摘　要：主要介紹了一款３２?。獾模遥桑樱媒Y(jié)構(gòu)ＣＰＵ的存儲器管理部件的設(shè)計(jì)。在對存儲器管理部件的原理，存在的必要性等方面進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，對設(shè)計(jì)的存儲器管理部件的結(jié)構(gòu)，３種地址轉(zhuǎn)換機(jī)制：實(shí)地址轉(zhuǎn)換、塊地址轉(zhuǎn)換及段頁式地址轉(zhuǎn)換，以及部分單元電路等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

　　隨著處理器主頻的不斷升高，訪問存儲器的速度就越來越成為制約處理器性能提高的瓶頸。如何更加有效地管理好更多的存儲空間成了急待解決的問題。本文是基于某３２?。?a target="_blank">微處理器芯片研制而提出的，該ＣＰＵ是一個(gè)高集成度的、深亞微米工藝制造的高速超標(biāo)量微處理器。本文將介紹其存儲器管理單元的地址變換機(jī)制的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電路實(shí)現(xiàn)。

　　１存儲器管理部件概述

　　存儲器管理部件（Ｍｅｍｏｒｙ?。停幔睿幔纾澹恚澹睿簟。眨睿椋?，ＭＭＵ）的主要任務(wù)是將由處理器發(fā)出的有效的是地址轉(zhuǎn)換為存儲器的物理地址。程序訪問存儲器使用的是有效地址，而處理器訪問存儲器使用物理地址［１］。其轉(zhuǎn)換方式主要有實(shí)地址模式、塊地址轉(zhuǎn)換和段頁式地址轉(zhuǎn)換３種。在地址轉(zhuǎn)換過程中，ＭＭＵ把ＣＰＵ發(fā)出的３２?。庥行У刂忿D(zhuǎn)換成５２?。馓摂M地址，然后再轉(zhuǎn)換成３２?。馕锢淼刂?。有效地址空間分為段（２５６　Ｍ）或塊（１２８ｋ￣２５６?。停?。段內(nèi)再進(jìn)一步細(xì)分為４　ｋＢ的頁。對于每個(gè)塊或頁，由操作系統(tǒng)產(chǎn)生地址描述符（頁表項(xiàng)ＰＴＥ或ＢＡＴ項(xiàng)）；在塊或頁被訪問時(shí)，ＭＭＵ利用這些描述符產(chǎn)生物理地址、保護(hù)信息及其他控制信息，為了快速訪問，還設(shè)計(jì)了ＴＬＢ和ＢＡＴ寄存器。

　　圖１是ＭＭＵ的結(jié)構(gòu)框圖。有效地址的高２０位ＥＡ０￣ＥＡ１９轉(zhuǎn)換成物理地址的ＰＡ０￣ＰＡ１９，低１２位ＥＡ?。玻埃牛粒常弊鳛轫搩?nèi)偏移量不轉(zhuǎn)換。地址轉(zhuǎn)換之后，ＭＭＵ根據(jù)產(chǎn)生的３２　ｂ物理地址訪問存儲器子系統(tǒng)。

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　?。驳刂忿D(zhuǎn)換機(jī)制

　　如圖２所示。當(dāng)機(jī)器狀態(tài)寄存器ＭＳＲ［ＩＲ］＝０或ＭＳＲ［ＤＲ］＝０，采用實(shí)地址轉(zhuǎn)換模式，即直接把有效地址當(dāng)作物理地址去訪問存儲器；當(dāng)有效地址范圍比連續(xù)的物理存儲器的單頁（４　ｋＢ）大時(shí)，采用塊地址轉(zhuǎn)換（ＢＡＴ），這時(shí)ＭＳＲ［ＩＲ］＝１和／或ＭＳＲ［ＤＲ］＝１，匹配的ＢＡＴ項(xiàng)的優(yōu)先級比任何段描述符都要高，完全忽略段描述符的信息；當(dāng)ＭＳＲ［ＤＲ］＝１或ＭＳＲ［ＩＲ］＝１，且地址不由ＢＡＴ機(jī)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)相應(yīng)的段描述符的Ｔ＝０時(shí)，選擇段地址轉(zhuǎn)換模式。

　　圖３所示為塊地址轉(zhuǎn)換的ＢＡＴ陣列比較流程。塊地址轉(zhuǎn)換由ＢＡＴ陣列實(shí)現(xiàn)，ＢＡＴ陣列存有８個(gè)存　儲器塊的地址轉(zhuǎn)換信息，ＢＡＴ陣列由操作系統(tǒng)維護(hù)，通過一組１６個(gè)專用寄存器實(shí)現(xiàn)，每塊由一對ＢＡＴ寄存器（ＢＡＴＵ，ＢＡＴＬ）組成，保存著塊的有效地址和物理地址的對應(yīng)關(guān)系。進(jìn)行指令地址轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)地址轉(zhuǎn)換各有４對ＢＡＴ寄存器。ＢＡＴ陣列采用了全相聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以地址可以存放在任意一個(gè)ＢＡＴ［２］。另外，４個(gè)ＢＡＴ項(xiàng)的有效地址字段同時(shí)與訪問的有效地址比較來檢查是否匹配。每對ＢＡＴ寄存器定義了塊的有效地址的起始地址、塊的尺寸、物理地址空間相應(yīng)的塊的起始位置。如果一個(gè)有效地址在一對ＢＡＴ寄存器定義的范圍內(nèi)，其物理地址將由塊的物理地址的起始地址加上低端的有效地址偏移量組成?！—お?/FONT>