[其他]地址转换与地址计算相重叠的数据处理系统

说明书

一种用于操作数据处理系统的方法。该系统运用了虚拟存储器。其中，虚拟存储器地址是由一个基址寄存器值和一个位移值形成。并被映射成实存储器地址。该方法的步骤包括，将基址寄存器值内容与位移值相加，在相加操作的同时，执行基址寄存器值的转换，以产生一个对应该基址寄存器值的虚拟地址。

本发明涉及一种具有虚拟存储器的数据处理系统，尤其涉及一种采用重叠的虚拟地址转换和地址计算的系统。

众所周知，在数据处理系统中，用具有高速存取、低容量的存储器作为主存储器，以及低速存取、高容量的存储器作为第二级存储的分级存储器系统。主存的目的是在按要求将数据或其它信息从第二级存储器存入主存时，为处理模件提供适当的传入或传出速率。虚拟存储系统的建立。向分级存储器系统提供了在所需信息当时不在主存时自动从二级存储器向主存传送所需信息的能力。用这种方法，用户就不会意识到由于主存大小而产生的内在限制。

采用虚存的优点在于计算过程中需要的存储信息（程序或数据）无需全部同时存于主存中，在大部分时间内。这些信息中某些部分可以存于第二级存储器中，这样做的原因在于，主存以每位或每个单元为基础的费用通常高于第二级存储器。

就虚存的应用而言，信息被分成若干段，因而在计算过程中，一段信息或全部存于主存中，或全部不在主存中，如果所有各段信息的长度一样，则通常称之为页。在这种情况下，主存被分为数个所谓实页，这些实页实际上是可以正好包含一页的存储单元。

段和页在主存中的随机定位是利用一组地址转换表作虚地址到实地址的转换，该表存于主存中，并被称为页面表。在大虚拟系统中，采用了大量这类地址转换表，而且它们的结构方式也有多种。所有这类结构的基本特征是，特定的虚拟地址必须逻辑地映射到表中的一个存储位置上，该位置包含对于该虚地址的实地址。

就其功能而言，这类地址转换表的操作如下：特定虚地址的高位用来访问转换表的特定部分，该部分与一特定的帧或段有关。随后，在低位进行查找，以确定特定的虚地址是否包含于其中，如果是，则确定与之相关的实地址。由虚拟帧地址指向的每个页表包括一帧中全部页的实际位置。因此，如果一特定帧被分为16页。则每一帧将有16个页表，并且各个帧表具有指向一组特定独立页表的入口。应该知道，以上只是作了一个概括的描述，有许多利用页表构成地址转换的不同方式，以及用CPU产生的虚拟地址起动的寻址装置。

当进行实地址转换时，无论整个系统结构的细节以及页表的使用如何，以提出的虚拟地址作为自变量求得页面表的适当入口並对页进行访问，通常在多次访问存储器之后，在页表中能够找到所需入口。虚地址的字节部分或“字节位移”实质上是一个相对地址，它在虚页中与在实页中是一样的，因而，一旦所需虚地址的实页地址部分已被转换，该字节位移部分则与实页地址位置拼起来，以提供主存中的实字节地址。

如所周知，在现在的虚拟存储器系统中，为了避免每次访问存贮器时不得不转换一虚地址，最近使用的虚地址到实地址的转换被保留在一组特定的高速存取表或高速存贮器中，它们分别被称为目录后备表（DLAT）或转换后备缓冲器（TLB_S）。按照惯例，这些表或缓冲器是特别高速的，或是可以高速访问的存贮器。其被访问的速度比上述页帧表的快得多，因此，常用的虚地址可以存于此表中，并被以很高的速度访问，其结果是在计算机中节省了大量运行时间。这类TLB地址转换系统的予期效果是基于一个事实，即在对一特定虚页的第一次访问之后，在某个程序执行期间将对这同一页有许多次访问。如前所述，尽管随后的访问在一页中是对不同行或字节，但对该页来说，虚到实页地址转换是相同的，而不必考虑正在被访问的是哪一行或哪个字节。

在一个使用虚拟寻址的微处理机系统中，由虚地址转换处理引起的延迟限制了可用于对主存储器作存取访问的时间。如果该微处理器带有一超高速缓冲数据存贮器的话，这一影响就可以减轻，因为对超高速缓冲存贮器的访问可以以虚地址的转换同时进行。但是，一个足够大小的超高速缓冲数据存储器一般不能经济地装于一个超大规模集成的（VLSI）微处理器上。由于对运算对象的存贮访问时间是一个主要的性能参数，因而非常需要一些方法，以便在即使不用超高速缓冲数据存贮器时也能够从存储器访问路径中减少或消除存贮器访问的地址转换延迟。