[发明专利]一种高速缓存系统及单周期多数据的入栈、出栈操作方法

权利要求书

1.一种高速缓存系统，其特征在于，包括：

存储单元，所述存储单元包括数据缓存空间和临时堆栈空间，所述存储单元用于存储待写数据和Tag；

监控单元，所述监控单元与所述存储单元连接，以监测所述存储单元写端口的数据和命中信号；

命中判定单元，所述命中判定单元与所述存储单元连接，用于判断当前的读操作是否命中了所述存储单元，并在发生命中时将待读数据由所述存储单元中读出；

其中，所述存储单元包括若干个并行设置的N位存储模块，每一所述N位存储模块均设置有若干状态位，以通过改写若干所述状态位对所述数据缓存空间或临时堆栈空间进行复用；

所述监控单元用于获取待写数据信息和若干状态位信息，并在发生命中时，根据所述待写数据信息和若干所述状态位，将所述待写数据和对应地址的Tag写入对应所述数据缓存空间或临时堆栈空间。

2.根据权利要求1所述的高速缓存系统，其特征在于，所述N位存储模块还包括数据存储器和标签存储器，所述数据存储器用于存储所述待写数据，所述标签存储器用于存储所述Tag。

3.根据权利要求1所述的高速缓存系统，其特征在于，所述状态位的数量为三个，包括：

数据行有效状态位，所述数据行有效状态位用于表示该行数据是否有效；

数据行被更新状态位，所述数据行被更新状态位用于表示该行数据是否已被更新；

堆栈状态位，所述堆栈状态位用于表示该数据行能否被用作堆栈。

4.根据权利要求1所述的高速缓存系统，其特征在于，所述临时堆栈空间应用的入栈函数为push，出栈函数为pop；所述入栈函数和出栈函数能够在一个时钟周期内实现若干数据的堆栈或出栈操作。

5.根据权利要求1所述的高速缓存系统，其特征在于，所述监控单元包括2路选择器，所述2路选择器根据所述待写数据信息判断待写数据类型，生成并发送判断类型结果。

6.根据权利要求5所述的高速缓存系统，其特征在于，高速缓存系统还包括：写入缓冲单元，所述写入缓冲单元设置在所述监控单元与存储单元之间，用于对所述待写数据进行暂存，并根据所述判断类型结果，将所述待写数据输出至所述数据缓存空间或临时堆栈空间。

7.根据权利要求1所述的高速缓存系统，其特征在于，高速缓存系统还包括：

地址转换单元，所述地址转换单元用于建立主存与缓存之间的目录表，以实现数据的主存地址到缓存地址的转换；

数据替换单元，所述数据替换单元与所述存储单元连接，用于在所述存储单元已满时，进行数据行替换，并修改所述地址转换单元。

8.一种单周期多数据的入栈操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

监控单元在监测到写命中时启动，获取待写数据信息，其中，所述待写数据信息包括堆栈地址；

所述监控单元根据所述堆栈地址，查找各N位存储模块的状态位，将待写数据存储至所述临时堆栈空间对应的所述N位存储模块内；

临时堆栈空间更新对应的所述N位存储模块的若干状态位，以表示当前存储数据和Tag有效。

9.根据权利要求8所述的单周期多数据的入栈操作方法，其特征在于，将待写数据储至所述临时堆栈空间对应的所述N位存储模块内的步骤包括：

所述监控单元根据所述堆栈地址，查找并根据各所述N位存储模块的数据行有效状态位，判断各所述N位存储模块对应的状态；

若所述N位存储模块对应的数据行有效状态位表示为无效，则将所述待写数据存储至此所述N位存储模块；若有效，则继续查找并根据各所述N位存储模块的数据行被更新状态位，判断各所述N位存储模块是否被更新；

若所述N位存储模块对应的数据行被更新状态位表示为数据未被更新，则将所述待写数据存储至此所述N位存储模块；若已被更新，则根据LRU算法选择一所述N位存储模块回写至主存，再将所述待写数据存储至此所述N位存储模块。