[发明专利]使存储器高速缓存中数据无效的方法与系统

说明书

技术领域

总体上讲，本发明的实施例涉及计算机处理领域。

背景技术

通常，把根据三维景物描绘二维图像的过程称为图像处理。随着现代计算机工业的发展，图像处理也在不断发展。图像处理发展的一个具体的目标是，使三维景物的二维模拟或描绘尽可能地逼真。描绘逼真图像的一个限制是，现代监视器通过对像素的使用显示图像。

像素为可在监视器上对其进行照射的最小空间区域。大多数现代计算机监视器将使用成千上万，或者数以百万计的像素的组合，构成整个显示器，即所描绘的景物。各个像素按网格模式排列，并共同覆盖监视器的整个观看区域。可以照射各个像素，以描绘加以观看的最终画面。

把一种使用像素在二维监视器上描绘真实世界三维景物的技术称为光栅化(rasterization)。光栅化是获取按向量格式表示的二维图像(景物中几何对象的数学表示)，并且把所述图像转换成在监视器上显示的各个像素的过程。在快速描绘图形方面，光栅化是高效的，并且使用了相对少量的计算能力，然而，光栅化通常具有某些缺陷。例如，光栅化常常会缺乏真实感，因为其不基于光的物理特性，相反，光栅化基于投射在二维平面的景物中的三维几何对象的形状。而且，通过光栅化描绘景物所需的计算能力，直接随将加以描绘的景物的复杂度的增加而攀升。随着图像处理日趋逼真，所描绘的景物也变得越来越为复杂。因此，随着图像处理的演化，光栅化愈加困难，因为光栅化的难度直接随复杂度而攀升。

把使用像素在二维监视器上描绘真实世界三维景物的另一种技术称为射线追踪(race tracing)。射线追踪技术追踪虚射线——那些行为类似于光的射线的射线——向将描绘在计算机屏幕上的三维景物中的传播。所述射线源自坐在计算机屏幕之后的观看者的眼睛，并且遍穿(traverse)构成计算机屏幕的各个像素，射向三维景物。每一被追踪的射线前进到景物中，并且可能与景物中的对象相交。如果射线与景物中的对象相交，则对象的特性和若干其它贡献因素用于计算把射线暴露于其的颜色和光的数量，或者用于计算颜色和光的缺乏量。然后，使用这些计算确定被追踪的射线所经过的像素的最终的颜色。

针对单一的景物，多次执行追踪射线的过程。例如，可以针对显示器中的每一个像素，追踪单一的射线。一旦已经追踪到能够确定构成计算机屏幕的二维显示的所有像素的颜色的足够数目的射线，则可以针对观看者，把三维景物的二维合成显示在计算机屏幕上。

射线追踪通常可比光栅化描绘更为逼真的真实世界三维景物。其部分原因在于，射线追踪模拟真实世界环境中光的传播与行为，而不是象使用光栅化那样简单地把三维形状投射于二维平面。因此，使用射线追踪所描绘的图形，在监视器上更精确地描绘了我们的眼睛习惯于在真实世界中所看到的东西。

而且，与光栅化相比，当景物变得较为复杂时，射线追踪还可更好地应对景物复杂度的增加。射线追踪对数性地缩小了景物复杂度。其原因在于，可以把同样数目的射线投射于景物，甚至是在景物变得较为复杂的情况下也如此。因此，当景物变得较为复杂时，就计算能力需求而言，射线追踪不会像光栅化那样深受其苦。

射线追踪的一个主要的缺陷是，为了描绘景物，需要大量的计算，因而需要大的处理能力。例如，当需要快速描绘时，这导致问题。例如，当某一图像处理系统准备描绘针对动画的图形，例如在游戏操纵台上描绘时。由于射线追踪所需的计算的增加，难以酷似真实情况那样快速地描绘动画(逼真的动画大约为每秒20～24帧)。

因此，存在着人们对执行射线追踪的更有效的技术与设备的需求。

发明内容

总体上讲，本发明的实施例提供了用于执行射线追踪的方法与装置。

根据本发明的实施例，提供了一种使存储器高速缓存中数据无效的方法。总体上讲，该方法包括：创建相应于存储器高速缓存的第一部分的第一存储器目录项目以及相应于存储器高速缓存的第二部分的第二存储器目录项目，其中，存储器目录项目提供针对存储器高速缓存中的数据的有效地址到实际地址的翻译；在第一存储器目录项目中设置第一比特，以指示当接收到分布的时间基信号时第一存储器目录项目为无效的；生成该分布的时间基信号；响应于该分布的时间基信号，在第一和第二存储器目录项目中设置第二比特；接收对存储器高速缓存的第一部分的存储器地址翻译的请求；以及通过检查第一存储器目录项目中的第一比特和第二比特，确定第一存储器目录项目为无效的。