DE1774211C3 - Datenspeicheranordnung für ein Datenverarbeitungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenspeicheranordnung tür ein Datenverarbeitungssystem, die einen Hauptspeicher mit individuell adressierbaren Speicherzeilen und einen kleineren Speicher mit kurzer Zugriffszeit zur zeitweiligen Speicherung einer Auswahl von im Hauptspeicher enthaltenen Daten nebst ihrer Hauptspeicheradressen aufweist und in der jeder Speicherzelle des kleineren Speichers ein lienutzungsanzeiger zugeordnet ist, sowie bei einer Datenanforderung zunächst der kleine Speicher nach der aufgerufenen Adresse der angeforderten Daten abgesucht wird und der Hauptspeicher nur dann zum Liberfuhren der angeforderten Daten in den kleinen Speicher ausgelesen wird, falls die angeforderten Daten nicht im kleinen Speicher vorhanden sind

Digitale Rechenanlagen enthalten bekanntermaßen Speicher mit einer großen Zahl individuell adressierbarer Speicherzellen, von denen in jeder Daten, beispielsweise ein Datenwort, gespeichert werden kann. Beim Betrieb werden aus dem Speicher Datenworter zur Durchführung von Programmbefehlen entnommen, die eine durchzuführende Operation und oder eine Adresse einer Speicherzelle festlegen, die das während der Operation erforderliche Datenwort enthält.

Normalerweise ist nun zur Entnahme eines Datenwortes aus einem Speicher weitaus mehr Zeit erforderlich als zur Durchführung einer Rechenoperation. Es wurden daher bereits verschiedene Vorschläge zur Verkürzung der für die Bereitstellung der Daten aus dem Speicher erforderlichen Zeit gemacht. So ist es bereits bekannt, zwischen dem Hauptspeicher und dem Prozessor einen kleinen Zwischenspeicher mit sehr kurzer Zugriffszeit vorzusehen, in den möglichst die nächsten zur Durchführung des Programms erforderlichen Daten blockweise eingespeichert werden, damit eine Adressierung des eine längere Zugriftszeit aufweisenden Hauptspeichers weniger häufig erforderlich wird.

F-S hat sich in der Praxis herausgestellt, daß einmal angeforderte Daten häufig noch mehrere Male innerhalb kurzer Zeitintervalle gebraucht werden. Man hat diese Erfahrungstatsache bereits zur Verkürzung der Zugriftszeit ausgenutzt. So ist aus der USA.-Patentschrift } 2} I Hf)X bekannt, im kleineren Zwischenspeicher neben den Daten auch die Adressen der Daten zu speichern, unter denen diese im I lauptspeieher gespeichert sind, no daß bei einer Datenanforderung zunächst der Zwischenspeicher nach den angeforderten Daten abgefragt wird. Falls die angeforderten Daten nicht im Zwischenspeicher gespeichert sind, wird die angeforderte Adresse unter Verwendung von Zwischenregistern im Hauptspeicher abgefragt, und die iintei diesel Adresse gespeicherten Daten werden

in den Zwischenspeicher gebracht, wo sie für den Prozessor dann zur Verfügung stehen. Aus dem Zwischenspeicher müssen jedoch Daten entfernt werden, damit er die neuen Daten aufnehmen kann. Zu diesem Zweck ist jeder Speicherzelle de.» Zwischenspeichers eine Einrichtung zum An/eigen der am wenigsten benutzten Daten zugeordnet, so daß die am wenigsten benutzten Daten aus dem Zwischenspeicher entfernt werden können.

Bei der vorstehend erläuterten Anordnung ist es also stels erforderlich, die vom Hauptspeicher in den kleineren Zwischenspeicher zu überführenden Daten zunächst in ein Zwischenregister einzugeben und für die Aufnahme dieser Daten diejenige Speicherzelle des Zwischenspeichers auszuwählen, die die vorher am wenigsten benutzten Daten enthält. Für die Bereitstellung von aus dem Hauptspeicher abgerufenen Daten ist also eine merkliche Zeitspanne erforderlich, was sich ungünstig auf das Verhältnis der tatsächlichen Rechenzeit zur Bereitstellungszeit auswirkt.

Der [Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Datenspeicheranordnung der eingangs gcnannlen Art derart auszugestalten, daß die Bereitstellung von angeforderten Daten innerhalb kürzester Zeit erfolgt

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun gelöst durch eine Datenspeicheranordnung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Benutzungsanzeiger eine bistabile Stufe enthält, die in den ersten Zustand durch ein Signal auf einer Adressenvergleicherausgangsleitung schaltbar ist, falls die aufgerufene Adresse sich im kleineren Speicher befindet, jeder Speicherzelle des kleineren Speichers eine Abtaststufe zugeordnet ist, die Abtaststufen der Reihe nach zum An/eigen des Anliegens der Abtastung an der zugehörigen Speicherzelle setzbar sind, in einer Steuereinrichtung Schaltmittel vorgesehen sind, mittels denen die Abtastung der Abtaststufen der Reihe nach in Gang setz.bar ist, falls die aufgerufene Adresse sich nicht im kleinen Speicher befindet, durch Zusammenwirken der bistabilen Stufen und der Abtaststufen die Abtastung derjenigen Speicherzellen beibehaltbar ist, deren zugeordnete bistabile Stufen sich im ersten Zustand befinden, die Schaltmittcl zum Beenden der Abtastung von derjenigen bistabilen Stufe ansteuerbar sind, die sich bereits im zweiten Zustand befindet, wenn die Abtastung an die zugehörige Abtaststufe gelangt, und mittels der Steuereinrichtung die aus dem Hauptspeicher abgerufenen Daten in diejenige Speicherzeile des kleineren Speichers überführbar sind, an der die Abtastung beendet worden ist.

13-21 der Speicheranordnung nach der lirfindung erfolgt die Auswahl der zur Aufnahme neuer Daten aus dem Hauptspeicher vorgesehenen Speicherzellen des kleineren Speichers außerordentlich rasch, da es nicht erforderlich ist, diejenige Speicherzelle festzustellen, die die am wenigsten benutzten Daten enthält. Vielmehr steuert die Abtasteinrichtung lediglich diejenige Speicherzelle des kleineren Speichers an, deren Inhalt nicht benötigt worden ist, seitdem sie zum letzten Mal abgetastet worden ist. Weiterhin stehen der Hauptspeicher und der kleinere Speicher über eine gemeinsame Leitung mit dem Prozessor in Verbindung, so daß aus dem Hauptspeicher abgerufene Daten gleichzeitig für den Prozessor und zur Einspeicherung in ilen kleineren Speicher zur Verfugung stehen. Die aus dem Hauptspeicher abgerufenen Datei¹ stehen also sofort zur Verarbeitung bereit, da die Übertragung der Daten aus dem Hauptspeicher in einem Schritt erfolgt, während bei Verwendung von Zwischenregistern zwei Übertragungsschritle erforderlich sind.

Von den in dem kleineren Speicher enthaltenen Daten werden zweckmäßigerweise nur solche wieder in den Hauptspeicher zurückgespeichert, die modifiziert worden sind, d. h. eine von ihrer ursprünglichen Form abweichende Form aufweisen.

>^ri Eine Ausführungsform der Datenspeichervorrichtung nach der Erfindung wird nun an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt
Fig. I ein schematisches Blockschaltbild der Spei-

'5 chcrvorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Speicherzelle der Speichervorrichtung, wobei in schematischer Weise im einzelnen ihre Arbeitsweise veranschaulicht wird, und

>° Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer jhgewandelten Ausführungsform der Speichervorrichtung-

Hs soll nun auf Fig. 1 Bezug genommen werden. Die darin gezeigte Datenspeichervorrichtung enthält

»5 einen Speicher 10 mit schnellem Zugriff und einen Speicher 12 mit langsamerem Zugriff. Der langsam arbeitende Speicher 12 kann etwa ein Magnetkernspeicher sein, und der schnelle Speicher 10 kann beispielsweise aus integrierten Schaltkreisen aufgebaut sein.

Der schnelle Speicher 10 kann etwa eine Kapazität von 1000 Speicherzellen besitzen, wobei jede Speicher/eile einen Datenposten, d.h. beispielsweise ein Datenwort, speichern kann. Jedes Datenwort besteht

aus mehreren Binärbits. Der Speicher 12 enthält eine sehr viel größere Anzahl von Speicherzellen. In Fig. 1 sind nur sechzehn Speicherzellen 14 bis 44 im schnellen Speicher 10 dargestellt. Jede Speicherzelle enthält einen von mehreren Adressentcilcn 14/1 bis 44/1 und einen von mehreren Datenabschnitten 18ß bis 44Ö. Die in jedem der Datenabschnitte 14ß bis 44ß gespeicherten Daten entsprechen den in einer bestimmten Speicherzelle des langsamen Speichers 12 gespeicherten Daten. Die Adresse im entsprechenden Adressenteil 14/1 bis 44/1 entspricht der Adresse der entsprechenden Speicherzelle im Speicher 12. Der schnelle Speicher 10 ist so aufgebaut und angeordnet, daß er diejenigen Daten speichert, die vom Rechner am häufigsten verlangt werden. Dieser Vorgang wird unten im einzelnen beschrieben. Werden Daten verlangt, so wird zuerst der schnell arbeitende Speicher danach abgesucht. Befinden sich die Daten im schnellen Speicher, werden sie herausgeholt (ohne Zerstörung des Inhalts der Speicherzelle) und der langsame

Speicher 12 wird in diesem Wiedergewinnungsprozeß nicht eingeschaltet. Finder, sich die Daten nicht im schnellen Speicher, werden sie aus dem langsamen Speicher (ohne Zerstörung des Inhalts) geholt und gleichzeitig in den schnellen Speicher an Stelle eines 'umstimmten, darin befindlichen Datenworts, das entfernt wird, übertragen.

Jede Speicherzelle im schnellen Speicher 10 besitzt eine Anzeigeschaltung 14Fbis44/\ die ihr zugeordnet ist.Jede Anzeigeschaltung kann in einen von zwei Zuständen »0« oder » 1« - gesetzt werden. Jede Anzeigeschaltung wird in den Zustand »1« gesetzt, wenn die Daten in der zugeordneten Speicherzelle ohne Zerstörung herausgeholt und dem Rechner zugeführt

werden. Mit den Anzeigeschaltungen 14Fbis 44/·'ist über die Leitungen 52 eine zugeordnete Abtast- und Auswahlschaltung 50 verbunden. Über die Leitungen 52 können die Zustände der Anzeigeschaltungen sequentiell untersucht und außerdem die Anzeigeschaltungen vom Zustand »1« in den Zustand »0« geschaltet werden. Die Abtast- und Auswahlschaltung 50 ist auch mit einer Gatterschaltung 54 verbunden. Durch diese Anordnung und eine Leitung 55 kann die Schaltung 50 in eine ausgewählte Speicherzelle 14/1 bis 44/1 die über eine Leitung 56 aus dem langsamen Speicher 12 empfangenen Daten einspeisen. Werden Daten auf diesem Weg in eine Speicherzelle des schnellen Speichers 10 eingegeben, überschreiben sie die bereits in dieser Speicherzelle vorhandenen Daten.

Anforderungen nach Daten durch den Rechner werden über eine Leitung 60 zu einer Steuerschaltung 58 geleitet. Die Steuerschaltung 58 sucht den schnellen Speicher 10 nach den verlangten Daten ab und holt sie heraus, falls sie im schnellen Speicher 10 verfügbarsind. Dann werden diese Daten durch die Steuerschaltung 58 über die Leitungen 62 und 64 zum Rechner übertragen. Befinden sich die gewünschten Daten nicht im schnellen Speicher 10, bewirkt die Steuerschaltung 58, daß die Daten aus dem langsamen Speicher 12 geholt und über die Leitungen 68 und 64 zum Rechner geleitet werden. Gleichzeitig aktiviert die Steuerschaltung 58 die Abtast- und Auswahlschaltung 50, welche diese Daten in eine entsprechend ausgewählte Speicherzelle des schnellen Speichers 10 eingibt.

Hs soll nun die Arbeitsweise der Vorrichtung im einzelnen beschrieben werden. Zuerst sei angenommen, daß das vom Rechner gewünschte Datenwort, nach dem über die Leitung 60 angefragt wird, sich in der Speicherzelle 24 des schnellen Speichers 10 befindet. Wird die Datenanfrage empfangen, so wird die Adresse der verlangten Daten durch die Steuerschaltung 58 mit Hilfe der Leitungen 70 und 72 mit den in allen Adressenabschnitten 14/1 bis 44/1 des schnellen Speichers 10 gespeicherten Adressen verglichen. Die Steuerschaltung 58 stellt dabei fest, daß der Adressenabschnitt 24/1 die Adresse der gewünschten Daten enthält, holt über die Leitungen 74 und 76 die Daten aus dem Datenteil 24 B heraus und schickt sie über die Leitungen 62 und 64 zum Rechner. Die Steuerschaltung 58 aktiviert die Abtast- und Auswahlschaltung 50 nicht. Die Anzeigeschaltung 24F wird jedoch in den Zustand »1« geschaltet, wenn die Daten (ohne Zerstörung des Inhalts der Speicherzelle) aus dem Datenteil 24 B herausgelesen werden.

Dieser Vorgang wiederholt sich immer dann, wenn die vom Rechner über die Leitung 60 angeforderten Daten im schnellen Speicher 10 gefunden werden. Die erste Wiedergewinnung von Daten aus einem Datenteil 14ß bis 44ß bewirkt, daß die entsprechende Anzeigeschaltung 14Fbis 44 F in den Zustand »1« gesetzt wird. Weitere Datenwiedergewinnungsvorgänge aus dem gleichen Datenabschnitt 14fi bis 44ß beeinflussen die entsprechende Anzeigeschaltung nicht, so daß diese im Zustand »1« verbleibt.

Es sei nun angenommen, daß der Rechner Daten verlangt, die sich nicht im schnellen Speicher 10 befinden. Es sei außerdem angenommen, daß durch die vorangegangenen Datenwiedergewinnungsoperationen die Anzeigeschaltungen 14Fbis 26F sich alle im Zustand »1« und die Anzeigeschaltung 28F sich im Zustand »0« befindet, was darauf hinweist, daß aus dem Datenteil 28 ß seit dem let/ten Abtastvorgang keine Daten herausgeholt worden sind. Die Datenanfrage bewirkt, daß die Steuerschaltung 58 die Adressenteile 14/1 bis 44/4 wie oben beschrieben abtastet.

Da die verlangten Daten im schnellen Speicher 10 nicht vorhanden sind, ergibt sich bei dieser Abtastung ein negatives Resultat. Die Steuerschaltung 58 bewirkt dann, daß mit Hilfe einer Leitung 80 die gewünschten Daten aus der entsprechenden Speichcrzelle im langsamen Speicher 12 herausgeholt und über die Leitungen 68 und 64 zum Rechner geschickt werden. Die aus dem langsamen Speicher 12 gelieferten Daten fließen auch /ur Gatterschaltung 54, und zwar über eine Leitung 56. Die Schaltung 50 wird durch die Steuerschaltung 58 mit Hilfe eines über die Leitung 82 fließenden Signals aktiviert.

Die Schaltung 50 tastet dann die Anzeigeschaltungen 14F bis 44F (in dieser Reihenfolge) mit Hilfe der Leitungen 52 der Reihe nach ab. Die Schaltung 50 unterbricht diesen Abtastvorgang, wenn sie die erste Anzeigeschaltung, die sich im Zustand »0« befindet, bei der Abtastung feststellt. Im vorliegenden Beispiel ist dies die Anzeigeschaltung 28F. Dann veranlaßt die Schaltung 50 die Gatterschaltung 54,

»5 in die Speicherzelle (die Speicherzelle 28 in diesem Beispiel), welche dieser Anzeigeschaltung zugeordnet ist, die über die Leitung 56 ankommenden Daten (und deren Adresse) einzugeben. Dabei werden die vorher in dieser Speicherzelle befindlichen Daten und die Adresse überschrieben und damit zerstört.

Jede abgetastete Anzeigeschaltung wird durch die Schaltung 50 automatisch in den Zustand »0« zurückgesetzt.

Wird ein weiteres, vom Rechner verlangtes Datenwort nicht im Speicher 10 gefunden, wiederholt sich dieser Vorgang. Die gewünschten Daten werden aus dem langsamen Speicher 12 geholt, und die Schaltung 50 tastet die Anzeigeschaltungen 14F bis 44F ab, um die erste Anzeigeschaltung zu finden, die sich im Zustand »0« befindet. Der Abtastprozeß beginnt bei der Anzeigeschaltung, die am Ende des vorausgegangenen Abtastvorganges erreicht worden ist. Wie oben beschrieben, werden dann die aus dem langsamen Speicher 12 geholten Daten in denjenigen Datenteil des schnellen Speichers 10 eingespeist, welcher der ersten im Zustand »0« befindlichen Anzeigeschaltung zugeordnet ist, die von der Schaltung 50 festgestellt wurde.

Die Datenspeichervorrichtung kann Einrichtungen enthalten, mit deren Hilfe es möglich ist, den Wert von Daten, die sich in einer bestimmten Speicherzelle im schnellen Speicher 10 befinden, zu ändern. Zu diesem Zweck wird ein geeignetes Signal zusammen mil der Adresse und dem geänderten Wert der zu ändernden Daten in die Steuerschaltung 58 über eine Leitung 81 eingespeist. Dann sucht die Steuerschaltung 58 mit Hilfe der Leitungen 70 und 72 die Adresse auf. Wird die Adresse gefunden, so wird der Wert der ihr zugeordneten Daten geändert, so wie dies über die Leitungen 74 und 76 verlangt wird.

Wird ein Datenwort auf diese Weise modifiziert, so wird die zugeordnete Anzeigeschaltung 14F bis 44F in den Zustand »1« gesetzt und die Datenänderung damit so behandelt wie eine Datenwiedergewin-

nung durch die Abtast- und Auswahlschaltung 50. Jede Anzeigeschaltung 14Fbis 44F enthält außerdem eine getrennte Anzeigeeinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie nur dann in den Zustand »1« eesetzi

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wird, wenn die Daten in tier zugeordneten Speicherzelle geändert worden sind. Diese gesondert vorgesehene Anzeigevorrichtung wird durch die Datenwiedergewinnung nicht beeinflußt.

Hat die Abtast- und Auswahlschaltung 50 die Anzcigcschaltungcn in der oben beschriebenen Weise abgetastet und diejenige Speicherzelle 14/·' bis 44/· ausgewählt, in welche die aus dem langsamen Speicher 12 herausgeholten Daten einzuspeisen sind, so wird die zugeordnete Anzeigeschaltung zusätzlich geprüft, um festzustellen, ob die Daten in der zugeordneten Speicherzelle geändert worden sind. Stellt die Schaltung 50 fest, daß die Daten »n dieser Speicherzelle geändert worden sind, so werden vordem Überschreiben durch die neuen Daten die modifizierten Daten in den langsamen Speicher zurückgegeben und ihr modifizierter Wert dort festgehalten.

h.s soll nun auf 1 ig 2 Bezug genommen werden. Dabei sollen eine bestimmte Speicherzelle (Zelle 16) des schnell arbeitenden Speichers 10, die zugeordnete Anzeigeschaltung 16/·, der zugeordnete Teil der Abtast- und Auswahlschaltung 50 und die zugeordnete Steuerschaltung im einzelnen beschrieben werden.

Die Speicherzelle 16 besteht aus dem Adressenteil 16-4 und dem Datenteil 16W, von denen jeder wie ein Register aufgebaut ist. Daten werden aus dem langsamen Speicher 12 (in Fig. 2 nicht dargestellt) über einen Datenkanal 100 unter der Steuerung eines UND-Gatters 102 in den Datenteil 16 übertragen. Die Adresse der Daten wird in den Adressenteil 16/4 über einen Adressenkanal 104, der durch ein UND-Gatter 106 gesteuert wird, eingespeist. Die Daten und die Adresse werden aus dem Daten- und Adressenteil über entsprechende Ausgangskanäle 108 bzw. 110. welche durch UND-Gatter 112 und 114 gesteuert werden, ausgegeben. Jeder Ausgangskanal 108 bzw. 110 besteht aus zwei Zweigen, die in entsprechender Weise zum Rechner bzw. zurück zum Speicher 12 führen.

Die Anzeigeschaltung 16F besteht aus zwei bistabilen Stufen 124undl26. Die bistabile Stufe 124 wird in den Zustand »1« geschaltet, wenn Daten zuerst aus der Speicherzelle 16 herausgelesen werden. Die bistabile Stufe 126 wird in den Zustand »1« gesetzt, wenn die Daten im Datenteil 16B in ihrem Wert (mit Hilfe der Leitung 81; vergleiche Fig. I) geändert werden.

Die Abtast- und Auswahlschaltung 50 besteht aus mehreren bistabilen Stufen, die in der Art eines Ringzählen; geschaltet sind, wobei jede Stufe einer bestimmten Speicherzelle im schnellen Speicher entspricht der Speicherzelle 16 und die bistabile Stufe 130 der nächsten Speicherzelle 18. Jede bistabile Stufe des Ringzählers besitzt ein UND-Gatter, wobei zwei solcher UND-Gatter 131 und 132 dargestellt sind. Der Ringzähler wird durch eine weitere bistabile Stufe

134 gesteuert. Zu irgendeinem Zeitpunkt befindet sich immer nur eine der bistabilen Stufen des Ringzählers im Zustand »1«.

In einer noch zu beschreibenden Weise werden die UND-Gatter 102 und 112 (das letztere mit Hilfe eines Inverters 136) indirekt über die Leitung 135 angesteuert. Außerdem wird ein weiteres UND-Gatter 144 in der Anzeigeschaltung 16F über die Leitung

135 direkt angesteuert. Die Leitung 135 liefert ein Eingangssignal »SPEICHERN«, wenn Daten in den schnellen Speicher 10 eingeschrieben werden sollen (d.h., wenn Daten aus dem Speicher 12 in den Speicher 10 übertragen weiden sollen, oder wenn Daten im Speicher 10 mit Hilfe der Leitung 81 - vergleiche Fig. 1 - geändert werden sollen). Dabei liefert der Inverter 136 kein Ausgangssignal. Ansonsten liefert die Leitung 135 kein Signal, und der Inverter 136 erzeugt ein Signal »SPEICHERN«.

Es soll nun die Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung erläutert werden.

!•'all (I): Die erste Betriebsart, die beschrieben werden soll, betrifft den Fall, daß die vom Rechner (übet die Leitung 60, vergleiche Fig. 1) verlangten Daten sich tatsächlich im Datenregister 16ß befinden.

Die Steuerschaltung 58 (F i g. 1) spricht auf die Datenanforderung an und leitet die Adresse der verlang-

is ten Daten zu allen Adressentcilen der Speicherzeller im schnellen Speicher 10 über einen Adressenkana!

138 weiter. In jedem Adressentcil wird die darin befindliche Adresse in bekannter Weise mit der verlangten Adresse verglichen. Da der Adressentcil 16/4 die verlangte Adresse gespeichert hat, wird ein Ausgangssignal erzeugt und über eine Leitung 139 zu einem UND-Gatter 140 geschickt. Die Leitung 135 liefert kein Signal, so daß das UND-Gatter 140 vom Inverter 136 ein Eingangssignal »SPEICHERN« er-

»5 hält. Das UND-Gatter 140 wird daher geöffnet und öffnet mit Hilfe eines ODER-Gatters 141 das UND-Gatter 112. Dadurch kann der Datenteil 16B übei den Kanal 108 gelesen werden. Gleichzeitig fließt das Ausgangssignal über die Leitung 139 und die Leitung 142 zur bistabilen Stufe 124. Das Ausgangssignal setzl die bistabile Stufe 142 in den Zustand »1«, wodurch angezeigt wird, daß die Daten im Datenteil 16 B verwendet worden sind. Außerdem liefert die Leitung

139 des Ausgangssignal zum UND-Gatter 143, weldies geschlossen bleibt, weil die Leitung 135 kein Signal liefert. Die Leitung 142 ist außerdem mit dei bistabilen Schaltung 126 über ein UND-Gatter 144 verbunden. Das UND-Gatter 144 wird über die Lei tung 135 gesteuert und ist deswegen geschlossen, se daß das auf der Leitung 142 befindliche Ausgangssi gnal die bistabile Schaltung 126 nicht beeinflusser kann. Die Stufe 126 verbleibt daher im Zustand »0« Keine der übrigen Schaltungen wird aktiviert.

Fall (2): Die zweite Betriebsart bezieht sich auf der Fall, daß die vom Rechner über die Leitung 6( (Fig. 1) verlangten Daten sich nicht im schneller Speicher 10 befinden und daher aus dem langsamer Speicher 12 geholt werden müssen. Außerdem müs sen diese Daten dann (in der im Zusammenhang mi Fig. 1 beschriebenen Weise) in eine entsprechenc ausgewählte Speicherzelle des schnellen Speicher: übertragen werden.

Der in den Adressenteilen 14/4 bis 44/4 der Spei cherzellen im schnellen Speicher 10 durchgeführte Adressenvergleich liefert also ein negatives Ergebnis Die Leitung 142 ist daher nicht erregt, und auch keim der anderen entsprechenden Leitungen in der Schal tung (nicht dargestellt), die den anderen Speicherzel len zugeordnet sind, ist erregt. Es wird daher ein Gat ter 145 aktiviert, welches ein Ausgangssignal »ΚΕ1Γ» WORT GEFUNDEN« über eine Leitung 146 schickt so daß die bistabile Schaltung 134 in den Zustand »1 < geschaltet wird. Die bistabile Schaltung 134 erreg eine Stcuerleitung 148, welche ein Ausgangssignal zi

den UND-Gattern 131 und 132 und auch zu den an deren entsprechenden UND-Gattern (nicht dargc stellt) schickt, welche die Ringzähler in der Schaltun] 50 steuern. Es sei angenommen, daß sich die bistabili

Schaltung 129im Zustand »I «.alle anderen bistabilen Schaltungen des Ringzahlers im Zustand >()« befinden. Das UND-Gatter 131 liefert daher ein Ausgangssignal über eine Leitung 150 zu zwei weiteren UND-Gattern 152 und 154 in der Anzeigeschaltung I6F. Befindet sich die bistabile Schaltung 124 im Zustand » I '<. wodurch sie anzeigt, daß die Daten im Datenteil 16/i seit dem letzten durchgeführten Abtastvorgang verwendet worden sind, so liefert das UND-Gatter 152 ein Ausgangssignal über eine Leitung 156. Mit Hilfe eines ODER-Gatters 158 wird ein Signal »SCHRITT« erzeugt und zu einer Leitung 160geliefert, wobei die bistabile Schaltung 129 in den Zustand »0« und die bistabile Schaltung 130 in den Zustand »1« geschaltet wird. Das l'ND-Gatter 132 gibt daher an eine nicht dargestellte Leitung ein Ausgangssignal ab, worauf der Zustand der Anzeigeschaltung 18/· geprüft wird Die dargestellte Schaltung führt keine weiteren Operationen aus. Befindet sich jedoch die bistabile Schaltung 124 im Zustand »()<■. wenn ein Signal auf der Leitung 150 erscheint, wodurch angezeigt wird, daß die Daten im Datenteil 16Ö seit dem !etzten Abtastvorgang nicht verwendet worden sind, so wird das UND-Gatter 152 nicht aktiviert, sondern das UND-Gatter 154 schickt ein Ausgangssignal über eine Leitung 159 zu zwei weiteren UND-Gattern 161 und 162 Die Tätigkeit dieser UND-Gatter hängt vom Zustand der bistabilen Schaltung 126 ab. Die sich dabei abspielenden Vorgänge sollen nun beschrieben werden.

Fall (a): Zuerst sei angenommen, daß sich die bistabile Schaltung 126 im Zustand »0« befindet, wodurch angezeigt wird, daß die Daten im Datenteil 16B nicht geändert worden sind. Das UND-Gatter 161 ist daher nicht aktiviert, aber das UND-Gatter 162 liefert ein Ausgangssignal an die Leitungen 164 und 166. Das Signal auf der Leitung 164 fließt durch ein ODER-Gatter 158, wodurch ein Signal »SCHRITT« auf der Leitung 160 erzeugt und die bistabile Schaltung 129 in den Zustand »0« und die bistabile Schaltung 130 in den Zustand *!« geschaltet wird. Das Signal auf der Leitung 166 fließt zu einem weiteren ODER-Gatter 168, wodurch die bistabile Schaltung 134 in den Zustand »0« geschaltet und die Abtastoperation unterbrochen wird. Gleichzeitig fließt ein Signal zu den UND-Gattern 102 und 106 über die Leitungen 170 und 172 und ein ODER-Gatter 174. Beide UND-Gatter 102 und 106 sind daher geöffnet, so daß die Daten und die Adresse aus dem Speicher 12 in die Speicherzelle 16 über die Kanäle 100 und 104 fließen und die bereits darin enthaltene Information überschreiben können. Auf diese Weise werden die vom Rechner verlangten und im schnellen Speicher 10 nicht gefundenen Daten in den schnellen Speicher an Stelle der in der Speicherzelle 16 bereits vorhandenen Daten eingeschrieben.

Fall (b): Nun sei angenommen, daß sich die bistabile Schaltung 126 im Zustand »1« befindet, wenn die Leitung 159 erregt ist (wodurch angezeigt wird, daß der Wert der im Datenteil 16 B gespeicherten Daten geändert worden ist). Das UND-Gatter 162 liefert daher nicht sofort ein Ausgangssignal, aber das UND-Gatter 161 erregt die Leitungen 176 und 178. Durch die Erregung der Leitung 176 wird das UND-Gatter 114 und mit Hilfe des ODER-Gatters 141 auch das UND-Gatter 112 geöffnet. Werden die UND-Gatter 112 und 114 auf diese Weise geöffnet, können die Daten und die Adresse in der Speicherzelle 16 über die Kanäle 108 und 110 zum Speicher 12 zurückgegeben werden. Außerdem wird im Speicher 12 aul diesem Weg die vorher im Teil 16B durchgeführte Datenänderung berücksichtigt. Durch die Erregung der Leitung 178 wird die bistabile Stufe 126 in der Zustand »0« geschaltet, so daß das UND-Gatter 162 nun die Leitungen 164 und 166 erregt. Die Leitung 164 liefert ein Signal »SCHRITT« über die Leitung 160, so daß die Schaltung 129 in den Zustand »0«

ίο und die Schaltung 130 in den Zustand » 1« geschalte! wird. Über die Leitung 166 werden die UND-Gattei 102 und 106geöffnet. Dadurch können die neuen Daten und die Adresse aus dem langsamen Speicher 12 über die Kanäle 100 und 104 in die Speicher/eile U eingegeben werden. Durch die Erregung der Leitung 166. welche dk bistabile Schaltung 134 in den Zustand »0« schaltet, wird der Abtastvorgang unterbrochen.

Hall (3): Die dritte Betriebsart betrifft den Fall, daß

ϊο der Wert der im Daienteil 16Ö gespeicherten Daten geändert wird.

Nach Empfang des entsprechenden Smnals über die LeitungSI (Fig. I)schickt die Steuerschaltung58die Adresse aus dem Adressenteil 16Λ in den Adressenkanal 138. worauf sie mit den Adressen in jedem Adressenteil verglichen wird. Gleichzeitig wird die Leitung 13S erregt und liefert em Signal »SPEICHERN« zu den UND-Gattern 143 und 144 Die geänderten Daten, die in den Daienteil 16« eingegeben werden sollen, werden in den Kanal 100 geleitet Durch den obenerwähnten Adressenvergleich wird

eine Leitung 139 erregt, wodurch ein Signal über das

UND-Gatter 143 und das ODER-Ciatter 174 fließt und das UND-Gatter 102 öffnet, so daß die modifizierten Daten in den Datenteil 16/? eingespeist werden können. Das UND-Gatter 112 bleibt geschlossen, weil am UND-Gatter 140 kein Eingangssignal »SPEICHERN« vorhanden ist. Gleichzeitig wird über die Leitung 142 und das UND-Gatter 144 die bistabile Schaltung 126 in den Zustand » 1« geschaltet, um die Tatsache festzuhalten, daß der Wert der im Datenteil 16fl gespeicherten Daten geändert worden ist.

Essoll nun die in Fig. Tund 2 dargestellte Erfindung zusammenfassend beschrieben werden. Mit Hilfe der dieser Erfindung zugrundeliegenden Vorrichtung werden die meisten Datenanforderungen durch den schnellen Speicher 10 befriedigt und der langsame Speicher 12 sehr viel weniger häufig dabei benutzt. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Rechners

_So wird auf diese Weise gesteigert. Um sicherzustellen, daß die meisten Datenanforderungen rasch durch den schnellen Speicher erfüllt werden, müssen erstens die im schnellen Speicher enthaltenen Daten fortgesetzt auf den neuesten Stand gebracht werden, indem man

in den schnellen Speicher diejenigen Daten eingibt, die voraussichtlich innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne benötigt werden. Da die Kapazität des schnellen Speichers begrenzt ist, können diese Daten nur dann in den schnellen Speicher 10 gebracht wer-

den, wenn bereits darin befindliche Daten entfernt werden. Eine zweite Forderung besteht nun darin, daß die aus dem schnellen Speicher 10 entfernten Daten zu denen gehören, die wahrscheinlich während einer relativ langen Zeitspanne nicht verlangt werden. Um

die erste Forderung zu erfüllen, reagiert die beschriebene Vorrichtung auf jede Datenanfrayjc, bei der die gewünschten Daten im schnellen Speicher nicht gefunden worden sind, in der Weis.v HaR «ir Hips n

in den schnellen Speicher einspeist. Ks wurde festgestellt, daß in der Praxis eine große Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß einmal verlangte Daten innerhalb einer relativ kurzen Zeit wieder verlangt werden. Die Reaktion der Vorrichtung stellt daher ein sehr praklisehes und wirksames Verfahren zur Erfüllung der ersten Forderung dar. Um auch die /weite Forderung zu erfüllen (ei. h., daß die zu entfernenden Daten zu denen gehören, die wahrscheinlich wahrend einer relativ langen Zeit nicht mehr verlangt werden), untersucht die beschriebene Vorrichtung die Datenwörter im /weiten Speicher und holt das erste untersuchte Datenwort heraus, das seit der letzten durchgeführten Untersuchung nicht verwendet worden ist. In der Praxis wurde festgestellt, daß die Verwendung eines Datenwoites in der Vergangenheit Rückschlüsse auf seine Verwendung in der Zukunft zuläßt. Das von der Speichervorrichtung benutzte Kriterium zum Auswahlen des /u entfernenden Datenwortes trägt daher /ur Krfüllung der /weiten Forderung in einer relativ einfachen und wirksamen Weise bei.

In einer abgewandelten Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Abtast- und Auswahlschaltung SO so angeordnet, daß sie im aktivierten Zustand die Anzeigeschaltungen 14/· bis 44F in zufälliger Weise und nicht der Reihe nach, so wie oben beschrieben, abtastet.

In einer weiteren Ausfuhrungsform dieser Erfindung ist die Abtast- und Auswahlschaltung 50 so aufgebaut und angeordnet, daß sie die beschriebene Abtastung (zum Auswählen des zu entfernenden Datenwortes) schon durchführt, bevor dies tatsächlich zum Überschreiben der Daten notwendig ist (d. h., bevor der Rechner ein Datenwort verlangt, das sich nicht im schnellen Speicher befindet). Das tatsächliche Überschreiben der Daten durch die neuen Daten aus dem langsamen Speicher 12 wird nur dann durchgeführt, wenn die vom Rechner verlangten Daten im schnellen Speicher 10 nicht gefunden werden. Diese Betriebsart erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit des Rechners, weil der von der Schaltung 50 durchgeführte Abtast- und Auswahlprozeß gleichzeitig mit der Gewinnung von Daten aus dem schnellen Speicher 10 stattfinden kann.

Es soll nun auf Fig. 3 Bezug genommen werden, welche eine abgewandelte Ausführungsform des schnellen Speichers 10 zeigt. In Fig. 3 sind nur der schnelle Speicher 10, die den Speicherzellen zugeordneten Anzeigeschaltungen 14Fbis 44Fund die Steuerschaltung 58 dargestellt. Die anderen Bestandteile der Datenspeichervorrichtung sind genauso aufgebaut und angeordnet wie in Fig. 1.

Der schnelle Speicher 10 von Fig. 3 unterscheidet sich vom Speicher 10 in Fig. 1 dadurch, daß jede Speicherzelle vier Datenabschnitte statt eines einzigen Datenabschnittes im Speicher von F i g. 1 enthält. Die Speicherzelle 14 besteht daher aus einem Adressenteil 14/1 und den Datenteilen 14ß, 14C, 14D und 14£. Die übrigen Speicherzellen 16 bis 44 sind genauso aufgebaut. In jedem Datenabschnitt einer Speicherzelle ist ein gesondertes Datenwort gespeichert. Der Adressenteil jeder Speicherzelle enthält nur die Adresse der im ersten Datenteil der Zelle befindlichen Daten. Die Adresse im Adressenteil 14/1 stellt daher beispielsweise die Adresse der im Datenteil 14B enthaltenen Daten dar. Die Adressen der in den übrigen drei Datenteilen jeder Speicherzelle gespeicherten Daten sind nicht aufgezeichnet. Sie sin»' jedoch bekannt, weil die Daten in den übrigen Datentcilen aus den nächstfolgenden drei Speicherzellen des Speichen 12 stammen, die auf die Speicherzelle folien, aus dei die im ersten Datenteil befindlichen Daten stammen.

Die Adresse der Daten im Datenteil 2OC ist daher bekannt, weil es die nächstfolgende Adresse nach der im Adressenteil 20/1 gespeicherten Adresse ist. Während des Betriebs werden Daten immer in alle vier Datenteile jeder Speicherzelle des Speichers 10

ίο gleichzeitig eingegeben und auch gleichzeitig gelesen.

Im Betrieb spricht die Steuerschaltung 58 auf eine

Datenanfrage, die über die Leitung 60 ankommt, in der Weise an, daß eine Suchvorrichtung 58a die Adressen in den Adressenteilen 14/1 bis 44/1 mit der Adresse der verlangten Daten vergleicht. Ergibt dieser Vergleich, daß einer der Adressenteile 14/4 bis 44 A eine Adresse enthält, die der verlangten Adresse entspricht, oder eine Adresse enthält, die einer der nächsten drei Adressen bezüglich der verlangten Adresse entspricht, so werden die Daten in allen vier Datenteilen der entsprechenden Speicherzelle durch eine Leseeinrichtung 58/> der Schaltung 58 gelesen und über die Leitung 76 zur Steuerschaltung 58 übertragen.

Die Steuerschaltung 58 besitzt einen zusätzlichen Steuerteil 59, welcher auf die Adresse der verlangten Daten in der Weise anspricht, daß er das entsprechende Datenwort aus den vier vom Speicher 10 ausgegebenen Datenwörtern auswählt und über die Leitungen 62 und 64 zum Rechner schickt. Werden Daten aus einer Speicherzelle im schnellen Speicher 10 in dieser Weise ausgegeben, wird die entsprechende Anzeigeschaltung 14Fbis 44Finden Zustand »1« gesetzt.

Ergibt der obenerwähnte, von der Steuerschaltung 58 durchgeführte Adressenvergleich, daß die verlangten Daten nicht im schnellen Speicher 10 gespeichert sind, werden in ähnlicher Weise, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, die verlangten Daten aus dem langsamen Speicher 12 geholt. Gleichzeitig tastet die Schaltung 50 die Anzeigeschaltungen ab, um die erste, im Zustand »0« befindliche Schaltung zu finden. Dann speist die Schaltung 50 in die entsprechende Speicherzelle 14 bis 44, welche dieser Anzeigeschaltung zugeordnet ist, die aus dem langsamen Speicher 12 geholten Daten (und ihre Adresse) zusammen mit den Daten aus den drei nächstfolgenden Speicherzeilen des langsamen Speichers 12 ein.
Diese Abwandlung der Datenspeichervorrichtung erhöht die Kapazität des schnellen Speichers 10 ganz beträchtlich, ohne daß die Anzahl der darin befindlichen Adressenabschnitte oder die Anzahl der Anzeigeschaltungen erhöht wird. In der Praxis wurde gefunden, daß, wenn Daten aus einer bestimmten Speicherzelle im Hauptspeicher 12 verlangt werden, eine große Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß in kurzer Zeit auch Daten aus einer benachbarten Speicherzelle gewünscht werden. Neben der Steigerung der Kapazität des schnellen Speichers 10 trägt die Ab-Wandlung auch dazu bei, den schnellen Speicher fortgesetzt mit den am häufigsten verlangten Daten zu belegen.

Es ist einzusehen, daß der schnelle Speicher von Fig. 3 so abgewandelt werden kann, daß er, bezogen auf die vier dargestellten Datenabschnitte, eine größere oder kleinere Anzahl von Datenabschnitten aufweist. Der Speicher 12 kann in zwei oder mehr Teilbereiche aufgeteilt sein, von denen jeder beispielsweise

zu zwei von den vier LTatenteilen jeder Speicherzelle im Speicher 10 Daten liefert. Auf diese Weise können Daten parallel aus den Bereichen des langsamen Speichers 12 in den schnellen Speicher 10 übertragen wer-

Adressen der Speicherzeilen in den verschiedenen Bereichen des Speichers 12 etwa so angeordnet, daß sich zwei aufeinanderfolgende Adressen in einem Bereich und die nächsten beiden aufeinanderfolgenden

den. In einer derartigen Vorrichtung wären die ₅ Adressen im anderen Bereich des Speichers befinden.

Hierzu 3 Blau Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Datenspeicheranordnung für ein Datenverarbeitungssystem, die einen Hauptspeicher mit indiviiiuell ailressierharen Speicherzellen und einen kleineren Speicher mit kurzer Zugriffs/eil /ur zeitweiligen Speicherung einer Auswahl von im Hauptspeicher enthaltenen Daten nebst ihrer Hauptspeicheradressen aufweist und in jeder Speicherzelle des kleineren Speichers ein Benutlungsanzeiger zugeordnet ist sowie bei einer Datenanforderung zunächst der kleine Speieher nach der aufgerufenen Adresse der angeforderten Daten abgesucht wird und der Hauptspeicher nur »5 dann /um Überführen der angeforderten Daten in den kleinen Speicher ausgelesen wird, falls die angeforderten Daten nicht im k/einen Speicher vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Benutzungsan/eiger eine bistabile Stufe »° (124) enthält, die in den ersten Zustand durch ein Signal auf einer Adressenvergleicherausgangsleitiing (139) schaltbar ist, falls die aufgerufene Adressesich im kleineren Speicher (10) befindet, jeder Speicherzelle des kleineren Speichers eine Abtaststufe (129 bzw. 130) zugeordnet ist. die Abtaststufen (129, 130) der Reihe nach zum Anzeigen des Anliegens der Abtastung an der zugehörigen Speicherzelle setzbar sind, in einer Steuereinrichtung (58) Schaltmittcl (134) vorge sehen sind, mittels denen die Abtastung der Abtaststufen der Reihe nach in Gang setzbar ist, falls die aufgerufene Adresse sich nicht im kleinen Speicher befindet, durch Zusammenwirken der bislabilen Stufen (124) und der Abtaststufen (129, 130) die Abtastung derjenigen Speicherzellen beibehaltbar ist, deren zugeordnete bistabile Stufen (124) sich im ersten Zustand befinden, die Schaltmittel (134) zum Beenden der Abtastung von derjenigen bistabilen Stufe (124) ansteuerbar sind, die sich bereits im zweiten Zustand befindet, wenn die Abtastung an die zugehörige Abtaststufe gelangt, und mittels der Steuereinrichtung (58) die aus dem Hauptspeicher (12) abgerufenen Daten in diejenige Speicherzelle des kleineren Speichers (10) überführbar sind, an der die Abtastung beendet worden ist.

2. Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuereinrichtung zusammenwirkende Schaltmittel (131 bzw. 132) vorgesehen sind, durch die die jeweilige bistabile Stufe (124) von dem ersten Zustand in den /.weiten Zustand schaltbar ist, wenn die Abtastung von der zugehörigen Speicherzelle weitergeschaltet wird.

.V Speieheranordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB jeder Speicherzelle (14 bis 44) des kleineren Speichers (10) ein bistabiler Modifiz.ierungsan/eiger(126) zugeordnet ist, tier in den ersten Zustand setzbar ist, wenn die fio in der zugehörigen Speicherzelle enthaltenen Daten modifiziert und dadurch in eine l-'orm gebracht werden, die sich von der Form unterscheidet, in der die Daten ursprunglich in die Speicherzelle eingespeichert wurden, und die Steuereinrichtung S₅ (58) in dem Fall, daß bei einer Datenanforderimg, bei der die angeforderten Daten nicht im kleineren Speicher (10) aufgefunden werden, der der gerade abgetasteten Speicherzelle zugeordnete Modili-/icrungsanzcigeri 126) sich im ersten Zustand und di.· zugehörige bistabile Stufe (124) sich im /weiten Zustand befindet, die Rückführung der modifizierten Daten in den Hauptspeicher (12) und die Rücksetzung des Modifizierungsanzeigers (126) in den /weiten Zustand bewirkt, bevor die angeforderten neuen Daten aus dem Hauptspeicher (12) ausgelesen werden.