[发明专利]在有虚拟标识的高速缓冲存储器中确定别名地址的高速缓存命中/未中及相关系统及方法

说明书

优先权申请

本申请案主张2012年1月18日申请的题为“用于在有虚拟标识的高速缓冲存储器中确定别名地址的命中/未中的方法(METHOD FOR DETERMINING HIT/MISS OF ALIASED ADDRESSES IN A VIRTUALLY-TAGGED CACHE)”的第61/587,756号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案在此以其全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的技术一般来说涉及能够含有用于虚拟别名地址的高速缓存条目的有虚拟标识的高速缓冲存储器。

背景技术

可将虚拟寻址用于计算机系统中。在此类计算机系统中，当执行基于存储器的操作(例如，读取或写入)时，将由所述操作提供的虚拟地址(VA)转译到物理地址(PA)以执行所述操作。可将一或多个高速缓冲存储器用于此类系统中以减少存储器存取时间。在这点上，可将虚拟寻址高速缓冲存储器(VAC)用于使用虚拟寻址的计算机系统中。虚拟寻址高速缓冲存储器允许较快速的处理，这是因为虚拟寻址高速缓冲存储器在于高速缓冲存储器中发现被请求的数据时不需要地址转译。如果VAC中含有存储在通过为操作主体的虚拟地址指向的物理地址处的数据，那么不必存取主存储器。如果VAC也为有虚拟标识的，那么所述VAC为虚拟索引的有虚拟标识的高速缓冲存储器(VIVT高速缓冲存储器)。在VIVT高速缓冲存储器中，使用为操作主体的虚拟地址来对存储在VIVT高速缓冲存储器中的虚拟标识编索引。使用所述虚拟标识来确定所述虚拟地址的高速缓存命中或高速缓存未中。如果发生高速缓存命中，那么提供存储在VIVT高速缓冲存储器中的与索引相关联的数据。因此，避免了对较低层高速缓冲存储器或主存储器的进一步存储器存取。

VIVT高速缓冲存储器的较快速的高速缓冲存取时间是有代价的。使用VIVT高速缓冲存储器的架构遭遇同义字的问题，其可能需要昂贵的额外电路及复杂性以避免VIVT高速缓冲存储器中的不一致性问题。还可将同义字称作“虚拟别名地址”。当两个或两个以上的不同虚拟地址转译到相同物理地址时，产生虚拟别名地址。由于虚拟别名地址，因此即使在VIVT高速缓冲存储器中含有存储在对应于虚拟地址的物理地址处的数据时，VIVT高速缓冲存储器仍可产生未中。换句话说，VIVT高速缓冲存储器可报告假未中。此情形可发生于(例如)当第一虚拟地址及第二虚拟地址各自指向相同物理地址时。考虑VIVT高速缓冲存储器中含有对应于第一虚拟地址的标识但VIVT高速缓冲存储器中不含有对应于第二虚拟地址的标识时的情况。如果对第二虚拟地址执行读取操作，那么VIVT高速缓冲存储器将报告未中，这是因为VIVT高速缓冲存储器中不含有对应于第二虚拟地址的标识。然而，在VIVT高速缓冲存储器中在对应于第一虚拟地址的条目中含有对应于第二虚拟地址的物理地址的数据。因此，由VIVT高速缓冲存储器产生的未中是假未中。对于读取操作来说，此假未中的一个后果是性能损失。因为VIVT高速缓冲存储器报告未中，所以处理系统将尝试从辅助高速缓冲存储器或主存储器存取数据(产生较长的存取时间)。针对读取操作所报告的VIVT高速缓存未中的另一个后果可为数据不一致性。在高速缓冲存储器中的别名数据已变更的情况下，读取将尝试从辅助高速缓冲存储器或主存储器存取数据，所述辅助高速缓冲存储器与所述主存储器两者具有数据的陈旧副本。

对于写入操作来说，此假未中的后果是数据不一致性。因为VIVT高速缓冲存储器产生假未中，所以VIVT高速缓冲存储器中的对应于第一虚拟地址(还对应于与第二虚拟地址相同的物理地址)的条目将不被来自写入操作的新数据覆写。写入操作将致使其它存储器(例如，辅助高速缓冲存储器及/或主存储器中的对应于物理地址的条目)存储新数据。然而，对第一物理地址执行的后续读取操作将致使VIVT高速缓冲存储器传回不再存储在对应物理地址处的不正确的数据(旧数据)。

发明内容