[发明专利]一种数据高速缓存的访问装置

说明书

技术领域

本发明属于微处理器领域，涉及一种数据高速缓存的访问装置，尤其是一种可降低数据高速缓存功耗的访问装置。

背景技术

在处理器系统中，通常在处理器和主存储器之间设立高速缓存，以减少对主存储器的访问，提高数据的存储速度，从而提升存储器的整体性能。

参照图1所示，综合性能和功耗方面的考虑，处理器通常采用k路-组相连的数据高速缓存：对于读数据操作，处理器同时访问数据高速缓存的k路数据阵列和标签阵列，再根据与k路标签的比较结果判断是否可从k路数据阵列中选取一路数据返回；对于写数据的操作，则通过访问标签阵列获取其在高速缓存中的位置信息，根据此信息确定是否将数据写入k路数据阵列中的一路。但这种传统的访问方式，无论高速缓存的命中率如何，每次访问操作都不可避免地需要对其余(k-1)路不需要的数据或者标签进行访问。由于高速缓存的数据阵列和标签阵列都是以SRAM作为物理存储载体，每次对其进行访问都需要电压驱动使能SRAM，这种k选1的访问方式大大增加了访问高速缓存的功耗。

发明内容

为了克服已有数据高速缓存的访问装置的功耗较大、限制处理器性能的不足,本发明提供了一种有效降低功耗、提升处理器性能的数据高速缓存的访问装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种数据高速缓存的访问装置，所述访问装置包括：

访问记录表，包含n个表项，用于记忆数据地址及其在数据高速缓存中的位置信息，n为整数；

地址比较单元，由n个比较器组成，将输入的数据地址与访问记录表中所有表项的地址分别比较，产生n个表项的命中信息；

访问控制单元，连接于地址比较单元的输出端，根据地址比较单元的命中信息，访问访问记录表并获取相应的位置信息，产生对数据高速缓存的访问控制信号；

堆栈指针检测单元，用于对输入的数据地址进行堆栈指针的检查，产生堆栈访问的指示信号；

创建控制单元，连接于地址比较单元和堆栈指针检测单元的输出端，用于控制访问记录表的表项创建；

访问记录表以缓存行为单位记录其在数据高速缓存中的位置信息，每个访问记录表的表项记忆M个相邻高速缓存行的位置信息，M为整数。

进一步，所述访问装置还包括：反馈单元，用于根据地址比较单元的输出结果控制是否将此次输入的数据地址访问高速缓存所得到的位置信息写入访问记录表。

再进一步，所述访问装置还包括：清空控制单元，用于控制访问记录表内容的清空，即把所有表项置为无效，清空单元在以下两种情况下会清空访问记录表，包括：(1)数据高速缓存发生了回填行为；(2)虚拟地址对物理地址的映射关系发生变动。

清空控制单元对访问记录表的写权限最高，当清空单元需要清空访问记录表的信息时，创建控制单元和反馈单元对访问记录表的写操作均失效。

所述访问记录表的表项由有效位字段、地址字段、位置信息字段以及锁定字段四部分组成：所述有效位字段表征此表项所存信息是否有效；所述地址字段用于表征高速缓存行的地址信息，并与输入的数据地址进行比较；所述位置信息字段包括M个子信息，分别存储对应的M个高速缓存行在高速缓存中的位置信息；所述锁定字段表征此表项是否能够被替换。

当所述地址比较单元的输出结果显示输入的数据地址不与任何有效表项的地址相等时，所述创建控制单元则在访问记录表中选取一个表项进行创建，即把输入的数据地址写入该表项的地址字段，同时把该表项的有效位字段置起，位置信息字段清除。

若堆栈检测单元检测到输入的数据地址是堆栈指针时，将锁定字段置起，表示该表项将一直保留，所述创建控制单元将不再选取该表项进行创建。

所述地址比较单元的输入地址以及存入访问记录表的地址为虚拟地址。

针对k路-组相联的数据高速缓存，访问记录表的表项中的位置信息记录的是该表项的地址对应的物理地址在k路-组相联数据高速缓存中的位置信息，此信息在该地址完成对数据高速缓存的k路标签访问以及标签比较后获得，由反馈单元将其写入该表项的位置信息字段的对应子信息中。

在输入的数据地址访问数据高速缓存前，访问控制单元会检测其是否同时满足以下两个条件：a、地址比较单元的输出结果显示输入的数据地址与某一有效表项的地址相等；b、该表项的位置信息显示该表项地址对应的物理地址位于数据高速缓存的某一路中；