[发明专利]在计算机环境中用于多重功能单元之间通信的方法和装置

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及用于在计算机系统的组成部分之间通信的方法和装置，更具体地说涉及用于在中央处理单元的多重功能单元之间通信的方法和装置。

本发明的现有技术

中央处理单元或数字信号处理器是用来接收和执行指令的计算机部分。在本文中使用的术语“中央处理单元(CPU)”将被定义成包括中央处理单元和数字信号处理器两者。在现代的台式电脑中，中央处理单元是在单一的硅芯片上形成的，并且可以配备各种功能单元(每个功能单元都是为了完成特定类别的作业而设计的)以及芯片上的存储器。这些功能单元和存储器彼此在内部总线上通信。在内部总线上的通信发生在事务处理期间。中央处理单元的内部总线经总线接口单元(BIU)被接到外部总线上，以致其它的中央处理单元和外设(例如外部的存储器)可以为了访问数据或者以其它方式与该中央处理单元内的功能单元和存储器通信而进行事务处理。

由于在总线上一次只能发生一宗事务处理而内部总线又是被许多功能单元共享的，所以一方面允许一个功能单元在总线上进行事务处理另一方面拒绝另一个功能单元有权在总线上进行事务处理有时是必要的。确定哪个功能单元将有权在总线上进行事务处理的过程被称为判优。为数众多的判优协议为了在判优过程中使用已被开发出来。在判优过程中获胜并且被允许在总线上进行事务处理的功能单元被称为总线主控。在另一个功能单元通过成功地判优获得总线的主控权之前该功能单元一直是总线主控。

在中央处理单元的功能单元和存储器之间的数据传送速率往往是中央处理单元作为一个整体执行指令可能达到的速率的制约因素。为了提高数据传送速率，可以增加总线的规模或速度，或者可以增加使功能单元和存储器互连的总线数量。如果增加总线的数量，那么数据传送速率将由于提供更多的数据传送路径和减少不成功的判优次数而被增加。

但是，增大内部总线的数量或规模将增大在中央处理单元的芯片上为了实现内部总线必须专用的空间数量。由于中央处理单元芯片上的空间是有限的，所以把分配给实现内部总线的空间数量减少到最小是非常重要的。因此，所需要的是用来增加中央处理单元的功能单元和存储器之间的数据传送速率同时把实现总线所需要的空间数量减少到最小的方法和装置。

本发明的概述

本发明涉及具有大量的一起合作执行指令的功能单元的中央处理单元。芯片上的存储器被分为若干个部分，其中每个部分被接在众多内部总线之中的每一条总线上。所有的其它功能单元都被这样接到内部总线上，以致每个功能单元都能对所有的存储单元进行读写操作。当一个功能单元将要访问存储器的时候，它确定它需要哪个存储单元，然后对与芯片上的存储器的那个部分相关联的总线的主控权进行判优。通过提供两条或更多的内部总线，两宗或多宗总线事务可以同时发生。

有时，各功能单元将需要访问另一个功能单元或在中央处理单元外面的功能单元。为了在这种情况下使与内部存储器事务处理的冲突减少到最低限度，该功能单元对虚拟总线的访问进行判优。虚拟总线包括总线判优器，但是不包括物理总线。作为替代，虚拟总线判优器监视内部总线或者与其它总线判优器通信以确定哪条内部总线未被占用，并且在收到访问虚拟总线的请求时，把内部总线之中的一条总线分配给提出请求的功能单元。在本文中使用的术语“虚拟总线”将被用于指定没有相关联的物理总线的总线判优器。供虚拟总线用来分配物理总线的主控权的特定的协议将在下面更详细地予以讨论。

由于下述的几个理由，使用虚拟总线是有利的。第一，由于虚拟总线有关于物理总线被其它功能单元使用的信息，所以请求访问虚拟总线具有对每条物理总线同时判优的作用。因此，为访问物理总线进行判优所花费的时间数量被减少到最低限度。第二，由于物理总线通常不以100％的容量运行，所以把物理总线分配给的非存储器事务处理使用将把物理总线的使用增加到最大限度，而且不会为了访问存储器大大分散功能单元的能力。最后，使用虚拟总线代替追加的物理总线在芯片上将占用少得多的空间。因此，可以在不增加对于实现内部总线必不可少的空间数量同时把花费在判优中的时间数量减少到最低限度的情况下，适应在至少两个功能单元之间以及功能单元与外部资源之间的事务处理。