專利名稱：實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，以及更具體地，涉及一種方法和設(shè)備用于實(shí)施目錄結(jié)構(gòu)以選擇性地優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的性能或可靠性。
背景技術(shù)：
多處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括多個(gè)處理器，每個(gè)處理器用于執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。一個(gè)特定的計(jì)算任務(wù)可以在一個(gè)處理器上執(zhí)行，同時(shí)其他的處理器執(zhí)行其他的與其無(wú)關(guān)的計(jì)算任務(wù)。作為選擇，在多個(gè)處理器之間分布特定計(jì)算任務(wù)的組件，以降低執(zhí)行整個(gè)計(jì)算任務(wù)所需的時(shí)間。
一個(gè)在商業(yè)上可用的多處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是對(duì)稱多處理器(SMP)系統(tǒng)。一個(gè)SMP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常包括通過(guò)高速緩存層連接到共享總線的多個(gè)處理器。連接到共享總線的存儲(chǔ)器被系統(tǒng)中多個(gè)處理器所共享。
很多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在主存儲(chǔ)器上有兩層高速緩存，分別稱為L(zhǎng)1和L2高速緩存。在L1和L2高速緩存之間以及在L2高速緩存和主存儲(chǔ)器之間的傳輸單元稱為高速緩存線。當(dāng)前，典型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有固定的線尺寸，通常對(duì)于L1及L2高速緩存的線尺寸相同。用于跟蹤高速緩存線的目錄包括高速緩存目錄、探聽(tīng)過(guò)濾器以及遠(yuǎn)程目錄。
目錄有多種結(jié)合方式，該結(jié)合典型地具有保留標(biāo)簽信息或部分高速緩存線地址；狀態(tài)域，例如變更的、專有的、共享的、無(wú)效的(MESI)狀態(tài)，典型地用于高速緩存管理；以及ECC域，用于提供錯(cuò)誤校正和/或錯(cuò)誤檢測(cè)信息。因?yàn)橐粋€(gè)結(jié)合的所有類被并行訪問(wèn)，所以錯(cuò)誤校正/檢測(cè)位通常包括所有在單次目錄訪問(wèn)中檢索到的結(jié)合的類。這樣做是為了效率以便分配用于錯(cuò)誤校正/檢測(cè)的位數(shù)目最小。
錯(cuò)誤校正/檢測(cè)能在每個(gè)目錄條目中分開(kāi)地完成，代價(jià)是一個(gè)額外的存儲(chǔ)單元用于保留額外的錯(cuò)誤校正/檢測(cè)位。
在有些計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，性能比可靠性更重要。如果錯(cuò)誤發(fā)生，應(yīng)用可以重啟。這樣的例子是工程和科學(xué)計(jì)算。通過(guò)從之前的已知狀態(tài)重啟可以在錯(cuò)誤發(fā)生后恢復(fù)結(jié)果。
在其他的計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，可靠性比性能更重要。如果錯(cuò)誤發(fā)生，就會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)產(chǎn)生重大的影響。這樣的例子是業(yè)務(wù)交易計(jì)算。如果在交易過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，將無(wú)法再恢復(fù)這個(gè)交易。
在獲得最好的性能或以最佳的穩(wěn)定性運(yùn)行間存在折衷。例如，用于提供高可靠性的錯(cuò)誤檢測(cè)和校正邏輯會(huì)消耗寶貴的集成電路裸片面積(silicon real estate)，而集成電路裸片面積也可替代用于提升性能。錯(cuò)誤檢測(cè)和校正在計(jì)算機(jī)邏輯中也增加了到關(guān)鍵路徑的延時(shí)。
需要有一種能夠有效地優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能或可靠性的機(jī)制。理想情況下，用戶能夠根據(jù)特定的應(yīng)用選擇為性能或可靠性配置同一塊硅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要方面是提供一種方法和設(shè)備，用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的性能或可靠性。本發(fā)明的另一個(gè)重要方面是提供這種方法和設(shè)備，用于實(shí)施目錄組織以選擇性地充分優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的性能或可靠性而不會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響，并克服現(xiàn)有技術(shù)安排中的許多缺點(diǎn)。
簡(jiǎn)而言之，提供了一種方法和設(shè)備，用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的性能或可靠性。目錄包括用戶選擇操作模式，其中用戶選擇操作模式包括性能模式和可靠性模式。在可靠性模式中，具有預(yù)定義的目錄位數(shù)目的目錄行用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)。在性能模式中，不用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)的回收(reclaim)目錄位用于更多的結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明的特征，一個(gè)或多個(gè)目錄位在性能模式中用于奇偶校驗(yàn)檢查。在初始程序載入(IPL)時(shí)或在運(yùn)行時(shí)間期間選擇性能模式或可靠性模式。當(dāng)用戶選擇的操作模式在運(yùn)行時(shí)間期間被改變時(shí)，在模式發(fā)生變化前提供一個(gè)目錄刷新。
根據(jù)本發(fā)明的特征，可選地，性能模式或可靠性模式被選擇用于特定的應(yīng)用，并且目錄包括用于性能模式和可靠性模式的并發(fā)條目。每個(gè)目錄行在目錄的每一行包括一個(gè)位，用于指定該行當(dāng)前使用的目錄格式，允許兩種格式在同一目錄陣列中共存。當(dāng)用戶選擇的操作模式在運(yùn)行時(shí)間期間變化時(shí)，不需要針對(duì)變化的模式的目錄刷新。


本發(fā)明和上述及其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以從對(duì)附圖中示出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的下面的詳細(xì)描述中得到最好的理解圖1是用于表示示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖，其根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例用于實(shí)施選擇性的目錄組織以實(shí)現(xiàn)性能或可靠性；圖2A、2B和2C是示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的各個(gè)示例性的選擇性目錄組織的框圖表示，該選擇性目錄組織用于實(shí)現(xiàn)性能或可靠性；以及圖3是示出根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例的示例性用于選擇性地實(shí)施性能或可靠性的寫和讀目錄的邏輯實(shí)施的框圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的特征，提供一個(gè)控制寄存器，其配置目錄行的排列。如果給定的應(yīng)用需要高可靠性，則將更多的目錄位用于錯(cuò)誤校正/檢測(cè)。如果高性能最關(guān)鍵而錯(cuò)誤可以容忍，則將較少位或者零位會(huì)用于錯(cuò)誤校正，并且可將這些錯(cuò)誤校正位用于結(jié)合的更多方式。結(jié)合的更多方式可以使目錄跟蹤更多的高速緩存線，帶來(lái)更高的性能。
根據(jù)本發(fā)明的特征，目錄中的預(yù)定義的陣列存儲(chǔ)位例如被用于在高可靠性模式操作中支持完整的單錯(cuò)校正雙錯(cuò)檢測(cè)(SECDED)。在高性能模式中，這些在目錄中的存儲(chǔ)位被取代用于額外的目錄條目(標(biāo)簽/MESI)。任何備用位可選地被用為簡(jiǎn)單奇偶檢查以提供單位錯(cuò)誤檢測(cè)。
現(xiàn)在參照附圖，在圖1中，所示的高速緩存相關(guān)的對(duì)稱多處理器(SMP)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體上標(biāo)識(shí)為標(biāo)號(hào)100，用于實(shí)施根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的選擇性目錄組織以實(shí)現(xiàn)性能或可靠性。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括多個(gè)處理器0-N 102，每個(gè)包含各自的第一高速緩存L1存儲(chǔ)器0-N 104和第二更高層L2高速緩存0-N 106，它們通過(guò)互連或共享系統(tǒng)總線108連接到共享存儲(chǔ)器110和耦合到共享存儲(chǔ)器110的存儲(chǔ)器控制器112。
在簡(jiǎn)化形式中所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100足以用于理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不局限于與圖1所示的高速緩存相關(guān)的對(duì)稱多處理器(SMP)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100一起使用。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100并不局限于所示的兩層高速緩存104、106，也能夠使用多個(gè)附加分布式高速緩存。
根據(jù)本發(fā)明的特征，用戶可以針對(duì)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)高性能或高可靠性的選擇性目錄組織，選擇可靠性模式或性能模式。用戶也能選擇例如在白天以高可靠性模式運(yùn)行，然后用戶在晚上運(yùn)行那些容易恢復(fù)但需要優(yōu)化的性能的程序，所以用戶為夜間運(yùn)行選擇高性能模式。
根據(jù)本發(fā)明的特征，用戶可以在初始程序載入(IPL)時(shí)選擇可靠性模式或性能模式。這種模式可以在運(yùn)行時(shí)間中改變，但是必須在模式變化前進(jìn)行目錄刷新。
根據(jù)本發(fā)明的特征，目錄中的每一行的位可以指定當(dāng)前用于這一行的目錄格式，允許兩種格式在同一陣列中共存。這種方法允許用戶在運(yùn)行時(shí)間中切換模式而不需實(shí)施目錄刷新。
圖2A、2B和2C示出一個(gè)例子的實(shí)施，其使用一個(gè)128位寬1024深的陣列的目錄，用于實(shí)施根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的選擇性目錄組織以實(shí)現(xiàn)性能和可靠性。應(yīng)當(dāng)理解，圖示的實(shí)施支持也可以由用戶改變的高性能和高可靠性模式，以便在初識(shí)程序載入(IPL)和運(yùn)行時(shí)間期間進(jìn)行模式切換。
參照?qǐng)D2A，每個(gè)目錄行包括整體上由標(biāo)號(hào)200標(biāo)識(shí)的多個(gè)域，包含標(biāo)簽域202，如10位標(biāo)簽；和狀態(tài)域204，如用于變更、專有、共享、無(wú)效(MESI)狀態(tài)的4個(gè)位。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，標(biāo)簽域202以及狀態(tài)域204包含在目錄條目中，用于實(shí)現(xiàn)性能和可靠性。
參照?qǐng)D2B，圖示一個(gè)示例性目錄行，整體上由標(biāo)號(hào)210標(biāo)識(shí)，用于實(shí)施根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的性能模式。對(duì)于示例性的128位寬的陣列格式，性能模式目錄行210包括目錄位0-69上的奇偶校驗(yàn)位127和目錄位70-126上的奇偶校驗(yàn)位128。
參照?qǐng)D2C，圖示一個(gè)示例性目錄行，整體上由標(biāo)號(hào)250標(biāo)識(shí)，用于實(shí)施根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的可靠性模式。。對(duì)于示例性的128位寬的陣列格式，可靠性模式目錄行250包括ECC域，所述多個(gè)ECC域包括提供錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤校正信息的ECC位112-128。
參照?qǐng)D3，圖示一個(gè)示例性讀和寫目錄的邏輯實(shí)施，整體上由標(biāo)號(hào)300標(biāo)識(shí)，用于根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例選擇性地實(shí)施性能或可靠性。控制寄存器302接收針對(duì)性能模式或可靠性模式用戶選擇的操作模式的輸入。一對(duì)多路復(fù)用器304、306分別接收輸入8和ECC以及ECC和奇偶校驗(yàn)位，并且響應(yīng)于由控制寄存器302施加的用于所選性能模式或可靠性模式的選擇控制性號(hào)，將各個(gè)結(jié)合輸入耦合到目錄陣列310。在性能模式中，由14位/路+1個(gè)奇偶校驗(yàn)位結(jié)合的9路使用127位寬的目錄陣列310。在可靠性模式中，由14位/路+16ECC位結(jié)合的8路使用128位寬的目錄陣列310。在可靠性模式中，8以外的結(jié)合類沒(méi)有被使用。
應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可以應(yīng)用于任何支持對(duì)于存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行錯(cuò)誤校正和/或檢測(cè)的存儲(chǔ)應(yīng)用，例如，包括圖1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100中所示的數(shù)據(jù)高速緩存104、106和主存儲(chǔ)器110。
本發(fā)明參考在附圖中所示的本發(fā)明實(shí)施例的細(xì)節(jié)進(jìn)行了描述，這些細(xì)節(jié)并不意在限制附加的權(quán)利要求中要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的性能或可靠性的方法，包含接收性能模式和可靠性模式的用戶選擇操作模式；響應(yīng)于可靠性模式的用戶選擇操作模式，提供具有預(yù)定義數(shù)量的用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)的目錄位的目錄行；以及響應(yīng)于性能模式的用戶選擇操作模式，提供具有少于所述預(yù)定義數(shù)量的用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)的目錄位的目錄行。
2.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，還包括響應(yīng)于所述性能模式的用戶選擇操作模式，提供預(yù)定義目錄位用于奇偶校驗(yàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，還包括提供所述目錄行的每一行都具有格式位，所述格式位識(shí)別所述目錄行的可靠性模式或性能模式的目錄格式。
4.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，還包括提供用于性能模式和可靠性模式的并發(fā)目錄行。
5.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，其中接收用戶選擇操作模式還包括接收在初始程序載入(IPL)過(guò)程中用戶選擇的性能模式或用戶選擇的可靠性模式。
6.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，其中接收用戶選擇操作模式還包括接收在運(yùn)行時(shí)間過(guò)程中用戶選擇的性能模式或用戶選擇的可靠性模式。
7.如權(quán)利要求6所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，還包括響應(yīng)于在運(yùn)行時(shí)間過(guò)程中用戶選擇操作模式的變化，在所述模式變化前提供目錄刷新。
8.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，包括響應(yīng)于性能模式的用戶選擇操作模式，比可靠性模式提供更多的目錄條目。
9.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，還包括提供每個(gè)目錄行都具有包含預(yù)定義位的標(biāo)簽域和包含預(yù)定義位的狀態(tài)域。
10.如權(quán)利要求1所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的方法，還包括響應(yīng)于性能模式的用戶選擇操作模式，比可靠性模式提供更多的結(jié)合方式。
11.一種用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的性能或可靠性的設(shè)備，包括控制寄存器，用于接收性能模式和可靠性模式的用戶選擇操作模式；預(yù)定義數(shù)量的目錄位，用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)，具有針對(duì)可靠性模式的用戶選擇操作模式的目錄行；以及數(shù)量少于所述預(yù)定義數(shù)量的目錄位，用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)，具有用于性能模式的用戶選擇操作模式的目錄行。
12.如權(quán)利要求11中所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的設(shè)備，其中每個(gè)目錄行包括包含預(yù)定義位的標(biāo)簽域和包含預(yù)定義位的狀態(tài)域。
13.如權(quán)利要求11中所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的設(shè)備，其中所述控制寄存器接收在初始程序載入(IPL)過(guò)程中用戶選擇的性能模式或用戶選擇的可靠性模式。
14.如權(quán)利要求11中所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的設(shè)備，其中所述控制寄存器接收在運(yùn)行時(shí)間過(guò)程中用戶選擇的性能模式或用戶選擇的可靠性模式。
15.如權(quán)利要求11中所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的設(shè)備，其中響應(yīng)于在運(yùn)行時(shí)間過(guò)程中用戶選擇操作模式的變化，在所述模式變化前提供目錄刷新。
16.如權(quán)利要求11中所述的用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化性能或可靠性的設(shè)備，其中每個(gè)目錄行包括一個(gè)格式位，所述格式位識(shí)別所述目錄行的可靠性模式或性能模式的目錄格式。
全文摘要
提供了一種用于實(shí)施目錄組織以選擇性地優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的性能或可靠性的方法和設(shè)備。目錄包括用戶選擇操作模式，包括性能模式和可靠性模式。在可靠性模式中，更多的目錄位用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)。在性能模式中，不用于錯(cuò)誤校正和檢測(cè)的回收目錄位用于更多的結(jié)合。
文檔編號(hào)G06F11/10GK1975682SQ200610147029
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者杰拉爾德·基思·巴特利, 約翰·邁克爾·博肯哈根, 丹尼爾·保羅·科爾茨, 威廉·保羅·霍維斯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司