[发明专利]利用存取和故障逻辑信号保护主存储器单元的设备和方法

说明书

本发明一般说来涉及数据处理系统，更具体地说，涉及到由数据处理系统处理的指令和数据元素的控制。

在数据处理系统中，数据处理系统对数据元素进行操作，同时也对形成程序而控制这些操作的指令元素进行操作，这些数据元素和指令元素一般都存放在一个主存储单元中。主存储单元可以存放与多个由数据处理系统所执行的程序有关系的指令和数据元素。为了各种原因，例如指令和数据元素的完整性，经常希望控制对指令和数据元素所进行的操作的类型。例如，当数据处理系统的用户能够去变动操作系统程序的基本部分或选定的例行子程序时，就会引起不一致的结果。

过去，曾使用过各种技术来控制能对逻辑信号组进行操作的类型。对每一个逻辑信号组可以加上一个或若干个字段，由它来指定相应的指令和数据元素所要求的用法。由于对指令或数据元素可以指定多种存取权限，所以在和指令或数据元素相关的所有各种可能的存取权限中，只能对它们指定其中的一个子集，以免这个必需的存取权限的字段变得过分庞大。这个问题在Multics（复用的信息和计算服务）系统中是用一种略为不同的方式表达的：对于数据处理系统的操作规定了多种特权级别，同时，在这些级别之间的传送是受到严格控制的。Multics系统在麻省理工学院（MIT）出版社出版的由Elliott    I.Orgnick著的“The    Multic    Syslem;An    Examination    of    its    Structure”（Multics系统;对它的结构的研究）中作了叙述。Multics系统及类似的数据处理系统需要复杂的硬件/软件特权级别接口，而这些接口需要大量的处理时间才能实现。和Multics系统相关的存取权限在每个特权级别上都有规定，而且在不同特权级别之间转移时必须检查其一致性。

因此，人们感到需要一种技术来控制对指令和数据元素的操作。这种技术要有足够的灵活性，以便向可利用的处理选择提供这种灵活性而又不需要用掉大量的专用处理能力，或者不需要在每一条有关的指令或数据元素中加上相当大的存取权限的字段。

本发明的目标就是提供一个经过改进的数据处理单元。

本发明的一个特点是去控制对程序指令和数据元素所进行的操作的类别。

本发明的更具体的特点是通过在页面表项中存放存取权限信号而提供对指令或数据元素的存取权限的控制。

本发明的另一个具体特点是使得对数据处理系统的存储器的读/写访问（存取）成为数据处理系统的操作方式的一种功能。

本发明的还有一个具体特点是限制指令元素的应用，使其成为“只能执行的”。

本发明的另外一个具体特点是禁止数据处理单元试图去执行数据字段（即，非指令字段）。

本发明还有一个特点是在试图进行有效的“读”、“写”、或“执行”操作时提供一个发信号的机构。

按照本发明上述的和其它的特点已经得到实现，方法是提供一个设备，当中央处理单元试图在有关的页面内存取数据时，这个设备就对页面表项的字段进行存取，这些字段规定了对组成页面内信息的指令和数据元素可以执行的处理。页面表项的存取权限字段包含了在操作的用户方式（这时可执行非特权指令）下进行读和写操作的允许信号，以及在操作的内核（Kernel）方式（此时可执行特权和非特权指令）下进行读和写操作的允许信号。此外，页面表项存取权限字段允许规定执行时故障、写时故障和读时故障等信号。这些信号可以让一个指令元素被指定为只能执行字段，让一个数据元素被指定为非执行的，以及提供汇总存取和修改信息的装置。

本发明的这些和其它一些特点在阅读下面的说明并参考附图后就能理解。

图1A和图1B是能够利用本发明的数据处理系统实现方案的例子。

图2是能够利用本发明的一个数据处理单元中的中央处理单元。

图3是带有虚拟存储的数据处理系统的组织的图示。

图4A是根据优选的实施例的页面表项的格式。

图4B是对页面表项字段进行测试以确定对相应的页面表的存取是否允许的示意图。

图5图示了利用本发明的间接编址技术。

1、各附图的详细说明