JPS6047623B2 - アドレス変換方式 - Google Patents

アドレス変換方式

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JPS6047623B2
JPS6047623B2 JP57020721A JP2072182A JPS6047623B2 JP S6047623 B2 JPS6047623 B2 JP S6047623B2 JP 57020721 A JP57020721 A JP 57020721A JP 2072182 A JP2072182 A JP 2072182A JP S6047623 B2 JPS6047623 B2 JP S6047623B2
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潔 矢田
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00—Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/02—Addressing or allocation; Relocation
    • G06F12/08—Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
    • G06F12/10—Address translation
    • G06F12/1027—Address translation using associative or pseudo-associative address translation means, e.g. translation look-aside buffer [TLB]
    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の対象 本発明は、アドレス変換方式に関し、特に2ページに渡
るオペランドのアドレスに対して、1回のTLB(Tr
anslationLf)okasideBuffer
)の索引でページ渡りを検出できるアドレス変換方式に
関するものである。
従来技術 仮想記憶方式を用いる計算機システムでは、処理装置が
主記憶装置に格納されているデータをアクセスするとき
、そのデータの主記憶装置上での所在位置を示すアドレ
ス(実アドレス)とは別に定められた論理アドレスによ
りアクセスする。
ま1た、多重仮想記憶方式では、複数個のアドレス空間
が設けられ、1つの仮想空間には1つのジョブしか存在
しないので、同時に動作するジョブの数に応じてその数
だけの仮想空間が用意される。そして、仮想空間のアド
レスと実アドレスとの対応;ずけを行う処理が各仮想空
間ごとに行われ、その結果はオペレーティング、システ
ムが管理する主記憶上のアドレス変換テーブル上に格納
される。一方、仮想記憶方式を有する計算機システムで
は、一般に処理装置内部にTLB(アドレス変換バッフ
ァ)を備えている。これは、論理アドレスとそれに対応
する実アドレスとの対を復数個貯えた連想記憶装置であ
る。ところで、従来より、命令を実行する際には、その
実行に先立ち、該当する命令あるいはオペランドのアド
レスがアドレス変換可能であるか否か、つまりそのアド
レスに対応するアドレス変換テーブルが準備されている
か否かを検査し、もし可能であれば、該当命令の実行を
行つている。
この検査を、アドレス変換のプリテストと呼ぶ。アドレ
ス変換が可能であるか否かは、命令あるいはオペランド
が主記憶上のアドレス変換の対象となる最小の記憶単位
であるページ内にあれば、1回のアドレス変換ですむの
で、1回だけ行えばよいが、もし2ページに渡つて存在
する場合にほ、2回のアドレス変換が必要であるため、
2回の検査を要することになる。仮想空間を用いる計算
機システムでは、仮想空間上のデータがページ単位に分
割されており、例えば256Kバイトの仮想空間が4K
バイトのページに分割される場合には、仮想空間上に存
在するデータは1ページ単位で実空間、つまり主記憶上
の任意の位置に格納される。
システムによつては、仮想空間上の複数ページが実空間
上の1ページに対応している場合もあるが、通常は仮想
空間の1ページが実空間の1ページと1対1に対応して
いる。いま、可変長のオペランドが記憶装置に格納され
ており、その最大長が1ページ以内であるオペ、ランド
同志を操作する命令が発行された場合に、オペランドが
アドレス変換可能か否かの検査を行う方法を第1図によ
り説明する。
第1図では、主記憶上の第1および第2オペランドの格
納状態を示しており、第1オペランド.(10p)はペ
ージ1とページ2に連続し、第2オペランド(20p)
はページ3とページ4に連続してそれぞれ格納されてい
る。
この場合にけ、第4オペランド(10p)に関して、ペ
ージ1と2、第2オペランド(20p)に関してクペー
ジ3と4をそれぞれ検査するので、計4回もアドレス変
換が可能か否かの検査を行う必要がある。この検索は、
主記憶上に準備してあるアドレス変換テーブルを索引す
ることにより行うが、通常はこれを高速化するため先す
TLBを索引し、そこにアドレス変換テーブルの該当す
る写しがないときのみ主記憶上のテーブルをアクセスす
る。第2図は、アドレス変換処理の機能ブロック図であ
る。論理アドレス・レジスタ1の上位ビットで処理装置
内のTLB4を索引するか、あるいはそこにない場合に
は主記憶上のアドレス変換テーブル3を索引することに
より、プリテストとアドレス変換動作を行い、変換結果
のアドレス6と論理アドレス1のうちのページ内アドレ
ス(下位ビット)5とで実アドレスを得て、実アドレス
・レジスタ2にセットする。アドレス変換が可能か否か
のプリテストは、第1図に示す状態では4回行われるこ
とになるの・で、もし第1図のページ1〜4がすべてT
LB4に存在したとしても、これに要するオーバヘッド
は大きくなる。
なお、第1図では、第1、第2オペランド(10p,2
0p)ともにページ渡りをしている場合を示しているが
、たとえページ渡・りをしていない場合でも、ページ渡
りを検出する回路が準備されていない限り、オペランド
に楓5て4回の検査が必要である。つまり、オペランド
がページ渡りをしているか否かは、オペランFの先頭ア
ドレスとオペランド長を加算しなければ判別できない。
このため、オペランドがページ渡りをするか否かをを検
査する代りに、オペランドの先頭アドレスと、オペラン
ドの先頭アドレスにオペランド長を加算した最終アドレ
スの両方をアドレス変換して、変換可能であれば命令の
実行を開始する方法も行われている。しかし、従来のい
ずれの方法も、アドレス変換可能か否かを検査する時間
、あるいは加算して最終アドレスを算出する時間等がか
かり、処理装置におけるアドレス変換のオーバヘッドが
大きく、命令処理の性能低下を招いている。
発明の目的 本発明の目的は、このような従来の問題点を解消するた
め、アドレス変換可能であるか否かを検査する時間を不
要とし、アドレス変換のオーバヘッドを低減できるアド
レス変換方式を提供することにある。
発明の詳細な説明 上記目的を達成するため、本発明のアドレス変換方式は
、アドレス変換テーブルを用いて論理アドレスから実ア
ドレスに変換を行うデータ処理装置において、アドレス
変換テーブルの各エントリに、連続する前と後の一方あ
るいは両方の論理アドレス◆エントリがアドレス変換可
能であることを示す各ビットをそれぞれ設け、アドレス
変換テb−ブルに新たなデータを登録する際に、論理ア
ドレスの前と後の一方あるいは両方のページに連続する
か否かを調べて上記各ビットをセットすることを特徴と
する。
発明の実施例とその効果 1以下、
本発明の実施例を、図面により説明する。
第3図は、本発明の実施例を示すアドレス変換方式の機
能ブロック図、およびTLBの内容を示す図てある。
第3図aでは、論理アドレス・レジスタ1からTLB4
を索引して、論理アドレスを実アドレスに変換し、これ
をメモリ・アドレス・レジスタ8にセットするまでの過
程を示しており、第3図bはTLB4に登録されている
1ワードの内容を示,している。
第3図aのTLB4は256カラムあり、各カラムに登
録される1ワードは第3図bに示すように、論理アドレ
スの上位ビット(LA(t)0〜4)と、それに対応す
る実アドレス(RAO〜12)と、チエイン・ビット(
C)と、有効ビット(V)の計20ビットからなる。こ
のうち、チエイン・ビット(C)が本発明により新たに
設けられた制御ビットであつて、このページに連続する
前あるいは後のページがアドレス変換可能であるか否か
を示す意味を有する。すなわち、チエイン・ビット(C
)=1の場合には前あるいは後のページがアドレス変換
可能であることを示し、チエイン・ビット(C)=0の
場合には前あるいは後のページがアドレス変換不可能で
あることを示す。したがつて、変換テーブル(主記憶お
よびTLBを含む)を索引するとき、いま使用しようと
するページがアドレス変換可能であつても、チエイン●
ビット(C)=0の場合には次のページがアドレス変換
可能か否かを検査し、チエイン・ビット(C)=1の場
合には何ら検査をすることなく、直ちにアドレス変換処
理を行う。これによつて、最大オペランド長が1ページ
以内であれば、オペランドのページ渡りの検査に要する
時間をきわめて小さくすることができる。第3図におけ
るアドレス変換動作は、先ず論理アドレスの上位0〜1
2ビットのうち5〜12ビットでTLBの256カラム
のうちの1つを選択し、論理アドレスの上位0〜4ビッ
トとTLB4の0〜4ビット(論理アドレスの上位ビッ
ト)を比較回路7で比較して、一致したかどうかを調べ
、一致していればTLB4の5〜17ビット(実アドレ
ス0〜12ビット)をメモリ・アドレス●レジスタ8の
0〜12ビットに、また論理アドレス●レジスタ1の下
位置3〜23ビットを実アドレス・レジスタ8の13〜
23ビットに、それぞれセットする。
比較回路7における比較は、次の条件式を用いて行われ
る。ここで、NTLBは変換する論理アドレスに対応す
るものがTLB4にないという不一致の条件であり、L
A(0〜4)は論理アドレス・レジスタの上位ビット、
LA(t)(0〜4)はTLB4の上位ビット、UはT
LB4のチエイン●ビットの否定、EPCはページ渡り
の検査出力(ExpectPa?CrOss)、■,V
はTLB4のカラム・データ有効ビットとその否定をそ
れぞれ示している。上記(1)式では、■=1でかつ論
理アドレスの上位が不一致(LAO〜4半LA(t)o
〜4)か、あるいはC=0でEPC=1のとき、または
V=0のときに不一致(NTLB)が成立する。ノ 第
3図A,bではCビットは現在の論理アドレスに続く次
のページがTLB4に登録されている場合に“゜1゛と
なり、登録されていない場合に゜゜0゛となる。
このCビットは、TLB4に新たなデータをセットする
ときに、そのときの論理アドタレスの次のページがTL
B4に存在するか否かを調べ、もし存在するならばC=
1とし、存在しないならばC=0とする。ところで、通
常TLB4のカラムの配列順序は論理アドレス●ページ
の順になつているので、次θのページを調べるためには
、次のカラムを調べればよい。
また、新たなデータをTLB4のあるカラムにセットす
ると、そのカラムの1つ前のカラムのチエイン●ビット
Cは以前の状態を示して発明ので、新たなデータをセッ
トするときには、1つ前のカラムが、新たにセットしよ
うとしている論理アドレスの前のページを保持している
ならば、Cビットを“1゛にし、他のページを保持して
いる場合には“0゛にしなければならない。
すなわち、新たなデータをセットする際には、そのアド
レスの1つ前のページの論理アドレスが新たにセットす
る論理アドレスと連続するか否かを調べ、連続するとき
はそのカラム(1つ前のページ)のCビットを゜゜1゛
にし、連続しないときにはCビットを“0゛にする。
これは、セットしようとする論理アドレスに1ページ分
のアドレス(第3図ては2Kバイト)を加減算して、T
LB4を索引し、NTLBの条件を調べることによつて
可能である。また、上記(1)式のEPCは、いま索引
しようとしている論理アドレスに対応するオペランドが
ページ渡り(Pa?CrOss)をするか否かを検出す
る条件であり、その条件はハードウェアあるいはソフト
ウェアにより検査することができるが、ここではハード
ウェアにより実現する。
第4図A,bはそれぞれ本発明におけるEPC検出条件
の説明図とEPC検出回路のブロック図である。
第4図bに示すように、主記憶装置9と中央処5理装置
(CPU)の間には、記憶制御装置10が接続されてお
り、その内部にTLB4とEPC回路11が設けられる
。
中央処理装置は、NTLBの条件のうちのU8TLB4
(またはMM9)を索引して検出し、EPCをEPC回
路11を起動させて第!4図aに示す演算を行わせるこ
とにより検出する。したがつて、(C上PC)の条件は
、TLB4に連続するページがなく、かつオペランドが
ページ渡りをする可能性があるという条件である。第4
図aに示すEPC条件は、オペランドがぺ3ージ渡りを
するか否かを完全に調べているのではなく、ある程度の
予測を行うのみである。第4図aのタイプとしては、ハ
ーフワード・オペランドを扱う命令(HW)、1ワード
・オペランドを扱う命令(FW)、2ワード・オペラン
ド4を扱う命令(DW)の固定長オペランドを扱う3つ
の命令と、可変長オペランドを扱う5つの命令(SS:
StOragetOstOra?)がある。
NO.lのハーフワード・オペランド(HaefWOr
d)の場合、このタイプが扱うオペランド長は2バイト
と限定されているので、先頭論理アドレスO〜23ビッ
トのうち下位の13〜23ビット(ページ内アドレス)
に対して、13〜nビットが“l゛で最終ビットx=“
0゛であれば、最終論理アドレスは+1の加算を行つた
値、すなわち13〜23ビットがオール“゜1゛となる
のでページ渡りしないが、x=“6r゛であれば最終ア
ドレスは+1した値なので13〜23ビットがオール6
′01となノリ、ビット13より桁上げが発生し、次ペ
ージにかかつてしまうため、ページ渡りすることになる
。NO.2のフルワード・オペランド(Fue′WOr
d)の場合、オペランド長は4バイトであるため、先頭
アドレスの13〜21ビットが″r゛で、・22,23
ビット目のXx=64001であれば、最終アドレスは
+3の加算を行つてもページ渡りしないが、Xx=6゛
0r′,゛10“、またほ“゜11゛2であると、最終
アドレスは+3の加算によりページ渡りする。以下、同
じようにして、NO.3のダブルワード●オペランド(
DOubeeWOrd)の場合には、最後のXxx=“
゜000゛であればページ渡りしないが、いずれか1つ
でも゜゜1゛のときにはページ渡りとなる。
可変長オペランドを扱う命令(SS:StOraget
OStOra?)のオペランド長は、EO〜7の8ビッ
トで指定され、′0〜7にはオペランド長−1をセット
しているので1〜256バイトまで指定することができ
る。
第4図aから明らかなように、タイプがSSの場合には
、オペランド長を指定するE。
−7のうちEO〜3を簡略化して調べている。すなわち
、NO.4の場合には、オペランド長は1〜16/くイ
トの可能性があるが、最高の1シくイトと仮定して現在
のアドレスを+15だけ加算した結果で、ページ渡りを
する条件を調べている。つまり、NO.4の場合、10
,3は46000σ3であり、先頭論理アドレスのペー
ジ内アドレス13〜19ビットが66r′で、残りの2
0〜23ビット0xx=″0000′2であれば、ペー
ジ渡りしないが、少なくともxのどれかが“1゛であれ
ばページ渡りすることになる。NO.5の場合には、オ
ペランド長は17〜32バイトの可能性があるが、32
バイト長を仮定して、先頭アドレスを+31だけ加算し
た結果でページ渡りを調べている。この場合、オペラン
ド長′。〜7ぱ゜00010000゛〜゜゜00011
11丁゛であるから、′0〜3=゜゛000ドとなる。
以下、NO.6,7,8の場合にも、全く同じ方法でペ
ージ渡りする条件を調べる。
第5図は、第3図のTLBを用いて主記憶装置をアクセ
スするためのマイクロ・プログラム・フローチャートで
ある。
マイクロ命令21では、主記憶装置9へのアクセス(F
E)を指示すると同時に、論理アドレスj(LA)をT
LB4で実アドレスに変換して、主記憶装置9のアドレ
ス●レジスタ(S.AR)にセットすることを指示する
。
次にマイクロ命令22では、命令21でTLB4を索引
した結果のNTLB条件をテストし、NTLB=0なら
ばそのまま主記憶装置9にアクセスを行い、またNTL
B=1ならば次の命令23でアドレス変換テーブルを読
み出し、対応するTLBデータを作成してTLB4に新
しぃデータを登録後(TLB=NEWDATA)、マイ
クロ命令21に戻る。NTLB=1の条件が(′C上P
C)で発生した場合には、一度NTLBの処理を実行し
た後、命令の実行完了までは、(σ・EPC)によるN
TLBの条件は成立しないようにしている。
このように、従来、1つのオペランドに対して、先頭ア
ドレスと、オペランド長を加算した最終アドレスの両方
に対する索引を命令開始に当つて実行する必要があつた
が、TLB4にCビットを設けることによつて、その必
要をなくし、最高4回のTLB索引回数を2回に低減し
た。
しかし、Cビットのみで制御を行うと、オペランドがペ
ージ渡りしない場合でも、Cビツトニ゛゜0”ならばN
TLB条件が成立してしまう。この確率はかなり高いと
思われるが、EPCの機能を付加することにより、この
オーバヘッドを低減できる。以上の実施例では、Cビッ
トをTLB4に設けているが、このCビットを主記憶上
のアドレス変換テーブルの各エントリに設け、TLB4
のCビットはこの変換テーブルのCビットの写しとして
持ち、さらにCビットを複数個にして、次のページがア
ドレス変換可能であるというビットと、1つ前のページ
がアドレス変換可能であるというビットを持てば、さら
に大きな効果が得られる。すなわち、TLB4の1カラ
ムを調べることにより、隣接したページがアドレス変換
可能であることを判別できるので、2ページ単位に連続
したアドレスを割り付ければ、TLB4の1カラムでア
ドレス変換テーブルが有効か否かについて2ページ分の
情報を得ることができ、あたかもTLB4のカラム数を
2倍にしたと同じ効果が得られる。また、1つ前のペー
ジがアドレス変換可能であるビットを持てば、逆アドレ
ス順に処理を行う命令に対してもアドレス変換可能チェ
ックを省略することができる。また、実施例では、TL
B4のCビットに関して、新たにTLB4にデータをセ
ットする際に、1つ前のページのCビットをアドレスが
連続しない場合にはリセットしているが、アドレス変換
テーブルを変更したときには該当するTLB4のCビッ
トも同時に補正する処理を行えば、TLB4上に論理ア
ドレスが連続して登録されていなくてもCビットのリセ
ットは不要である。
これにより、C=1の確率はきわめて高くなるので、オ
ーバヘッドがさらに小さくなる。発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、1回のTLBの
索引でオペランドのページ渡りを検出できるので、アド
レス変換可能であるか否かを検査する時間が不要となり
、アドレス変換のオーバヘッドを低減することができる
。
また、ページ渡りの予測をCビットとEPCにより行う
ので、少ないハードウェアでページ渡りの予測を高い確
率で実行することができる。)図面の簡単な説明 第1図は主記憶上のオペランドのページ渡りの説明図、
第2図はアドレス変換処理の機能ブロック図、第3図は
本発明の実施例を示すアドレス変換方式の機能ブロック
とTLBの内容を示す図、ダ第4図は本発明におけるE
PC検出条件の説明図およびEPC検出回路のブ的ンク
図、第5図は第3図のTLBを用いて主記憶装置をアク
セスするためのマイクロ◆プログラム・フローチャート
である。
01:論理アドレス◆レジスタ、2:実アドレス●レジ
スタ、3:アドレス変換テーブル、4:アドレス変換バ
ッファ(TLB)、5:ページ内アドレス、6:変換ア
ドレス、7:比較回路、8:メモリ●アドレス●レジス
タ、9:主記憶装置、10:記憶制御装置、11:EP
C検出回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アドレス変換テーブルを用いて論理アドレスから実
    アドレスに変換を行うデータ処理装置において、アドレ
    ス変換テーブルの各エントリに、連続する前と後の論理
    アドレス・エントリの一方あるいは両方がアドレス変換
    可能であることを示す各チェイン・ビットをそれぞれ設
    け、アドレス変換テーブルに新たなデータを登録する際
    に、前と後の論理アドレスの一方あるいは両方が連続す
    るか否かを調べて、各チェイン・ビットをセット・リセ
    ットすることを特徴とするアドレス変換方式。 2 前記チェイン・ビットを含んだアドレス変換テーブ
    ルを用いてアドレス変換する場合、該チェイン・ビット
    がセットされているならば連続する前後の論理アドレス
    ・エントリが変換可能であるか否かのチェックを行わず
    に、直ちにアドレス変換動作に移ることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のアドレス変換方式。 3 アドレス変換テーブルを用いて論理アドレスから実
    アドレスに変換を行うデータ処理装置において、アドレ
    ス変換テーブルの各エントリに、連続する前と後の論理
    アドレス・エントリの一方あるいは両方がアドレス変換
    可能であることを示す各チェイン・ビットを設けるとと
    もに、論理アドレスにオペランド長を示す定数またはオ
    ペランド長を示す可変数の一部で加減算を行い、該加減
    算後の論理アドレスが隣接する論理アドレス・エントリ
    に変わること(EPC条件)を検出する手段を設け、ア
    ドレス変換時、上記チェイン・ビットがリセットされ、
    かつ上記EPC条件が検出された場合には、連続する前
    後の論理アドレス・エントリが変換可能であるか否かの
    チェックを行うことを特徴とするアドレス変換方式。
JP57020721A 1982-02-12 1982-02-12 アドレス変換方式 Expired JPS6047623B2 (ja)

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