DE2240433A1

DE2240433A1 - Hierarchische datenspeichereinrichtung

Info

Publication number: DE2240433A1
Application number: DE2240433A
Authority: DE
Inventors: William Francis Beausoleil; Byron Eugene Phelps
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1973-03-08
Also published as: CA969672A; IT963417B; NL7211146A; DE2240433C3; CH538736A; JPS5136179B2; DE2240433B2; SE384587B; FR2151975A5; GB1354827A; JPS4831027A; BE787291A; US4078254A

Description

Die Erfindung betrifft eine hierarchische Datenspeichereinrichtung für mehrere Benutzereinrichtungen einer Daten verarbeitenden Anlage, mit einem Hauptspeicher, und mit mehreren Pufferspeichern.

Hierarchische Datenspeichereinrichtungen verfügen gewöhnlich über einen relativ langsamen Hauptspeicher mit großer Speicherkapazität und mehrere schnelle Pufferspeicher mit vergleichsweise kleinerer Kapazität. Adressierte Daten werden nach einem Benutzeralgorithmus vom Hauptspeicher in die Pufferspeicher, in Abhängigkeit von der Benutzungshäufigkeit der Dateneinheiten, so übertragen, daß die am häufigsten benutzten Daten auf jeden Fall in dem schnelleren Pufferspeicher stehen und dieser somit am besten der Arbeitsgeschwindigkeit der Zentraleinheit der datenverarbeitenden Anlage angepaßt werden kann.

Zum Zugriff zu Datenblocks sind bisher drei Arten von Systemen am gebräuchlichsten. Die meisten dieser Systeme arbeiten nach dem Verfahren des sogenannten "Durchspeicherns", wobei die Daten immer zunächst in den Hauptspeicher abgespeichert werden und dann der Pufferspeicheradressmechanismus daraufhin überprüft wird, ob der Adressblock gegenwärtig im Pufferspeicher vorhanden ist. Wenn das der Fall ist, werden die Daten auch in den Pufferspeicher übertragen. Bei manchen solchen

Systemen wird jedoch der Datenblock im Pufferspeicher ungültig gemacht, und nachfolgende Abrufe desselben Datenblocks erfordern die Adressierung der entsprechenden Hauptspeicherstel Ie.

Bei dem zweiten Verfahren des sogenannten "Speichere irgendwo" wird mit einer Überprüfung des Pufferspeicheradressmechanismus zunächst festgestellt, ob der betreffende Adressblock gegenwärtig im Pufferspeicher steht. Ist das der Fall, werden die Daten direkt ohne weitere Schritte in den Pufferspeicher abgespeichert. Befindet sich jedoch der betreffende Block nicht im Pufferspeicher, werden die Daten in den Hauptspeicher geschrieben.

Bei dem dritten Verfahren, "Speichern in den Pufferspeicher" genannt, wird der Block aus dem Hauptspeicher in den Pufferspeicher gebracht und dann die neuen Daten dort eingespeichert.

Bei den meisten bestehenden Systemen erfolgt bei Datenübertragungen zur Eingabe/ Ausgabe der Zugriff direkt in den Hauptspeicher. Eingabeoperationen erfolgen ähnlich wie beim Durchspeichern von der Zentraleinheit her. Dabei kann der vorhandene Datenblock im Pufferspeicher ungültig gemacht oder gelöscht werden, wenn der adressierte Speicherbereich im Hauptspeicher in die Eingabe/Ausgabe Übertragen wird. Beispiele für solche Speichersysteme finden sich in der US-Patentschrift Nr. 3588829 vom 14. November 1968.

Ein Nachteil herkömmlicher Systeme besteht in der Überlagerung oder der gegenseitigen Störung bei der Adressierung desselben Speicherbereiches sowohl durch die Zentraleinheit als auch durch die Eingabe/Ausgabekanäle. Das heißt, wenn eine Zentraleinheit Daten in einem gemeinsamen Pufferspeicher adressiert, wirkt sich diese Adressierung auf den Benutzungsalgorithmus aus und ist von Bedeutung fUr die Ermittlung, welche Daten vom Hauptspeicher als Ruckgriffspeicher in den Pufferspeicher zu bringen sind. Bei Systemen, in welchen die Kanäle über denselben Pufferspeicher arbeiten wie die Zentraleinheit, überlagern die E/A-Operationen der Kanäle sich mit der Arbeitsweise der Auswerteschaltung für die Benutzungsrangfolge und beein-

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flüssen ebenfalls die im Pufferspeicher zu speichernden Daten. Zentraleinheiten und die Kanäle stören sich somit gegenseitig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine hierarchische Dafenspeichereinrichtung für mehrere Benutzereinrichfungen zu schaffen, in welcher Zentraleinheiten und Kanäle Überlappt arbeiten können, ohne sich gegenseitig zu stören und zu überlagern, und in welcher Pufferspeicher bestimmten Datenverarbeifungsfunktsonen zugeordnet werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß unter den Benufzereinrichtungen mindestens eine Zentraleinheit mit einem ihr normalerweise zugeordneten ersten Pufferspeicher verbindbar ist, daß mindestens ein Eingabe/Ausgabe-Kanal mit einem ihm normalerweise zugeordneten zweiten Pufferspeicher verbindbar ist, und daß jeder Pufferspeicher mit dem Hauptspeicher verbindbar ist, daß ferner in jedem der Pufferspeicher eine Such- und Vergleichsschaltung für die Adressen von angeforderten Dateneinheiten vorhanden ist, sowie eine Auswerteschaltung zum Ermitteln der Häufigkeit der Benutzung gespeicherter Dateneinheiten, welche Schaltungen mit einer für die Datenspeichereinrichtung gemeinsamen Steuerschaltung verbunden sind, daß weiterhin in den zu allen Benutzereinrichtungen, zu allen Pufferspeichern und zu dem Hauptspeicher führenden Sammelleitungen Durchschalteeinrichtungen vorhanden sind, welche durch die genannte gemeinsame Steuerschaltung so gesteuert werden können, daß im Bedarfsfalle jede Benutzereinrichtung mit jedem Speicher der Speicherhierarchie verbindbar ist.

Das Verfahren zum Betrieb der Speichereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß im Normal falle, wenn die Dateneinheit der angeforderten Adresse im Pufferspeicher vorhanden ist, jede Benutzereinrichtung mit dem ihr zugeordneten Pufferspeicher verkehrt, daß andernfalls zunächst eine Suche in allen Pufferspeichern der Speicherhierarchie gleichzeitig erfolgt und bei positivem Suchergebnis der betreffende Pufferspeicher zu der anfordernden Benutzereinrichtung durchgeschaltet wird, und daß weiterhin bei negativem Suchergebnis in dem der anfordernden Benutzereinrichtung zugeordneten Pufferspeicher die durch die Auswerteschaltung als am längsten unbenutzt erkannte Da-

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teneinheit in den Hauptspeicher zurückgebracht wird und an ihre Stelle im Pufferspeicher die angeforderte Dateneinheit gesetzt wird, woraufhin der Zugriff wie im Normalfalle erfolgt.

Ausfuhrungsbeispiele der Datenspeichereinrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschließend näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. la den Stand der Technik,

Fig. Ib bis Id Blockschaltbilder von drei Ausfuhrungsbeispielen einer Daten

speichereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2A und 2B nebeneinander zusammengesetzt, die hierarchische Speicher

einrichtung gemäß Fig. Ic und

Fig. 3 in einem Ablaufdiagramm die Arbeitsweise der Steuerschaltung

in der Speichereinrichtung gemäß Fig. 2A und 2B.

In Fig. la ist eine Speicherhietarchie herkömmlicher Art dargestellt. Sie umfaßt den Hauptspeicher M3, einen mittelschnellen Pufferspeicher M2 und einen schnellen Pufferspeicher Ml . Alle Datenbewegungen laufen Über den schnellen Pufferspeicher Ml. Daher kann nur ein Benutzer, z.B. ein Kanul oder die Zentraleinheit (CPU), die Speicherhierarcliie zu einem gegebenen Zeitpunkt ansteuern. Wenn die Zentraleinheit CPU eine Abrufoperation einleitet, wird die Adiesse der gevünsclilen Daten an die Speicherhierarchie gegeben. Der schnelle Pufferspeicher Ml wird daraufhin abgesucht, ob die angeforderte Adresse gegenwärtig dort stellt. Befinden sich die angeforderten Daten im schnellen Pufferspeicher, stehen sie direkt der Zentraleinheit CPU zur Verfugung. Befinden sich die angeforderten Daten jedoch nicht in dem schnellen Pufferspeicher, läuft die Anforderung weiter zum mittelschnellen Puffer speicher M2. Befinden sich die Daten dort, werden sie zum schnellen Pufferspeic hol Ml und von dort zur anfordernden Zentraleinheit CPU Übertragen. Stehen die Daten

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} auch nicht im mittelschnellen Pufferspeicher M2, läuft die Anforderung weiter zum

• Hauptspeicher M3. Die Daten werden von M3 nach M2 und von M2 nach Ml und

von dort an die Zentraleinheit übertragen. Diese Lösung hat den Nachteil, daß alle ! Zugriffe zum Hauptspeicher als Rückgriffspeicher über zwei Pufferspeicher in der

Speicherhierarchie laufen müssen.

; Ein Ausfühlungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. Ib dargestellt. Es unterscheidet sich von der in Fig. la gezeigten konventionellen Lösung dadurch, daß der Kanal direkt den mittelschnellen Pufferspeicher ansteuert, ohne Daten und Adresse '■ zuerst über den schnellen Pufferspeicher MI laufen lassen zu müssen. Daten von und

[ zum Hauptspeicher M3 als RUckgriffspeicher werden der Zentraleinheit CPU nur über

den schnellen Pufferspeicher Ml und nicht über den mittelschnellen Pufferspeicher M2 zugeleitet. Ein Kanal und die Zentraleinheit können mit ihren entsprechend zugeordneten Pufferspeichern gleichzeitig verkehren, ausgenommen eine gelegentliche Überschneidung, wenn beide Benutzereinrichtungen Zugriff zum Haupt- oder Rückgriff- · speicher M 3 oder zu dem jeweils anderen Pufferspeicher fordern. Wenn die Daten nicht in dem der anfordernden Einheit an sich zugeordneten Pufferspeicher stehen, werden sofort der Hauptspeicher M3 als Rückgriffspeicher und der jeweils andere Pufferspeicher abgefragt. So wird die statistisch erwiesene Tatsache vorteilhaft ausgenutzt, daß bei einem sehr hohen Prozentsatz der gesamten Verarbeitungszeit die angeforderten Daten in demjenigen Pufferspeicher stehen, welcher jeweils der anfordernden Ein- » heit zugeordnet ist. Deshalb werden die anderen Pufferspeicher nur in Ausnahme-

ί Situationen abgefragt, d.h. erst nachdem man sich versichert hat, daß die Daten

; nicht im zugeordneten Pufferspeicher stehen.

• Derselbe Datenblock kann gleichzeitig im Pufferspeicher M2 und in M3 oder in Ml

; und M3 stehen. In diesem Fall können u.U. die Daten in Ml oder M2 auf einem

¹ neueren Stand sein als die Daten mit der gleichen Adresse im Hauptspeicher M3. Dieselben Daten stehen jedoch nicht gleichzeitig in den Pufferspeichern Ml und M2. ι

I In der Fig. Ib verkehrt die Zentraleinheit CPU beispielsweise mit dem schnellen

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Pufferspeicher Ml. Sind die Daten nicht in Ml verfügbar, geht die Anforderung weiter nach M2 und M3. Wenn die Daten im Pufferspeicher M2 stehen, werden sie an dieZentraleinheit CPU Übertragen, ohne daß die zum Pufferspeicher M2 gehörende Benutzer Zuordnung gestört wird. Stehen die Daten jedoch nicht im Pufferspeicher M2, werden sie vom Rückgriff- oder Hauptspeicher M3 in den schnellen Pufferspeicher Ml und von dort an die Zentraleinheit CPU übertragen.

In ähnlicher Weise erfolgt der Zugriff zu Daten im mittelschnellen Pufferspeicher M2 durch die Kanüle. Finden sich die Daten nicht im Pufferspeicher M2, geht die Anforderung nach Ml und M3. Stehen die Daten im Pufferspeicher Ml, werden sie ohne Veränderung der Benutzerbeziehung fUr den schnellen Pufferspeicher Ml an den Kanal Übertragen. Stehen die Daten nicht im Pufferspeicher Ml, werden sie vom Hauptspeicher M3 an den mittelschnellen Pufferspeicher M2 und von dort an den anfordernden Kanal Übertragen.

Ein zweites Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. Ic allgemein und genauer in den später beschriebenen Fign. 2A und 2B dargestellt. In Fig. Ic sind die Funktionen der Zentraleinheit aufgeteilt. Eine erste Zentraleinheit 22 bearbeitet Problemprogramme und die zweite Zentraleinheit 24 Uberwachungsprogramme und deren Funktionen . Uberwachungsdaten und Daten der Problemprogramme sind immer voneinander unabhängig, so daß die CPU 1 niemals den schnellen Pufferspeicher Ml anzusteuern braucht, welcher der CPU 2 zugeordnet ist, und die CPU 2 niemals den der CPU I zugeordneten schnellen Pufferspeicher MO.

Die von der fUr Problemprogramme vorgesehenen ersten Zentraleinheit 22 angeforderten Daten, die sich nicht im schnellen Pufferspeicher MO finden lassen, befinden sich entweder in dem mittelschnellen Pufferspeicher M2 oder in dem Haupt- oder Rückgriffspeicher M3. Daten fließen niemals von den Kanälen 26 direkt in den schnellen Pufferspeicher MO.

Die erste Zentraleinheit 22 fordert im Betrieb Daten zunächst vom schnellen Puffer-

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speicher MO. Finden sich die Daten dort nicht, geht die Anforderung gleichzeitig weiter an den.-mitrelschneMen Pufferspeicher M2 und^rden Hauptspeicher M3. Wenn die Daten sichern Speicher M2 befinden, werden sie vorf dort en die erste Zentraleinheit (CPU:. 1;) übertragen. Stehen die Daten nicht im mittelschnellen Pufferspeicher M2, werden sie vom Haupt- oder Rückgriffspeicher M3 in den sciineüen Pufferspeicher MO und von dort an die erste Zentraleinheit ^.übertragen. ^i; 'G-■

Datenanforderungen von der für die Überwachung vorgesehenen zweiten Zentraleinheit 24 (CPU 2) gehen zuerst on den schnellen Pufferspeicher Ml» Befinden sich die Daten nicht im schnellen Pufferspeicher MI, geht die Anforderung gleichzeitig weiter an den mittelschnellen Pufferspeicher M2 und den Hauptspeicher M3. Wenn sich die Daten im Pufferspeieher M2 finden, werden sie von dorf an die zweite Zentraleinheit 24 übertragen» Finden sich die Daten nicht im mittelschnellen Pufferspeicher M2, werden sie aus dem Haupt- oder Rückgriffspeicher M3 genommen, an den schnellen Pufferspeicher Ml und von dort an die das Uberwachungsprogramm verarbeitende zweite Zentraleinheit 24 (CPU 2) übertragen.

Darenanforderungeri vom Kanal 26 gehen an den mittelschnellen Pufferspeicher M2. Stehen die Daten nicht im mittelschnellen Pufferspeicher M2, geht die Anforderung wetter an die Speicher Ml und M3. Finden sich die Daten im schnellen Pufferspeicher Ml, werden sie von dort ohne Veränderung der Benutzerbeziehung für den schnellen Pufferspeicher Ml an den Kanal 26 übertragen. Finden sich die* Daten nicht im schnellen Pufferspeicher Ml, werden sie vom Hauptspeicher M3 genommen, in den mittelschnellen Pufferspeicher M2 übertragen, wo sie die am wenigsten benutzten Daten ersetzen, und werden von dort an den Kanal 26 weitergeleitet.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. Id arbeitet mit drei Pufferspeichern für die Zentraleinheit und erreicht so eine noch bessere Anpassung'der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit der Zentraleinheit an die Übertragungsgeschwindigkeit des Kanals. Die Lösung ist ähnlich der in Fig. Ib gezeigten, jedoch wird hier ein schneller Pufferspeicher MO benutzt. Der Pufferspeicher MO hat eine wesentlich

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kürzere Zugriffszeit als der Pufferspeicher MI oder M2. Die Pufferspeicher Ml und M2 können als Gerät kombiniert, aber wirkungsmäßig so unterteilt sein, wie es durch die gestrichelten Linien in der Zeichnung angedeutet ist.

In der in den Fign. 2A und 2B dargestellten Speichereinrichtung ist ein relativ großer, langsamer und billiger Hauptspeicher 10 vorgesehen, in welchem Dateneinheiten (eine Aufzeichnung oder ein Aufzeichnungsblock) gespeichert werden. Jede Datenbewegung von oder zum Hauptspeicher 10 besteht aus einer Dateneinheit. Eine Dateneinheit ist die kleinste adressierbare Einheit des Hauptspeichers. Der Hauptspeicher wird durch ein Speicheradressregister 12 adressiert, und dort zu speichernde Daten werden in einem Datenregister 14 gespeichert.

Die Pufferspeicher 16, 18 und 20 sind relativ kleine, schnelle Speicher, von denen jeder einer Benutzereinrichtung zugeordnet ist, d.h. einer der beiden Zentraleinheiten 22, 24 oder einem Kanal 26, 28. In Übertragungsgeschwindigkeit und Speicherkapazität sind diese Pufferspeicher der Benutzereinrichtung angepaßt. Jeder Pufferspeicher enthält eine Anzahl (n) von Dateneinheiten mit ihrer zugehörigen Hauptspeicheradresse und einer Aufzeichnung der letzten Benutzung durch die zugehörige Zentraleinheit oder den Kanal. Eine gegebene Dateneinheit kann zu einem Zeitpunkt in nur einem Pufferspeicher stehen. Sie kann gleichzeitig im Hauptspeicher als Kopie vorhanden sein oder auch nicht, Zugriffe erfolgen jedoch immer zu der in einem Pufferspeicher stehenden Version.

Die Zentraleinheiten 22 und 24 sind an ihre zugeordneten Pufferspeicher durch Datensammelleitungen 27, 29 und Adressammei leitungen 30, 32 angeschlossen. In ähnlicher Weise sind die Datenkanäle 26 und 28 durch eine Datensammelleitung 31 und eine Adressammei leitung 36 mit dem Rest der Speichereinrichtung verbunden. Durchschalteeinrichtungen G sind überall an den entsprechenden Stellen vorgesehen. Eine gemeinsame Datensammelleitung 38 schließt die Kanäle und die Zentraleinheiten an don Hauptspeicher 10 an, und eine gemeinsame Adressammei leitung 40 stellt eine Verbindung zwischen dem Speicheradressregister 12 und den ,Zentraleinheiten und■ nYn Kanä-

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\ len der Speichereinrichtung her. Die Steuerschaltung 43 ist vorgesehen, um die verschiedenen Durchschal teeinrichtungen G gegenseitig zu verriegeln und so zwei ver-. schiedene Benutzereinrichtungen am versuchten gleichzeitigen Zugriff zu demselben

f Pufferspeicher zu hindern, und weiterhin den gemeinsamen Hauptspeicher und die

\ Adressammei leitungen nach einer vorgegebenen Priorität oder Zeitrangfolge zuzuteilen,

wenn sie durch mehr als eine Benutzereinrichtung benötigt werden. Die Torsteuerlogik ) der Steuerschaltung liefert Ausgangssignale Dl bis DlO zur Steuerung der verschiedenen

I zum Datensammelleitungsweg der Einrichtung gehörenden Tore oder Durchschal teein- .

? richtungen. Die Ausgangssignale Al bis AIO dienen der Steuerung der verschiedenen

zu der Adressammei leitung gehörenden Tore, weiche die verschiedenen Geräte der \ Speichereinrichtung miteinander verbinden.

; Die Pufferspeicher 16, 18 und 20 sind gleichartig aufgebaut. In einem Ausführungs-

j Beispiel der Erfindung arbeitet der Pufferspeicher 20 jedoch langsamer als die Pufferspeicher 16 und 18, da· die Kanäle nicht die hohen Überfragungsgeschwindigkeiten

\ erfordern, welche die Zentraleinheiten benötigen. Jeder Pufferspeicher (z.B. der Puf-

i fer 16) enthält eine Anzahl η von Dateneinheiten 42. Zusammen mit jeder Datenein-

> heit wird ihre Hauptspeicheradresse 44 und ein Benutzercode 46 gespeichert. Der Be-

I nutzercode wird durch ein« geeignete Benutzungsauswerteschaltung 48 festgesetzt, die

ι anzeigt, welche Dateneinheit am wenigsten benutzt wurde. Diese Schaltung 48 ermit
telt und speichert den Benutzercode, der das relative Alter der Benutzung für jede

Dateneinheit bei jedem Zugriff angibt. Wenn ein Austausch erforderlich ist (d.h. wenn 1 die angeforderte Dateneinheit im Hauptspeicher steht und in den Pufferspeicher her—

/ ausgebracht werden muß,) gibt die Schaltung an, welche Dateneinheit am wenigsten

' benutzt wurde, und deshalb ausgetauscht werden kann.

ί Eine Adressensucheinrichtung 50 stellt fest, ob die angeforderten Daten im Pufferspei-

ί eher vorhanden sind. Ist das der Fall, wird die zugehörige Speicherstelle im Datenzugriffsregister 52 angezeigt. Wenn ein Austausch erfolgt, wird die Adresse der angeforderten Dateneinheit an der Stelle der am wenigsten benutzten Dateneinheit gespei- ; chert, nachdem diese Dateneinheit in den Hauptspeicher zurückgebracht wurde, und

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die angeforderte Dateneinheit wird vom Hauptspeicher für diese Stelle abgerufen. Die Adressensucheinrichtung gibt außerdem Signale an die Steuerschaltung 43 ab, wenn die von der Benutzereinrichtung angeforderte Dateneinheit nicht im Pufferspeicher steht, und zeigt durch Signale die Verfügbarkeit des Pufferspeichers für andere Benutzereinrichtungen an.

Das Datenzugriffregister 52 enthält Einrichtungen zum Abruf einer Dateneinheit von der Pufferspeicherstelle oder zum Speichern in die Speicherstelle, welche durch die Adressensucheinrichtung 50 für die Auswerteschaltung 48 angegeben wird.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 läuft ein Zugriff zum Abruf oder Speichern von Daten folgendermaßen ab:

A. Jede Benutzereinrichtung (Block 70), eine Zentraleinheit oder ein Kanal, versucht zuerst, die gewünschte Dateneinheit im zugeordneten Pufferspeicher anzufordern (Block 72).

B. Wenn die angeforderte Dateneinheit im Pufferspeicher der Benutzereinrichtung steht (Entscheidungsblock 74 JA), ruft die Benutzereinrichtung die Daten ab oder speichert sie on der betreffenden Pufferspeichenfelle (Block 76), wobei für jede Benutzung der Benutzercode folgeschrieben wird (Block 78). Die Operation ist dann beendet (4lock 80).

C. Wenn die angeforderte Dateneinheit nicht im zugeordneten Pufferspeicher steht, (Entscheidungsblock 74 NEIN), wird eine gleichzeitige Suche in allen anderen Pufferspeichern eingeleitet (Block 82).

D. Wenn die angeforderte Dateneinheit in einem anderen Pufferspeicher steht (Entscheidungsblock 84 JA), erfolgt der Zugriff der Benutzereinrichtung zu den Daten aus diesem Pufferspeicher, der Benutzercode für diesen Pufferspeicher wird jedoch nicht verändert (Block 80). Die Dateneinheit im Hauptspeicher wird

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ignoriert und der Dateninhalt des zur Benutzereinrichtung zugehörigen Pufferspeichers wird nicht verändert.

E. Wenn die angeforderte Dateneinheit nur im Hauptspeicher vorhanden ist (Entscheidungsblock 84 NEIN), wird die am längsten nicht benutzte Dateneinheit aus dem zur Benutzereinrichtung zugehörigen Pufferspeicher ϊη ihre Speicherstelle im Hauptspeicher zurückgebracht.

F. Die angeforderte Dateneinheit wird vom Hauptspeicher an die Benutzereinrichtung und der zugehörigen Pufferspeicher (Block 92) übertragen und mit ihrer Adresse an der im Schritt E freigemachten Stelle gespeichert.

Die folgenden drei Möglichkeiten werden in den nächsten Absätzen im einzelnen beschrieben, und zwar für den Fall, daß (1) die gewünschte Dateneinheit einer jeden Benutzereinrichtung in dem zugeordneten Pufferspeicher steht; daß (2) die angeforderte Dateneinheit in einem anderen Pufferspeicher steht, und daß (3) die angeforderte Dateneinheit nur im Hauptspeicher vorhanden ist.

(!) Die angeforderte Dateneinheit einer jeden Benutzereinrrchtung steht im zugeordneten Pufferspeicher.

Da die von den Zentraleinheiten und Kanälen angeforderten Dateneinheiten für einen hohen Prozentsatz der Verarbeitungszeit in ihren entsprechend zugeordneten Pufferspeichern vorhanden sind, ist die Normalstellung gev/isser Durchschalteeinrichtungen

G. nämlich der Datentore Dl, D4 und D8 sowie der Adresstore Al, A4 und A8 die durch geschaltete Stellung und alle anderen Schalter der Daten- und Adresstore sind geöffnet. (Adresstore und Datentore G werden durch die Eingangssteuerleitungen Dl bis DlO bzw. Al bis AlO bezeichnet).

Im Normalbereich kann eine Zentraleinheit oder ein Kanal direkt mit dem zugeordneten Pufferspeicher in Verbindung treten, ohne eine andere Zentraleinheit oder einen anderen Kanal zu stören oder von diesem gestört zu werden. Zu einem gegebenen Zeitpunkt kann nur einer der Kanäle 26, 28 den Kanal pufferspeicher 20 ansteuern.

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Wenn die erste Zentraleinheit 22 zum Beispiel die Adresse einer gewünschten Dateneinheit durch das in Normalstellung durchgeschaltete Adresstor Al an die Adressensucheinrichtung 50 sendet, so findet dieser die Adresse im Pufferspeicher 16 und sendet die Daten Über das Datenzugriffsregister 52 und das Datentor Dl Über die Datensammelleitung 26 an die erste Zentraleinheit. Gleichzeitig stellt die Auswerteschaltung 48 die Benutzung dieser Dateneinheit fest und schreibt den Benutzercode fort. Auf ähnliche Weise steuern auch die zweite Zentraleinheit 24 und die Kanäle 26, 28 ihre zugeordneten Pufferspeicher 18 und 20 an.

(2) Die angeforderte Dateneinheit steht in einem anderen Pufferspeicher. Wenn in dem genannten Beispiel angenommen wird, daß die von der ersten Zentraleinheit 22 angeforderte Dateneinheit nicht in dem ihr zugeordneten Pufferspeicher 16 steht, dann findet auch die Adressensucheinrichtung 50 keine Adresse der angeforderten Dateneinheit im Pufferspeicher 16 und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerschaltung 43.

Die Steuerschaltung 43 prUft die Hauptdaten- und Hauptadressammei leitungen 38 und 40. Wenn diese Sammelleitungen nach einer vorgegebenen Priorität zur Verfügung stehen, schaltet die Steuerschaltung 43 das Adresstor A3 durch und setzt somit die Adresse der angeforderten Dateneinheit auf die Hauptadressammei leitung 40. Außerdem schaltet die Steuerschaltung 43 das Datentor Dl ab und erregt das Datentor D3 zur Vorbereitung einer Dateneingabe in die erste Zentraleinheit 22.

Die Steuerschaltung 43 prüft die Adressensucheinrichtung der Pufferspeicher 18 und 20, um sich zu vergewissern, ob diese frei zum Ansteuern sind. Wenn jeder Pufferspeicher frei ist, schaltet die Steuerschaltung 43 entsprechende Adresstore durch (A5 und A9), um die präsentierte Adresse der angeforderten Daten an die entsprechenden Adressen-Sucheinrichtungen der Pufferspeicher 18 und 20 zu übertragen. Diese Übertragung kann gleichzeitig erfolgen oder auch nicht, je nachdem, wie die Pufferspeicher frei sind.

Wenn weiter in dem genannten Beispiel angenommen wird, daß die angeforderte Dateneinheit im Pufferspeicher 18 vorhanden ist, so sperrt die Steuerschaltung 43 das

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Adresstor A4 und schaltet das Adresstor A5 durch. Sie gibt damit die angeforderte Adresse an die Adressensucheinrichtung des Pufferspeichers 18, wenn dieser ein Signal dafür abgibt, daß er für den Zugriff frei ist. Das Datentor D4 wird ebenfalls gesperrt und dadurch wird der Pufferspeicher 18 vollständig von der zweiten Zentraleinheit 24 getrennt.

Wenn die Adressensucheinheit des Pufferspeichers 18 die angeforderte Adresse findet, gibt sie ein Signal an die Steuerschaltung 43, die daraufhin das Datentor D5 so durchschaltet, daß die angeforderte Dateneinheit über das Datenzugriffsregister des Pufferspeichers 18 an die erste Zentraleinheit 22 gesendet wird. Der Benutzercode des Pufferspeichers 18 wird dabei.nicht verändert. Sobald die erste Zentraleinheit 22 die angeforderte Dateneinheit empfangen hat, stellt die Steuerschaltung 43 alle Daten- und Adresstore in Normalstellung zurück.

Wenn der Pufferspeicher 20 und nicht der Pufferspeicher 18 die angeforderte Dateneinheit enthält, schaltet die Steuerschaltung die zum Pufferspeicher 20 gehörenden Tore in ähnlicher Weise, wie sie gerade für den Pufferspeicher 18 beschrieben wurde.

(3) Die angeforderte Dateneinheit steht nur im Hauptspeicher. Wenn im genannten Beispiel nun angenommen wird, daß die erste Zentraleinheit 22 die angeforderte Dateneinheit weder in ihrem eigenen Pufferspeicher 16 noch in den Pufferspeichern 18 oder 20 findet, muß diese Dateneinheit im Hauptspeicher 10 stehen. Nach Empfang eines Signales von einem Pufferspeicher, welches anzeigt, daß die Dateneinheit nicht in diesem Pufferspeicher vorhanden ist, stellt die Steuerschaltung 43 die Pufferspeicher und ihre zugehörigen Durchschalteeinrichtungen in Normalstellung zurück. Wenn alle Pufferspeicher Anzeigesignale dafür zurückgegeben haben, daß die angeforderte Dateneinheit nicht in dem jeweiligen Pufferspeicher vorhanden ist, gibt die Steuerschaltung 43 ein Signal an den Pufferspeicher 16. Aufgrund dieses Signales legen die Adressensucheinrichtung 50 und das Datenzugriffsregister 52 die am wenigsten benutzte Dateneinheit und ihre Adresse auf die Datensammelleitung bzw. auf die Adresssammelleitung. (Die Tore D2 und A2 sind noch von der vorhergehenden Operation

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erregt, so daß Daten und Adresse auf die entsprechenden Sammelleitungen 38 und gegeben werden). Die Übertragung dieser Dateneinheit in den Hauptspeicher schafft Platz fUr die Übertragung der angeforderten Dateneinheit aus dem Hauptspeicher in den Datenpuffer und weiter an die anfordernde Benutzereinrichtung, in diesem Fall die erste Zentraleinheit 22.

Die Steuerschaltung 43 schaltet die Tore D3 und A3 ab und trennt so die erste Zentraleinheit von der Daten- und der Adressammei leitung. Die Tore Dl und Al bleiben aus der vorhergehenden Operation erregt. Die Steuerschaltung erregt auch die Tore D2, A2, D7 und A7, womit ein Daten- und Adressweg vom Pufferspeicher 16 zum Hauptspeicher 10 durchgeschaltet ist. Der Pufferspeicher 16 gibt die Adresse der die längste Zeit unbenutzten Dateneinheit auf die Adressammeileitung, wo sie durch die Tore A2 und A7 an den Hauptspeicher Übertragen wird. Die zu dieser Adresse gehörenden, die längste Zeit unbenutzten Daten werden auf die Datensammelleitung durch die Tore D2 und D7 gegeben und im Hauptspeicher an der Speicherstelle gespeichert, deren Adresse mit der mit diesen Daten Übertragenen Hauptspeicheradresse übereinstimmt.

Am Ende der Speicheroperation erregt die Steuerschaltung 43 das Adresstor A3 und gibt dadurch die Adresse der von der ersten Zentraleinheit 22 angeforderten Dateneinheit auf die Hauptadressleitung 40, wo sie durch das vorher erregte Tor A7 in das Hauptspeicheradressregister 12 Übertragen wird. Diese Adresse entnimmt die angeforderte Dateneinheit im Hauptspeicher 10 und wird auch durch das vorher erregte Adresstor A2 in den Pufferspeicher 16 Übertragen, wodurch sie zur neuen Adresse an der Stelle wird, die vorher durch die am längsten unbenutzte Dateneinheit belegt war.

Gleichzeitig erregt die Steuerschaltung 43 das Datentor D3, so daß die durch den Hauptspeicher Über das Tor D7 an die Datensammelleitung abgegebene, angeforderte Dateneinheit über das Datentor D3 direkt an die erste Zentraleinheit 22 und auch über das Datentor D2 an den Pufferspeicher 16 übertragen wird, wo sie die vorher

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herausgenommene, die längste Zeit unbenutzte Dateneinheit an der durch die Adresse angegebenen Stelle einsetzt.

Am Ende dieser Operafion stellt die Steuerschaltung alle Daten- und Adresstore in Normalstellung zurück.

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Claims

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- 16 PATENTANSPRÜCHE

\, Hieiarchische Datenspeichereinrichtung für mein ore Benutzereinrichtungen einer Daten verarbeitenden Anlage, mit einem Hauptspeicher und mit mein ei en Pufferspeichern, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Benutzereinrichtungen mindestens eine Zentraleinheit mit einem ihr normalerweise zugeordneten ersten Pufferspeicher (Ml) verbindbar ist, daß mindestens ein Eingabe/Auig-abe-Kanal mit einem ihm normalerweise zugeordneten zweiten Pufferspeicher (M2) verbindbai ist, und daß jeder Pufferspeicher (Ml, M?) mit dtm Hauptspeicher (M3) verbindbar ist, daß ferner in jedem dei Pufferspeicher eine Such- und Vergleichsschaltung (50) fUi die Adressen von angeforderten Datenoinheilon vorhanden ist, sowie eine Auswerteschaltung (48) zum Lrmitrelri der Häufigkeit der Benutzung gespeicherter Dateneinheiten, welche Schaltungen mit einer fUr die Datenspeichereinrichtung gemeinsamen Steuerschaltung (43) verbunden sind, daß weiteihin in den zu allen Benutzereinrichtungen, zu allen Pufferspeichern und zu dem Hauptspeicher führenden Samrnulleitungen Durchschalteeinrichtungen (Dl ... DlO, Al ... AlO) vorhanden sind, welche durch die genannte gemeinsame Steuerschaltung (43) so gesteuert weiden können, daß im Bedarfsfälle! jede ßenutzereinrichtung mit jedem Speicher der Speicherhierarchie verbindbar ist.
2. Verfahren zum Betiieb der hierarchischen Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Noimalfalle, wann die Dateneinheit der angefordei ten Adiesse im Pufferspeicher vorhanden ist, jede Benutz ere inrichtung mit dem ihr zugeordneten Pufferfpcuhoi veikelut, daß andernfalh zunächst eine Suche in allen Pufferspeichern der Speicherhieratchie gleichzeitig erfolgt und bei pnitivem Suchergebnis der beimffendt Pufferspeicher 7u der anfordernden Ber ut ι ei einrichtung durdigoschullnt wird, und daß weiterhin Ihm negativem Suclietnchnis in dem der anfordernden Benutzereinrichtung zugeordneten Pufferspeicher die durch die Auswertesdialtung als am längsten unbenutzt erkannte Dateneinlieit in den Hauptspeicher 7«rö< kgebiachf wird und an ihre Stelle im PuHersp« tcher aus dem Hauptspeicher die angeforderte Dateneinheil

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