DE2523414C3

DE2523414C3 - Hierarchische Speicheranordnung mit mehr als zwei Speicherstufen

Info

Publication number: DE2523414C3
Application number: DE2523414A
Authority: DE
Inventors: Vincent Anthony Vestal Cordi; Bruce Adam East Apalachin Edson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1975-05-27
Publication date: 1978-12-14
Also published as: FR2277407B1; AT355353B; SE7507113L; SU692585A3; ZA753033B; SE408102B; CA1033847A; FR2277407A1; CH581864A5; IT1038938B; JPS5615067B2; ATA407675A; DD121208A5; BR7504244A; JPS5119455A; DE2523414B2; AU8100675A; NL7506922A; GB1468483A; US4020466A

Description

Die Erfindung betrifft eine hierarchische Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hierarchische Speicher mit Halbleiterelementen auf ihren höheren Ebenen führen zwar zu schnelleren und ökonomischen Speichersystemen, sie sind jedoch nicht ohne Nachteil. 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 zusammenhänge.

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 beseitig jedoch nicht das Übertragungsproblem zwischen den einzelnen Ebenen, sondern erschwert es im Gegenteil noch. Außerdem nimmt beim Auftreten eines Fehlers, der 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

erhalten, in Ebenen mit energieunabhängigen Speicherelementen leicht mehr Zeit in Anspruch, als tatsächlich vorhanden ist, bevor die Daten durch den Stromausfall oder andere Beeinträchtigungen verlorengehen.

In der DE-OS 23 10 631 ist eine dreistufige Speicher- ' hierarchie beschrieben, in der die Speicher als Magnetblasen-Schieberegister ausgeführt sind. Mit Magnetblasenspeichern lassen sich zwar nicht die extrem kurzen Zugriffszeiten von Halbleiterspeichern erreichen, doch ist bei guter Packungsdichte eint i" Zugriffszeit erzielbar, die unterhalb der vom Plattenspeicher liegt Durch die Ausführung als Schieberegister können in dieser bekannten Speicherhierarchie die Datenseiten direkt verschoben werden, was beim Auffinden der Seite, die durch eine neue ersetzt werden ' '*> soll, gewisse Vorteile liefert Auch ist in solchen Speichern die Datensicherheit dadurch gewährleistet daß diese Speicher nichtflüchtig sind, d. h. bei Stromausfall ihre Information behalten.

Will man jedoch, wie im Falle der vorliegenden -'<) Erfindung, extrem kurze Zugriffszeiten erzielen, müssen zumindest in den höheren, d. h. schnelleren Ebenen der Hierarchie Halbleiterspeicher benutzt werden, die jedoch nur mit hohem Aufwand als Schieberegister ausführbar sind, will man die angestrebte Kapazität -'"> erreichen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer mehr als zweistufigen hierarchischen Speicheranordnung durch spezielle Berücksichtigung der jeweils veränderten Daten 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 >~> Akualität der Daten notwendigen Übertragungen zwischen den einzelnen Stufen der Hierarchie sehr erleichtert Die zu fibertragenden Daten stehen nämlich schon direkt im Rückübertragungsspeicher zur Verfügung. Dabei kann für die Übertragung ein günstiger ■»» Zeitpunkt gewählt werden, zu dem der Rückübertragungsspeicher und die angesteuerten Speicher der nächst niederen Stufe frei sind. Die Ergänzung des Datenspeichers einer Stufe durch einen weiteren Speicher, der nur Änderungen speichert, erlaubt eine ή wesentliche Erhöhung der Datensicherheit mit geringen Mitteln. Einerseits wird nämlich eine echte Duplizierung der Daten erreicht wobei andererseits jedoch nur ein Teil dieser Daten im Rückübertragungsspeichei gespeichert werden muß. Die Belegung, d. h. die Aktivität des w Rückübertragungsspeichers ist somit geringer als die des Datenspeichers. Da nur veränderte Daten rückübertragen werden, so daß im Falle des Auftretens eines Fehlers in der Speicheranordnung die geringe, zur Rettung der Daten zur Verfügung stehende Zek nicht « überschritten wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigt mi

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines mehrstufigen hierarchischen Speichersystems,

Fig.2 und 3 aneinandergesetzt ein Blickschaltbild zweier Ebenen des in F i g. 1 dargestellten Speichersytems, hi

F i g. 4 eine Exklusiv-ODER-Glied,

Fig.5 einen Schaltkreis zur Erzeugung eines Rückübertragungssignales,

F i g. 6 ein Journalverzeichnis und F i g. 7 eine Schaltung zur Änderung eines Statusbits.

Gemäß Fig. 1 besteht jede Ebene (d h. Stufe) der Speicher-Hierarchie aus einem Datenspeicher (10a bis iOn) mit Zagriffsmöglichkeit für die Entnahme oder Einspeicherung von Daten auf der betreffenden Ebene, einem Verzeichnes (12a bis 12njt das mit dem Datenspeicher 10 seiner Ebene zusammenarbeitet und ein Inhaltsverzeichnis der in dieser Ebene der Hierarchie gespeicherten Daten enthält einem Rückübertragungsspeicher 14a bis 14n, nachfolgend auch Zwischenspeicher genannt der sämtliche Änderungen enthält die an den in der betreffenden Ebene gespeicherten Daten vorgenommen worden sind, einem Journalspeicher (16a bis 16n) zur Aufzeichnung der Reihenfolge, in welcher Änderungen in den Zwischenspeicher 14 gespeichert worden sind, und einem Journalverzeichnis 18a bis 18n, in welchem Information darüber gespeichert wird, ob Daten in der Ebene der Hierarchie bereits vorher geändert worden sind.

Wenn die Verarbeitungseinheit 20 Daten abruft wird das Verzeichnis 12a der höchsten Speicherebene L1 geprüft 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 befinden, wird das Verzeichnis 125 der nächstniederen Ebene L 2 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 L1 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 L1 gespeichert. Gleichzeitig wird das Journalverzeichnis 18a 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 16a 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 L1, welche zuerst geändert worden sind. Diese Aufzeichnung wird dann dazu benutzt, die Änderungen an den Daten auf der Ebene L1 in die anderen Ebenen der Hierarchie zu übertragen, wobei versucht wird, eine Datenpyramide aufrechtzuerhalten, in welcher die Ebene L 2 alle Daten enthält, die in der Ebene Ll vorhanden sind plus einige mehr, die Ebene L 3 alle Daten enthält die in der Ebene L 2 enthalten sind und einige mehr usw.

Die Übertragung der Daten von der Ebene L1 in die Ebene L 2 erfolgt wann immer der Datenspeicher 10ύ der zweiten Ebene L 2 frei ist. Dann können die geänderten Daten vom Zwischenspeicher 14s der ersten Ebene L 1 in den Datenspeicher tOf> der Ebene L 2 übertragen werden, während der Datenspeicher 10a der ersten Ebene L 1 mit der Übertragung von Daten zwischen dem Speichersystem und der Verarbcitungs-

einheit 20 beschäftigt ist. In gleicher Weise erfolgt die Übertragung von Daten von der Ebene L 2 in die Ebene L 3, 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 Fortschreibungstechnik im Journalspeicher und der Zwischenspeicherungstechnik erleichert 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

Zur Erhaltung der Integrität der Daten macht die Erfindung Gebrauch von einer durch die gestrichelte Linie 24 in F i g. 1 dargestellten Stromversorgungs-Trennung. Damit ist gemeint daß sämtliche Einheiten auf der einen Seite der gestrichelten Linie 24 aus einer Stromversorungsanlage 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 Stromversorung ausfällt Auf dieser untersten Ebene Ln enthält der Zwischenspeicher 14a 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

ί 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.

κι In den F i g. 2 und 3 sind Einzelheiten zweier Ebenen der Speicherhierarchie gemäß F i g. 1 dargestellt. Das Verzeichnis 26 (bzw. Via) der Ebene L1 speichert die virtuellen Adressen in Gruppen von jeweils vier Adressen, für alle zu einem bestimmten Zeitpunkt in der

Γ) Ebene Li des Speichersystems vorhandenen Daten. Die vier Adressen einer jeden Gruppe werden als Kongruenz-Klasse bezeichnet, deren Adresse in der Ebene L1 durch eine Verknüpfungsoperation bestimmt wird, die die Verknüpfung gewisser Bits der virtuellen

:ii Adressen teils mit Bits des realen Adressenteils in einem EXKLUSIV-ODER-Glied 29, dessen Einzelheiten in der F i g. 4 dargestellt sind, umfaßt. Das Ausgangssignal des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 29 wird dem Decodier-Eingang des Verzeichnisses 26 zugeführt Bei diesem

2i 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

μ zur Erzeugung der Bits für den Zugriff zum Verzeichnis der Ebene L1 benutzt wurden. Wenn eine der aus dem Verzeichnis 26 ausgelesenen Adressen mit der gewünschten virtuellen Adresse übereinstimmt, gibt der Vergleicher 30 ein Ausgangssigna! ab. Dieses Ausgangs-

Ji signal 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 ß, 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 aul der ersten Ebene L1 befinden, muß geprüft werden, ob sich die Daten auf der zweiten Ebene L 2 befinden. Wie die erste Ebene L1, ist auch die zweite Ebene L 2 mit einem Verzeichnis 34 ausgerüstet Da, -wie erwähnt aul der zweiten Ebene mehr Information gespeichert werden muß als auf der ersten Ebene, ist auch das

mi Verzeichnis größer. Entsprechend umfaßt auch das Adreß-Signal mehr Bits, um die Kongruenz-Klasse dei vier virtuellen Adressen auszuwählen. Dieses Adreßsignal γ wird ebenfalls durch, das in F i g. 4 gezeigte EXKLUSIV-ODER-Glied 29 erzeugt Beim Abfragen

μ des Verzeichnisses 34 durch das Signal γ werden die vier virtuellen Adressen der Kongruenz-Klasse in das Eingabe/Ausgabe-Register 31 des Verzeichnisses und ir 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 Einsvon -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 L 2 zugeführt, der durch das vom Verzeichnis 34 gelieferte Signal γ angesteuert wurde. Auf diese Weise werden die an einer der Adressen der to 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 ÜND-Giied 3», weiches die virtuelle ts Adresse in ein Adressen-Suchregister 40 des Jorunalverzeichnisses 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 der virtuellen Adresse im Journalverzeichnis liefert dieses ein Vergleichssignal, welches anzeigt, daß die Adresse im Journalverzeichnis vorhanden ist, mit anderen Worten, daß die Daten, 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 Journaiverzeichnis 42 wie auch im zugeordneten Journalspeicher 44 vermerkt, daß die Daten dieser Adresse nun geändert werden. Wenn andernfalls eine Obereinstimmung 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 ^Μ Journalverzeichnis verbundene Obereinstimmungsregister 45 ein keine Obereinstimmung anzeigendes Signal abgibt, welches gleichzeitig mit dem Steuersignal der Verarbeitungseinheit 28 eintrifft, wird das Ausgangssignal des Zählers 46 mittels der UN D-Glieder 48 und 50 ^S5 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 Journal- ^M speicher 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 Übertragung 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 Speichersteüe Si im Datenspeicher 32 stehen, auch an den in der Speicherstelle BΓ 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 F i g. 5 dargestellten Schaltkreise in Betrieb gesetzt wenn das Ausgangssignal eines als Kippschaltung ausgeführten Haltekreises 58 angibt daß der Zwischenspeicher der ersten Ebene L1 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 L 2 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 Adressenregister des Journalspeichers 44 der Ebene L1 zugeführt um Daten an der durch das Ausgangssignal des Zählers 53 bestimmten Adresse auszulesen. Diese virtuelle Adresse wird der Misch-Schaltung der F i g. 4 zugeführt wo die Adressensignale β und γ für den Zwischenspeicher 54t der Ebene L 1 und für den Datenspeicher 36 sowie den Zwischenspeicher 37 der Ebene L 2 erzeugt und den entsprechenden Adressenregistern des Datenspeichers 36 und des Zwischenspeichers 27 zugeführt werden, wie das in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist

Nachdem die Dateneintragung vom Zwischenspeicher 54 der ersten Ebene L 1 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 L 2 eingegeben worden sind, wird dem Zähler 53 ein externes Fortschaltsignal zugeführt das ihn auf die nächste Stelle weiterschaltet Wenn nun weitere Rückübertragungen von Daten nötig sind, erfo'gt erneut ein Zugriff zum Journalspeicher 44, werden die Adressen β 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 Obertragen.

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 Journaispeicher 44 übertragen wird, wenn die neue Eingabe in das Eingabe/Ausgabe-Register 52 des Journalspeichers 44 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 ;md 6). Die Länge des Adressen-Suchregisters 40 ist um ein Bit langer 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 »l« 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 41 (F i g. 6) eingeschaltet. Wenn irgendeine der Treiberschaltungen 41 eingeschaltet ist, zeigt deren Ausgangssignal an, daß die Daten bereits vorher verändert worden sind und daß eine entsprechende Eingabe in den Journalspeicher und das Jornalverzeichnis 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 Jornalspeicher 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 der Inhalt des Adressen-Suchregisters 40 an der durch den Ringzähler 43 adressierten Speicherstelle gespeichert wird.

Wenn die Daten rückübertragen werden, muß auch der Journalspeicher diese Übertragung berücksichtigen. Daher muß nach Beendigung der Rückübertragung das Journalverzeichnis den Zustand wiedergeben, daß die im Datenspeicher 32 der ersten Ebene L1 gespeicherte Datenseite nicht mehr von der im Datenspeicher 36 der zweiten Ebene LI befindlichen Kopie abweicht Das geschieht auf die folgende Art: Die zur Zeit der Rückübertragung aus dem Journalspeicher 44 der ersten Ebene L1 entnommene virtuelle Adresse wird für das Abfragen des Journalverzeichnisses 44 der ersten Ebene Li benutzt Die aus der Suchmatrix entnommene übereinstimmende Adresse wird in ein Register 49 gesetzt und das Gültigkeits-Bit im Adressen-Suchregister 40 auf binär »0«. In dem für das Einschreiben vorgesehene Teil des Speicherzyklus wird das Register 49 für die Adressierung des Journalverzeichnisses benutzt.

Der Inhalt des Adressen-Suchregisters 40 wird in die auf diese Weise adressierte Speicherstelle eingeschrieben. Durch den »O«-Zustand des Gültigkeits-Bits wird ein positiver Vergleich der virtuellen Adresse beim nächsten Abfragen verhindert

Die in den Figuren verzeichneten Taktsignale T werden durch einen konventionellen Taktgeber erzeugt und erscheinen in der Reihenfolge der Indices

ίο (Ti — T12).

Es sind zwei Arten von Rückübertragungen möglich, nämlich Rückübertragungen in Übereinstimmung mit dem vorstehend diskutierten LRFM-Algorithmus und erzwungene Rückübertragung. Die erzwungene Rück-

'5 übertragung 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 daß die Daten nicht anderswo auf der gleichen Ebene gespeichert sind, erzeugt das UND-Glied 58 ein Ausgangssignal, das die erzwungene Rückübertragung herbeiführt

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hierarchische, virtuell adressierte Speicheranordnung mit mehr als zwei Speicherstufen, die in der höchsten, mit dem Prozessor der Datenverarbei- "> tungsanlage 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 in Form von Blöcken zu niedrigeren Stufen rückübertragen «> werden, wobei in jeder Stufe ein Verzeichnisspeicher mit einem Verzeichnis der im Datenspeicher der Stufe gespeicherten Daten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Stufe (L 1 -Ln) der Hierarchie ein Rückübertragungs- ' ^r> speicher (I4a-i4n) zur Speicherung von in dieser Stufe veränderten Daten, die noch nicht übertragen wurden, ein Journalspeicher (t6fi-i6n) zur fortlaufenden Speicherung von Adressen von in den Ruckübertragungsspeicher eingespeicherten, verän- -»" derten Daten und ein Journalverzeichnisspeicher (lSa-lSn)zur Anzeige, welche Daten bereits vorher verändert worden waren, vorgesehen sind, derart, daß die vom Rückübertragungsspeicher (14) eine Stufe ausgelesenen veränderten Daten in der vom -'^r> Journalspeicher (16) angegebenen Reihenfolge in den Datenspeicher (10) und den Rückübertragungsspeicher (14) der nächst niedrigen Stufe übertragen und die Journalspeicher (16) und Journalverzeichnisspeicher (18) dieser einen und der nächstniedrigen ><> Stufe fortgeschrieben werden.

2. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenspeicher (10) einerseits und andererseits die Rückübertragungsspeicher (14), die Journalspeicher r> (16) und die Journalverzeichnisspeicher (18) von getrennten Stromversorgungen (Trennlinie 24) gespeist werden.

3. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im w Rückübertragungsspeicher (14) 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 ^r>

4. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Rückübertragungsschaltung (Fig.5) mit Kippschaltungen (58, 60) zur Belegtanzeige der Speicher (10, 32; 14, 54) und einen Zähler (53) zur Adressierung des v> 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 Rücküber- « tragung 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 nächst- h< > niedrigen Stufe eingetragen werden und nach Beendigung einer Rückübertragung der Zähler (53) zur nächsten Journalspeicheradresse weitergeschaltet wird.

5. Hierarchische Speicheranordnung nach An- b^r> sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenspeicher (iQn) und der Rückübertragungspeicher (14/^der niedrigsten Stufe als nichtinformationsflüssige Speicher (z. B. Magnetbandspeicher) ausgeführt sind und- die gleichen Daten speichern, und die anderen Datenspeicher (10a, 106, etc.) als informationsflüchtige Speicher (z.B. Halbleiterspeicher) ausgeführt sind.

6. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Journalverzeichnisspeicher (18) als assoziative Speicher (F i g. 6) ausgebildet sind.

7. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 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.

8. Hierarchische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Adressierung (Adressen β y der Datenspeicher (10; 32, 36) deren Verzeichnisse (12; 26,34) und der Rückübertragungsspeicher (14; 54, 37) einer jeden Speicherstufe eine Mischschaltung (29, F i g. 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 F i g. 7) mit einem 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