DE2523414A1 - Hierarchische speicheranordnung - Google Patents
Hierarchische speicheranordnungInfo
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Description
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Böblingen, den 14. 5. 1975 Iw- fe
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, Ν.Ϊ. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: EN 972 070
Die Erfindung betrifft eine hierarchische Speicheranordnung mit mehr als zwei Stufen.
In Datenverarbeitungsanlagen mit derartigen Speicheranordnungen ist in der höchsten Stufe ein kleiner aber sehr rascher Arbeitsspeicher
zur direkten Zusammenarbeit mit dem Prozessor vorgesehen 3
während in den niedrigeren Stufen jeweils mehr, aber langsamer zugreifbare Daten gespeichert sind.
Hierarchische Speicher mit Halbleiterelementen auf ihren höheren Ebenen führen zwar zu schnelleren und ökonomischeren Speichersystemen,
sie sind jedoch nicht ohne Nachteile. Insbesondere treten bei hierarchischen Speichersystemen bedeutende Übertragungsprobleme
zwischen den einzelnen Ebenen der Hierarchie auf, und da die Halbleiterspeicher informationsflüchtig, d.h. energieabhängig
sind, treten Datensicherheitsprobleme auf, die mit der Zuverlässigkeit und der Empfindlichkeit dieser Halbleiterelemente gegen
Ausfall oder Schwankung der Stromversorgung zusammenhängen.
Eine bekannte Maßnahme zur Erhöhung der Sicherheit besteht darin, wichtige Einrichtungen mehrfach vorzusehen und mit einer Majoritätslogik
die jeweils richtigen Daten herauszufinden. Diese Lösung trägt zwar zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Datenintegrität
bei, sie beseitigt jedoch nicht das Übertragungsproblem zwischen den einzelnen Ebenen, sondern erschwert es im
Gegenteil noch. Außerdem nimmt beim Auftreten eines Fehlers, der
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es nötig macht, den Speicher einer oder mehrerer Stufen außer Betrieb
zu setzen, die übertragung der Daten von den Ebenen des
Speichers, die energieabhängige Speicherelemente enthalten, in Ebenen mit energieunabhängigen Speicherelementen leicht mehr Zeit
in Anspruch, als tatsächlich vorhanden ist, bevor die Daten durch den Stromausfall oder andere Beeinträchtigungen verlorgengehen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer hierarchischen
Speicheranordnung die Datensicherheit zu erhöhen und den Datenaustausch zwischen den verschiedenen Stufen der Hierarchie
zu erleichtern.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches
gelöst.
Durch die Erfindung werden die zur Erhaltung der Aktualität der Daten notwendigen Übertragungen zwischen den einzelnen Stufen
der Hierarchie sehr erleichtert. Die Ergänzung des Datenspeichers einer Stufe durch einen weiteren Speicher, der nur Änderungen
speichert, erlaubt eine wesentliche Erhöhung der Datensicherheit mit geringen Mitteln. Dabei kann die Quantität der zu übertragenden
Daten klein gehalten werden, so daß im Falle des Auftretens eines Fehlers in der Speicheranordnung die geringe, zur Rettung
der Daten zur Verfügung stehende Zeit nicht überschritten wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß für den Datenspeicher und für den Rückübertragungsspeicher getrennte Stromversorgungen vorgesehen sind. Durch
diese Maßnahme kann die Datensicherheit noch einmal ganz wesentlich erhöht werden.
Die Erfindung soll nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines mehrstufigen hierar-
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- 3 chischen Speichersystems,
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Fign. 2 und 3 aneinandergesetzt ein Blockschaltbildung zweier
Ebenen des in Pig. I dargestellten Speichersystems ,
Fig. 4 ein Exklusiv-ODER-Glied,
Fig. 5 einen Schaltkreis zur Erzeugung eines Rücküber-
tragungssignales ,
Fig. 6 ein Journalverzeichnis und
Fig. 7 eine Schaltung zur Änderung eines Statusbits.
Gemäß Fig. 1 besteht jede Ebene (d. h. Stufe) der Speicher-Hierarchie
aus einem Datenspeicher 10a bis 1On mit Zugriffsmöglichkeit für die Entnahme oder Einspeicherung von Daten auf der
betreffenden Ebene, einem Verzeichnis 12 a bis 12n, das mit dem Datenspeicher 10 seiner Ebene zusammenarbeitet und ein Inhaltsverzeichnis
der in dieser Ebene der Hierarchie gespeicherten Daten enthält, einem Rückübertragungsspeicher l4a bis l4n, nachfolgend
auch Zwischenspeicher genannt, der sämtliche Änderungen enthält, die an den in der betreffenden Ebene gespeicherten Daten
vorgenommen worden sind, einem Journalspeicher 16a bis I6n zur Aufzeichnung der Reihenfolge, in welcher Änderungen in den
Zwischenspeicher 14 gespeichert worden sind, und einem Journalverzeichnis l8a bis l8n, in welchem Information darüber gespeichert wird, ob Daten in der Ebene der Hierarchie bereits vorher
geändert worden sind.
Wenn die Verarbeitungseinheit 20 Daten abruft, prüft das Verzeichnis
12a der höchsten Speicherebene Ll, ob die verlangten Daten auf dieser höchsten Ebene gespeichert sind. Wenn das der
Fall ist, werden die Daten aus dem Datenspeicher 10a ausgelesen. Falls sich die Daten nicht in der höchsten Ebene des Speichers
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befinden, wird das Verzeichnis 12b der nächstniederen Ebene L2 geprüft, um festzustellen, ob die Daten sich auf dieser Ebene
befinden, usw., bis die Daten aufgefunden sind oder die niedrigste Ebene erreicht ist. Wenn die Daten aufgefunden sind, werden
sie in die höchste Ebene Ll der Hierarchie übertragen, wo ein Zugriff durch die Verarbeitungseinheit 20 auf den Datenspeicher
10a dieser Ebene möglich ist.
Wenn von der Verarbeitungseinheit 20 Daten in die Speicherhierarchie
eingegeben werden sollen, werden diese sowohl im Datenspeicher 10 als auch im Zwischenspeicher 14a der ersten Ebene Ll gespeichert.
Gleichzeitig wird das Journalverzeichnis l8a abgefragt, um festzustellen, ob die Daten bereits vorher geändert worden
sind. Ist das nicht der Fall, erfolgt eine Eingabe in den Journalspeicher 16a an dessen nächstem freien Speicherplatz. Diese
Eingabe in den Journalspeicher l6a erfolgt in der Reihenfolge
der Adressierung des Journalspeichers, d.h. die erste Eingabe geht in die erste Speicherstelle, die zweite Eingabe in die
zweite Speicherstelle usw., bis die letzte Speicherstelle (Adresse) in der Folge gefüllt ist. Die nächste Eingabe wird dann an
den Ort der ersten Adresse übertragen und die Folge wiederholt. Auf diese Weise registriert der Journalspeicher die Reihenfolge
der Daten auf der Ebene Ll, welche zuerst geändert worden sind. Diese Aufzeichnung wird dann dazu benutzt, die Änderungen an den
Daten auf der Ebene Ll in die anderen Ebenen der Hierarchie zu übertragen, wobei versucht wird, eine Datenpyramide aufrecht zu
erhalten, in welcher die Ebene L2 alle Daten enthält, die in der Ebene Ll vorhanden sind plus einige mehr, die Ebene L3 alle Daten
enthält, die in der Ebene L2 enthalten sind und einige mehr usw.
Die Übertragung der Daten von der Ebene Ll in die Ebene L2 erfolgt
wann immer der Datenspeicher 10b der zweiten Ebene L2 frei ist. Dann können die geänderten Daten vom Zwischenspeicher l4a
der ersten Ebene Ll in den Datenspeicher 10b der Ebene L2 übertragen werden, während der Datenspeicher 10a der ersten Ebene
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Ll mit der übertragung von Daten zwischen dem Speichersystem und
der Verarbeitungseinheit 20 beschäftigt ist. In gleicher Weise erfolgt die übertragung von Daten von der Ebene L2 in die Ebene
L3, wenn der Datenspeicher 10c der Ebene L 3 frei ist, usw. Die
Rückübertragung der Daten erfolgt in der Reihenfolge, in welcher die Änderungen in den Journalspeicher Ib eingegeben worden waren,
wobei die älteste Eingabe in den Journalspeicher zuerst rückübertragen wird. Mit anderen Worten werden die Daten, deren erste Änderung
am weitesten zurückliegt, zuerst übertragen, wenn sich die Gelegenheit zur übertragung ergibt. Auf diese Weise wird bei der
Rückübertragung von Daten innerhalb der Hierarchie zur Aufrechterhaltung
der Datenpyramide ein großer Wirkungsgrad erzielt, ohne daß in der Aufwärtsbewegung der Daten von den unteren Ebenen zu
den oberen der Hierarchie eine Störung eintritt.
Neben der übertragung von Daten von höheren Ebenen der Hierarchie
zu niederen Ebenen zwecks Aufrechterhaltung der Datenpyramide können geänderte Daten auch von jeder beliebigen Speicherebene
entfernt oder auf niedere Ebenen übertragen werden, um für neue Daten Platz zu schaffen. Bevor geänderte Daten auf niedere Ebenen
der Hierarchie übertragen werden können, müssen sie zunächst die Spitze der Datenpyramide erreicht haben. Das bedeutet, daß auf
niedere Ebenen zu übertragende Daten nicht auf einer höheren Ebene in der Hierarchie sein können als diejenige Ebene, von welcher
sie entfernt werden. Der Grund dafür, daß nur von der Spitze der Datenpyramide Daten auf niedere Ebene übertragen werden können,
liegt in der Vermeidung von Löchern in der Datenpyramide, da dieses die Benutzung der Portschreibungstechnik im Journalspeicher
und der Zwischenspeicherungstechnik erleichtert. Nicht geänderte Daten müssen natürlich nicht auf niedere Ebenen zurückübertragen
werden, um für neue Daten Platz zu schaffen. Sie werden durch neue Daten lediglich überdeckt, da eine Kopie der ungeänderten
Daten bereits in niederen Ebenen der Speicherhierarchie vorhanden ist.
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Zur Erhaltung der Integrität der Daten macht die Erfindung Gebrauch
von einer durch die gestrichelte Linie 24 in Pig. I dargestellten Stromversorgungs-Trennung. Damit ist gemeint, daß
sämtliche Einheiten auf der einen Seite der gestrichelten Linie 24 aus einer Stromversorgungsanlage gespeist werden, während
alle auf der anderen Seite der gestrichelten Linie 24 befindlichen Einheiten von einer anderen Stromversorgungsanlage gespeist
werden. Außerdem werden wenigstens auf der niedrigsten Ebene Ln des Speichersystems die Daten in einem nicht-informationsflüchtigen,
d.h. energieunabhängigen Speicher, wie beispielsweise einem Magnetbandspeicher, gespeichert, so daß die Daten nicht
verlorengehen können, wenn die Stromversorgung ausfällt. Auf dieser untersten Ebene Ln enthält der Zwischenspeicher l4n ein Duplikat
aller Daten, die im Datenspeicher 1On dieser Ebene enthalten sind, so daß ein Verlust von Daten im Speicher 1On der untersten Ebene Ln die Integrität der Daten im allgemeinen nicht berührt.
Dadurch ist gewährleistet, daß bei Ausfall der Stromversorgung auf einer der Seiten der gestrichelten Linie 24 die Integrität
der Daten nicht zerstört wird, da sämtliche Daten zumindest auf der untersten Ebene Ln in einem gegen diesen Stromausfall
immunen Speicher gespeichert sind, und da sämtliche Änderungen an den Daten auf der Ebene Ln auf beiden Seiten der gestrichelten
Linie auf wenigstens einer der anderen Ebenen Ll bis Ln-I vorhanden
sind, so daß sie wieder auf alle anderen Ebenen der Hierarchie übertragen werden können, wenn der Stromausfall beseitigt
ist. Schließlich kann auch die Stromversorgung aus einer Batterie vorgesehen werden, um sicherzustellen, daß die Daten in den
Zwischenspeichern 14, in den Journalspeichern 16 und in den Journalverzeichnissen
18 erhalten bleiben und bis in einen energieunabhängigen Speicher rückübertragen werden können, falls auf beiden
Seiten der gestrichelten Linie 24 die Stromversorgung ausfallen sollte.
In den Pign. 2 und 3 sind Einzelheiten zweier Ebenen der Speicherhierarchie
gemäß Fig. 1 dargestellt. Das Verzeichnis 26 (bzw. 12a)
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der Ebene Ll speichert die virtuellen Adressen in Gruppen von jeweils
vier Adressen, für alle zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Ebene Ll des Speichersystems vorhandenen Daten. Die vier
Adressen einer jeden Gruppe werden als Kongruenz-Klasse bezeichnet, deren Adresse in der Ebene Ll durch eine Verknüpfungsoperation
bestimmt wird, die die Verknüpfung gewisser Bits des virtuellen Adressen teils mit Bits des realen Adressenteils in
einem EXKLUSIV-ODER-Glied 23, dessen Einzelheiten in der Fig. 4
dargestellt sind, umfaßt. Das Ausgangssignal des EXKLUSIV-ODER-Gliedes
29 wird dem Decodier-Eingang des Verzeichnisses 26 zugeführt. Bei diesem Zugriff werden vier Adressen einer Kongruenz-Klasse
parallel aus dem Register 8 ausgelesen. Jede der virtuellen Adressen, die aus der Programm-Verarbeitungseinheit 28 ausgelesen
werden, wird in einem Vergleicher 30 mit der virtuellen Adresse verglichen, die zur Erzeugung der Bits für den Zugriff
zum Verzeichnis der Ebene Ll benutzt wurden. Wenn eine der aus dem Verzeichnis 26 ausgelesenen Adressen mit der gewünschten
virtuellen Adresse übereinstimmt, gibt der Vergleicher 30 ein Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal besteht aus zwei Bits,
die angeben, welche der vier aus dem Verzeichnis gelesenen Adressen mit der gesuchten Adresse übereinstimmt. Dieses Zwei-Bit-Signal
wird einem Decodierer zugeführt, der mit dem Ausgang des Datenspeichers 32 der ersten Ebene verbunden ist. In diesem
Speicher 32 sind alle Daten der ersten Ebene gespeichert, und der Zugriff erfolgt über seinen Eingangs-Decodierer durch das
gleiche Signal 3, das dem Verzeichnis 26 zugeführt wird, und wenn der Zugriff erfolgt ist, werden die Daten, die sich an den vier
virtuellen Adressen der Kongruenz-Klasse befinden, ausgelesen. Das Ausgangssignal des Vergleichers 30, das ein Eins-von-vier-Zwei-Bit-Signal
ist, wählt sodann die Daten an einer der virtuellen Adressen seiner Kongruenz-Klasse aus und liest sie in ein
Eingabe/Ausgabe-Register 33, das mit dem Hauptspeicher 12 verbunden ist, von wo das Signal zur Programm-Verarbeitungseinheit
28 zurückgeführt wird.
Wenn festgestellt wird, daß sich die Daten nicht auf der ersten
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Ebene Ll befinden, muß geprüft werden, ob sich die Daten auf der zweiten Ebene L2 befinden. Wie die erste Ebene Ll, ist auch
die zweite Ebene L2 mit einem Verzeichnis 34 ausgerüstet. Da, wie erwähnt, auf der zweiten Ebene mehr Information gespeichert
werden muß als auf der ersten Ebene, ist auch das Verzeichnis größer. Entsprechend umfaßt auch das Adreß-Signal mehr Bits, um
die Kongruenz-Klasse der vier virtuellen Adressen auszuwählen. Dieses Adreßsignal γ wird ebenfalls durch das in Fig. 4 gezeigte
EXKLUSIV-ODER-Glied 29 erzeugt. Beim Abfragen des Verzeichnisses
34 durch das Signal γ werden die vier virtuellen Adressen der Kongruenz-Klasse in das Eingabe/Ausgabe-Register 31 des Verzeichnisses
und in einem Vergleicher 35 ausgelesen, in welchem die gespeicherte virtuelle Adresse mit der von der Verarbeitungseinheit
28 gelieferten virtuellen Adresse verglichen wird. Dieser Vergleich führt zu einem Eins- von -vier-Vergleichssignal, das angibt,
welche der vier Adressen der Kongruenz-Klasse verlangt wurde. Auch dieses Signal wird dem Decodierer am Ausgang des
Eingabe/Ausgabe-Registers des Datenspeichers 36 der zweiten Ebene
L2 zugeführt, der durch das vom Verzeichnis 34 gelieferte Signal Ύ angesteuert wurde. Auf diese Weise werden die an einer
der Adressen der Kongruenz-Klasse gespeicherten Daten aus der zweiten Ebene ausgelesen und in die erste Ebene übertragen.
Wenn Daten in das Speichersystem eingegeben werden sollen, liefert
die Verarbeitungseinheit 28 ein Steuersignal an ein UND-Glied 38, welches die virtuelle Adresse in ein Adressen-Suchregister
40 des Journalverzeichnisses 42 eingibt, das als Assoziativspeicher ausgebildet ist und dessen Einzelheiten in Fig. 6
dargestellt sind. Es wird eine assoziative Suche durchgeführt,
bei welcher die virtuelle Adresse mit jeder der im Journalverzeichnis gespeicherten virtuellen Adressen verglichen wird. Bei
Übereinstimmung der virtuellen Adresse im Adressensuchregister 40 mit aer virtuellen Adresse im Journalverzeichnis liefert dieses
ein Vergleichssignal, welches anzeigt, daß die Adresse im Journalverzeichnis vorhanden ist, mit anderen Worten, daß die Da-
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■ten, die an dieser Adresse gespeichert sind, bereits früher geändert
worden sind. Falls der Vergleich keine Übereinstimmung der Adressen ergibt, bedeutet das, daß die an der Adresse gespeicherten
Daten noch nicht geändert worden sind. Wenn diese Situation vorliegt, wird sowohl im Journalverzeichnis 42 wie auch
im zugeordneten Journalspeicher 44 vermerkt, daß die Daten dieser Adresse nun geändert werden. Wenn andernfalls eine Übereinstimmung
der Adressen festgestellt wird, erfolgt keine Eingabe in das Journalverzeichnis oder den Journalspeicher. Die Speicherstelle
im Journalverzeichnis, in welche die virtuelle Adresse eingegeben wird, ist nicht von Bedeutung, da es sich um einen
assoziativen Speicher handelt, bei dem alle Adressen gleichzeitig abgefragt werden. Die Speicherstelle im Journalspeicher 44
gibt jedoch einen Hinweis auf die Reihenfolge, in welcher die Änderungen durchgeführt wurden, und, wie weiter unten ausgeführt
werden wird, bestimmt die Adresse im Journalspeicher die Reihenfolge, in welcher die Änderungen später in die unteren Ebenen
der Speicherhierarchie übertragen werden. Zu diesem Zweck ist ein Zähler 46 vorgesehen, der den nächsten freien Speicherplatz
angibt. Wenn das mit dem Journalverzeichnis verbundene übereinstimmungsregister
45 ein keine Übereinstimmung anzeigendes Signal abgibt, welches gleichzeitig mit dem Steuersignal der Verarbeitungseinheit
28 eintrifft, wird das Ausgangssignal des
Zählers 46 mittels der UND-Glieder 48 und 50 in das Adressenregister
SAR des Journalspeichers 44 übertragen, um eins der darin gespeicherten Wörter auszuwählen. Gleichzeitig wird die virtuelle
Adresse in das Eingabe/Ausgabe-Register 52 des Journalspeichers 44 übertragen, damit die virtuelle Adresse im Journalspeicher
an der durch den Zähler 46 bestimmten Stelle gespeichert werden kann. Wenn die Eingabe in den Journalspeicher 44
erfolgt ist, wird der Zähler 46 durch ein Signal "Eingabe beendet" auf die nächste Zahl der Adressenreihenfolge weitergeschaltet.
Auf diese Weise erfolgt jede Eingabe in den Journalspeicher 44 in der Reihenfolge, in welcher durch die Verarbeitungseinheit
28 eine Änderung in den Daten verlangt wurde, so daß wenn die Daten zu niedrigeren Stufen rückübertragen werden, diese über-
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tragung in der gleichen Reihenfolge erfolgen kann, in welcher
die Eingabe in den Journalspeicher 44 gemacht wurde. Hierzu brauchen lediglich die Adressen im Journalspeicher in ihrer numerischen
Reihenfolge aufgerufen werden.
Außer der Eingabe der Adressen in das Journalverzeichnis 42 und den Journalspeicher 44 werden die Daten der betreffenden Adresse
auch in den Datenspeicher 32 und den Zwischenspeicher 54 eingegeben.
Der Inhalt des Zwischenspeichers 54 ist mit dem Inhalt des Datenspeichers 32 der gleichen Ebene identisch, wobei sich
Speicherstellen in beiden Speichern genau entsprechen. Daher werden Änderungen an Daten, die in einer Speicherstelle B1 im
Datenspeicher 32 stehen, auch an den in der Speicherstelle Bl1
des Zwischenspeichers 54 stehenden Daten durchgeführt (vergleiche die schraffierten Bereiche im Datenspeicher 32 und im Zwischenspeicher
54).
Wie bereits erwähnt, werden Änderungen in der Reihenfolge, in welche sie in den Journalspeicher 44 eingegeben werden, an untere
Ebenen des Speichersystems übertragen. Zu diesem Zweck wird ein Zähler 53 durch die in Fig. 5 dargestellten Schaltkreise in
Betrieb gesetzt, wenn das Ausgangssignal eines als Kippschaltung ausgeführten Haltekreises 58 angibt, daß der Zwischenspeicher der
ersten Ebene Ll nicht aktiv ist, d.h., wenn keine Eingabe oder Ausgabe erfolgt, und wenn das Ausgangssignal eines Haltekreises
60 anzeigt, daß der Datenspeicher der zweiten Ebene L2 zur Zeit nicht aktiv ist. Dann wird das Ausgangssignal des Zählers 53
durch eine von den Haltekreisen 58 und 60 gesteuerte Verknüpfungsschaltung
32 aus UND-Gliedern dem Adre oenregister des
Journalspeichers 44 der Ebene Ll zugeführt, um Daten an der durch das Ausgangssignal des Zählers 53 bestimmten Adresse auszulesen.
Diese virtuelle Adresse wird der Misch-Schaltung der Fig. 4 zugeführt,
wo die Adressensignale3 und γ für den Zwischenspeicher
der Ebene Ll und für den Datenspeicher 36 sowie den Zwischenspeicher
37 der Ebene L2 erzeugt und den entsprechenden Adressenregistern des Datenspeichers 36 und des Zwischenspeichers 27
^l?e% l aaS in den Fign* 2 und 3 dargestellt ist.
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- ii -
Nachdem die Dateneintragung vom Zwischenspeicher 54 der ersten Ebene Ll in den Datenspeicher 36 und den Zwischenspeicher 37 der
zweiten Ebene übertragen worden ist und Hinweise auf die Änderungen an den Daten entsprechend in den (nicht dargestellten) Journalspeicher
und das Journalverzeichnis der zweiten Ebene L2 eingegeben worden sind, wird dem Zähler 53 ein externes Portschaltsignal
zugeführt, das ihn auf die nächste Stelle weiterschaltet. Wenn nun weitere Rückübertragungen von Daten nötig
sind, erfolgt erneut ein Zugriff zum Journalspeicher 44, werden die Adresseng und γ für den Zugriff zum Zwischenspeicher und
Datenspeicher erzeugt und die Daten an der nächsten Adresse werden in den Datenspeicher und Zwischenspeicher der nächstniederen
Ebene übertragen.
Neben der Speicherung der virtuellen Adresse speichert der Journalspeicher
44 auch die Ergebnisse des Eins-von-vier-Vergleiches durch den Vergleicher 30, wenn das Verzeichnis 26 nach der Adresse
abgefragt wird, und speichert zusätzlich ein Gültigkeitsbit. Dieses Gültigkeitsbit wird gleich "1" gesetzt, wenn zuerst eine
Eingabe in das Journalverzeichnis und den Journalspeicher erfolgt. Fig. 5 zeigt, wie ein Gültigkeitsbit in die Suchmatrix
des Journalverzeichnisses 42 eingegeben wird und wie dieses Bit dann in den Journalspeicher 44 übertragen wird, wenn die neue
Eingabe in das Eingabe/Ausgabe-Register 52 des Journalspeichers eingegeben wird. Wenn die Verarbeitungseinheit 28 einen Schreibbefehl
für eine bestimmte virtuelle Adresse ausgibt, wird diese virtuelle Adresse in das Adressen-Suchregister 40 eingegeben
(Fig. 3 und 6). Die Länge des Adressen-Suchregisters 40 ist um ein Bit länger als die virtuelle Adresse, und bei der Eingabe
der virtuellen Adresse wird die letzte oder y-te Stelle im Adressen-Suchregister 40 auf eine binäre "1" gesetzt. Wie erwähnt,
wird das gesamte Journalverzeichnis 42 gleichzeitig assoziativ abgefragt. Falls der Inhalt des Adressen-Suchregisters 40
mit einem der Wörter im Journalverzeichnis übereinstimmt, wird eine und nur eine der Treiberschaltungen 4l (Fig. 6) eingeschaltet.
Wenn irgendeine der Treiberschaltungen 4l eingeschaltet ist,
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zeigt deren Ausgangssignal an, daß die Daten bereits vorher verändert
worden sind und daß eine entsprechende Eingabe in den Journalspeicher und das Journalverzeichnis erfolgt ist.
Wenn keine der Treiberschaltungen 41 eingeschaltet worden ist, zeigt dies an, daß keine Übereinstimmung gefunden worden ist.
Das bedeutet, daß in das Journalverzeichnis 42 und den Journalspeicher 44 eine Eingabe gemacht werden muß. Zu diesem Zweck
wird ein Ringzähler 43 fortgeschaltet, um die Adresse des nächsten
verfügbaren Wortes im Journalverzeichnis 42 aufzurufen. Gleichzeitig wird die Schreib-Torschaltung 47 aktiviert, so daß ι
der Inhalt des Adressen-Suchregisters 40 an der durch den Ringzähler 43 adressierten Speicherstelle gespeichert wird.
Wenn die Daten rückübertragen werden, muß auch der Journalspei- :
eher diese übertragung berücksichtigen. Daher muß nach Beendigung
der Rückübertragung das Journalverzeichnis den Zustand ;
wiedergeben, daß die im Datenspeicher 32 der ersten Ebene Ll
gespeicherte Datenseite nicht mehr von der im Datenspeicher 36
der zweiten Ebene L2 befindlichen Kopie abweicht. Das geschieht ; auf die folgende Art: Die zur Zeit der Rückübertragung aus
dem Journalspeicher 44 der ersten Ebene Ll entnommene virtuelle :
Adresse wird für das Abfragen des Journalverzeichnisses 44 der ersten Ebene Ll benutzt. Die aus der Suchmatrix entnommene übereinstimmende
Adresse wird in ein Register 4? gesetzt und das Gül- !
tigkeits-Bit im Adressen-Suchregister 40 auf binär "0". In dem für das Einschreiben vorgesehenen Teil des Speicherzyklus wird
das Register 4? für die Adressierung des Journalverzeichnisses
benutzt.
Der Inhalt des Adressen-Suchregisters 40 wird in die auf diese ;
Weise adressierte Speicherstelle eingeschrieben. Durch den "0"-
Zustand des Gültigkeits-Bits wird ein positiver Vergleich der <
virtuellen Adresse beim nächsten Abfragen verhindert. '
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Die in den Figuren verzeichneten Taktsignale T werden durch einen konventionellen Taktgeber erzeugt und erscheinen in der Reihenfolge
der Indices (Tl - T12).
Es sind zwei Arten von Rückübertragungen möglich, nämlich Rückübertragurig
in Übereinstimmung mit dem vorstehend diskutierten LRFM-Algorithmus und erzwungene Rückübertragung. Die erzwungene
Rückübertragung erfolgt nicht in der Reihenfolge der am weitesten zurückliegenden Änderungen, d.h., gemäß dem durch die Fortschaltung
des Journalspeichers 44 gegebenen LRFM-Algorithmus, wobei die Adressen-Fortschaltung des Journalspeichers in der
durch den Zähler 53 gegebenen Reihenfolge erfolgt. Bei der erzwungenen Rückübertragung wird das Gültigkeits-Bit aus dem Journalspeicher
und aus dem Journalverzeichnis entfernt, wie während einer normalen Rückübertragung, um anzuzeigen, daß die Daten
bereits rückübertragen worden sind und dies nicht noch einmal wiederholt werden soll.
Eine erzwungene Rückübertragung findet statt, wenn Daten in eine
Kongruenz-Klasse eingegeben werden sollen, in welcher Daten an
allen vier virtuellen Adressen der Kongruenz-Klasse bereits geändert worden sind und die Änderungen noch nicht rückübertragen
worden sind. Zur Feststellung, ob eine erzwungene Rückübertragung erforderlich ist, enthält das Journalverzeichnis 26 vier
Status-Bits, eins für jede einzelne Adresse in der betreffenden Kongruenz-Klasse. Die Status-Bits werden von einer in Fig. 7
näher dargestellten Status-Bit-Schaltung 56 (Fig. 2) gesetzt. Immer wenn Daten entweder geändert oder rückübertragen werden,
erfolgt eine Änderung der Status-Bits, um diesen Vorgang zu reflektieren. Die Status-Bit-Schaltung 56 umfaßt ein UND-Glied 58.
Wenn das im "STATUS Yo" -Register gespeicherte Ausgangssignal des
Journalverzeichnisses 26 vier "1"-Bits enthält, was besagt, daß Daten an allen Adressen in einer bestimmten Kongruenz-Klasse geändert
worden sind, und wenn ein Signal vorliegt, das anzeigt,
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daß die Daten nicht anderswo auf der gleichen Ebene gespeichert sind, erzeugt das UND-Glied 58 ein Ausgangssignal, das die erzwungene
Rückübertragung herbeiführt.
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Claims (8)
- _ 15 - 25234HPATENTANSPRÜCHEΙ,ί Hierarchische Speicheranordnung mit mehr als zwei Speicherstufen, die in der höchsten, mit dem Prozessor der Datenverarbeitungsanlage direkt verbundenen Stufe den kleinsten und schnellsten Speicher und in der niedrigsten Stufe den größten und langsamsten Speicher aufweist und in der vom Prozessor veränderte Daten zu niedrigeren Stufen rückübertragen werden,dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Stufe (Ll - Ln) der Hierarchie außer dem Datenspeicher (10a - 1On) und dem zugehörigen Verzeichnis (12a - 12n) der darin gespeicherten Daten noch vorgesehen sind:- ein Rückübertragungsspeicher (14a - l4n) zur Speicherung auf dieser Stufe von veränderten Daten, die noch nicht rückübertragen wurden,- ein Journalspeicher (l6a - lon) zur fortlaufenden Speicherung von Adressen von erstmalig veränderten Daten, und- ein Journalverzeichnis (18a - l8n) zur Anzeige, ob veränderte Daten bereits vorher verändert worden waren.
- 2. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenspeicher (10) einerseits und andererseits die Rückübertragungsspeicher (14), die Journalspeicher (16) und die Journalverzeichnisse (18) von getrennten Stromversorgungen (Trennlinie 24) gespeist werden.
- 3. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rückübertragungsspeicher (Ik) gespeicherten Daten in der Reihenfolge der im Journalspeicher (16) gespeicherten Adressen, d.h. in der Reihenfolge, in der die Daten dieser Stufe zuerst verändert wurden, rückübertragen werden.
- 4. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 3, gekenn-EN 972 070509884/0771zeichnet durch eine Rückübertragungsschaltung (Pig. 5) mit Kippschaltungen (58, 60) zur Belegtanzeige der Speicher (10, 32; 14, 54) und einen Zähler (53) zur Adressierung des Journalspeichers (16, 44) derart, daß Rückübertragungen von Datenseiten in der Reihenfolge durchgeführt werden, in der die Daten auf der betreffenden Stufe zuerst verändert und noch nicht rückübertragen worden waren, wobei die Rückübertragung in den Datenspeicher und den Rückübertragungsspeicher der nächstniedrigeren Stufe dann durchgeführt wird, wenn diese Speicher frei sind und wobei Rückübertragungsanzeigen in den Journalspeicher und das Journalverzeichnis dieser nächstniedrigeren Stufe eingetragen werden und nach Beendigung einer Rückübertragung der Zähler (53) zur nächsten Journalspeicheradresse weitergeschaltet wird.
- 5. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenspeicher (1On) und der Rückübertragungsspeicher (l4n) der niedrigsten Stufe als nicht - informationsflüchtige Speicher (z.B. Magnetbandspeicher) ausgeführt sind und die gleichen Daten speichern, und die anderen Datenspeicher (10a, 10b, etc.) als informationsflüchtige Speicher (z.B. Halbleiterspeicher) ausgeführt sind.
- 6. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Journalverzeichnisse (18) als assoziative Speicher (Fig. 6) ausgebildet sind.
- 7. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Gültigkeitsbit in jeder Speicherstelle des Journalspeichers (16, 44), das gesetzt wird, wenn eine ursprüngliche Eintragung in die Speicherstelle erfolgt und rückgestellt wird, wenn die Daten mit der an dieser Speicherstelle gespeicherten Adresse rückübertragen worden sind.EN 972 070 ,S09884/0771_„_ 25234H
- 8. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Adressierung (Adressen 3,γ der Datenspeicher (10; 32, 36), deren Verzeichnisse (12; 26, 34) und der Rückubertragungsspeicher (14; 54, 37) einer jeden Speicherstufe eine Mischschaltung (29, Fig. 4) zur Mischung von Adressenbits des virtuellen Teils der Datenseitenadresse und von Adressenbits des realen Teils verwendet wird, derart, daß eine Datenseite nur an einer bestimmten Auswahl von Adressen (Kongruenz-Klasse, z.B. vier Adressen) gespeichert werden kann und daß in den Verzeichnissen (10; 26, 34) der Datenspeicher (10; 32, 36) für jede dieser Adressen ein Status-Bit vorgesehen ist.9· Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Statusbit-Schaltung (56, Fig. 7) mit eiern UND-Glied (58), das ein Signal abgibt, wenn alle Adressen einer Kongruenz-Klasse besetzt sind und die betreffenden Daten verändert aber noch nicht rückübertragen worden sind, und das eine erzwungene Rückübertragung einleitet.EN 972 070£09884/07714gLeerseite
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