利用存取和故障逻辑信号保护主存储器单元的设备和方法技术

在一个数据处理系统中，用于控制可以对数据信号组进行处理的处理类型的设备和方法，包括一个页面表项格式，它具有多个字段位置，用来存放规定页面存取权限的信号。除了读／写存取控制以外，信号组存取权限可以由数据处理单元现行的工作方式和被指定地址的指令或数据元素的所要求的活动（即读、写或执行）来决定。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般说来涉及数据处理系统，更具体地说，涉及到由数据处理系统处理的指令和数据元素的控制。在数据处理系统中，数据处理系统对数据元素进行操作，同时也对形成程序而控制这些操作的指令元素进行操作，这些数据元素和指令元素一般都存放在一个主存储单元中。主存储单元可以存放与多个由数据处理系统所执行的程序有关系的指令和数据元素。为了各种原因，例如指令和数据元素的完整性，经常希望控制对指令和数据元素所进行的操作的类型。例如，当数据处理系统的用户能够去变动操作系统程序的基本部分或选定的例行子程序时，就会引起不一致的结果。过去，曾使用过各种技术来控制能对逻辑信号组进行操作的类型。对每一个逻辑信号组可以加上一个或若干个字段，由它来指定相应的指令和数据元素所要求的用法。由于对指令或数据元素可以指定多种存取权限，所以在和指令或数据元素相关的所有各种可能的存取权限中，只能对它们指定其中的一个子集，以免这个必需的存取权限的字段变得过分庞大。这个问题在Multics(复用的信息和计算服务)系统中是用一种略为不同的方式表达的对于数据处理系统的操作规定了多种特权级别，同时，在这些级别之间的传送是受到严格控制的。Multics系统在麻省理工学院(MIT)出版社出版的由ElliottI.Orgnick著的“TheMulticSyslem;AnExaminationofitsStructure”(Multics系统;对它的结构的研究)中作了叙述。Multics系统及类似的数据处理系统需要复杂的硬件/软件特权级别接口，而这些接口需要大量的处理时间才能实现。和Multics系统相关的存取权限在每个特权级别上都有规定，而且在不同特权级别之间转移时必须检查其一致性。因此，人们感到需要一种技术来控制对指令和数据元素的操作。这种技术要有足够的灵活性，以便向可利用的处理选择提供这种灵活性而又不需要用掉大量的专用处理能力，或者不需要在每一条有关的指令或数据元素中加上相当大的存取权限的字段。本专利技术的目标就是提供一个经过改进的数据处理单元。本专利技术的一个特点是去控制对程序指令和数据元素所进行的操作的类别。本专利技术的更具体的特点是通过在页面表项中存放存取权限信号而提供对指令或数据元素的存取权限的控制。本专利技术的另一个具体特点是使得对数据处理系统的存储器的读/写访问(存取)成为数据处理系统的操作方式的一种功能。本专利技术的还有一个具体特点是限制指令元素的应用，使其成为“只能执行的”。本专利技术的另外一个具体特点是禁止数据处理单元试图去执行数据字段(即，非指令字段)。本专利技术还有一个特点是在试图进行有效的“读”、“写”、或“执行”操作时提供一个发信号的机构。按照本专利技术上述的和其它的特点已经得到实现，方法是提供一个设备，当中央处理单元试图在有关的页面内存取数据时，这个设备就对页面表项的字段进行存取，这些字段规定了对组成页面内信息的指令和数据元素可以执行的处理。页面表项的存取权限字段包含了在操作的用户方式(这时可执行非特权指令)下进行读和写操作的允许信号，以及在操作的内核(Kernel)方式(此时可执行特权和非特权指令)下进行读和写操作的允许信号。此外，页面表项存取权限字段允许规定执行时故障、写时故障和读时故障等信号。这些信号可以让一个指令元素被指定为只能执行字段，让一个数据元素被指定为非执行的，以及提供汇总存取和修改信息的装置。本专利技术的这些和其它一些特点在阅读下面的说明并参考附图后就能理解。附图说明图1A和图1B是能够利用本专利技术的数据处理系统实现方案的例子。图2是能够利用本专利技术的一个数据处理单元中的中央处理单元。图3是带有虚拟存储的数据处理系统的组织的图示。图4A是根据优选的实施例的页面表项的格式。图4B是对页面表项字段进行测试以确定对相应的页面表的存取是否允许的示意图。图5图示了利用本专利技术的间接编址技术。1、各附图的详细说明首先参考图1A和图1B，这里示出了两个能够使用本专利技术的典型的数据处理系统的配置。在图1A中，中央处理单元(＃1)11联接到系统总线19上，其它的中央处理单元(例如＃N)12也可以联接到系统中。中央处理单元11(直到12)按中央处理单元的结构并结合中央处理单元的控制程序而处理数据，该控制程序由驻留在主存储单元15中的指令所组成。非驻留的数据和指令一般是存放在大容量存储单元中的，并通过系统总线19而与主存储单元15来回传送。输入/输出单元｛＃1｝16(直到｛＃M｝17)通过系统总线19而把诸如大容量存储单元、用户终端设备和通信设备等各种设备接到数据处理系统。大容量存储单元存放着数据处理单元所需要的数据和指令。为数据处理单元11到12操作而需要的数据和/或指令的集合，一般叫做数据和/或指令的页面，是从读写速度通常较慢的大容量存储单元传送到主存储单元的，使中央处理单元可以较快地对它们进行存取。这种面向总线的系统具有这样的优点它可以较方便地重新配置系统，但也有缺点每个系统的部件都要有控制设备来提供和系统总线的接口。下面请看图1B，这里示出了一个数据处理系统，其中的中央处理单元11(直到12)和输入/输出单元16(直到17)通过一个存储控制单元14而联接到主存储单元15，存储控制单元14取代了系统总线19，并取代了如图1A中所示的面向总线的数据处理系统配置中的各个数据处理系统的部件所执行的控制功能。存储控制单元14提供了对数据和指令的传送的集中控制和监视，它可以比图1A的面向总线的配置效率更高，但灵活性则有所损失。下面请参考图2，它示出了能够有效地利用本专利技术的一个示例性的中央处理单元的方框图。发送单元22负责提供(经过译码的)指令到多个专用的执行单元，包括标量操作地址产生单元24，至少一个执行单元(＃1)25(直到执行单元｛＃Q｝26)以及一个向量操作单元28，向量操作单元28包括向量操作处理单元28A，向量操作地址产生单元28B和向量操作寄存器28C。执行单元所处理的数据一般是从标量寄存器23或向量寄存器28C取出的。从执行单元所得到的结果存放在标量寄存器23或向量寄存器28C或数据高速缓存单元27中。数据高速缓存单元27可以看作是一个在主存储单元15和中央处理单元11之间提供一个接口的高速缓冲存储单元。(在图2中所示的数据高速缓存单元27是画成直接联接到主存储单元的。如图1A和图1B所示，实际联接可以包括中间的数据处理设备)。发送单元22包括这样的设备，它决定哪一个执行单元将去处理选定的数据，并决定选定的执行单元什么时候可以用来处理数据。这后一个特点意味着它应能认定目标存储单元确有可能用来存放处理过的数据。指令高速缓存单元21存放各种指令，它们被发送单元所译码并转送到相应的执行单元。发送单元22具有这样的设备，该设备力图增加执行单元的处理操作量使之成为最大。这样，发送单元22要包括指令预取的设备和算法以保证发送单元22在需要时就能得到相应的指令(包括任何分支指令)。如标量操作地址产生单元24和向量操作单元28所指明的那样，多个执行单元是用于处理某些类别的处理操作的专用处理设备。例如，一个执行单元可以配置成处理浮点运算，或整数算术运算等等。与发送单元22联系在一起的有标量寄存器23，它们可以存放执行程序所需的数据，或者提供数据处理操作的一个记录。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过数据处理系统而控制处理活动的设备，这个处理系统具有存放在主存储单元中的指令集合和数据元素，并具有与每个指令集合和／或数据元素有关的表，该设备包括：第一控制装置，它响应上述表中的第一字段，以允许对上述的在该主存储器中的上述指令集合和／ 或数据元素进行访问；以及第二控制装置，它响应上述表的第二字段以控制对上述指令集合和／或数据元素的处理活动。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维N卡特勒，戴维A奥必斯，迪利普班达卡，韦恩卡尔多萨，理查德T咸特克，
申请(专利权)人：数字设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]