した従来のキャッシュメモリでは、主記憶からキャ
ッシュメモリへのメモリ内容のコピ一単位(以下、ブロ
ックサイズと称する)は、通常、CPUとキャッシュメ
モリとの間のデータパス幅の数倍になっている。これは
、CPUがあるメモリ番地を参照した場合には、その近
傍のメモリ番地を参照する可能性が非常に高い友めであ
る。上記ブロックサイズは、従来の大型コンピュータや
ミニコンピユータでは装置により固定されていた。
これは、それぞれの装置でCPUからキャッシュメモリ
を経由して主記憶までの設計を行っており、その装置で
最適な値を選択すればよかったからである。
ところが、汎用のマイクロコンピュータに内蔵された専
用キャッシュメモリ、あるいは外付けで使用される汎用
キャッシュメモリを考えた場合、それらは種々の装置で
使用されるため、ブロックサイズの最適値を設定しにく
いという問題がある。
例えば、ブロックサイズを大きくした方がヒツト率は向
上するが、反面、主記憶からキャッシュメモリへのブロ
ック転送時のパスサイクル数が増加し、パスの使用率が
増加するため装置全体の性能が向上しないという欠点が
ある。また、主記憶からキャッシュメモリへのデータ転
送速度が遅い場合には、ブロック転送によるCPUの待
ち時間が長くなり、平均アクセス時間が短縮されないと
いう欠点もある。
本発明の目的は、主記憶からのコピーデータを格納する
とともに、格納データのアドレス情報を格納し、キャッ
シュメモリと主記憶との間のパス幅単位にデータメモリ
内のデータが有効であるか、あるいは無効であるかを示
しておき、さらに、ブロックサイズを指定し、指定され
たブロックサイズによシ主記憶からキャッシュメモリへ
のデータ転送を行うことによって上記欠点を除去し、シ
ステム性能を向上できるように構成したキャッシュメモ
リを提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明によるキャッシュメモリは、データメモリ部と、
アドレスタグメモリ部と、バリットビット部ト、ブロッ
クサイズレジスタと、パス制御部とを具備して構成した
ものである。
データメモリ部は、主記憶からのコピーデータを格納す
るためのものである。
アドレスタグメモリ部は、格納されたコピーデータのア
ドレス情報を格納するためのものである。
バリッドピット部は、主記憶との間でデータパス幅単位
にデータメモリ部のコピーデータが有効であるか否かを
示すためのものである。
ブロックサイズレジスタは、主記憶からコピーされるコ
ピ4データのサイズを指定するためのものである。
パス制御部は、指定されたサイズにより主記憶からデー
タ転送を行うためのものである。
(実施例) 次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は、本発明による午ヤックユメモリの一実施例を
示すブロック図である。
第1図において、101はCPU、102はキャッシュ
メモリ、103は主記憶である。キャッシュメモリ10
2はアドレスタグm104.!:、バリッドピット部l
O8と、データ部106と、パス制御部107と、ブロ
ックサイズレジスタ108と、マルチプレクサ109と
、ラッチ112と、パス制御部113とから構成されて
いる。パス制御部フはアドレス発生部110と、制御信
号発生部111とから成立つ。180,181はそれぞ
れアドレス信号線、152,183はそれぞれデータ信
号線、187,158はそれぞれパス制御信号線である
第1図において、CPUl0Iのデータ参照時には、信
号線180上のアドレス信号によシアドレスタブ部10
4とバリッドピット部10Bとが参照される。ヒツトし
た場合には、データ部106から信号fs184への出
力データが、マルチプレクサ1(lを経由してCPUl
0 lに渡される。
信号線18B上の信号はキャッシュメモリがヒットした
か、あるいけミスヒントしたか示すものであり、CPI
IIOIの側のパス制御部113と、主記憶103の側
のパス制御部107とに参照結果が通知される。
ミスヒツトした場合には、ブロックサイズレジスタ10
8により(llj号線1g6上に設定されたブロックサ
イズ信号によりパス制御部107は主記憶から必要なデ
ータをフェッチしてくる。アドレス発生部110けブロ
ックアドレスを発生するものであり、ブロックサイズレ
ジスタ108UあらかじめCPUI Olにより設wL
−cおくものとする。主記憶103からのフェッチデー
タは、ブロックサイズ分のデータが打Nlうまでラッチ
112にラッチされており、最終のデータフェッチが終
了するとデータ部106の内科が更新される。
第2図は、第1図におけるアドレスタグ部104と、バ
リットビット部105と、データ部106との構成をセ
ットアソシアティブ方式のキャッシュメモリに適用した
一実施例を示すブロック図である。セットアソシアティ
ブ方式は主記憶103をいくつかのセットに分割し、そ
のセット内のデータをキャッシュメモリ102の内部の
対応するセットにマツピングする方式である。キャッシ
ュメモリ102の単位セット内に置くことのできるブロ
ック数をエントリ数と呼ぶ。単位セット内のエン) I
J−が一杯になった場合には、いずれか一つのエントリ
を追出して新しいブロックを入れる。
追出しエントリの決定にはF I F O(First
−In。
1;’ i r s t−(’)u t )やL RU
 (I、east RecentlylJsed )な
どの置換方式が使用される。
第2図において、キャッシュメモリ102はセット数が
64、エントリー数が4、最大ブロックサイズが16バ
イトで構成されている。また、CP Uアドレスは82
ビツト形CPUI Olとキャッシュメモリ102との
間、およびキャッシュメモリ102と主記憶103との
間のデータパス幅はいずれも4バイト、もしくは2バイ
トと想定している。
第2図において、200はディレクトリ部、201はア
ドレスタグ部、202はバリッドピット部、203けデ
ータ部、204は比較器、205はマルチプレクサ、2
06はA N Dゲート、20フはORゲート、208
.209はそtlぞれマルチプレクサである。ディレク
トリ部200けアドレスタグ部201と、バリットビッ
ト部202とから構成されたものであり、バリッドピッ
トはデータ部203の2データバイトに対し、そのデー
タが有効であるか、あるいは無効であるかを示している
。CPUl0Iからのデータ参照があると、CPUアド
レス(第1図におけるアドレス信号線150上)の内部
に含まれたセットセレクトフィールド(信号線280上
)により、ディレクトリ部200とデータ部203との
アドレスが指定され、各メモリから読出しデータが出力
される。そこで、ディレクトリ部200の内部から信号
線253上にアドレスタグ情報が出力され、比較器20
4に入力される。CP Uアドレスから信号線280に
送出された情報は、アドレスタグ部201の内容と比較
器204により比較される。
ディレクトリ部200から信号線254上に出力された
バリッドピット情報はマルチプレクサ205に入力され
、データが有効であるか否かを判定するために必要なピ
ットが選択される。どのピットを選択するかは、CPU
アドレスの内のワードセレクトフィールド(信号線28
2上)により決定される。ディレクトリ部200の出力
とCP Uアドレスのアドレスメグ情報とが一致し、且
つ参照されたデータに対するバリッドピットが101で
あれば、そのデータがキャッシュメモリの内部に存在す
る。
ANDゲート206はエントリ0に対してデータの有効
性を判定するため、信号線255上に送出された比較器
204の比較結果信号とマルチプレクサ208から信号
線256上に送出されたバリッドピットとの論理積をと
る。エントリ1〜3に対しても同様の判定が行われ、そ
れぞれの判定結果は信号線257〜260上に送出され
、ORゲート207により論理和がとられて最終的に参
照データがキャッシュメモリ102の内部に存在するか
否かが判定される。
一方、データ部203から読出された16バイトのデー
タから、マルチプレクサ208により4バイトのデータ
が選択される。それぞれのエントリから出力データはマ
ルチプレクサ209に入力され、ディレクトリ部20G
でヒツトしたエントリに対するデータが選択され、CP
Uにデータが渡される。CPUI 01とキャッシュメ
モリ102との間のデータパス幅が2バイトであった場
合には、この後、データ幅の調整が行われる。
もし、どのエントリに対してもヒツトしなかった場合に
は、ブロックサイズで指定されたデータ数を主記憶10
3から転送してキャッシュメモリ102の内部に入れる
第8図は、第1図におけるアドレスタグ部104と、バ
リットビット部10Bと、データ部10Bとの構成をセ
ットアンシアテイプ方式のキャッシュメモリに適用した
実施例を示すブロック図である。七りタパッファ方式は
主記憶103上の連続したデータブロックを1セクタと
し、キャッシュメモ1J102の内部にはセクタ単位の
データエリアをもち、これに主記憶103上のセクタを
マツピングする方式である。
第8図において、キャッシュメモリ102はセクタ数を
16.1セクタ内のデータサイズを256バイトとして
構成されている。CPUアドレスならびにデータパスの
幅は第2図と同じ値を想定している。
第8図において、300はアドレスタグ部、302はデ
ータ部、303紘バリットビット部、304.305は
それぞれマルチプレクサ、306はORゲート、307
UANDゲートである。
信号線350上のアドレスタグ情報はアドレスメグ部3
00に入力され、アドレスタグ部3oはメモリ内容と上
記アドレスタグ情報とが一致した場合に一致信号を出力
する連想メモリに構成されている。アドレスタグ部30
0には、内容が確定しているか否かを示すバリッドピッ
ト部301が付加されている。データ部に対するバリッ
ドピット部303は、データ部302の2データバイト
に対して、そのデータが有効であるか、あるいは無効で
あるかを示している。
CPUIQIからのデータ参照があると、CPUアドレ
ス内のアドレスタグ情e((@号s3B。
上)によりキャッシュメモリ102のアドレスメグ部3
00の内容がか照される。次に、アドレスタグ部30G
から信号線352への一致信号と、CPUアドレス内の
ワードセレクトフィールド(信号線381)とによりデ
ータ部302と、バリッドピット部303との内容が参
照される。データ部302からの出力データはマルチプ
レクサ304に入力され、CPUが参照しようとしてい
るデータが選択される。一方、バリッドピット部303
の出力はマルチプレクサ305に入力され、CPUから
の参照データに対するバリットビットが選択される。選
択されたバリットビットはアドレスタグ部300の一致
出力として信号線382上に送出される。マルチプレク
サ305の出力と信号線383上の信号(アドレスタグ
部300から信号線382上に送出された一致信号をと
もにORゲート306により論理和をとった結果を示す
信号)との間でANDゲート307により論理積がとら
れ、データ部302から読出されたデー5夕が有効であ
るか否かが示される。
キャッシュメモリ102ではCPUI 01の書込み動
作に対する制御、ブロックの置換制御、ならびに他のプ
ロセッサやIloにより主記憶1G3の内容が更新され
た場合にキャッシュメモ1J102の内容を更新するた
めの制御が必要になるが、これらは発明の説明には不要
であるため、本実施例では省略されている。
(発明の効果) 以上説明したように本発明は、キャッシュメモリと主記
憶との間のデータ転送の単位であるブロックサイズを可
変構造にして設定できるようにすることによシ、装置に
おけるパス負荷の大きさ、あるいは主記憶のアクセス速
度の条件に応じた最適のブロックサイズを容易に設定で
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるキャッシュメモリの一実施例を
示すブロック図である。 第2図は、第1図においてセットアソシアティブ方式に
おけるアドレスメグ部、バリットビット部、ならびにデ
ータ部の一実施例を示すブロック図である。 第8図は、第1図においてセクタバッファ方式における
アドレスタグ部、バリットビット部、ならびにデータ部
の一実施例を示すブロック図である。 101 ・−−Cl) U 102・・・キャッシュメモリ 103・・・主記憶 104・・・アドレスメグ部 108Φ・費バリッドピット部 106−・・データ部 107.113−・・パス制御部 108−@−ブロックサイズレジスタ 111・・・マルチプレクサ 110・・eアビ21発生部 Ill・・・制御信号発生部 112・・−ラッチ 200・・・ディレクトリ部 201.300@・・アドレスタグ部 202.30113o3・骨・バリットビット部 203.302・・・データ部 204・拳骨比較器 205.208.209.304.305−−・・−マ
ルチプレクサ 206.207,306,307@−−ゲート151〜
188,250〜261.381〜353・・・・・信
号線 %杵出願人 日本電気株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 主記憶からのコピーデータを格納するためのデータメモ
    リ部と、前記格納されたコピーデータのアドレス情報を
    格納するためのアドレスタグメモリ部と、前記主記憶と
    の間でデータパス幅単位に前記データメモリ部のコピー
    データが有効であるか否かを示すためのバリットビット
    部と、前記主記憶からコピーされる前記コピーデータの
    サイズを指定するためのブロックサイズレジスタと、前
    記指定されたサイズにより前記主記憶からデータ転送を
    行うためのパス制御部とを具備して構成したことを特徴
    とするキャッシュメモリ。
JP60259521A 1985-11-19 1985-11-19 キヤツシユメモリ Pending JPS62118456A (ja)

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JPS62118456A true JPS62118456A (ja) 1987-05-29

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5450559A (en) * 1989-05-31 1995-09-12 International Business Machines Corporation Microcomputer system employing address offset mechanism to increase the supported cache memory capacity

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