[发明专利]具有经物理标记的行为的经虚拟标记的指令高速缓存器

说明书

相关申请交叉参考案

本申请案请求对2006年4月19日提出申请的第60/793,016号美国临时申请案及 2006年4月19日提出申请的第60/793,015号美国临时申请案的权益，所述临时申请 案的整体内容以引用的方式并入本申请案中。

技术领域

本揭示内容大体来说涉及处理系统，且更具体来说涉及经虚拟标记的指令高速缓 存器系统。

背景技术

共同处理器系统在处理器管线中使用地址转换的概念来将数据或指令的页的地 址从其虚拟存储地址变为其真实的物理存储地址。一种地址转换装置使用常规上存储 许多条目的转换后备缓冲器(TLB)，其中每一条目包括还称作进程识别符(PID)的应用 程序空间识别符(ASID)、虚拟地址标记(VT)及物理页码(PPN)。因此，所述转换后备 缓冲器包含虚拟地址与物理地址之间的映射。在其最简单的形式中，处理器管线接收 作为输入的指令的虚拟地址，将所述虚拟地址的一部分与所述TLB中的条目相比较 以找出匹配的条目且用与所述匹配条目相关联的物理页码替代所述虚拟地址的所述 部分以形成物理地址。物理地址到虚拟地址的给定映射通常覆盖所述虚拟及物理地址 空间的范围，此范围称作“页”，其中页的大小通常大于指令高速缓存器中的高速缓 存线的大小，使得数条高速缓存线均可与同一虚拟或物理地址空间页相关联。

共同处理器系统还包括一个或一个以上指令高速缓存器，所述指令高速缓存器将 最近使用的指令存储在快速片上存储器中以使从较慢的片外存储器提取指令所产生 的延迟降到最低。可对指令高速缓存器加索引以高效地查找条目。所使用的与指令高 速缓存器相关的术语“加索引”意指虚拟地址或物理地址中的一组位，其用于指定组 关联指令高速缓存器中的一组或直接映射的指令高速缓存器中的一行。由虚拟地址内 的位加索引的指令高速缓存器称作经虚拟加索引的高速缓存器。由物理地址内的位加 索引的指令高速缓存器称作经物理加索引的高速缓存器。

可用与物理地址的一部分或虚拟地址的一部分相比较的密钥来标记指令高速缓 存器中的条目。用物理地址的一部分标记的指令高速缓存器称作经物理标记的指令高 速缓存器。用虚拟地址的一部分标记的指令高速缓存器称作经虚拟标记的指令高速缓 存器。处理器设计者选择如何对指令高速缓存器加索引及进行标记两者。常规指令高 速缓存器可以是经虚拟加索引经虚拟标记(VIVT)、经虚拟加索引经物理标记(VIPT) 或经物理加索引经物理标记(PIPT)。通过地址转换，虚拟地址被变换为物理地址，所 述物理地址可用于查找经物理标记的指令高速缓存器中的条目或在指令高速缓存未 命中的情况下存取真实的存储器。

除虚拟地址标记以外，常规经虚拟标记的指令高速缓存器通常包括ASID或PID 标记。此标记允许处理器系统区别地址条目对于现用软件进程是否有效。举例来说， 如果所述处理器系统正执行与具有ASID‘x’的软件进程相关联的指令，那么成功的 高速缓存器匹配将需要与ASID标记及虚拟地址指令标记两者匹配。由于各种情景(例 如，现用ASID的交换，即用使用同一ASID值的新进程替代使用给定的ASID值的 一个进程)，经虚拟标记的指令高速缓存器可具有变得陈旧且不再有效的一个或一个 以上条目。由于高速缓存命中从提取(从存储器)指令节约处理器时间，因此处理器 系统设计者需要高速缓存一致性，即其内容反射有效、不陈旧的指令的高速缓存。为 维持高速缓存一致性，通常响应于由软件应用程序发出的共用指令高速缓存器无效指 令使高速缓存器中的条目无效。所述软件应用程序所需要的管理指令高速缓存器的量 取决于所述指令高速缓存器是经虚拟标记还是经物理标记。由于一个或一个以上虚拟 地址可映射到给定的物理地址，因此常规经虚拟标记的指令高速缓存器中可存在别名 及同义问题。