能在使用压缩的高速缓存行信息价值的计算系统中使用的处理器和存储器控制器技术方案

描述了包括压缩映象高速缓存的一种存储器控制器。压缩映象高速缓存用于存储标识已与另一高速缓存行信息价值一起被压缩的高速缓存行信息价值的信息。还描述了集成于同一半导体管芯上的处理器和存储器控制器。该存储器控制器包括压缩映象高速缓存。所述压缩映象高速缓存用于存储标识已与另一高速缓存行信息价值一起被压缩的高速缓存行信息价值的信息。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/US2004/043523，国际申请日为2004年12月22日，进入中国国家阶段的申请号为200480039058.1，名称为“能在使用压缩的高速缓存行信息价值的计算系统中使用的处理器和存储器控制器”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术一般涉及计算系统；尤其涉及能在使用压缩的高速缓存行信息价值(cache lines’worth of information)的计算系统中使用的处理器和存储器控制器。
技术介绍
图1示出了基本计算系统的架构的一部分，包括：1)处理器101；2)高速缓存102；3)存储器控制器103；以及4)系统存储器104。处理器101通过执行对数据元素进行各种操作的指令来执行软件例程。指令和数据元素被存入高速缓存102和/或系统存储器104。当处理器101需要特定的指令或数据元素时，它在向系统存储器104请求期望的指令或数据元素前在高速缓存102中进行查找。一般，高速缓存102被认为比系统存储器104快。更好地说，处理器101等待高速缓存102中驻留的指令或数据元素的时间少于等待系统存储器104中驻留的指令或数据元素的时间。高速缓存102和系统存储器104之间的该等待时间差异通常是由于高速缓存102用比实现系统存储器的存储器单元(例如，DRAM单元)固有更快的存储器单元(例如，SRAM单元)实现而出现的。每位存储空间中，SRAM型高速缓存102比DRAM型系统存储器104更昂贵。因此，图1的计算系统架构尝试通过设计为将更频繁使用的指令和数据元素存入高速缓存102并将较少使用的指令和数据元素存入系统存储器104来优化成本和性能两者。通过将更频繁使用的指令和数据元素存入高速缓存，处理器应忍受等待指令-->/数据从系统存储器104中取的所耗时间的形式的可接收的“计时惩罚命中”，因为高速缓存102中将找到处理器所需的指令/数据的有效百分比。为了提升“高速缓存命中”的百分比(即，在高速缓存102中找到所需指令或数据元素的实例)，“时间局部性”和“空间局部性”的概念开始起作用。时间局部性是单个指令或数据元素倾向于在它已被使用后不久被使用的概念。空间局部性是存储器中相互靠近的指令和数据元素(即具有相似地址)趋于在约同一时间被使用的概念。时间局部性是通过在首次将指令和数据元素从系统存储器104传递到高速缓存102后将它们保存于高速缓存102中至少一些时间周期来解决的。空间局部性是通过将高速缓存102设计成装载来自系统存储器102的数据块(即，多个指令或数据元素)，其内容近似(例如，“包围”)需要从系统存储器104取出的任何单个指令或数据元素来解决的。例如，如果需要来自系统存储器104的地址X处的指令，代替仅传递来自系统存储器104的所需指令，代替仅将来自系统存储器104的所需指令传递到高速缓存102，将与关于地址X的多个地址相对应的内容块从系统存储器104传递到高速缓存102。图2通过示出将内容105的第一邻接“块”(它通过多个系统存储器地址引用)载入单个高速缓存行107；且将内容106的第二邻接“块”(它通过多个系统存储器地址的不同组引用)载入另一单个高速缓存行108来尝试描绘这种情况。为简单起见，图2将高速缓存204示作单个结构。但各种计算系统是用不同级的高速缓存进行设计的。例如，许多类型的计算系统具有两级高速缓存(1级(L1)高速缓存和2级(L2)高速缓存)，其中第一级高速缓存(L1)对应于比第二级高速缓存(L2)更少的处理器等待时间。L1高速缓存被假定存储最频繁使用的数据元素和指令，而L2高速缓存被假定存储与L1高速缓存中的那些相比较少频繁使用但比系统存储器中的那些更频繁使用的数据元素和指令。常规地，两个高速缓存级是用与系统存储器相比更快的存储器类型来实现的(例如，L1和L2高速缓存两者都是用SRAM存储器单元实现的)；但是，L1高速缓存与处理器集成入同一半导体管芯，而L2高速缓存是用与处理器不同的半导体管芯实现的。“片载”高速缓存访问快于“非片载”高速缓存访问，对L1高速缓存的访问对应于与对L2高速缓存的访问相比处理器的更少的等待时间。存储器控制器103负责采纳高速缓存未满足的来自处理器101的对数据的请-->求，并管理服务系统存储器104中的那些请求的进程。存在许多不同种类的请求，诸如对高速缓存中不存在的数据的负载请求，以及需要被存回存储器的来自高速缓存的数据的驱逐。通常，存储器控制器能流水线化请求，使得许多请求会是未完成的并可以与更短的平均等待时间并行地服务。存储器控制器负责与特殊存储器技术的细节对接，并按模块化方式使系统存储器与处理器隔离。存储器控制器可以与处理器集成，例如在同一管芯上，或者可以分离，例如在芯片组中。系统存储器通常用特定类型的系统存储器实现(例如，EDO RAM、SDRAM、DDR等)。附图说明附图中作为示例而非限制地说明本专利技术，其中相同的标号表示相似的元件，且其中：图1示出了计算系统架构的一部分。图2示出了将内容块从系统存储器载入单个高速缓存行。图3a示出了一种改进方法，其中可以将系统存储器内容的对准块压缩入单个高速缓存行；图3b示出了在压缩的高速缓存行从高速缓存中驱逐并被存入系统存储器后实质系统存储器内容的示例性获得的映象。图4a示出了能使用压缩高速缓存行的单个处理器架构的一部分。图4b示出了可由系统存储器控制器用于跟踪已被压缩的其系统存储器中的那些块的压缩映象。图4c示出了具有压缩映象高速缓存和压缩/解压缩逻辑的存储器控制器。图4d示出了具有用于标识压缩映象的物理系统存储器分配的寄存器空间的存储器控制器。图5a示出了在将高速缓存行写入系统存储器期间可由图4a的存储器控制器使用的一对方法。图5b示出了在从系统存储器读取高速缓存行期间可由存储器控制器使用的三个方法。图5c示出了关于引用压缩映象内容的三个方法。-->图6a示出了存储器控制器的第一实施例。图6b示出了存储器控制器的第二实施例。图6c示出了存储器控制器的第三实施例。图7a示出了高速缓存中实现的常规存储器地址。图7b示出了能压缩/解压缩高速缓存行信息价值的高速缓存中实现的存储器地址的一个实施例。图8示出了能压缩/解压缩高速缓存行信息价值的高速缓存的标签阵列条目的一个实施例。图9是示出高速缓存控制器的一个实施例的框图。图10示出了能压缩/解压缩高速缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体芯片，其特征在于，包括：　压缩映象高速缓存，用于存储信息，所述信息指示存储在程序可访问的存储器中的一条高速缓存线的信息包含压缩形式的第一高速缓存线和压缩形式的第二高速缓存线；以及　存储器接口电路，用于读取和写入存储在所 述程序可访问的存储器中的压缩映象，所述存储器接口电路耦合至所述压缩映象高速缓存。

【技术特征摘要】
US 2003-12-31 10/750,7151.一种半导体芯片，其特征在于，包括：
压缩映象高速缓存，用于存储信息，所述信息指示存储在程序可访问的存
储器中的一条高速缓存线的信息包含压缩形式的第一高速缓存线和压缩形式
的第二高速缓存线；以及
存储器接口电路，用于读取和写入存储在所述程序可访问的存储器中的压
缩映象，所述存储器接口电路耦合至所述压缩映象高速缓存。
2.如权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述信息包括用于所
述程序可访问的存储器的存储器空间的多个块中的每个块的一个比特，其中多
个块中的每个块存储其自身的高速缓存线的信息，所述比特用于指示其对应的
块是否用于存储经压缩的高速缓存线的信息。
3.如权利要求2所述的半导体芯片，其特征在于，所述信息还包括当所
述比特指示其对应的块是用于存储经压缩的高速缓存线的信息时施加到该经
压缩的高速缓存线的信息上的压缩类型的标记。
4.如权利要求3所述的半导体芯片，其特征在于，当相应块的所有比特
都存储同样的值时，所述值在所述信息中被识别。
5.如权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述信息包括用于所
述程序可访问的存储器的存储器空间的多个宏块中的每个宏块的一个比特，其
中所述程序可访问的存储器的存储器空间的每个宏块存储一组伴生高速缓存
线的信息中的一条高速缓存线的信息，所述比特用于指示其对应的宏块的伴生
高速缓存线的信息是否待压缩。
6.如权利要求5所述的半导体芯片，其特征在于，当所述比特指示其对
应的宏块的伴生高速缓存线的信息待压缩时，所述信息进一步包括将要施加到
所述伴生高速缓冲线的信息上的压缩类型的标记。
7.如权利要求5所述的半导体芯片，其特征在于，当经压缩的伴生高速
缓存线的信息的所有比特都存储同样的值时，所述值在所述信息中被识别。
8.一种计算系统，其特征在于，包括：
处理器；
程序可访问的存储器，其与所述处理器耦合以使由所述处理器操作的数据
能够被存储在所述程序可访问的存储器中；
耦合在所述处理器和所述程序可访问的存储器之间的压缩映象高速缓存，
所述压缩映象高速缓存用于存储信息，所述信息指示存储在程序可访问的存储
器中的一条高速缓存线的信息包含压缩形式的第一高速缓存线和压缩形式的
第二高速缓存线；以及
存储器接口电路，用于读取和写入存储在所述程序可访问的存储器中的压
缩映象，所述存储器接口电路耦合在所述压缩映象高速缓存和所述程序可访问
的存储器之间。
9.如权利要求8所述的计算系统，其特征在于，所述信息包括用于所述
程序可访问的存储器的存储器空间的多个块中的每个块的一个比特，其中多个
块中的每个块存储其自身的高速缓存线的信息，所述比特用于指示其对应的块
是否用于存储经压缩的高速缓存线的信息。
10.如权利要求9所述的计算系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：CJ纽波恩，R胡佳哈利，HH胡姆，AR艾德尔塔巴塔拜，AM古鲁姆，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]