DE2525439A1

DE2525439A1 - Speicher hoher kapazitaet fuer ein programmgesteuertes informationsverarbeitungssystem

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Publication number: DE2525439A1
Application number: DE19752525439
Authority: DE
Inventors: Joseph N Tasso
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1975-12-18
Also published as: US4028665A; DE2525439C2; FR2274115A2; FR2274115B2

Description

3. Juni 1975 N/wi

■Joseph N. Tasso

18, rue de la Glaciere

75013 Paris/Frankreich

Speicher hoher Kapazität für ein programmgesteuertes Inforraationsverarbeitungssystem

Die Erfindung betrifft einen Speicher hoher Kapazität für ein programmgesteuertes Informationsverarbeitungssystem für Datenblöcke, mit einer Vielzahl von adressierbaren Speicherabschnitten aus Datenblockschieberegistern.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer neuartigen Organisation des Speichers für ein Informations- bzw. Datenverarbeitung= sy stop .

In der vorliegenden Anmeldung wird der Ausdruck "Schieberegister" allgemein zur Bezeichnung eines Block-Schieberegisters verwendet. Ferner bezeichnet der Ausdruck "Lese-Schreib-Einrichtungen" in Verbindung mit einem "Schieberegister" Block-Lese-Schreib-Einrichtungen.

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Die US-PS 3 735 361 beschreibt eine Speicher organisation zujti Erzielen einer durchschnittlichen Zugriffszeit in der Größenordnung von nur ein oder wenigen (Schalt-)Schritten eines Schieberegisters. Diese Speicherorganisation ist geeignet, Speicher mit wahlfreiem Zugriff und möglicherweise das sogenannte "cache" zu ersetzen. Die relative Unabhängigkeit der durchschnittlichen Zugriffszeit von der Länge der Schieberegister ermöglicht die Verwendung von Schieberegistersätzen mit einer großen Länge als Hauptspeicher, wodurch die Kosten pro bit und der Raumbedarf des Hauptspeichers beträchtlich verringert werden können. Gemäß der US-PS 3 735 361, auf welche hiermit im Hinblick auf ergänzende Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen wird, besitzt jedes große Schieberegister mindestens eine Lese-Schreib-Einrichtung und bildet einen Speicherabschnitt. Wenn folglich N Speicherabschnitte vorgesehen sind, dann sind N Blöcke ohne einen Schiebevorgang zugänglich. Wenn ferner in jedem Speicherabschnitt gemäß der zitierten Patentschrift die Blöcke zu "Seiten(pages)" mit mindestens einem Block geordnet sind und wenn aus Experimenten deutlich wird, daß bei einer gegebenen Seite, welche benachbarte Blöcke des Hauptspeichers umfaßt, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, daß nacheinander von der Zentraleinheit abgerufene Blöcke oder Daten zur gleichen Seile bzw. zum gleichen Block gehören, dann läßt sich eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erreichen. In diesem Zusammenhang v/ird auf eine Arbeit von J.N. Tasso "Memoires sequentielles d'apparence aleatoire utilisables comme memoires centrales - Communication 64 Seiten 330-341, International symposium on Memories - Paris, 23.-26. Oktober 1973, veröffentlicht von Societe des Electriciens, Electroniciens et Radioelectriciens - verwiesen.

Es besteht ferner eine große Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Lese-Schreib-Einrichtung jedes Speicherabschnitts nacheinander Daten auf der gleichen Seite, insbesondere in einem einen Abschnitt bildenden Schieberegister, einem Abschnitts-Schieberegister sucht. Wenn man also die Speicherorganisation gemäß der

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zitierten Patentschrift verwirklichen möchte, ist es erforderlich, daß man die Möglichkeit hat, einen bestimmten Block tätsächlich oder fiktiv an der Lese-Schreib-Einrichtung des zugeordneten Abschnitts anzuhalten, was bedeutet, daß das Schieberegister statisch oder pseudo-statisch sein muß. Zu den pseudostatischen Schieberegistern gehören die dynamischen Schieberegister, in welchen Vorwärts-Rückwärts-Auffrisch-Schwingungen mit einer solchen Amplitude ablaufen, daß sich eine ausreichend kurze Zeit für eine Schwingung ergibt.

Ideale Schieberegister zur Verwirklichung der Speicherorganisation gemäß der zitierten Patentschrift müßten sehr schnelle.

Zwei—

statische oder pseudo-statische-Weg-Schieberegister mit niedrigen Kosten pro bit sein. Tatsächlich ist es nun aber wohl so, daß diejenigen Schieberegister, bei denen die Kosten pro bit am geringsten sind, die drei anderen Eigenschaften nicht oder nur teilweise besitzen. So sind beispielsweise die kondensatorgekoppelten Schieberegister (CCD) nicht statisch, und der Speicherinhalt muß ständig aufgefrischt werden. Die Magnetblasen-Schieberegister sind dagegen statische Schieberegister, jedoch relativ langsam. Schließlich können mit Magnetscheiben oder -trommeln, die permanent umlaufen, Schieberegister simuliert werden, die jedoch nicht statisch sind. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn Magnetscheiben, -trommeln oder-bänder verwendet werden, vorzugsweise eine Serien-Parallel-Umsetzung vorgenommen werden sollte, um Blockregister und um die verschiedenen Speicherabschnitte zu bilden. Andernfalls wäre nämlich eine zu große Scheibenzahl oder dergleichen erforderlich. Andererseits haben statische Zwei-Weg-Schieberegister, wie zum Beispiel statische oder pseudo-statische Flip-Flop-Register, zum gegenwärtigen Zeitpunkt einen relativ hohen Preis pro bit.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik bzw. der erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zu-

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gründe, konventionelle Schieberegister zu verwenden, um einen Speicherabschnitt für eine Speich<
tierten Patentschrift aufzubauen.

Speicherabschnitt für eine Speicherorganisation gemäß der 'zi-

Diese Aufgabe wird durch einen Speicher der eingangs beschriebenen Art gelöst, welcher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes der Datenblockschieberegister eines Speicherabschnitts aus einzelnen Blockschieberegistern oder Teilregistern, insbesondere Teilregistern mit unterschiedlicher Speichercharakteristik, aufgebaut ist, daß die Teilregister in Serie miteinander verbindbar oder zu einer Schleife schaltbar sind, daß mit mindestens einem der Teilregister Lese-Schreib-Einrichtungen verbunden sind und daß Schalt- und Synchronisiereinrichtungen vorgesehen sind, um eine geschlossene Schleife mit dem mindestens einen Teilregister und weiteren Teilregistern herzustellen.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß mit Hilfe von Schalt- und Synchronisiereinrichtungen verschiedene Typen von Schieberegistern zu einem Speicherabschnitt zusammengefaßt werden können, mit welchem gemäß den Lehren der eingangs zitierten US-Patentschrift gearbeitet werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A - 1E schematische Darstellungen verschiedener Gruppierungen aus drei Teilregistern, wobei eines der Teilregister mit einer einzigen Block-Lese-Schreib-Einrichtung verbunden ist;

Fig. 2A - 2C schematische Darstellungen verschiedener Gruppierungen von drei Teilregistern, wobei mit zwei der Teilregister jeweils eine Block-Lese-Schreib-Einrichtung verbunden ist;

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Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen zweier Gruppieren-

gen zweier Teilregister, wobei eines der Teilregister mit einer einzigen Block-Lese-Schreib-Einrichtung verbunden ist, und

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild mit den verschiedenen Baugruppen, die zum Urnschalten und Synchronisieren der Teilregister für einen Registerabschnitt mit zwei als Schieberegistern ausgebildeten Teilregistern erforderlich sind.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, mit mehreren Schieberegistern arbeiten zu können, die unterschiedliche Speichercharakteristiken besitzen und/oder nach verschiedenen Technologien hergestellt sind, um aus diesen einen Speicherabschnitt zu bilden und für diesen Speicherabschnitt die Kosten pro bit möglichst gering zu halten. Insbesondere wird erfindungsgemäß angestrebt, einen Speicherabschnitt aus mindestens einem als Teilregister dienenden Schieberegister aufzubauen, welches eine große Länge bzw. Speicherkapazität und geringe Kosten pro bit besitzt, sowie aus mindestens einem kürzeren Schieberegister zur Speicherung einiger Datenblöcke, welches eine geringe Zugriffszeit besitzt. Die Figuren 1 bis 3 zeigen verschiedene mögliche Kombinationen von Teilregistern und sollen nachstehend näher erläutert werden.

Figur 1A zeigt eine Schieberegisterschleife B321, die aus drei in Serie geschalteten Schieberegistern bzv/. Teilregistern B3, B2 und B1 aufgebaut ist. Die drei Teilregister sind Schieberegister unterschiedlicher Struktur und unterschiedlicher Speichercharakteristik. Derartige Register können beispielsweise Magnetscheiben, -trommeln oder -bänder sein, die in Form von Schieberegistern ausgelegt sind_/ oder Schieberegister

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irgend eines anderen bekannten Typs. Die Gesamtlänge der Schieberegisterschleife B321 ist gleich L = Ll + L2 + L3, wobei mit L1, L2 und L3 jeweils die Länge der einzelnen Teilregister bezeichnet ist. DasJTeilregister B3 kann beispielsweise ein nicht-zugängliches Schieberegister sein, d. h. ein Schieberegister ohne Lese-Schreib-Einrichtung mit Zugang zur Zentraleinheit. Dieses Register ist dynamisch (oder mechanisch) und besitzt eine niedrige Geschwindigkeit; das Teilregister B2 kann ein nicht-zugängliches dynamisches Schieberegister mit einer höheren Geschwindigkeit sein. Schließlich kann das Teilregister B1 ein von der Zentraleinheit aus zugängliches statisches oder pseudo-statisches Schieberegister mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit sein. Für den Fall, daß eine solche Schieberegisterschleife B321 vorliegt, kann das Suchen eines Blocks in der Weise erfolgen, wie dies in der zitierten US-Patentschrift beschrieben ist. Beim Arbeiten mit der Schleife B321 ist es also möglich, daß jeder der in den einzelnen Teilregistern gespeicherten Blocks zu der Lese-Schreib-Einrichtung geschoben wird. Man erkennt aber,Sei einer solchen Schieberegisterschleife das langsamste Teilregister (B3) die Suchgeschwindigkeit in einem Block bestimmt.

Für den Fall, daß der abgerufene Speicherinhalt zu einem Datenblock des Teilregisters B1 gehört, wird erfindungsgemäß die Schieberegisterschleife 321 in zwei Schleifen unterteilt, nämlich eine Schleife B11, welche durch das zu einer Schleife geschaltete Teilregister B1 gebildet wird, und eine Schleife B32, die durch die Serienschaltung der Teilregister B3 und B2 gebildet wird. Bei dieser Schaltungsform, welche in Fig.iB gezeigt ist, können die Teilregister B3 und B2 Informationen mit der Arbeitsgeschwindigkeit des Teilregisters B3 austauschen. Ferner ist es bei einer solchen Schaltungsform möglich, einen schnellen Zugriff zu den Datenblöcken in der Schleife

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B11 zu erreichen und gleichzeitig die Daten in der Schleife B32 aufzufrischen«

In den Figuren 1C, 1D und IF. sind drei weitere Schaltungsformen gezeigt. Im einzelnen zeigt Fig. 1C eine Schleife B31, die aus der Serienschaltung der Teilregister B3 und B1 besteht, sowie eine Schleife B22, die durch das zu einer Schleife geschaltete Teilregister B2 gebildet ist. Fig. 1D zeigt eine Schaltungsform mit zwei Schleifen B21 (Serienschaltung der Teilregister B2 und B1) und B33 (zu einer Schleife geschaltetes Teilregister B3). Gemäß Fig. 1E sind die drei Schleifen B11, B22 und B33 vorhanden, die jeweils durch eines der zu einer Schleife geschalteten Teilregister B1, B2 und B3 gebildet sind. Bei dieser Schaltungsform ermöglicht die Schleife B11 einen schnellen Zugriff zu den Datenblöcken in dem Teilregister B1, während die Daten in den beiden dynamischen Schleifen B33 und B22 aufgefrischt werden. Weiterhin ermöglicht diese Schaltungsform, daß die Daten in den Schleifen B33 und B22 entsprechend ihrem eigenen Rhythmus mit einem minimalen Leistungsverlust aufgefrischt werden.

Die Erfindung ermöglicht also einen äußerst schnellen Zugriff zu jedem Datenblock, der sich in dem Schieberegister bzw.. Teilregister B1 befindet. Außerdem könnte für das Teilregister B3 ein Einweg-Typ bzw. Ein-Richtungs-Typ verwendet werden, da die Wahrscheinlichkeit, daß ein Block, der zu einer bestimmten Seite gehört, weder in dem Teilregister B1 noch in dem Teilregister B3 ist, sehr gering ist. Die Wahl eines Einweg-Teilregisters B3 könnte erfolgen, ohne daß sich dadurch die Zugriffszeit zu dem Speicher aus den drei Teilregistern B1, B2 und B3 wesentlich erhöhen würde, wenn das Teilregister B2 lang genug ist bzw. eine ausreichend hohe Kapazität aufweist.

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Nachstehend werden die oben benutzten Bezeichnungen systematisch weiter benutzt, d. h. eine Schleife aus nur einem Teilregister Bi wird als Schleife Bii bezeichnet, und eine Schleife aus der Serienverbindung dreier Teilregister Bi, Bj und Bk wird als Schleife Bijk bezeichnet.

Gemäß Fig. 2 werden bei einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung drei Teilregister verwendet, nämlich ein Teilregister B3 mit niedrigen Kosten pro bit, beispielsweise ein dynamisches Schieberegister ohne eine Lese-Schreib-Einrichtung und zwei identische Teilregister B2 und B1 mit jeweils einer Lese-Schreib-Einrichtung in Form eines sehr schnellen statischen Schieberegisters. Außerdem wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Länge L3 wesentlich größer gewählt als die Länge L2 = L1. Beim betrachteten Ausführungsbeispiel sind wieder fünf Schaltungsformen für die drei Teilregister möglich. Die drei interessanteren Schaltungsformen sind in den Figuren 2A, 2B und 2C gezeigt.

Figur 2A zeigt eine Schaltungsform mit zwei Schleifen B32 und B11. Bei dieser Schaltungsform ist in der Schleife B11 ein schneller Zugriff zu den Datenblöcken.im Teilregister B1 möglich, während ein Suchvorgang in der Schleife B32 mit einer Geschwindigkeit abläuft, die durch das langsamere Teilregister B3 bestimmt wird. Die Fig. 2B zeigt eine Schaltungsform mit zwei Schleifen B31 und B22, also eine zu der Schaltungsform gemäß Fig. 2A symmetrische Schaltungsform. Fig. 2C zeigt eine Schaltungsform mit drei Schleifen B33, B22 und B11, bei welcher ein schneller Zugriff zu den Datenblöcken in den Schleifen B11 und B22 möglich ist, während die Daten in der Schleife B33 aufgefrischt werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser zweiten Ausführungsform besteht darin, daß gleichzeitig ein Zugriff zu mehr als einem Satz von Datenblöcken möglich ist. Diese Ausführungsform läßt sich so erweitern,

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daß ein gleichzeitiger Zugriff zu mehr als zwei Sätzen von Blöcken in einem großen Speicherabschnitt möglich ist.

Fig. 3 zeigt ein einfaches bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit zwei Schieberegistern. Das Teilregister B1 hat eine kurze Länge und kann beispielsweise ein schnelles statisches Zweirichtungs-Schieberegister mit einer Kapazität von 32 Blöcken sein. Das Teilregister B2 besitzt eine große Länge und kann beispielsweise ein dynamisches Schieberegister vom CCD-Typ mit einer Länge von 4 064 Blöcken sein. Derartige CCD-Schieberegister können weitgehend als integrierte Schaltungen ausgebildet sein und eine sehr hohe Schiebegeschwindigkeit besitzen. Mit zwei derartigen Teilregistern B1 und B2 sind zwei Schaltungsformen möglich. Eine erste Schaltungsform ist in Fig. 3A gezeigt, wo in einer Schleife B21 über die Lese-Schreib-Einrichtung, die dem Teilregister B1 zugeordnet ist, sämtliche Blöcke zugänglich sind. Der Schiebe- bzw. Suchvorgang läuft mit der Geschwindigkeit für das Teilregister B2 ab. Bei dieser Schaltungsforin werden die Schleifen B11 und B22 als nicht vorhanden betrachtet. Bei der zweiten Schaltungsforin gemäß Fig. 3B sind die beiden Teilregister jeweils zu einer geschlossenen Schleife B22 bzw. B11 geschaltet, wobei die Schleife B11 einen ausgewählten Satz benachbarter Datenblöcke enthält, während die Schleife B22 regeneriert bzw. aufgefrischt werden kann. Bei einer solchen Schaltungsform wird die Schleife B21 als nicht existent angesehen.

An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die anhand der Figuren 1 bis 3 erläuterten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wirklich nur als Beispiele zu betrachten sind und daß alle möglichen anderen Kombinationen mit mehreren Teilregistern unterschiedlicher Länge, technologisch unterschiedlichen Typs und unterschiedlicher Speicher-

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charakteristik gewählt werden können. Ferner sei darauf hin-

gewiesen, daß die verschiedenen Teilregister als Einrichtungs- oder Zweirichtungs-Schieberegister ausgeführt sein können, und zwar im Hinblick auf die Tatsache, daß die Verschiebedauer einer vorgegebenen Datenmenge in den einzelnen Registern größer oder kleiner als der Viert der insgesamt erwünschten Zugriffszeit ist.

Die grundlegenden Gesichtspunkte der Erfindung wurden vorstehend erläutert. Zur Verwirklichung der Erfindung ist es jedoch erforderlich. Schalt- und Synchronisiereinrichtungen vorzusehen, um bei einer gegebenen Anzahl von Teilregistern die verschiedenen möglichen Schleifenformen aufzubauen. Die Schalteinrichtungen sollen nachstehend nicht näher erläutert werden, da die verschiedenen Torschaltungen, mit denen man ein Teilregister zu einer Schleife schalten kann oder mit denen man mehrere Teilregister in Serie schalten kann, wohl bekannt sind. Was die Synchronisiereinrichtungen anbelangt, so ist zu beachten, daß es erforderlich ist, in dem Moment, in welchem die Schleifen unterbrochen oder zusammengeschaltet werden, die Position der Daten in den verschiedenen Schleifen zu kennen, damit sich wieder die gleiche Reihenfolge der Daten ergibt, wenn die Schleifen nach einer Unterbrechung erneut geschlossen werden. Zu diesem Zweck sind gemäß der Erfindung zum Synchronisieren der Lage der Blöcke mit jeder der benötigten Schleife eines Satzes von Teilregistern, die einen Speicherabschnitt bilden, sogenannte "followers" verbunden, die man als Positions-überwachungseinrichtungen bezeichnen könnte. Nachstehend soll ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel die Schalt- und Synchronisiereinrichtung in Verbindung mit einem Speicherabschnitt aus zwei Teilregistern gemäß Fig. 3 näher erläutert werden.

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Wenn die Schleife B21 besteht, dient eine Positions-Überwachungseinrichtung, wie zum Beispiel ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der Anzeige der Adresse X21 des Blocks, der sich gerade vor der Lese-Schreib-Einrichtung befindet. Wenn der gesuchte Block die Adresse F hat, ist die algebraische Differenz F-X21 gleich der relativen Adresse des gesuchten Blocks mit der absoluten Adresse F. Wenn die Schleife B21 in zwei Schleifen B22 und B11 aufgetrennt wird, dann wird der von ^der Positions-Überwachungseinrichtung S21 für die Schleife B21 angezeigte Wert X21 gespeichert. Anschließend erfolgt dann die Positions-Überwachung für jede der beiden Schleifen B22 und B11 durch zugeordnete Positions-Überwachungseinrichtungen S22 bzw. S11. Diese Positions-Überwachungseinrichtungen ermöglichen es insbesondere, bei der erneuten Bildung der Schleife B21 aus den Schleifen B22 und B11 den Takt für diese Schleifen so zu steuern, daß die in ihnen gespeicherten Daten wieder genau in die Reihenfolge gebracht werden, die im Augenblick des Auftrennens der Schleife bestand.

In Verbindung mit der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3 zeigt Figur 4 sehr schematisch zwei Teilregister B1 und B2; drei Taktgeber H1, H2R, H2L; drei Positions-Überwachungseinrichtungen S11, S21 und S22; zwei gesteuerte Torschaltungen V1 und V2 und eine Schalteinrichtung 40, die dazu dient, entweder die Teilregister B1 und]B2 als Schleifen B11 und B12 zu schalten oder die Teilregister B2 und B1 in Serie zu schalten und zu einer geschlossenen Schleife B21 zu verbinden.

Wenn die zwei Schleifen B22 und B11 vorhanden sind, wird der Speicherinhalt der Schleife B22 aufgefrischt, d. h. diese Schleife wird von dem langsamen Taktgeber H2L mittels einer geeigneten Steuerung der gesteuerten Torschaltung V2 gesteuert. Die Verschiebung des Speicherinhalts der Schleife

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B22 wird dabei von der Positions-Überwachungseinrichtung S22 überwacht, während sich die Schleife B11 in einemWar te zustand oder in einem Lesezustand befindet. Diese Schleife B11 wird durch ihren eigenen Taktgeber H1 gesteuert und durch die Positions-überwachungseinrichtung S11 überwacht, wobei eine geeignete Steuerung mit Hilfe der gesteuerten Torschaltung V1 erfolgt.

Wenn durch geeignete Ansteuerung der Schalteinrichtung 40 die große Schleife B21 gebildet wird, dann wird der Speicherinhalt der Teilregister B1 und B2 mit der Taktfrequenz des Taktgebers H2R fortgeschaltet, wobei diese Taktfrequenz der höchsten Geschwindigkeit entspricht, mit der Daten im Teilregister B2 weitergeschoben werden können. Während dieses Betriebszustandes wird die Schleife B21 durch die Positions-Uberwachungseinrichtung S21 überwacht.

Die Positionsüberwachungseinrichtungen S11 und S22 sind Differenz-Überwachungseinrichtungen, welche die Schiebevorgänge in den Teilregistern B11 bzw. B22 von dem Augenblick an zählen, in dem die Schleife B21 unterbrochen wird, und zv/ar ausgehend von dem Wert X21. Andererseits wird vorausgesetzt, daß die Schalteinrichtung 4O schneller arbeitet als der schnellste Taktgeber, d. h. schneller als der Taktgeber H1. Die Schleife B21 wird gebildet, wenn ein Block gesucht wird, der sich nicht in dem Teilregister B11 befindet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Stand bzw. Inhalt der Positions-Überwachungseinrichtungen S11 und S22 gleich "O", und die Schiebevorgänge werden in der Schleife B21 durchgeführt, um den gesuchten Block vor die Lese-Schreib-Einrichtung des Teilregisters B1 zu führen. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der gesuchte Block an den Lese-Schreib-Einrichtungen des Teilregisters B1 eintrifft, unterbricht die Schalteinrichtung 40 die Schleife B21 und bildet wieder die Schleifen B22 und BI1. Eine andere Mög-

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lichkeit besteht darin, daß die beiden Schleifen B22 und⁵Bi1 in dem Moment gebildet werden, in dem der gesuchte Block in das Teilregister B1 eintritt. Die Schleife B22 wird permanent durch ihre Positions-Überwachungseinrichtung S22 überwacht, um in jedem Augenblick die Lage der Datenblöcke in diesem Teilregister anzuzeigen, wobei diese Lage sich auf Grund der Auffrischung der Daten ändert. Wenn dann andere Daten aus dem Speicher abgerufen werden, die sich in dem betrachteten Speicherabschnitt bzw. genauer gesagt in einem Block im Teilregister B11 befinden, wird der Taktgeber H1 eingeschaltet, um den gesuchten Block vor die Lese-Schreib-Einrichtung der Schleife B11 zu schieben. Die Positions-überwachungseinrichtung S11 zählt die Schiebevorgänge für den Inhalt der Schleife B11. Wenn folglich ein Block aufgerufen wird, der sich in der Schleife B22 befindet und nicht in der Schleife B11, muß erneut die große Schleife B21 gebildet werden; das bedeutet, daß der Inhalt der Schleifen B22 und B11 in den Zustand bzw. die Positionen zurückgeschoben werden muß, in der er sich im Augenblick der Auftrennung der Schleife B21 befand. Die Positions -überwachungs einr ich tungen S11 und S22 müssen folglich den Wert "0" anzeigen,und in diesem Augenblick muß die Verbindung zwischen den beiden Schleifen mit Hilfe der Schalteinrichtung 40 hergestellt werden. Zum Zeitpunkt der Herstellung der Verbindung müssen die Positions-Überwachungseinrichtungen S11 und S22 gleichzeitig auf ihrer O-Marke sein. Für den Fall, daß das Teilregister B1 ein statisches Schieberegister ist, erfolgt die Synchronisation der Schleife B11 vor der Synchronisation der Schleife B22. Dies hat zur Folge, daß der unmittelbare übergang vom Synchronxsationsvorgang auf den Suchvorgang die Möglichkeit bietet, das Teilregister B2 niemalt stillzusetzen. Die Daten in den Blöcken, die in der Schleife B21 enthalten waren, gehen also nicht verloren, wenn die Teilregister B1 und B2 entsprechend zu einer geschlossenen Schleife verbunden werden.

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Der Fachmann sieht, daß die Positions-überwachungseinrichtungen modulo-L-Einrichtungen sind, wobei L die Länge der
Schleife ist, denen sie zugeordnet sind. Die Positions-überwachungseinrichtung S22 ist jedoch eine modulo-R-Einrichtung, wenn eine Vorwärts-Rückwärts-Auffrischung mit einer Amplitude R ausgeführt wird. Außerdem hat die Schwingung einen Zentralwert R/2, der in diesem Fall als die "O"-Stellung dieser
überwachungseinrichtung angesehen wird.

Wenn beispielsweise das Teilregister B2 ein dynamisches Zweiweg-Register vom CCD-Typ ist und wenn das Teilregister B1 ein statisches Schieberegister ist, dann ist R gleich dem Abstand zwischen zwei Auffrischzellen des Teilregisters B2. Die Länge L1 des Teilregisters B1 kann ebenfalls gleich R gewählt werden.

Vorstehend wurde eine Art der Synchronisierung und Fortschaltung für die verschiedenen Schleifen in Verbindung mit einem speziellen Ausführungsbeispiel erläutert, bei welchem eine
der Schleifen, nämlich die Schleife B22 aufgefrischt werden
muß. Der Fachmann versteht, daß dieses Beispiel für den Fall
verallgemeinert werden kann, daß für beide Schleifen oder für keine der Schleifen eine Auffrischung der Daten erforderlich
ist und daß auch eine Verallgemeinerung im Hinblick auf solche Fälle möglich ist, in welchen mehr als zwei Schleifen verwendet werden.

Bis hierher wurde die Erfindung nur in Verbindung mit einem
Speicherabschnitt beschrieben, der aus Schieberegistern mit unterschiedlicher Speichercharakteristik besteht. Für den Fall, daß mehrere Speicherabschnitte vorhanden sind, von denen jeder dem in Verbindung mit Fig. 4 betrachteten Speicherabschnitt analog is£, versteht es sich, daß die Positions-Überwachungselnrichtung S22 ständig mit dem dynamischen Teilregi-

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ster B2 jedes Abschnitts verbunden bleiben muß, während die Positions-Uberwachungseinrichtung S21 in allen Fällen nach dem sogenannten "time-sharing-Verfahren" betrieben, d. h. während aufeinander folgender Zeitabschnitte jeweils einem von mehreren Speicherabschnitten zugeordnet werden kann. Es arbeiten nämlich niemals gleichzeitig zwei Positions-Überwachungseinrichtungen S21, die zwei verschiedenen Speicherabschnitten zugeordnet sind. Diese Tatsache ermöglicht es, die Zahl der Positions-Oberwachungseinrichtungen zu verringern. In den Fällen, in denen die Schleife B11 durch ein statisches Teilregister gebildet wird, kann auch die Positionsüberwachungseinrichtung S11 im time-sharing-Betrieb arbeiten, was bedeutet, daß für sämtliche Schleifen B11 verschiedener Speicherabschnitte lediglich eine einzige Positions-Uberwachungseinrichtung S11 verwendet werden kann. In diesem Fall muß jedoch in einem Speicherregister jeweils die Anzeige der Positions-überwachungseinrichtung S21 und S11 gespeichert werden. Es versteht sich, daß der time-sharing-Betrieb und die Speicherung der jeweils von den Positions-Uberwachungseinrichtungen erreichten Werte nur dann durchgeführt wird, wenn sich damit eine Kostenersparnis und andere Vorteile erzielen lassen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Speicherabschnitt, der sich im Wartezustand befindet, automatisch in Form zweier Schleifen (B11, B22) geschaltet. Der Fachmann sieht auch, daß für den Fall, daß das Teilregister B2 ein statisches Teilregister ist, wie zum Beispiel ein Magnetblasenspeicher, eine Auffrischung nicht erforderlich ist und daß folglich keine Positions-Überwachungseinrichtung S22 vorgesehen werden muß (die Schleife B22 muß nämlich nicht gebildet werden).

Die Anzeige bzw. der Wert X21 in der Positions-Überwachungseinrichtung S21 dient bei allen Schaltungsformen (B21 oder B11, B22) dazu festzustellen, ob ein Block in das Teilregister B1 gehört oder nicht, und alle gesuchten Adressen müssen mit

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dem Wert X21 verglichen werden. *" .·

Nachstehend wird die Erfindung mehr ins Einzelne gehend bezüglich ihrer logischen Organisation erläutert. Die logische Organisation bzw. der logische Aufbau sollen in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert werden, bei dem eine Sp3ichereinheit N Speicherabschnitte für jeweils L Blöcke aufweist. Eine solche Speiehereinheit besitzt eine Kapazität von N ■ L Blöcken. Der gesamte Speicher des Rechners umfaßt vorzugsweise mehrere derartige Speichereinheiten, so daß ein Wechsel der Speichereinheit und des Verfahrens für den Fall möglich ist, daß eine große Zahl von Schiebeschritten vorgesehen sein muß. Jeder Speicherabschnitt umfaßt zwei Teile bzw. Teilregister B1 und B2 mit den Längen L1 bzw. L2 (L = L1 + L2). Diese Teilregister können entweder in der Betriebsart B21 oder in der Betriebsart B22, B11 betrieben werden, wie dies vorstehend erläutert wurde und in den Figuren 3A bzw. 3B gezeigt ist. Demgemäß können zwei Hauptfälle auftreten:

- Der Speicherabschnitt befindet sich in einem Wartezustand, was bedeutet, daß in diesem Speicherabschnitt

kein Block gesucht wird. Es versteht sich, daß alle Speicherabschnitte sich gleichzeitig im Wartezustand befinden können.

- In dem Speicherabschnitt läuft ein Suchvorgang.

Diese beiden Fälle werden nachstehend in Einzelheiten erläutert.

I. Der Speicherabschnitt befindet sich im Wartezustand.

In diesem Fall arbeitet der Speicherabschnitt in der Betriebsart B22, B11 (Fig. 3B).

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1.1. Die Schleife B21 ist nicht gebildet (existiert nicht); folglich ist die Positions-Überwachungseinrichtung S21 für diese Schleife gestoppt. Der letzte Wert X21,der von dieser Positions-Überwachungseinrichtung S21 angezeigt wurde, kann gespeichert werden, und folglich kann eine einzige Positionsüberwachungseinrichtung S21 für die N Speicherabschnitte verwendet werden. Jeder Speicherabschnitt benutzt dabei die Positions-überwachungseinrichtung S21, wenn es erforderlich ist, und zwar dann, wenn dieser time-sharing-Betrieb insgesamt zu einer billigeren Anordnung führt.

Allgemein kann man sagen, daß der time-sharing-Betrieb einer Positions-Überwachungseinrichtung immer dann möglich ist, wenn eine Schleife nicht existiert oder wenn es sich um eine statische Schleife handelt.

1.2. Die Schleife B22 wird aufgefrischt. Dieses Auffrischen wird durch eine Differenz-Positions-überwachungseinrichtung S22 überwacht. In diesem Fall kann die überwachungseinrichtung S22 nicht im time-sharing-Betrieb eingesetzt werden, da die N Schleifen B22 der N Speicherabschnitte nicht gestoppt werden können, da sie vom dynamischen Typ sind. Es sind folglich N Positions-Überwachungseinrichtungen S22 vorgesehen. In diesem Fall wird der dem Auffrischen dienende Schiebevorgang in der Schleife B22 durch den Taktgeber H2L gesteuert, welcher der Auffrischung dient und ein langsamer Taktgeber sein kann. Vorzugsweise wird die Auffrischung in einem Vorwärts-Rückwärts-Verfahren durchgeführt, das mit einer Gesamtamplitude R arbeitet, wobei R die Schrittzahl zwischen zwei Auffrischungsstationen ist. Man erkennt, daß für den Fall einer Vorwärts-Rückwärts-Auffrischung der Schleife B22 mit einer Amplitude von - R/2 um den Zentralwert R/2 das bit mit der höchsten Wertigkeit der Binärzahl X22 zur Anzeige der Schiebeposition die Richtung des Schiebevorgangs angibt, die erfor-

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derlieh ist, um zu dem fcentralwert zurückzugelangen, der Ausgangspunkt angesehen wird.

Wenn das Teilregister B2 ein statisches Teilregister ist, beispielsweise ein Magnetblasenregister, dann ist keine Auffrischung erforderlich. Die Auffrischung des Teilregisters B2 in einer geschlossenen Schleife ist nicht erforderlich, und es braucht keine Positions-Überwachungseinriehtung S22 vorgesehen werden. Bei einigen dynamischen Technologien, beispielsweise beim MOS-Verfahren, kann die Auffrischung bzw. Regeneration innerhalb des gleichen bits bzw. Speicherplatzes erfolgen. In diesem Fall erscheint das als Block-Schieberegister dienende Teilregister B2 nach außen als statisch.

Wenn es sich bei dem Teilregister B2 um ein "mechanisches" Register handelt (Magnetband, -trommel oder -scheibe), findet keine Auffrischung statt, sondern ein konstanter Umlauf der Trommel oder dergleichen, welcher einer Auffrischung analog ist,und in diesem Fall muß die mechanische Speiseeinrichtung Taktimpulse liefern, die jedem der Datenblöcke entsprechen. Dies ist einfacher, als wenn man die mechanische Speiseeinrichtung mit Hilfe eines externen Taktgebers steuert.

1.3. Die Schleife B11 und ihre Differenz-Überwachungs-Einrichtung S11 werden angehalten. Wenn das Teilregister B1 statisch ist, kann die überwachungseinrichtung S11 im timesharing-Betrieb arbeiten, und für die N Speicherabschnitte ist nur eine Positions-Überwachungseinrichtung S11 erforderlich. Der Wert X11, welcher der letzte Wert der Positionsüberwachungseinrichtung S11 in dem betrachteten Speicherabschnitt ist, wird wie der Wert X21 (vgl. Abschnitt 1.1.) gespeichert.

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II. In dem Speicherabschnitt läuft ein Suchvorgang ab.

Nachstehend wird mit F der Rang eines Blockes und mit FB1 das logische Signal bezeichnet, welches bestimmt, daß der Block mit dem Rang F in das Teilregister B1 gehört. Es kann gezeigt werden, daß für den Fall, daß FB1 "wahr" ist, folgende Gleichung gilt:

¹ - X2il

oder If - X2i| S L -

Wenn L in der Form 2 und L1 in der Form 2 geschrieben werden kann,haben diese Gleichungen folgende Bedeutung: FB1 ist "wahr", wenn die A-B-1 bit höherer Wertigkeit von

F - X21 entweder sämtlich "0" oder sämtlich "1" sind. Es wird daran erinnert, daß die Tatsache, daß FB1 "wahr" ist, bedeutet, daß der gesuchte Block zum Speicherinhalt des Teilregisters B1 gehört, während dann, wenn FB1 "nicht wahr" ist, der gesuchte Block zum Speicherinhalt des Teilregisters B2 gehört.

II.1. FB1 ist "wahr". Der Vorgang betrifft das Teilregister B1 des Speicherabschnitts.

Die Schaltungsform B22, B11 (Fig. 3B) wird beibehalten. In diesem Fall existiert die Schleife B21 nicht, während die Schleife B22 von dem Suchvorgang nicht betroffen ist, so daß für diese beiden Schleifen,die vorstehend unter 1.1. und 1.2. erläuterten Betriebszustände gelten. Die Suche nach dem Block mit dem Rang F wird in der Schleife B11 mit der höchsten in dieser Schleife möglichen Geschwindigkeit ausgeführt.

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Für C soll gelten: C = F - X21 - X11. ν ,

Wenn |C[^ LI^ _{dann igt die günstigste} Schieberichtung durch das Vorzeichen von C gegeben.

Wenn JC| ^ L^ _{dann igt die optimale} Schieberichtung durch das entgegengesetzte Vorzeichen von C gegeben.

Wenn JC|<L^ _{dann isfc die} _Rnzahl der Schiebeschritte gleich

Wenn JCj ^, L^ _{dann igt d±e Anzahl der} Schiebeschritte gleich L1 - /c/.

Wenn C=O, dann befindet sich der gesuchte Block vor der Lese-Schreib-Einrichtung, und der Schiebevorgang wird gestoppt. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Fall II.1. sehr häufig ist, wie dies in der Beschreibungseinleitung erläutert wurde.

II.2. FBI ist "nicht wahr". Der Suchvorgang betrifft einen Block im Teilregister B2 des betrachteten Speicherabschnitts. Der Suchvorgang muß folglich in zwei Schritten durchgeführt werden:

- In einem ersten Schritt wird die Synchronisation bzw. das "rendez-vous" durchgeführt, ehe die große Schleife B21 geschaltet wird.

- In einem zweiten Schritt wird der Block mit dem Rang F in der Schleife B21 gesucht.

II.2.1. Synchronisations- bzw. rendez-vous-Schritt.

Dieser Schritt wird bei Bestehen der Schaltungsform B22, B11 (Fig. 3B) durchgeführt. Die Schleife B21 ist noch nicht exi-

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stent, wie dies in § 1.1. erläutert wurde. In den beiden .-·■ Schleifen B11 und B22 werden Schiebevorgänge ausgeführt, bis die Bedingung X11 = 0 und X22 = 0 erfüllt ist. Wenn X11 und X22 beide gleich 0 sind, wird die Schleife B21 sofort gebildet, d. h. zwischen zwei Taktimpulsen.

Man erkennt, daß der Programmschritt "Verschieben bis X22 = 0" im Fall einer Vorwärts-Rückwärts-Auffrischung gemäß den obigen Erläuterungen folgendes bedeutet: "Kehre zum zentralen Wert zurück". Ferner entspricht der Programmschritt "Verschiebe bis X11 = 0" dem Befehl "Suche den Block mit der Adresse F = X21". Tatsächlich ergibt sich, wie unter II.1. erläutert, am Ende des Suchschrittes C=O und dann X11 =

II.2.2. Suchschritt.

Man erkennt, daß dies der einzige Fall ist, in dem die Schleife B21 gebildet wird. In diesem Fall existieren die Schleifen B22 und B11 nicht, und es gilt, wie oben erläutert, X22 = X11 =0. Demgemäß ist die Positions-Überwachungseinrichtung S21 geeignet, die Schleife B21 mit der höchsten Geschwindigkeit zu überwachen, die in dem Teilregister B2 zulässig ist. Die Schiebebedingungen sind die gleichen wie im Fall II. 1., wenn man in der Gleichung L1 durch L = L1 + L2 ersetzt, nämlich durch die Länge der Schleife B21. Für diesen Fall gilt X11 =0, und das Signal C bleibt bei allen Schaltungsformen gleich.

Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele v/erden in jeder Beziehung lediglich als erläuternd und nicht als beschränkend angesehen, und es wird darauf hingewiesen, daß dem Fachmann ausgehend von den erläuterten Ausführungsbeispielen zahlreiche Möglichkeiten zu Gebote stehen, Abwandlungen und/ oder Ergänzungen vorzunehmen, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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Patentansprüche

1J Speicher hoher Kapazität für ein programmgesteuertes Informationsverarbeitungssystem für Datenblöcke mit einer Vielzahl von adressierbaren Speicherabschnitten aus Datenblockschieberegistern, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Datenblockschieberegister aus einzelnen Blockschieberegistern oder Teilregistern (B1 - B3), insbesondere Teilregistern unterschiedlicher Speichercharakteristik, aufgebaut ist, daß die Teilregister in Serie miteinander verbindbar oder zu einer Schleife schaltbar sind, daß mit mindestens einem der Teilregister(B1, B2)Lese-Schreib-Einrichtungen (LE) verbunden sind und daß Schalt- und Synchronisiereinrichtungen (Fig. 4) vorgesehen sind, um eine geschlossene Schleife mit den· mindestens einen

mindestens
Teilregister (B1, B2) und/einem weiteren Teilregister (B2,

B3) herzustellen.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Teilregistern(B1 - B3), die einen Speicherabschnitt bilden, ein erstes Teilregister(B1), eine geringe Kapazität und eine sehr hohe Schiebegeschwindigkeit besitzt, und daß dieses Teilregister (B1) mit den Lese-Schreib-Einrichtungen (LE) verbunden ist, während ein zweites Teilregister (B2) eine hohe Kapazität besitzt und als dynamisches Schieberegister ausgebildet ist.

3. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teilregister(B2) ein Schieberegister vom CCD-Typ ist, in dem die Daten durch Vorwärts-Rückwärts-Auffrischung regenerierbar sind, wobei die Amplitude der Vorwärts-Rückwärts-Auf frisch-Schwingung en für alle Speicherzellen zur Regeneration ausreichend groß ist, um alle. Daten aufzufrischen.

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4. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe jedes der Teilregister zu einer Schleife schaltbar ist und mit deren Hilfe mehrere oder alle Teilregister zu einer größeren Schleife schaltbar sind, wobei Schalt- und Synchronisiereinrichtungen (Fig. 4) vorgesehen sind, um die Teilregister derart zusammenzuschalten, daß die ursprüngliche Ordnung bzw. Reihenfolge der Daten in den einzelnen Teilregistern erhalten bleibt.

5. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der aus den einzelnen Teilregistern eines Speicherabschnitts schaltbaren Schleifen eine Positions-Überwachungseinrichtung, insbesondere eine Vorwärts-Rückwärts-Zähleinrichtung_/ zugeordnet ist.

6. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Teilregister eines Speicherabschnitts ein erster Taktgeber zugeordnet ist, mit dessen Hilfe dieses Teilregister mit seiner maximalen Schiebegeschwindigkeit betreibbar ist und daß ein zweiter Taktgeber vorgesehen ist, der einem oder mehreren Teilregistern zugeordnet ist, die als dynamische Schieberegister ausgebildet sind,und der es ermöglicht, diese Schieberegister mit ihrer optimalen Regenerationsgeschwindigkeit zu betreiben.

7. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teilregister ein dynamisches Schieberegister ist, daß dem ersten Teilregister, welches ein schnelles Schieberegister ist, ein erster Taktgeber zugeordnet ist, daß dem zweiten Teilregister ein zv/eiter und ein dritter Taktgeber zugeordnet sind, daß der zweite Taktgeber das Fortschalten des zweiten Teilregisters mit seiner maximalen Schiebegeschwindigkeit ermöglicht und daß der dritte Takt-

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geber das Fortschalten des zweiten Teilregisters mit seiner optimalen Regenerationsgeschwindigkeit ermöglicht.

8. Speicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Schleife (B11),die durch das zu einer Schleife geschaltete erste Teilregister (B1) gebildet ist, eine erste Positions-Überwachungseinrichtung (S11) zugeordnet ist, daß der zweiten Schleife (B22), die durch Schalten des zweiten Teilregisters (B2) zu einer Schleife gebildet ist, eine zweite Positions-Überwachungseinrichtung (S22) zugeordnet ist, und daß der dritten Schleife (B21), die durch Serienschaltung des ersten und zweiten Teilregisters (B1 und B2) gebildet ist, eine dritte Positions-Überwachungseinrichtung (S21) zugeordnet ist.

9. Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um im Verlauf eines Suchvorgangs nach einem Datenblock in der dritten Schleife (B21) den gesuchten Datenblock zu der Lese-Schreib-Einrichtung zu verschieben, die dem ersten Teilregister (B2) zugeordnet ist, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die erste und die zweite Schleife zu schalten, wobei die Positionsüberwachungseinrichtungen der ersten und der zweiten Schleife auf dem Wert "0" stehen, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Anzeige bzw. den Inhalt der Positionsüberwachungseinrichtung der dritten Schleife zu speichern, und daß Schalteinrichtungen vorgesehen sind, um die erste und zweite Schleife zu einer dritten Schleife zu schalten, wenn der Inhalt der Positions-Überwachungseinrichtungen für die erste und die zweite Schleife gleich dem Nullwert ist, d. h. gleich demjenigen Wert, den diese Positions-Überwachungseinrichtungen zu dem Zeitpunkt anzeigten, zu welchem die erste und die zweite Schleife aus der dritten Schleife gebildet wurden.

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ΊΟ. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Teilregister einen parallelen Zugriff zu ein oder mehreren Blöcken zum Zwecke des Lesens und/oder Schreibens besitzen,

11. Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Einrichtungen vorgesehen sind, um den Inhalt der den nicht gebildeten Schleifen oder den statischen Schleifen eines Speicherabschnitts zugeordneten Positionsüberwachuncjseinrichtunqen ^u speichern, so daß diese Positions-Uberwachungseinrichtungen im tine-sharing-Betrieb der entsprechenden Schleife eines anderen Speicherabschnitts zugeordnet werden können*

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