[发明专利]一种缓存、数据访问方法和指令处理装置

说明书

本发明公开了一种缓存，包括数据阵列组和标签阵列组。数据阵列组包括复数个数据阵列，每个数据阵列包括预定数量的缓存数据行，每个缓存数据行具有对应的数据索引。标签阵列组包括复数个标签阵列，每个标签阵列与一个数据阵列相对应，且每个标签阵列包括复数个子标签阵列，每个子标签阵列包括预定数量的标签，每个标签具有对应的标签索引并包含与数据阵列中的缓存数据行相对应的物理地址。本发明还公开了包含该缓存的指令处理装置、片上系统和智能设备，以及对该缓存进行操作的数据访问方法。

技术领域

本发明涉及处理器领域，尤其涉及具有数据缓存的处理器核心和处理器。

背景技术

现代的处理器或者处理器核心以流水线的方式来处理指令。典型的流水线通常包括取 指令、指令解码、指令发射、指令执行和指令退休等各个流水线阶段。

由于存储器的存取速度并未和处理器执行速度相匹配，目前在取指令和指令执行阶段， 对存储器进行操作的指令或者数据读取和写入操作成为了目前处理器性能的主要瓶颈之 一。考虑到不同存储介质的成本和存储速度，在现在的处理器架构中，通常采取分级存储 的机制，即采用低容量的高速缓存来缓存速度慢但成本也低的存储介质中的数据。利用缓 存机制，当从外部存储介质访问指令或者数据时，可以将所访问的数据或者指令存储到高 速缓存中，这样，当后续访问相同的指令或者数据时，可以直接从高速缓存来获取所访问 的数据或者指令而不用从外部存储介质来获取该数据或者指令。缓存机制可以显著提高数 据访问操作的执行速度。

对高速缓存进行管理以便提高对缓存的访问速度是本领域要解决的问题。特别是当高 速缓存的空间逐渐变大时，如何快速地访问高速缓存中的缓存数据是本领域要解决的问题 之一。

为此需要一种新的数据访问方案，可以高效地对高速缓存进行管理，并且可以快速地 对缓存数据进行访问。

发明内容

为此，本发明提供了一种新的缓存、指令处理装置、处理器和数据访问方法，以力图 解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种缓存，包括数据阵列组和标签阵列组。数据阵列 组包括复数个数据阵列，每个数据阵列包括预定数量的缓存数据行，每个缓存数据行具有 对应的数据索引。标签阵列组包括复数个标签阵列，每个标签阵列与一个数据阵列相对应， 且每个标签阵列包括复数个子标签阵列，每个子标签阵列包括预定数量的标签，每个标签 具有对应的标签索引并包含与数据阵列中的缓存数据行相对应的物理地址。

根据本发明的另一个方面，提供了一种指令处理装置，包括上述缓存以及数据访问单 元。数据访问单元适于接收数据访问请求并进行处理以返回所请求的数据。该数据访问单 元包括地址生成单元、内存管理单元、物理标签比较器和数据输出单元。

地址生成单元适于基于数据访问请求来获取该请求要访问数据的虚拟地址，并基于所 获取的虚拟地址生成标签索引、数据索引和子标签索引。标签索引基于虚拟地址的第一部 分生成。数据索引基于虚拟地址的第二部分生成。子标签索引基于虚拟地址的第三部分生 成，且虚拟地址的第二部分至少包括虚拟地址的第一部分和第三部分。

内存管理单元耦接到地址产生单元，并适于获取与虚拟地址相对应的物理地址。

物理标签比较器耦接到内存管理单元和缓存中的标签阵列组，适于将内存管理单元所 获取的物理地址和在述标签阵列组中检索到的、与标签索引相对应的标签所包括的物理地 址进行比较，以确定具有相同物理地址的命中标签。

数据输出单元适于在命中标签所处的子标签阵列在标签阵列中的子阵列位置与子标 签索引相一致时，在根据数据索引而从缓存的数据阵列组中检索到的缓存数据行中，选择 来自与命中标签所处的标签阵列相对应的数据阵列的缓存数据行作为要输出的数据。