内部使用网络交换的计算机系统和方法技术方案

一个计算机系统，其中布置在中央处理器和支持外围子系统之间和外围子系统之中的网络处理器处理存储空间的寻址。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
为了帮助感兴趣的读者理解本文说明的专利技术，请参阅以下有关的出版物，将其全文引用作为参考美国专利5,008,878，授权日期为1991年4月16日，题目为“用于电路和包交换通信的高速模块化交换装置”；美国专利5,724,348，授权日期为1998年3月3日，题目为“用于数据交换的有效硬件/软件接口”；序列号为09/330,968，申请日期为1999年6月11日，题目为“用于数据通信的高速并行/串行链路”的美国专利申请；序列号为09/384,689，申请日期为1999年8月27日，题目为“VLSI网络处理器和方法”的美国专利申请；序列号为09/384,691，申请日期为1999年8月27日，题目为“网络处理器处理集合体和方法”的美国专利申请；序列号为09/384,692，申请日期为1999年8月27日，题目为“网络交换、组件以及运行方法”的美国专利申请；以及序列号为09/384,744，申请日期为1999年8月27日，题目为“网络处理器、存储器构成以及方法”的美国专利申请。通常引用1948年开发的EDVAC计算机系统作为计算机时代的开始。从那时开始，计算机系统已经发展为非常复杂的设备，并且可以在许多不同环境中发现计算机系统。计算机系统通常包括硬件(如半导体、电路板等)和软件(如计算机程序)的组合。随着半导体加工技术和计算机体系结构方面的进展使计算机硬件的性能越来越高，更复杂的计算机软件也已出现，以利用更高性能的硬件，其结果是当前的计算机系统比几年前存在的计算机系统功能更强大。技术方面的其他变革也深深地影响着我们使用计算机的方式。例如，计算机的广泛普及促使允许计算机与其他计算机进行通信的计算机网络的发展。随着个人计算机(PC)的引入，计算对许多人已非常容易。人们开发了用于个人计算机的网络，以允许各个用户相互通信。这样，公司内的许多人就能够利用在单一计算机系统上运行的应用软件，同时通过网络进行通信。以下说明以此类通信网络中使用的网络数据通信、交换机和路由器知识为先决条件。具体而言，以下说明以熟悉网络体系结构的OSI模型为先决条件，其中该模型将网络操作划分为层。基于OSI模型的典型体系结构从第1层(有时也标识为“L1”)延伸到第7层，其中第1层为物理通道或物理介质，通过第1层将信号向上传送到第2层、第3层、第4层、直至第7层，而第7层为在连接到网络的计算机系统上运行的应用程序。在此文档中，提及L1、L2等时，意指网络体系结构的对应层。本公开也以对此类网络通信中称为包或帧的位串的基本理解为先决条件。正如个人计算机系统用户熟知的那样，人们一直寻找的增强计算机系统性能的方式之一就是，增加用作中央处理器(即CPU)的微处理器的运行速度或基本时钟频率。当CPU的运行速度已经显著增加时，数据流速率已经超过了此系统中的主存储器的访问速度能力。同时，CPU访问的内存量也呈爆炸性增长。此类存储器通常以易失或非易失的形式出现，并且近来两种类型的可用存储空间也已经大大增加。这加重了计算机系统中的一个主要困难，即在该CPU上运行的应用软件使用的“虚拟存储器地址”、和用于访问适当存储器组件或控制器的“物理存储器地址”、以及此类设备(易失、非易失或二者)的地址空间内的特定存储单元的映射。正如此处提到的那样，存储器组件和控制器为支持CPU的功能性的外围设备。当前的计算机系统以外设的方式，设置一个或多个存储器控制器，存储器控制器被配置为以单一的、相连物理地址范围的方式，提供存储器以及许多输入/输出(I/O)控制器，其中对各I/O控制器指定系统存储空间之外的一个唯一地址(或小的地址范围)。操作系统(包括但不限于Microsoft的各种Windows产品，OS/2,Linux以及其他操作系统)通常为在该系统上运行的应用程序的利益，提供更大的相连的虚拟存储空间。当最初启动系统时，许多虚拟存储空间直接映射到物理存储器。当存储空间的需求增加时，并且当应用程序的存储器存取要求各不相同时，操作系统会通过存储I/O子系统，将空闲存储块“页面调出”到通常称为硬盘、驱动器或文件的直接存取存储设备上的存储器中。在创建、页面调入、页面调出、以及最终释放存储空间时，虚拟存储器到物理存储器的映射，在可用存储器内几乎是完全随机的。应用程序只知道虚拟地址，并且发出的各存储器存取必需把所需存储单元的正确物理地址，送到存储器控制器，或者必要的话，需要将页面定位到磁盘上，并且在主存储器中访问该页面之前，页面调入该页面。将虚拟地址映射为物理地址的过程，即虚拟地址转换，成为影响计算机系统的整个操作的消耗系统开销的主要操作。本专利技术期望提供实现存储器管理的关键功能的硬件，以显著改善实施本专利技术的计算机的性能。为实现此目的，上述功能可以包含为应用程序创建、释放和管理存储器地址空间；虚拟地址到物理地址的转换；将存储器地址映射到磁盘存储器，以便进行页面调入和页面调出操作；自动执行页面调度功能；以及通过高速缓存、流水线操作、页面调度和其他存储器存取方法，进行存储器优化。所使用的硬件在其他情况下为常规计算机系统的系统中-该系统可按服务器或客户系统(正如计算机网络应用中所理解的术语一样)运行-插入一种迄今通常见于将计算机系统互连起来的网络层上的交换形式。因此，本专利技术在计算机系统内内部使用近来推荐在此类系统的外部使用的某种技术。已经叙述了本专利技术的某些目的，随着描述的继续，将连同附图一起说明其他目的，其中附图为附图说明图1表示实施本专利技术的计算机系统；图2是一个示意图，表示图1所示的计算机系统的一部分，进一步说明本专利技术在该环境中的实施方式；图3是一个示意图，表示本专利技术中使用的网络处理器；以及图4是另一个示意图，表示本专利技术中使用的网络处理器。尽管以下将参照说明本专利技术最佳实施方式的附图来更全面地说明本专利技术，然而在以下描述开始时应该理解，相应领域的熟练技术人员可以修改本文描述的专利技术，而仍能实现本专利技术的有利结果。因此，应该将以下描述理解为引导相应领域之熟练技术人员的广义的、教学公开，而不是限制本专利技术。参照图1，根据本专利技术的计算机系统100包含一个中央处理器(CPU)110，一个主存储器120，一个海量存储器接口140以及一个网络接口150，其中利用系统总线160连接上述所有设备。熟练技术人员可以理解，以上系统包含所有类型的计算机系统个人计算机，中型计算机，大型计算机等。请注意，可以在本专利技术的范围内，对以上计算机系统100进行许多添加、修改和删除。例如计算机监视器，输入键盘，高速缓冲存储器，和诸如打印机之类的外设。本专利技术可以以web服务器的方式运行，通常利用个人计算机或中型计算机实现web服务器。可以利用一个或多个微处理器和/或集成电路来构造CPU110。CPU110执行主存储器120中存储的程序指令。主存储器120存储计算机可存取的程序和数据。当计算机系统100启动时，CPU110首先执行操作系统134的程序指令。操作系统134是一种复杂程序，该程序管理以上简单描述的计算机系统100的资源。上述资源的某些资源为CPU110，主存储器120，海量存储器接口140，网络接口150以及系统总线160。正如本文说明的那样，主存储器120包含一个web服务器应用122，一个事务处理器124，一个或多个宏文件12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机系统，该系统包括：一个中央处理器；多个外围设备，这些外设与所述中央处理器有效关联，并且包括易失存储器，非易失存储器和多个Ｉ／Ｏ子系统，经过Ｉ／Ｏ子系统与所述中央处理器交换数据流，以便所述中央处理器对数据进行处理；以及一 个网络处理器，该处理器有效地置于所述中央处理器和所述外围设备之间并位于所述外围设备之中，所述网络处理器具有多个接口处理器；指令存储器，用于存储可到达所述接口处理器的指令；数据存储器，用于存储可到达所述接口处理器的数据，这些数据通 过所述网络处理器来自或达到所述外围设备；以及多个输入／输出端口，用于通过所述网络处理器与所述外围设备交换数据；响应所述接口处理器执行加载到所述指令存储器中的指令，所述网络处理器与所述中央处理器合作，以控制在所述输入／输出端口与通过所 述数据存储器到达或来自所述易失存储器和非易失存储器的数据流之间的数据交换。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉G霍兰德，小弗兰西斯E诺埃尔，查尔斯J桑尼波利，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]