JPH0486943A - Exclusive control system for shared memory - Google Patents

Exclusive control system for shared memory

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JPH0486943A
JPH0486943A JP2203435A JP20343590A JPH0486943A JP H0486943 A JPH0486943 A JP H0486943A JP 2203435 A JP2203435 A JP 2203435A JP 20343590 A JP20343590 A JP 20343590A JP H0486943 A JPH0486943 A JP H0486943A
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shared memory
exclusive control
exclusive
memory
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Satoshi Matsushita
智 松下
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Abstract

PURPOSE:To realize exclusive control without increasing the number of times of memory access when access not accompanying by the exclusive control is performed by performing the data operation of exclusive control completion as second exclusive control access via exclusive control access space. CONSTITUTION:An arbitration circuit 24 arbitrates access to shared memory 11, and asserts a signal which opens a buffer 0 or 1 corresponding to the result of arbitration. To the circuit 24, signals rd 0, rd 1 are inputted from each processor to decide whether the access from a processor 0 or 1 to the memory 11 is read access or write access. Furthermore, the processor 0 or 1, when making access the memory 11, samples signals en0, en1, respectively, and assumes that no access right of the shared memory is acquired when those signals are not asserted, and performs idling until those signals are asserted.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野) 本発明は、共有メモリを介して通信する複数のプロセッ
サが同時に動作するマルチプロセッサ装置における共有
メモリの排他制御方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an exclusive control method for a shared memory in a multiprocessor device in which a plurality of processors communicating via a shared memory operate simultaneously.

(従来の技術) 従来、共有メモリを介して通信する複数のプロセッサが
同時に動作するマルチプロセッサ装置における共有メモ
リの排他制御を実現する機構は2つに大別される。これ
を以下に示す。
(Prior Art) Conventionally, mechanisms for realizing exclusive control of a shared memory in a multiprocessor device in which a plurality of processors communicating via a shared memory operate simultaneously can be broadly classified into two types. This is shown below.

1 、 Te5t and Set、Read Mod
ify Write、Fetch andAdd、Co
npare and Swapなど、読み込み、値操作
、再書き込みをメモリに対する不可分な動作として実現
する機械命令を設ける。
1, Te5t and Set, Read Mod
ify Write, Fetch and Add, Co
Provide machine instructions such as npare and swap that implement reading, value manipulation, and rewriting as atomic operations on memory.

2、排他制御のための制御をもったハードウェアメモリ
を設け、そのメモリへの通常命令によるアクセスにより
排他制御を実現する。例えば、Atomic Lock
 He1oryでは、特定のメモリアドレスに対して読
み出しアクセス(readアクセス)をした場合、その
メモリ内容をCPtJに渡すと同時にメモリ内部でハー
ドウェア的にそのアドレスの内容を1(lock状態)
にする。ロック(lock)状態のメモリへのread
アクセスは、そのアドレスの内容が0(アンロック:u
nlock)になるまで待たされる。書き込みアクセス
(writeアクセス)によりアドレスの内容を0にリ
セットされる。これにより、!p他¥i11脚を実現す
るものである。これは、Te5t and Setのハ
ードウェアによる実装に相当する。
2. A hardware memory with control for exclusive control is provided, and exclusive control is realized by accessing the memory by a normal instruction. For example, Atomic Lock
In He1ory, when a read access is made to a specific memory address, the contents of that memory are passed to CPtJ and at the same time, the contents of that address are set to 1 (locked state) by hardware inside the memory.
Make it. read from locked memory
When accessing, the content of the address is 0 (unlocked: u
nlock). The content of the address is reset to 0 by write access. With this,! This is to realize p and other ¥i11 legs. This corresponds to the hardware implementation of Te5t and Set.

(発明が解決しようとする課題) 近年、RISCプロセッサが背反したが、RISCプロ
セッサではパイプラインの乱れを敢小眼にするなめに1
命令に1メモリアクセスか1演算を基本とし、従来の技
術の欄の1に挙げた櫟に2メモリアクセスを不可分に実
行するものはRISCの枠外になり実現しにくい。
(Problem to be solved by the invention) In recent years, RISC processors have gone against the grain.
A system that basically requires one memory access or one operation per instruction, and indivisibly executes two memory accesses for each command listed in 1 of the prior art column is outside the scope of RISC and is difficult to implement.

一方、Atomic Lock Hel′1oryでは
、メモリアドレス分の排他制御資源を実現することがで
きるが、ハードウェアが複雑になる。
On the other hand, with Atomic Lock Hel'1ory, exclusive control resources for memory addresses can be realized, but the hardware becomes complicated.

プロセッサ数が少なく排他資源の競合の割合が少ないと
きには、排他制御資源は1つでよく、より実現の容易な
ハードウェア方式が望まれる。
When the number of processors is small and the contention rate for exclusive resources is low, only one exclusive control resource is required, and a hardware system that is easier to implement is desired.

また、従来の共有メモリの排他制御方式では、操作した
い記憶域以外にロックのための記憶域を用意し、プログ
ラムには該記憶域に対する口・yり操作とアンロック操
作命令が追加されることになる。メモリアクセス時間に
対し計算速度が極めて速いRISCプロセッサでは、こ
のようにメモリアクセス操作が増えることは望ましくな
い。
In addition, in the conventional shared memory exclusive control method, a storage area for locking is prepared in addition to the storage area to be manipulated, and a program is required to add commands to manipulate and unlock the storage area. become. In a RISC processor whose calculation speed is extremely fast relative to the memory access time, it is undesirable for the number of memory access operations to increase in this manner.

そこで本発明の目的は、簡易なハードウェアを用い、か
つ、排他制御のためのメモリアクセスの増加がない共有
メモリの排他制御方式を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a shared memory exclusive control method that uses simple hardware and does not increase memory access for exclusive control.

(課題を解決するための手段) 本発明に係る共有メモリの排他制御方式は、共有メモリ
を介して通信する複数のプロセッサが同時に動作するマ
ルチプロセッサ装置において、あるプロセッサがある時
間の間前記共有メモリを専有して他のプロセッサの前記
共有メモリへのアクセスを禁止する共有メモリの排他制
御方式であって、 前記共有メモリのアドレス空間には、通常アクセス空間
と排他制御アクセス空間とが二重に割当ててあり、 前記複数のプロセッサの前記共有メモリへのアクセスに
は、前記通常アクセス空間を介する通常アクセスと前記
排他制御アクセス空間を介する排他アクセスとがあり、 前記複数のプロセッサは、前記共有メモリを専有すると
きには専有の指示を含む第1の排他制御アクセスにより
前記排他制御アクセス空間を介して前記共有メモリにア
クセスし、前記共有メモリの専有を解除するときには専
有解除の指示を含む第2の排他制御アクセスにより前記
排他制御アクセス空間を介して前記共有メモリにアクセ
スすることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A shared memory exclusive control method according to the present invention provides a multiprocessor device in which a plurality of processors communicating via a shared memory operate simultaneously, in which a certain processor uses the shared memory for a certain period of time. A shared memory exclusive control method that prohibits other processors from accessing the shared memory by exclusive use of the shared memory, wherein the address space of the shared memory is doubly allocated as a normal access space and an exclusive control access space. Accesses to the shared memory by the plurality of processors include normal access via the normal access space and exclusive access via the exclusive control access space, and the plurality of processors exclusively use the shared memory. When the shared memory is to be released from exclusive use, the shared memory is accessed via the exclusive control access space using a first exclusive control access that includes an instruction for exclusive use, and when the shared memory is to be released from exclusive use, a second exclusive control access that includes an instruction to release exclusive use is performed. The shared memory is accessed via the exclusive control access space.

(作用) 本発明においては、排他制御を始めたいときの共有メモ
リ上のデータに対する操作を第1の排他制御アクセスと
して排他制御アクセス空間を介して行ない、排他制御終
了時のデータ操作を排他制御アクセス空間を介した第2
の排他制御アクセスとして行なうことにより、排他制御
を伴わないアクセスの場合に対し、メモリアクセス回数
を増加することなく排他制御を実現することが可能であ
る。
(Operation) In the present invention, the operation on data on the shared memory when starting exclusive control is performed via the exclusive control access space as the first exclusive control access, and the data operation at the end of exclusive control is performed as the exclusive control access. 2nd through space
By performing this as an exclusive control access, it is possible to realize exclusive control without increasing the number of memory accesses compared to the case of access without exclusive control.

本発明は、共有メモリマツプに不可欠な調停回路に若干
の改良を加えることで実現でき、装置規模が小さくて済
む。
The present invention can be realized by making some improvements to the arbitration circuit essential to the shared memory map, and the device size can be reduced.

(実施例) 本発明の共有メモリの排他制御方式について、第1図、
第2図を参照して説明する。第1図は。
(Example) Regarding the shared memory exclusive control method of the present invention, FIG.
This will be explained with reference to FIG. Figure 1 is.

本発明の一実施例のメモリマツプを示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a memory map according to an embodiment of the present invention.

プロセッサ16は、共有メモリ11に対し、排他制御ア
クセス空間12および通常アクセス空間13の2つの空
間のどちらからでも書き込みおよび読みだしの操作をす
ることができる。排他制御アクセス空間12を介したア
クセスが排他アクセス14でり、通常アクセス空間13
を介したアクセスが通常アクセス15である。
The processor 16 can perform write and read operations on the shared memory 11 from either of two spaces, the exclusive control access space 12 and the normal access space 13. Access via exclusive control access space 12 is exclusive access 14, and access via normal access space 13 is
Access via is normal access 15.

1、排他制御アクセス空間12を経由した読みだし操作
は、共有メモリ11のロック(1ock)として動作し
、この1ock操作以降、共有メモリ11のアンロック
(unlock)操作があるまで、その読みだし操作を
したプロセッサ以外の共有メモリ11に対するアクセス
(14,15)を−切禁止する。
1. A read operation via the exclusive control access space 12 operates as a lock (1 lock) of the shared memory 11, and after this 1 lock operation, the read operation will not be performed until there is an unlock operation of the shared memory 11. Access (14, 15) to the shared memory 11 by processors other than those that have executed the process is prohibited.

2、排他制御アクセス空間12を経由した書き込み操作
は、共有メモリ11のunlockとして動作し、この
unIOCk操作p1降、任意のプロセッサの共有メモ
リ11に対するアクセス(14,15>を可能とする。
2. A write operation via the exclusive control access space 12 operates as an unlock for the shared memory 11, and after this unIOCk operation p1, any processor can access the shared memory 11 (14, 15>).

3、通常アクセス15は、排他アクセス14における1
ock操作、unlock操作で定まるアクセス権の状
態に関しては一切影響を与えない。
3. Normal access 15 is 1 in exclusive access 14
It does not affect the status of access rights determined by ock and unlock operations.

以上の3つが本実施例を実現する制御法であり、全て共
有メモリへのアクセスが許されたプロセッサのみが行な
うことが許される。
The above three control methods realize this embodiment, and all of them are allowed to be performed only by a processor that is allowed to access the shared memory.

第1図に示す様にプロセッサ数が2である本実施例の構
成を第2図に示す。11は共有メモリであり、16はプ
ロセッサであり、23はアドレスデコーダであり、24
は調停回路であり、25はバッファである。共有メモリ
11へのアクセスが第1図における排他側脚アクセス空
間12へのものである場合、アドレスデコーダN(N=
Oor1)は信号5elNxをアサートし、通常アクセ
ス空間13へのものである場合、信号5elNnをアサ
ートする。
FIG. 2 shows the configuration of this embodiment in which the number of processors is two as shown in FIG. 1. 11 is a shared memory, 16 is a processor, 23 is an address decoder, and 24
is an arbitration circuit, and 25 is a buffer. If the access to the shared memory 11 is to the exclusive leg access space 12 in FIG.
Oor1) asserts the signal 5elNx, and if the access is to the normal access space 13, asserts the signal 5elNn.

調停回路24は、共有メモリ11へのアクセスを調停し
、調停の結果に応じてバッファOまたはバッファ1を開
ける信号をアサートする。調停回路24には、プロセッ
サ0まなはプロセッサ1がらの共有メモリ11へのアク
セスがreadアクセスであるか、writeアクセス
であるかを判定するために、各プロセッサから信号rd
o。
The arbitration circuit 24 arbitrates access to the shared memory 11, and asserts a signal to open buffer O or buffer 1 depending on the result of the arbitration. The arbitration circuit 24 receives a signal rd from each processor in order to determine whether the access to the shared memory 11 by processor 0 or processor 1 is a read access or a write access.
o.

rdlが入力される。rdl is input.

さらに、プロセッサ0またはプロセッサ1は、共有メモ
リ11をアクセスした場合、それぞれeno、enl信
号をサンプリングし、該信号がアサートされていない場
合は、共有メモリアクセス権が得られなかったものとみ
なし、該信号がアサートされるまでアイドリングする。
Furthermore, when processor 0 or processor 1 accesses the shared memory 11, it samples the eno and enl signals, respectively, and if the signals are not asserted, it assumes that the shared memory access right has not been obtained, and Idle until signal is asserted.

第3図に調停回路24の状態遷移図を示す。第3図はm
 o o r型の遷移図であり、鍵括弧内が状態名であ
る。アトートを1としたときの信号eno、enlの状
態を円内に示す。各状態遷移において、条件が成立して
いないこと(ネゲートされている状態)を上線、orを
′±′andを° ・°を用いて示す5またrdQrd
l信号は、readアクセス時にアサートされ、w r
 i t eアクセスの時にネゲートされるものとする
FIG. 3 shows a state transition diagram of the arbitration circuit 24. Figure 3 is m
It is an o o r type transition diagram, and the state names are in square brackets. The states of the signals eno and enl when the atto is set to 1 are shown in the circles. In each state transition, use an overline to indicate that the condition is not satisfied (negated state), 5 or rdQrd to indicate or using '±' and ° ・°
The l signal is asserted during read access, and w r
It shall be negated at the time of IT access.

調停回路24は、以下の各状態を遷移する。The arbitration circuit 24 transits through the following states.

1、どのプロセッサも共有メモリ11をアクセスしてい
ない状態[1dle] 2、プロセッサNが共有メモリ11をアクセスしている
が、アクセスが終了しだい[1dle]に戻る状態。[
AccN] 3゜プロセッサNが共有メモリ11を排他的にアクセス
しており、アクセスが終了してもunlook操作を行
なわない限り共有メモリ11を占有しつづける状態。[
exN]。
1. A state in which no processor is accessing the shared memory 11 [1dle] 2. A state in which processor N is accessing the shared memory 11, but returns to [1dle] as soon as the access is completed. [
AccN] 3. Processor N is accessing the shared memory 11 exclusively and continues to occupy the shared memory 11 even after the access is completed unless an unlook operation is performed. [
exN].

本実施例における排他制御動作と調停回路24の状態を
以下に示す。
The exclusive control operation and the state of the arbitration circuit 24 in this embodiment are shown below.

1.プロセッサNが第1図における排他制御アクセス空
間12にw r i t eアクセスすることで、調停
回路24の状態がexNに遷移し、当該プロセッサN以
外のプロセッサによる一切の共有メモリ11へのアクセ
ス(第1図の14.15>を禁止する。
1. When the processor N writes access to the exclusive control access space 12 in FIG. 14.15> in Figure 1 is prohibited.

2、その後、第1図における通常アクセス15では、調
停回路24はexNの] ock状態のまま遷移しない
2. Thereafter, in the normal access 15 in FIG. 1, the arbitration circuit 24 does not transition while exN remains in the ock state.

3、さらに、そのプロセッサNが第1図における排他制
御アクセス空間12にreadアクセスした時点でAc
cNに状態が遷移し、該readアクセスが終了次第1
dle状態へ遷移して再び当該プロセッサN以外の共有
メモリ11へのアクセスが可能になる。
3.Furthermore, when the processor N makes read access to the exclusive control access space 12 in FIG.
As soon as the state transitions to cN and the read access ends, 1
Transitioning to the dle state allows access to the shared memory 11 by processors other than the processor N again.

本実施例は、通常の共有メモリ装置に対し、第2図のア
ドレスデコーダ23から、5elNxの信号を余計にと
りだすだけでよく、また、調停回路24へは、第3図の
状態遷移図において、プロセッサ(プロセッサNとする
)1台につきenNの状91つを追加するだけでよく、
装置規模が小さくて済む。
In this embodiment, for a normal shared memory device, it is only necessary to take out an extra signal of 5elNx from the address decoder 23 in FIG. It is only necessary to add 91 pieces of enN for each processor (denoted as processor N),
The equipment size can be small.

次に、本実施例のプログラミングについて述べる。Next, programming in this embodiment will be described.

ある変数Aの値を読みだすとともに、変数Aの値は1に
しておく操作を不可分に実行する命令をtest  a
nd  setと呼ぶ。これは、本実施例を用いて以下
の様に実装できる。
Test a is an instruction that inseparably executes an operation that reads the value of a variable A and sets the value of variable A to 1.
nd set. This can be implemented as follows using this embodiment.

1、第1図の排他制御アクセス空間12を介しである変
数Aの値を読む。同時に共有メモリ11には1ockが
かかる。
1. Read the value of a variable A via the exclusive control access space 12 in FIG. At the same time, 1ock is applied to the shared memory 11.

2、第1図の排他制御アクセス空間12を介して変数A
に1を書き込み共有メモリ11の1ockを解除する。
2. Variable A via the exclusive control access space 12 in FIG.
1 is written to release the 1ock of the shared memory 11.

O8で頻繁に用いられる排他処理にリンクドリストの操
作がある。第4図にセル142とセルj43の間にセル
に41を挿入する操作を行なう前の状態を示す。44は
順方向(後方)のセルを指すポインタ、45は逆方向の
セルを指すポインタである。操作後には、第5図の状態
になる。
Linked list operations are frequently used exclusion processing in O8. FIG. 4 shows the state before the operation of inserting 41 into the cell between cell 142 and cell j43. 44 is a pointer pointing to a cell in the forward direction (backwards), and 45 is a pointer pointing to a cell in the backward direction. After the operation, the state shown in FIG. 5 will be achieved.

本操作のプログラミング例を第6図に示す。第6図にお
いてregはCPU内のレジスタを、(FJ)は変数F
jに格納された値を、reg←(Fj)は変数Fjに格
納された値をレジスタに転送することを示す。
A programming example of this operation is shown in FIG. In Figure 6, reg is a register in the CPU, and (FJ) is a variable F.
reg←(Fj) indicates that the value stored in variable Fj is transferred to the register.

(発明の効果) 本発明は、共有メモリm構に不可欠な調停回路に若干の
改良を加えることで実現でき、小さなハードウェア量で
実現できる。
(Effects of the Invention) The present invention can be realized by adding some improvements to the arbitration circuit essential to the shared memory m structure, and can be realized with a small amount of hardware.

また、実施例で挙げた2つのプログラミング例をはじめ
として、Compare and Swap、Fetc
h and^ddなど通常の排他操作は、readアク
セスから始まり、w r i t eアクセスで終了す
る。従って、本発明では、最初の転送操作と最後の転送
操作に共有メモリの1ock、unlock操作を兼ね
させることで、排他制御を行なわずに本操作を実装した
場合と同一の命令数で排他処理を記述することができる
In addition to the two programming examples mentioned in the example, Compare and Swap, Fetc
A normal exclusive operation such as h and^dd starts with a read access and ends with a write access. Therefore, in the present invention, by making the first transfer operation and the last transfer operation also serve as 1lock and unlock operations of the shared memory, exclusive processing can be performed with the same number of instructions as when implementing this operation without performing exclusive control. can be described.

さらに、RISCプロセッサの命令がCl5Cのマ不ク
ロ命令に相当することを考慮すると、本発明ではCl5
Cの任意の高機能命令をCl5Cと同等のオーバーヘッ
ドで、RISCプロセッサ上にソフトウェア的に実装す
ることかできる。
Furthermore, considering that RISC processor instructions correspond to Cl5C macroinstructions, the present invention
Any high-performance C instruction can be implemented in software on a RISC processor with the same overhead as C15C.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例のメモリマツプを示す図、第
2図は本実施例の構成を示す図、第3図は調停回路24
の状態遷移を示す図、第4図は本実施例による2重リン
クドリストの操作前の状態を示す図、第5図は本実施例
による2重リンクドリストの操作後の状態を示す図、第
6図はリンクドリスト操作のプログラミング例を示す図
である。 11・・・共有メモリ、12・・・排他制御アクセス空
間、13・・・通常アクセス空間、14・・・排他アク
セス、15・・・通常アクセス、16・・・プロセッサ
、23・・・アドレスデコーダ、24・・・調停回路、
25・・・バッファ、41・・・セルk、42・・・セ
ルi、43・・・セルj、44・・・順方向ポインタ、
45・・・逆方向ポインタ。 第4図 reg −(Fi )    −− (Fk) −reg rego(E3J ) (Bk)  −reg (Fl)←セルにのアドレス (BJ”)−セルにのアドレス 第 図
FIG. 1 is a diagram showing a memory map of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of this embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing the arbitration circuit 24.
FIG. 4 is a diagram showing the state before the operation of the doubly linked list according to this embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing the state after the operation of the doubly linked list according to this embodiment. , FIG. 6 is a diagram showing a programming example of linked list operation. 11... Shared memory, 12... Exclusive control access space, 13... Normal access space, 14... Exclusive access, 15... Normal access, 16... Processor, 23... Address decoder , 24...Arbitration circuit,
25... Buffer, 41... Cell k, 42... Cell i, 43... Cell j, 44... Forward pointer.
45... Reverse direction pointer. Figure 4 reg - (Fi) -- (Fk) -reg rego (E3J) (Bk) -reg (Fl) ← Address to cell (BJ") - Address to cell Figure

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)共有メモリを介して通信する複数のプロセッサが
同時に動作するマルチプロセッサ装置において、あるプ
ロセッサがある時間の間前記共有メモリを専有して他の
プロセッサの前記共有メモリへのアクセスを禁止する共
有メモリの排他制御方式であって、 前記共有メモリのアドレス空間には、通常アクセス空間
と排他制御アクセス空間とが二重に割当ててあり、 前記複数のプロセッサの前記共有メモリへのアクセスに
は、前記通常アクセス空間を介する通常アクセスと前記
排他制御アクセス空間を介する排他アクセスとがあり、 前記複数のプロセッサは、前記共有メモリを専有すると
きには専有の指示を含む第1の排他制御アクセスにより
前記排他制御アクセス空間を介して前記共有メモリにア
クセスし、前記共有メモリの専有を解除するときには専
有解除の指示を含む第2の排他制御アクセスにより前記
排他制御アクセス空間を介して前記共有メモリにアクセ
スすることを特徴とする共有メモリの排他制御方式。
(1) In a multiprocessor device in which multiple processors that communicate via a shared memory operate simultaneously, one processor monopolizes the shared memory for a certain period of time and prohibits other processors from accessing the shared memory. In the memory exclusive control method, the address space of the shared memory is doubly allocated as a normal access space and an exclusive control access space, and the plurality of processors access the shared memory using the There are normal access via the normal access space and exclusive access via the exclusive control access space, and when the plurality of processors monopolize the shared memory, the plurality of processors access the exclusive control access by a first exclusive control access including an exclusive instruction. The shared memory is accessed via a space, and when the shared memory is released from exclusive use, the shared memory is accessed via the exclusive control access space by a second exclusive control access that includes an instruction to release exclusive use. Exclusive control method for shared memory.
(2)前記第1の排他制御アクセスは読み出しアクセス
であり、前記第2の排他制御アクセスは書き込みアクセ
スであることを特徴とする請求項1に記載の共有メモリ
の排他制御方式。
(2) The shared memory exclusive control method according to claim 1, wherein the first exclusive control access is a read access, and the second exclusive control access is a write access.
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