JPH04257949A - キャッシュメモリ装置 - Google Patents

キャッシュメモリ装置

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JPH04257949A
JPH04257949A JP3268782A JP26878291A JPH04257949A JP H04257949 A JPH04257949 A JP H04257949A JP 3268782 A JP3268782 A JP 3268782A JP 26878291 A JP26878291 A JP 26878291A JP H04257949 A JPH04257949 A JP H04257949A
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JP
Japan
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cache memory
port
memory device
bus
ports
Prior art date
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JP3268782A
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English (en)
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Alfons-Josef Wahr
アルフオンス‐ヨーゼフ ワール
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/08Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
    • G06F12/0802Addressing of a memory level in which the access to the desired data or data block requires associative addressing means, e.g. caches
    • G06F12/0844Multiple simultaneous or quasi-simultaneous cache accessing
    • G06F12/0846Cache with multiple tag or data arrays being simultaneously accessible

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)

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、m個のバス端子を有す
るキャッシュメモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】計算機アーキテクチュアでキャッシュメ
モリは知られている。キャッシュメモリはデータ処理装
置のなかの相い異なるデータ流れ速度の互いに通信する
機能ユニットの間のバッファメモリとしての役割をする
。例として主メモリから処理すべき命令を与えられる命
令プロセッサがあげられ得る。これらの命令はプロセッ
サに、比較的大きいメモリ容量を有する主メモリにおい
て可能なアクセス時間よりも短いアクセス時間で与えら
れなければならない。これを解決するため、主メモリと
命令プロセッサとの間に、小さいメモリ容量で短いアク
セス時間を有するキャッシュメモリがバッファメモリと
して挿入される。キャッシュメモリは、プログラム遂行
の間に命令プロセッサから要求されるデータおよび命令
が高い確率でキャッシュメモリのなかに位置しており、
それによって短いアクセス時間で与えられ得るように動
作させられる。
【0003】大規模集積の可能性を完全に利用し得るた
めに、またプロセッサの能力を高めるために、計算機実
現の際に次第に計算機ハードウェアコアとならんでキャ
ッシュメモリがオンチップに集積されるようになった。 その際に留意すべきこととして、キャッシュメモリの容
量がますます高められることである。このことは、キャ
ッシュメモリが単一のCPUによりもはや完全に能力を
利用されないことに通ずる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、1つ
のキャッシュメモリを有するキャッシュメモリ装置であ
って、キャッシュメモリが1つのCPUにより使用され
得るだけではなく複数のCPUにより使用され得るキャ
ッシュメモリ装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項1の特
徴により解決される。
【0006】キャッシュメモリは1つまたは複数のキャ
ッシュメモリバンクから成り得る。キャッシュメモリバ
ンクへのアクセスは一方向性ポートまたは双方向性ポー
トとして実現され得るのキャッシュメモリポートを介し
て行われる。本発明のためにいまこれらのポートの数は
、たとえばCPUまたはプロセッサ要素、命令機構のよ
うなプロセッサのユニットにまたは主メモリに通ずるバ
スと接続されているバス端子の数よりも小さく選定され
得る。その場合、結合領域により、各バス端子がキャッ
シュメモリのポートと接続可能であることが達成される
【0007】結合領域は通常の仕方で接続回路網、クロ
スバー分配器またはクロスバースイッチとして実現され
得る。結合領域は、それぞれ1つのバス端子をキャッシ
ュメモリの1つのポートと接続可能にする結合要素を含
んでいる。その際に、キャッシュメモリのポートをi語
幅に選定し、結合要素の相応の制御を介して並列に複数
のバス端子を1つまたはそれ以上のキャッシュメモリポ
ートと接続可能であるようにすることは目的にかなって
いる。
【0008】
【実施例】以下、図面に示されている実施例により本発
明を一層詳細に説明する。
【0009】図1によれば、プロセッサPはn個のプロ
セッサ要素(計算機構またはCPUとも呼ばれる)、実
施例では4つのプロセッサ要素PE0ないしPE3、キ
ャッシュメモリ装置CA、命令機構IU、レジスタバン
クRGおよび場合によっては制御メモリCSから成って
いる。プロセッサPはキャッシュメモリ装置CAを介し
て主メモリMMと接続されている。
【0010】プロセッサ要素PE0ないしPE3はバス
DB0ないしDB3を介してキャッシュメモリ装置CA
と接続されており、それらはさらにIB0ないしIB3
を介して命令機構IUと、レジスタバスRBを介してレ
ジスタバンクRGと、また導線MI0ないしMI3を介
して制御メモリCSと接続されている。制御メモリCS
のなかには、プロセッサ要素PE0ないしPE3の機能
のために必要なマイクロプログラムが収納されている。 主メモリMMがバスPI−WMを介してキャッシュメモ
リ装置CAと接続されているのと同じように、命令機構
IUは同じくキャッシュメモリ装置CAと接続されてい
てよい。さらに、命令機構IUがレジスタバンクRGと
バスRBIを介して接続され得る。
【0011】プロセッサPから以下にキャッシュメモリ
装置CAの構成を説明する。キャッシュメモリ装置CA
は図2によればキャッシュメモリCSB、結合領域KF
およびキャッシュメモリ制御部CCUから成っている。 キャッシュメモリCSBは1つまたは複数のメモリバン
クから成っていてよく、また公知の構成である。キャッ
シュメモリCSBは、実施例では一方向性に実現されて
いるキャッシュメモリポートWP0、RP0、RP1、
RP2を有する。ポートWP0(複数の書込みポートで
あり得る)はキャッシュメモリの書込みの役割をし、ポ
ートRP0ないしRP2はキャッシュメモリからの読出
しの役割をする。これらのキャッシュメモリポートは結
合領域KFとキャッシュメモリCSBのインタフェース
を形成している。
【0012】結合領域KFは、結合領域KFのマトリッ
クス点MPに配置されている結合要素BKから成ってい
る。これらのマトリックス点MPでポート接続線PAS
がバス接続線BASと交叉しており、それらのバス端子
BAにプロセッサ要素PEのバスDB、主メモリMMへ
のバスPI−MMおよび命令機構IUへの命令バスDB
Iが接続されている。結合要素BKによりこうしてバス
がポートと接続され得る。
【0013】バスは1つまたは複数の語の幅を有してよ
く、同様のことがキャッシュメモリポートにもあてはま
る。これらも1つまたは複数の語の幅を有して図2の実
施例ではたとえば、バスDB0…DB3は1語の幅であ
り、他方においてバスDBIおよびPI−MMならびに
ポートは4語の幅である。一般にバスはi語の幅であり
、ポートはj語の幅である(i、jは整数)。
【0014】結合要素BKの制御はキャッシュメモリ制
御部CCUにより行われる。これは制御信号S−KFを
発生し、これらの制御信号が結合領域KFに供給され、
またそこで個々の結合要素BKを制御する。そのために
キャッシュメモリ制御部CCUは制御信号S−RE、リ
クエスト信号をバスDB、DBI、PI−MMを介して
受け、またキャッシュメモリCSBへのアクセスが実行
可能であれば、S−ACにより受信確認する。そのため
に必要なキャッシュメモリCSBの制御は制御信号S−
CSBを介して行われる。
【0015】図2には結合領域KFの第1の実現例が示
されている。結合領域KFのマトリックス点MPには、
キャッシュメモリポートが有する語幅と同数の複数の結
合要素BKが位置している。実施例ではキャッシュメモ
リポートは4語幅であるので、マトリックス点MPには
それぞれ4つの結合要素BKが配置されている。これら
のマトリックス点MPあたりの結合要素は別々に制御可
能であるので、並列に4語までがキャッシュメモリポー
トを介してキャッシュメモリCSBへ伝送され、または
そこで読出されることが可能である。その際に書込みの
ためにはキャッシュメモリポートWP0が、また読出し
のためにはキャッシュメモリポートRP0ないしRP2
が使用される。
【0016】プロセッサ要素PEに対して必要な書込み
ポートWPの数pはほぼ下式(1)により見積もられる
: p=[WW + WW−Miss * tW−La] 
* n * WPBi/f             
   (1)ここで、p=書込みポートの数、wW=書
込みアクセス確率、WW−Miss=キャッシュメモリ
ミスの確率、tW−La=主メモリへの書込みアクセス
時間、WPBi=データバスDBの平均アクセス確率、
n=接続されるプロセッサユニットPEの数、f=並列
性係数(どれだけ多くのアクセスが平均してポートあた
り可能か)。
【0017】たとえばWW=0,2、WW−Miss=
0,1、tW−La=4、WPBi=0,5およびf=
4が選ばれ得る。その場合、およそp=1の書込みポー
トが必要であることになる。
【0018】読出しポートRPの数kは相応の仕方でほ
ぼ(2)式により計算される: k=[Wr + Wr−Miss * tr−La] 
* n * WPBi/f             
   (2)ここで、k=読出しポートの数、wr=読
出しアクセス確率、Wr−Miss=キャッシュメモリ
ミスの確率、tr−La=主メモリへの読出しアクセス
時間、WPBi=データバスDBの平均アクセス確率、
n=接続されるプロセッサユニットPEの数、f=並列
性係数(どれだけ多くのアクセスが平均してポートあた
り可能か)。
【0019】例としてWr=0,8、Wr−Miss=
0,1、tr−La=4、WPBi=0,5、f=2が
選ばれ得る。その場合、読出しポートRPのおよその数
はk=1となる。
【0020】図3には結合領域KFの第2の実現例が示
されている。ここではマトリックス点MPあたり、バス
端子線BASをキャッシュメモリポートと接続し得るた
だ1つの結合要素BKが設けられている。複数の語幅の
キャッシュメモリポートへの伝送すべき語の分配はマル
チプレクサWMにより行われる。この実現例により結合
要素BKの数が節減され、またそれによって費用がかな
り減ぜられる。
【0021】図4には結合領域KFの第3の実現例が示
されている。ここでは結合領域KFのマトリックス点あ
たり2つの結合要素BKが設けられており、これらを介
して各バス端子線BASが2つのポート接続線と結合可
能である。4語幅のポートへの分配はやはりマルチプレ
クサWMにより行われる。
【0022】命令機構IUが固有の読出しポート、たと
えばRP1を利用することは目的にかなっており、この
場合、プロセッサ要素PEはこの読出しポートにアクセ
スし得ないか、低い優先順位でのみアクセスし得るかで
ある。相応のことが主メモリMMに対してもあてはまる
。プロセッサ要素PEに無関係にデータをキャッシュメ
モリから主メモリMMに書込み得るように、無関係な読
出しポート、たとえばRP0が望ましい。同じく固有の
書込みポートが設けられ得る。
【0023】キャッシュメモリ制御部CCUは制御信号
S−KFにより結合領域KFを制御し、また制御信号S
−CSBによりキャッシュメモリCSBを制御する。さ
らに、バスDBからキャッシュメモリ制御部CCUに供
給されるリクエスト信号S−REのような制御信号が処
理され、またその際に起こり得るアクセス衝突が局部化
または除去される。プロセッサ要素PEから到来するリ
クエスト信号S−REは決められた優先順位に従って処
理される。結合要素BKの制御によりi語幅のポート上
で2つまたはそれ以上、最大i、のアクセスが並列に行
われ得る。各語に対する語アドレスはバスからキャッシ
ュメモリポートへ通される。要求S−REはキャッシュ
メモリ制御部によりS−ACにより受信確認される。ミ
スの場合には、必要な主メモリアクセスがレリーズされ
、また新しいデータがキャッシュメに伝送される。
【0024】キャッシュメモリ制御部CCUの動作のた
めにはこうして、バスDBまたはPI−MMからキャッ
シュメモリ制御部へ、またそこから結合領域、キャッシ
ュメモリCSBまたはデータバスDB、PI−MMへ通
ずる制御信号が用いられている。たとえば、キャッシュ
メモリ制御部のなかに含まれているマイクロプログラム
により相応の制御信号がレリーズされ得る。
【0025】結合要素は公知の構成のバス結合器であり
得る。それらはj語幅のデータをバス上に通すのに適し
ていなければならない。実施例でバスが1語幅であり、
またたとえば語が36ビットを有するならば、結合要素
は36ビットをスイッチングすることができなければな
らない。命令バスDBIおよびメモリバスPI−MMに
対する結合要素KEは、i語幅の情報語をキャッシュメ
モリCSBから読出し、またそこへ書込むことが可能で
あるように、図面に相応して配置されていてよい。キャ
ッシュメモリポートは通常の仕方で構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】複数のプロセッサ要素を有するプロセッサのブ
ロック回路図。
【図2】キャッシュメモリ装置の第1の実施例。
【図3】キャッシュメモリ装置の第2の実施例。
【図4】キャッシュメモリ装置の第3の実施例。
【符号の説明】
BA  バス端子 BAS  バス接続線 BK  結合要素 CA  キャッシュメモリ装置 CCU  キャッシュメモリ制御部 CS  制御メモリ CSB  キャッシュメモリ DB  データバス DBI  命令バス IU  命令機構 KF  結合領域 MI  導線 MM  主メモリ MP  マトリックス点 P    プロセッサ PAS  ポート接続線 PE  プロセッサ要素 PI−MM  メモリバス RB  レジスタバス RBI  バス RG  レジスタバンク RP  キャッシュメモリ読出しポートWM  マルチ
プレクサ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  m個のバス端子(BA)を有するキャ
    ッシュメモリ装置において、キャッシュメモリ(CSB
    )からのデータの読出しのためのk(k<m)個のキャ
    ッシュメモリポート(RP)およびキャッシュメモリへ
    のデータの書込みのためのp(p<m)個のキャッシュ
    メモリポート(WP)を有するキャッシュメモリ(CS
    B)と、キャッシュメモリポートとバス端子(BA)と
    の接続を形成するための制御可能な結合要素(BK)を
    有する結合領域(KF)と、結合領域(KF)の結合要
    素(BK)を制御するためのキャッシュメモリ制御部(
    CCU)とを含んでいることを特徴とするキャッシュメ
    モリ装置。
  2. 【請求項2】  プロセッサ(P)の主メモリ(MM)
    がメモリバス(PI−MM)を介して結合領域(KF)
    と接続されていることを特徴とする請求項1記載のキャ
    ッシュメモリ装置。
  3. 【請求項3】  プロセッサ(P)のユニット(IU、
    PE)がバス(DB)を介して結合領域(KF)と接続
    されていることを特徴とする請求項1または2記載のキ
    ャッシュメモリ装置。
  4. 【請求項4】  キャッシュメモリ(CSB)が別々に
    制御可能なキャッシュメモリバンクから成っていること
    を特徴とする請求項1ないし3の1つに記載のキャッシ
    ュメモリ装置。
  5. 【請求項5】  結合要素(BK)によりバス端子(B
    A)が並列にキャッシュメモリ(CSB)に接続可能で
    あることを特徴とする請求項1ないし4の1つに記載の
    キャッシュメモリ装置。
  6. 【請求項6】  キャッシュメモリの各ポートがi語幅
    であり、またバスがj語幅であり、また並列に最大i語
    がプロセッサのなかに含まれているプロセッサ要素(P
    E)からキャッシュメモリへ接続可能であることを特徴
    とする請求項5記載のキャッシュメモリ装置。
  7. 【請求項7】  結合領域(KF)がマトリックス点(
    MP)に結合要素(BK)を有するマトリックスから成
    っており、また結合要素(BK)の行がバス端子(BA
    )に接続されており、列がキャッシュメモリポートのポ
    ート端子線(PAS)であることを特徴とする請求項2
    ないし6の1つに記載のキャッシュメモリ装置。
  8. 【請求項8】  マトリックス点(MP)に、j語幅の
    バス端子線とi語幅のポート端子線(PAS)とを接続
    するためのi個の結合要素(BK)が配置されているこ
    とを特徴とする請求項7記載のキャッシュメモリ装置。
  9. 【請求項9】  マトリックス点(MP)あたり1つの
    結合要素(KE)が設けられており、またキャッシュメ
    モリポートとポート端子線との間に、j語幅のポート端
    子線をi語幅のキャッシュメモリポートに分配する語マ
    ルチプレクサ(WM)が配置されていることを特徴とす
    る請求項7記載のキャッシュメモリ装置。
  10. 【請求項10】  マトリックス点(MP)あたり2つ
    (またはそれ以上)の結合要素(KE)が設けられてお
    り、またキャッシュメモリポートとポート端子線との間
    に、結合要素の列あたり、2つ(またはそれ以上)のポ
    ート端子線をi語幅のキャッシュメモリポートに分配す
    る語マルチプレクサ(WM)が配置されていることを特
    徴とする請求項7記載のキャッシュメモリ装置。
  11. 【請求項11】  別々の書込みポート(WP)および
    読出しポート(RP)が設けられていることを特徴とす
    る請求項7ないし10の1つに記載のキャッシュメモリ
    装置。
  12. 【請求項12】  書込みポートの数pがだいたい次式
    p=[WW + WW−Miss * tW−La] 
    * n * WPBi/fここで、p=書込みポートの
    数、wW=書込みアクセス確率、WW−Miss=キャ
    ッシュメモリミスの確率、tW−La=主メモリへの書
    込みアクセス時間、WPBi=データバスDBの平均ア
    クセス確率、n=接続されるプロセッサユニットPEの
    数、f=並列性係数(どれだけ多くのアクセスが平均し
    てポートあたり可能か)に従って決定されることを特徴
    とする請求項11記載のキャッシュメモリ装置。
  13. 【請求項13】  読出しポートの数kがだいたい次式
    k=[Wr + Wr−Miss * tr−La] 
    * n * WPBi/fここで、k=読出しポートの
    数、wr=読出しアクセス確率、Wr−Miss=キャ
    ッシュメモリミスの確率、tr−La=主メモリへの読
    出しアクセス時間、WPBi=データバスDBの平均ア
    クセス確率、n=接続されるプロセッサユニットPEの
    数、f=並列性係数(どれだけ多くのアクセスが平均し
    てポートあたり可能か)に従って決定されることを特徴
    とする請求項11記載のキャッシュメモリ装置。
  14. 【請求項14】  命令機構(IU)に対して固有の読
    出しポートがキャッシュメモリに設けられていることを
    特徴とする請求項1ないし13の1つに記載のキャッシ
    ュメモリ装置。
  15. 【請求項15】  主メモリ(MM)に対してキャッシ
    ュメモリの固有の読出しポートまたは書込みポートが設
    けられていることを特徴とする請求項1ないし14の1
    つに記載のキャッシュメモリ装置。
JP3268782A 1990-09-26 1991-09-20 キャッシュメモリ装置 Withdrawn JPH04257949A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4030435.3 1990-09-26
DE4030435 1990-09-26

Publications (1)

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JPH04257949A true JPH04257949A (ja) 1992-09-14

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ID=6415009

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US (1) US5287480A (ja)
EP (1) EP0477595A3 (ja)
JP (1) JPH04257949A (ja)

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