[发明专利]微处理器和在微处理器中实现的方法

说明书

本发明提供微处理器和在微处理器中实现的方法。在一个实施例中，一种微处理器，包括：转译后备缓冲器(TLB)，其被配置为指示与存储器访问指令试图访问的存储器页的物理页地址相对应的虚拟页地址在TLB中未命中；第一微操作，其与第一存储器访问指令相对应，并且第一微操作被配置为基于第一虚拟页地址在TLB中的未命中来发起第一推测性表查找；以及第二微操作，其与第二存储器访问指令相对应，并且第二微操作被配置为基于比第一微操作更早并且还基于具有与针对第一存储器访问指令的第一虚拟页地址和属性相匹配的虚拟页地址和属性，在第一微操作的当前处理阶段接管第一微操作的现行的第一推测性表查找。

技术领域

本发明大体上涉及微处理器，并且特别地，涉及响应于转译后备缓冲器未命中(translation lookaside buffer miss)而进行页表查找(page tablewalk)的微处理器。

背景技术

许多现代微处理器支持虚拟存储器的概念。在虚拟存储器系统中，在微处理器上执行的程序的指令是指使用微处理器的虚拟地址空间中的虚拟地址或线性地址的数据。微处理器将虚拟地址转译为用于访问物理存储器的物理地址。

微处理器支持的通常的虚拟存储器方案是页式存储器系统。页式存储器系统采用用于将虚拟地址转译或映射到物理地址的分页机制。物理地址空间被划分为固定大小的物理页。通常的页大小为4KB。虚拟地址包括虚拟页地址部分和页偏移部分。虚拟页地址指定虚拟地址空间中的虚拟页(例如，4KB)。微处理器的分页机制将虚拟页地址转译为物理页地址。这个处理称为页转译。页偏移指定虚拟和物理页中的物理偏移(例如，相对于虚拟或物理页地址的虚拟或物理偏移)。

操作系统决定存储器中的哪些物理页将映射到各个虚拟页，并且保持指定映射的页映射信息。当微处理器遇到用于指定虚拟地址以访问存储器中的位置的指令(诸如加载或存储指令)时，微处理器通过使用操作系统的页映射信息将虚拟地址转译为合适的物理地址。操作系统在系统存储器中保持页映射信息。因此，微处理器从存储器读取适当的页映射信息以将虚拟地址转译为物理地址。页映射信息一般分层地布置以减小其大小，这要求微处理器通过在层级的多个级处进行读取操作来遍历层级。为此，并且由于页映射信息的至少一部分通常被称为页表，因此微处理器遍历页映射信息以将虚拟地址转译为物理地址的处理通常被称为页表查找，或者简单地称为表查找，或者本文中主要使用的表查找。关于表查找的更多信息可以在美国专利7,996,650(下文中称为650专利)中找到，其全部内容通过引用并入本文。

在650专利中，将转译后备缓冲器(TLB)描述为通过高速缓存页映射信息来减少向系统存储器的表查找次数的机制的一部分。当微处理器遇到存储器访问指令(例如，加载或存储指令)时，微处理器向TLB提供虚拟地址，并且TLB进行虚拟页地址的查找。如果虚拟页地址在TLB中命中，则TLB提供相应的转译物理页地址和页特征，从而避免了需要进行表查找。然而，如果虚拟页地址在TLB中未命中，则微处理器必须进行表查找。

考虑到上述背景，进一步注意到许多微处理器是超标量的(superscalar)。超标量微处理器包括这样的特征：具有多个执行单元，并且具有在单个时钟周期中向执行单元发出多个指令的能力。超标量微处理器的附加能力包括进行乱序执行(例如，微处理器可以执行由包括指令的程序所指定的乱序指令)和进行指令的推测执行(例如，在确定地知道指令实际上是否将完成之前，微处理器执行指令，或者至少进行由指令所规定的一些动作)。尽管微处理器可以推测地进行指令所规定的一些动作，但是微处理器不被架构允许用指令的结果来更新系统的架构状态，直到指令不再是推测的为止，即直到确定为指令将完成(对应于机器最早的状态)为止。