[发明专利]具有保护的最近最少使用置换方法

说明书

                     发明领域

本发明一般涉及一种电子计算机系统中的高速缓存的数据的置换方法，尤其涉及一种能防止不需要的置换的最近最少使用置换方法。

                     背景技术

高速缓冲存储器经常用于高性能的计算系统中，其中快的系统速度要求用快的、昂贵的存储器来快速访问数据。处理器工作速度越快，它从存储器检索数据和指令的速度就必须越快。这就要求存储器可以被快速访问，并且涉及到由于很高的时钟速度，存储器一般位于处理器附近。但是，能作为高速缓存操作的快速存储器比较贵，而且靠近处理器设置大量的或定制数量的存储器往往不可行。因此，常常将数量有限的高速缓冲存储器存储体与较大的主系统存储器相隔离，置于处理器核心的附近。

这种高速缓冲存储器一般包括如静态随机访问存储器(SRAM)的高速存储器和一个高速缓存控制器。该控制器管理那些根据处理器可能很快要用到哪些数据的预测，从相对较慢的主存储器复制到高速缓冲存储器中的数据。该高速缓冲存储器一般占整个系统存储器的1％到10％，但可能部分随着计算系统的存储器访问特性的可预测性的不同，在较大的范围内变化。

因为连续存储器访问一般发生在相对较小的存储地址区域内，所以将最经常频繁访问的数据存储在高速缓存中可以明显地提高系统的性能。从相对较快的缓冲存储器访问这些最经常使用的数据使处理器不必去等待从较慢的主存储器访问数据，这种情况被称为高速缓存命中。如果处理器需要的数据不在高速缓存中，而必须从主存储器中取出，该要求类似地被称为高速缓存失中。

高速缓存有效地提高存储器访问速度的程度可以通过高速缓存命中和高速缓存失中的存储器要求的个数来测量。高速缓存控制器设计者的目的是将处理器最可能用到的数据放入高速缓存中，使高速缓存命中对高速缓存失中的比率最大。通过采用此方案，系统可以得到很多具有高速存储器的优点，同时通过将大部分数据存储在相对便宜的较低速的存储器中来降低整个系统的成本。

一种用经常使用数据置换不经常使用数据的方案是简单地记录存储在高速缓存的哪个数据是最近最少使用(LRU)的，并用刚载入到高速缓存的新数据置换该数据。这种方法一般采用与每个存储在高速缓存中的数据块相对应的多个LRU位，它包含表明该数据上次被访问之后经过了多长时间的数据。由于高速缓存的容量有限，这种方法可以在数据被再次使用之前从大的数据集中移入数据。而且，该LRU算法可能用最近使用的数据置换经常使用的数据，即使最近使用的数据更不经常使用或者仅使用一次。因此需要一种能保证更可能再次被要求的数据不被最近使用过但不是经常使用的数据置换的方法。

                       发明概述

提供一种在高速缓冲存储系统中存储数据的方法。高速缓存数据项列表记录存储在高速缓存中的高速缓存数据项，并被划分为一个过滤列表和一个再使用列表。通过将所有新缓冲数据项放入过滤列表来填充过滤列表，而再使用列表则由有选择地从过滤列表中提出的高速缓存数据项填充。从过滤列表和再使用列表中清除数据是由一个保护过程来操作的。

                       附图说明

图1示出一个表，该表表示根据本发明的一个实施方式的最近最少使用(LRU)顺序矩阵。

图2示出一个表，该表表示根据本发明的一个实施方式的多路LRU置换高速缓存字，该字随着访问具体路中的数据而变化。

图3示出一个表，该表表示根据本发明的一个实施方式的一个多路LRU高速缓存置换中用于牺牲者选择的解码掩码。

图4示出表示根据本发明的一个实施方式的子列表排序掩码的一个表和一个将该掩码应用到具有相应的LRU路保护位的LRU字中的应用例子。

图5示出一个表示根据本发明的一个实施方式的具有处理器，存储器以及LRUP高速缓存的通用计算机。

图6示出一个根据本发明的一个实施方式的包括一个LRUP高速缓存的数据存储系统。

                  具体实施方式

在下面对本发明的实施例的具体描述中，参照构成该实施例一部分的附图，其中通过图解说明具体的可实施本发明的实施例。这些实施例的描述足够详细使本技术领域的技术人员能够实现本发明，应该理解的是也可以利用其他的实施例，可以在不偏离本发明的精神或范围进行逻辑的，物理的，电气的，以及其他的改变。因此，下面的详细的描述不用于限制范围，发明的范围只在所附的权利要求书中定义。