JPS6299844A - アドレス変換装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、仮想記憶機能を有する計算機システムに係わ
り、特にアドレス変換用のテーブル類によるメモリオー
バヘッドの削減や、アドレス変換処理の高速化に好適な
アドレス変換装置に関する０〔発明の背景〕 一台の実計算機の下で複数の論理的な計算機（仮想計算
機）を生成する仮想計算機システムは、中央処理装置な
どハードウェア資源を仮想化し、各仮想計算機に割シ当
てることにより仮想計算機機能を実現している。ハード
ウェアの仮想化は以下のように行われている。

（１）中央処理装置：各仮想計算機で時分割使用する。

（２）記憶装置　　：仮想記憶手法を用い主記憶装置を
分割する。

（３）周辺装置　　：仮想計算機の専用装置として割り
当て、排他制御を行う。

このような仮想計算機システムにおける命令の実行は、
仮想計算機上で発行される通常の命令に対しては実計算
機上でそのまま実行されるが、計算機システム全体を制
御するような命令、例えば、入出力装置を制御する命令
などは、仮想計算機システムの制御プログラム（ＶＭＣ
Ｐ）のシミュレーションより実行される。また、先に示
したように、仮想計算機の記憶装置は、仮想記憶手法を
用い主記憶装置への写像により実現される。さらに、仮
想計算機上で動作するオペレーティング・システム（Ｏ
Ｓ）が、仮想記憶装置をサポートするものならば、記憶
階層は３段階となる。第１図は、このような仮想計算機
システムにおける記憶階層を示したものである。レベル
１（Ｌｌ＞は、主記憶装置１０００であり、レベル１の
記憶装置を管理するのは、実計算機１００上で動作する
仮想計算機システムの制御プログラム（ＶＭＣＰ）であ
る。

レベル２（Ｌ２）は、仮想計算機２００自身の記憶装置
、つまり仮想実記憶装置２０００（ＶＭＲＥＡＬＭＥＭ
）である。また、レベル３（Ｌ３）は、仮想計算機上の
ＯＳが生成する仮想記憶装置３０００（ＶＳ）である。

これら、３段階のアドレス空間を有する仮想記憶方式で
は、Ｌ３のアドレスをＬ２のアドレスに変換する第１の
アドレス変換テーブル１２００（ＡＴＬＩ）と、Ｌ２の
アドレスをＬｌのアドレスに変換するための第２のアド
レス変換テーブル２３００（ＡＴＬ２）が、必要となう
、仮想計算機上のＯＳが、プログラムを実行するために
は、２段階のアドレス変換が必要となる。しかし、一般
ノ仮想記憶機へを有する計算機システムでは、１没のア
ドレス変換機構しか有しないため、ＡＴＬ２と、ＡＴＬ
ｌをマージし、１回のアドレス変換でＬ３アドレスから
Ｌ１アドレスへの変換を行うシャドウ−テープ＃ｔ：３
ｏｏ（ＳＨＤＴＬ）がＶ　Ｍ　ＣＰにより用意されてい
る。しかし５ＨＤＴＬは、仮想計算機上のＯＳが、ＡＴ
Ｌ２を変更するたびに修正する必要があり、そのオーバ
ヘッドは、多大なものとなる。そこで、このオーバヘッ
ドを削減するために仮想計算機の記憶装置Ｌ２を、Ｌエ
メモリに常駐する方法が提案されている。この方法には
、Ｌ２アドレスとＬ１アドレスの値を同一にする第１の
方法（Ｖ＝Ｒ）と、ＬｌアドレスとＬ２アドレスの間に
アドレス変位値（α）を設ける第２の方法（常駐ｖＭ；
特開昭５４−５２９２９）とがある。Ｖ＝Ｒ＝性、常駐
属性以外の記憶属性をＶ＝Ｖ＝性と呼ぶＯ Ｖ＝Ｒ属性を持つ仮想計算機は、Ｌ２アドレスとＬｌア
ドレスは等しいが、仮想計算機システムに一台しか存在
しえない。また、常駐属性を持つ仮想計算機は、Ｌ２ア
ドレスにαを加えた値がＬＬアドレスとなり、仮想計算
機システム内に複数存在することができるが、その数は
、主記憶装置の容量により制限されてしまう。

また、一般の仮想記憶機能を持つ汎用ＯＳにおいてもプ
ログラムの実行速度を速めるため仮想アドレスと実アド
レスを一致させたＶ＝Ｒ領領域設けられている。このＶ
；几領域で実行されるプログラムは、通常の記憶領域で
実行されるプログラムでは必要となる入出力命令などの
実行に伴う仮想アドレスから実アドレスへの変換処理が
不要となり高速化が図れる。しかし、この方法において
も、仮想アドレスと実アドレスが一致している領域に関
してもアドレス変換テーブルを用意する必要がある。

〔発明の目的〕

本発明は、従来のアドレス変換装置のこのような、欠点
を改善するために、記憶装置を複数の領域に分割し、領
域単位にアドレス変換方式の指定を可能としアドレス変
換に関わる時間の短縮と、アドレス変換に必要なテーブ
ル類の縮小化を図る。

〔発明の概要〕

本発明のアドレス変換装置は、仮想計算機システム、お
るいは仮想記憶をサポートする汎用ｏｓが実計算機上で
動作しているかを認識する◎そして、仮想記憶をサポー
トする汎用ＯＳが実計算機上で動作している場合には、
そのＯＳにより生成される論理アドレス空間を複数の領
域に分割し、それぞれの領域に対し以下の３種類のアド
レス変換方式を指定する。

（１）　　アドレス変換テーブル（セグメントテーブル
／ベージテーブル）を使用する方式 （２）論理アドレスをそのまま実アドレスとして扱う方
式 （３）論理アドレスにオフセット値αを加算、または減
算して実アドレスを得る方式 また、仮想計算機システムが実計算機上で動作する場合
には、仮想計算機の記憶装置を複数の領域に分割し、そ
れぞれの領域に対し上記（１）から（３）のアドレス変
換方式を指定する。この場合、仮想計算機上のＯＳに対
しても上記（１）から（３）のアドレス変化方式の指定
ができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明実施例を図面を参照して詳細に説明する。

第２図は、本アドレス変換装置のブロック図である。制
御レジスタ１は、セグメント変換テーブル４の起点アド
レスＳＴＯとセグメント変換テーブル長を示すレジスタ
である。仮想アドレス３は、記憶装置へのアクセスアド
レスであり、セグメントフィールド８１ページフイール
ドＰ、およヒ変異フィールドＤより構成される。セグメ
ントフィールドＳＯ値は、制御レジスタｌのセグメント
起点アドレスＳＴＯと供に加算器３に入力される。

加算器３により計算された値は、セグメント変換テーブ
ル内のエントリアドレスを示す。セグメント変換エント
リは、仮想アドレスのセグメントフィールド８１ページ
フイールドＰと供に、第１アドレス変換制御５に入力さ
れる。第１アドレス変換制御５は、セグメント変換テー
ブルエントリ中の制御情報（第３図）により以下の動作
を行う。

セグメント変換テーブルエントリの第０ビツトは、アド
レス変換方式を示す制御ビットで、このビットの値がＯ
のとき、従来のアドレス変換過程、つまりセグメント変
換テーブル／ベージ変換テーブルを用いて実アドレスを
得る方法が選択される。

またこのビットが１のときは、仮想アドレスのセグメン
トフィールドＳの値にセグメント変換テーブルエントリ
内のセグメントオフセットＳＯを加算、または減算し、
この値にページフィールドＰの値を付加し実アドレスと
する方式が選択される。

加算、減算の制御は、セグメント変換テーブルエントリ
内の第２５ビツトＯにより行われる。

このようなアドレス変換装置を用いることにより論理ア
ドレス空間をセグメント境界で複数の領域に分割しそれ
ぞれの領域に対して以下のアドレス変換方式を指定する
。

（１）　　論理アドレスをそのまま実アドレスとして用
いる方法 （２）論理アドレスにオフセット値αを加算、または減
算し実アドレスを得る方法 （３）従来のアドレス変換方式と同様セグメント変換テ
ーブル、ページ変換テーブルを用いて実アドレスを得る
方法 これによｐ以下の３つの属性をもつ記憶領域が生成され
る。

（ａ）　　Ｖ＝Ｒ領域 （１）のアドレス変換方式により生成される記憶領域で
ある。この領域は、仮想アドレスと実アドレスが一致し
ているため、ＣＣＷ（チャネル・コマンド−’７−ド＝
　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｗｏｒｄ）のよう
に実アドレスを指定する必要のあるデータ、またはプロ
グラムに適応する。この領域では、セグメント変換テー
ブルを用いるだけで実アドレスを得ることができるので
、ページ変換テーブルが不要になる。さらに従来２つの
アドレス変換テーブルを用いていたものに比べ、アドレ
ス変換に係わる時間の短縮が図れる。

０））常駐領域 （２）のアドレス変換方式により生成される記憶領域で
ある。この領域は、Ｖ＝Ｒ＝域と同様に１つのアドレス
変換テーブルを用いるだけで実アドレスを求めることが
でき、高速にアドレス変換が行われる。しかし、この領
域の論理アドレスは実アドレスと、変位αをもっている
。これによ、ｂｃｃｗのような実アドレスの指定を必要
とするものには、アドレス変換が必要となるが、この領
域は、主記憶装置上の任意の位置に領域を確保すること
ができるので、主記憶装置の有効利用が図れる。

（Ｃ）　　Ｖ＝Ｖ＝域 （３）のアドレス変換方式により生成される記憶領域で
ある。この領域は、従来のアドレス変換方法が適用され
る。

このような記憶領域の割シ当てを複数の仮想記憶空間を
持つオペレーティングシステム（例えばＶＯ３３と呼ば
れる多重仮想記憶オペレーティングシステム）への適応
を示す。

Ｖ＝Ｒ領領域、各仮想空間より共通の利用され、かつ高
速性が要求される領域に対して適応する。

具体的には、頻繁に使用されるシステムプログラムやシ
ステム管理テーブル等をこの領域上に配置する。これに
よりユーザプログラムからの種々の要求に対して速やか
にサービスを行うことができる。常駐領域は、各空間に
個有でアリ、かつ高速性が要求されるプログラムやデー
タを格納する領域とする。また、この常駐領域には、セ
グメント単位で記憶領域を管理したほうが望ましいプロ
グラムやデータ（科学技術計算などで使用される大規模
な行列など）を格納する。Ｖ＝Ｒ＝域、常駐領域以外は
Ｖ＝Ｖ＝域とする。これにより、多重仮想記憶オペレー
ティングシステムの高速化が図れると共に、アドレス変
換に係わる管理テーブルを縮小できる。

第２図の第２アドレス変換制御１０は、実計算機上で、
仮想計算機システムが動作した場合にその機能が有効と
なる。第２アドレス変換制御ｌＯは、第１アドレス変換
制御５、またはページ変換テーブル７よシ得られたアド
レスが入力され、上限レジスタ１２、下限レジスタ１３
と比較される〇比較の結果このアドレスが上下限レジス
タにより示される領域内を示すものでめれば、このアド
レスにオフセットレジスタ１１の値が加算、まタハ減箕
される。加算、減算の制御は、フリップフロップ１４に
よ９行われる。なお、これらレジスタ類は、複数設けて
もよい。これにより仮想計算機の記憶装置（Ｌ２）を複
数の領域に分割し、それぞｎの領域に対して以下のアド
レス変換方式が適応される。

（４）仮想計算機の記憶装置のアドレス（Ｌ２アドレス
）をそのまま主記憶装置の実アドレス（Ｌ１アドレス）
として扱う方式。

（５）仮想計算機の記憶装置のアドレスにオフセット値
αを加算、または減算して主記憶装置のアドレスとする
方式。

これによυ以下の３つの楓性を持つ記憶領域を生成する
ことができる。

（ｄ）Ｖ＝凡領領 域４）のアドレス変換方式により生成される記憶領域で
ある。この領域は、Ｌ２アドレスとＬ１アドレスが一致
している。したがって、仮想計算機上のＯＳのアドレス
変換テーブルを用いて求めたアドレスをそのままＬｌア
ドレスとして用いる。つまりアドレス変換に関しては、
実計算機上で動作した場合とほぼ同様な性能をうろこと
ができる。

（ｅ）　　常駐領域 （５）のアドレス変換方式により生成される記憶領域で
ある。この領域は、Ｌ２アドレスとＬｌアドレスの間に
変位αが存在する。このためＯＳのアドレス変換テーブ
ルを用いてもとめたアドレスにαを加算、または減算す
ることによりＬ１アドレスを得ることができる。つまシ
Ｖ＝Ｒ領域のアドレス変換に近い性能を得ることができ
、かつ、Ｖ＝ａ＝域は、あるアドレスを持つ記憶領域は
システムで一つしか存在しえないが、常駐領域の場合こ
のような制限はない。

（ｆ）　　Ｖ＝Ｖ領域 この領域は、仮想計算機上のＯＳのアドレス変換テーブ
ルと仮想計算機システムのアドレス変換テーブルをマー
ジしたシャドウテーブルにより生成さｎる記憶領域であ
る。仮想計算機上のＯＳアドレス変換方式（１、先に示
した（１）から（３）が適応される。したがって、Ｖ＝
Ｒ領領域常駐領域に比べその処理性能は低いが、その容
量は、主記憶装置の容量に制約されない。

以下これら領域の割り付は方を示す。

（ｄ）のＶ＝Ｒ領領域、あるアドレス持つ記憶領域はシ
ステムで一つしか存在できない。このため、この領域は
、特に高速性が要求される仮想計算機にたいしてのみ適
応する。（ｅ）の常駐領域は、仮想計算機内で特に高速
性を必要とする領域に適応する。具体的には、仮想計算
機上のＯＳのアドレス変換テーブルや、ＣＣＷの領域な
どをこの領域への格納対象とする。（ｆ）の■＝■領域
は、■−几領領域または常駐領域以外の領域に割シ当て
る。

次に仮想計算機システムの動作について説明する。ＶＭ
ＣＰの記憶管理は、仮想計算に上のＯＳの管理する記憶
領域の属性（Ｖ−Ｒ属性、常駐属性、ｖ＝ｖ＝性）と仮
想計算機システムの管理記憶領域の属性（Ｖ＝Ｒ属性、
常駐属性、ｖ＝ｖ＝性）の全ての組み合わせが可能であ
り、それぞれのケースでその処理方式が異なる。以下、
仮想計算機システムの記憶管理について説明する。

１、仮想計算機システムが管理する記憶領域がＶ＝Ｒ＝
性の場合 この場合、仮想計算機上で動作するＯＳが作成したアド
レス変換テーブルをそのまま用いる。仮想計算機計算機
システムは、アドレス変換の結果得られたアドレスが、
その仮想計算機に割り当てられた記憶装置内であるか否
かの判定を上限レジスタ１２下限レジスタ１３を用いて
行う。この判定の結果、そのアドレスが仮想計算機に割
り当てられたものでなければ、アドレス指定例外割り込
みを仮想計算機上のＯＳに報告する。さらに、仮想計算
機の記憶領域内にプリフィックス領域が含まれている場
合には、仮想計算機システム自身のプリフィックス領域
をプリフィックス変換機構にまり主記憶装置の空いてい
る部分に移動する。この場合、割り込み等のプリフィッ
クス領域を使用して処理されるイベントは、マイクロプ
ログラムにより仮想計算機システムに割り込むものか、
仮想計算機上のＯＳに割り込むものであるかの判定が行
われ、それぞれのプリフィックス領域を使用してイベン
トを処理する。

２、仮想計算機システムが管理する記憶領域が常駐属性
の場合 この場合のアドレス変換は、仮想計算機上のＯＳが作成
したアドレス変換テーブルを用いて得られたアドレスに
主記憶装置とのオフセット値αを加算、または減算する
。この場合もＶ＝Ｒ＝域の場合と同様に上下限レジスタ
により、仮想計算あ 機に割り当てられた領域でるかの判定が行われる。

３、仮想計算機システムが管理する記憶領域がＶ＝Ｖ＝
性の場合 この領域に対してはシャドウテーブルを用いてアドレス
変換が行われる。しかし、仮想計算機上のＯＳの管理す
る記憶領域の属性の対応してシャドウテーブルの作成方
法が異なる。

（１）仮想計算機上のＯＳが管理する記憶領域がＶ＝ｖ
＝性の場合 この場合仮想計算機上のＯＳのアドレス変換テーブルと
、仮想計算機システムのアドレス変換テーブルをマージ
してシャドウテーブルを作成する。

（２）仮想計算機上のＯＳが管理する記憶領域がＶ＝Ｒ
属性の場合 この場合のシャドウテーブルは、仮想計算機システムの
アドレス変換テーブルがそのまま利用される。

（３）仮想計算機上のＯＳが管理する記憶領域がＶ＝Ｒ
＝性の場合 この場合のシャドウテーブルは、仮想計算機上のＯＳの
アドレス変換テーブルと仮想計算機システムのアドレス
変換テーブルをマージして作成される。しかし、この場
合ＯＳのアドレス変換テーブルは、セグメント変換テー
ブルのみであるため、（１）のｖ＝Ｖ＝性の場合に比べ
、シヤドウテーブルの作成のための時間の短縮が図れる
。

なお、第２図におけるＴＬＢ８は、アドレス変換作業の
高速化を目的としたもので、アドレス変換結果を登録し
ておく。これまでに示したアドレス変換の結果もこのＴ
ＬＢに反映される０アドレス変換情報がＴＬＢ８に登録
されている論理アドレスに対しては・先に示したアドレ
ス変換過程は行われず、ＴＬＢ８により実アドレスが求
められる０ なお、本アドレス変換装置は、Ｉ１０プロセスからも参
照できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下の効果がある。

（１）従来仮想アドレスと実アドレスが一致している領
域に対してセグメント変換テーブルのみでアドレス変換
が行えるため、アドレス変換に係わる管理テーブルの縮
小化と、アドレス変換作業の高速化が図れる。

（２）仮想計算機システムが本アドレス変換装置を用い
る場合、主記憶装置の接置に制限されず、■；Ｒ１また
は常駐属性を持つ仮想計算機を複数生成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、仮想計算機システムにおけるメモリ所属を示
した図、第２図は、本発明のアドレス変換装置のブロッ
ク図、第３図は、本装置を制御するテーブルの内容であ
る。 ｌ・・・制御レジスタ、２・・・仮想アドレス、４・・
・セグメント変換テーブル、５・・・第１アドレス変換
制御、葛　Ｚ　図 ＶＪ　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仮想アドレスから実アドレスへの変換を行うアドレ
   ス変換機構を有する計算機システムにおいて、前記アド
   レス変換機構により実現される論理アドレス空間を複数
   の記憶領域に分割し、それぞれの記憶領域に対し、独立
   したアドレス変換方式を与えることを可能とするため、
   該記憶領域を限定する情報、ならびに該記憶領域に対す
   るアドレス変換方式を記憶する手段を有し、論理アドレ
   ス空間へのアクセスアドレスと、記憶領域を限定する情
   報とを比較し、該アクセスがどの記憶領域に対するかを
   識別し、該記憶領域に対するアドレス変換方式を自動的
   に選択することを特徴とするアドレス変換装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のアドレス変換装置にお
   いて分割された記憶領域に、仮想アドレスと実アドレス
   が等しいＶ＝Ｒ属性、仮想アドレスと実アドレスの間に
   変位αを持つ常駐属性、および仮想アドレスから実アド
   レスへの変換にアドレス変換テーブルを使用するＶ＝Ｖ
   属性をあたえることを特徴とするアドレス変換装置。 ３、複数の論理的な計算機を一台の実計算機の下で生成
   する仮想計算機システムが、特許請求の範囲第１項、第
   ２項記載のアドレス変換装置を有する計算機上で動作す
   る場合、Ｖ＝Ｒ属性、または、常駐属性を持つ記憶領域
   に、仮想計算機上で動作するＯＳのアドレス変換テーブ
   ル、または入出力装置を制御するコマンドＣＣＷ（チヤ
   ネル・コマンド・ワード：ＣｈａｎｎｅｌＣｏｍｍａｎ
   ｄ　Ｗｏｒｄ）を配置することを特徴とする第１項およ
   び第２項記載のアドレス変換装置。