DE2532945C3

DE2532945C3 - Arbeitsspeicheranordnung

Info

Publication number: DE2532945C3
Application number: DE2532945A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Hillemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-23
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE2532945B2; DE2532945A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitsspeicheranordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits Arbeitsspeicheranordnungen für Datenverarbeitungsa.ilagen bekannt, die einen Hauptspeicher mit einer großen Speicherkapazität und mit einer verhältnismäßig großen Zugriffszeit und einen Pufferspeicher mit einer kleinen Speicherkapazität und einer kleinen Zugriffszeil enthalten. Die in dieser Arbeitsspeieheranordnung gespeicherten Daten sind alle grundsätzlich im Hauptspeicher gespeichert und werden zum Pufferspeicher übertragen und dort zusätzlich eingespeichert, wenn sie vom Zenlralprozessor der Datenverarbeitungsanlage benötigt werden.

Eine derartige Arbeitsspeicheranordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Speicherkapazität des Pufferspeichers nicht für die Speicherung von Zusätzlichen Daten zur Verfügung steht, da in ihm nur Daten gespeichert werden, die auch im Hauptspeicher gespeichert sind. Dieser Nachteil wirkt sich insbesondere dann stark aus. wenn die Speicherkapazität des Pufferspeichers einen nennenswerten Anteil der Speicherkapazität des gesamten Arbeitsspeichers ausmacht. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn als Hauptspeicher ein aus CCD (Charge Coupled Device)-Bausteinen aufgebauter Halbleiterspeicher mit einer Speicherkapazität von 3.5 MB und als Pufferspeicher ein aus MOS-Bausteinen aufgebauter Halbleiterspeicher mit wahlfreiem Zugriff und mit einer Speicherkapazität von 512 KB verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsspeieheranordnung für eine Datenverarbeitungsanlage anzugeben, bei der die Speicherkapazität des Hauptspeichers und des Pufferspeichers zur Speicherung von zu verarbeitenden Daten zur Veriü gung sieht, ohne daß gleiche Daten im Hauptspeicher und im Pufferspeicher gespeichert sind Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Arbeitsspeieheranordnung der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Arbeilsspeicheranordnung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß die für die Speicherung von zu verarbeitenden Daten zur Verfügung stehende Speicherkapazität der gesamten Arbeitsspeieheranordnung um die Speicherkapazität des Pufferspeichers erhöhl wird. Bei gleichbleibender Gesamlkapazitäl

kann auch die Speicherkapazität des Hauptspeichers um die Speicherkapazität des Pufferspeichers vermindert werden. Es wird damit eine Senkung der Gesamtkosten der Arbeitsspeicheranordnung erreicht Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Arbeitsspeicheranordnung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Arbeitsspeicheranordnung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Adressensteuerstufe zum Adressieren der Daten in der Arbeitsspeicheranordnung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Adressen- is steuerstufe zum Adressieren der Daten in der Arbeitsspeicheranordnung.

Die in rig. I dargestellte Arbeitsspeicheranordnung enthält einen Hauptspeicher HS großer Speicherkapazität und verhältnismäßig großer Zugriffszeit und einen Pufferspeicher PSkleiner Speicherkapazität und kleiner Zugriffszeit. Der Hauptspeicher ist beispielsweise aus CCD (Charge Coupled DeviceJ-Speicherbausteinen aufgebaut und hat eine Speicherkapazität von 3,5 MB. Der Pufferspeicher besteht beispielsweise aus einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff, der aus MOS-Speicherbausteinen aufgebaut ist und eine Speicherkapazität von 512KB hat. Als Breite der Datenwege werden jeweils 8 Byte angenommen und eine zwischen dem Hauptspeicher und dem Pufferspeicher übertragene Dateneinheit von 1 KB wird im folgenden als Seite bezeichnet.

Beim Schreiben von Daten in den Arbeitsspeicher werden die als Schreibdaten SD vorliegenden Daten zunächst in einem Register R 1 zwischengespeichert. Anschließend werden sie gegebenenfalls in einer ersten Korrekturstufe K 1 mit Korrekturzeichen versehen, um die Fehlersicherheit in der Arbeitsspeicheranordnung zu erhöhen. Über einen Multiplexer MX werden die Daten danai'i an eine dafür vorgesehene Stelle im Pufferspeicher eingeschrieben. Beim Lesen der Daten aus dem Pufferspeicher werden die Daten, falls sie sich im Pufferspeicher befinden, zunächst in einem zweiten Datenregister R 2 zwischengespeichert und anschließend, gegebenenfalls nach dem Durchlauf durch eine zweite Ko. rektursiufe K 2 zum .Corrigieren von fehlerhaften Daten mittels der Korrekturzeichen, als Lesedaten LD abgegeben.

Falls die Daten jedoch nicht im Pufferspeicher gespeichert sind, müssen : ie zunächst vom Hauptspeieher /um Pufferspeicher übertragen werden. Es wird dabei jewels eine Seite, die aus einer Mehrzahl von Datenworten besteht, vom Hauptspeicher über den Multiplexer an eine vorgegebene Stelle im Pufferspeicher übertragen [>ic an dieser vorgegebenen Stelle bisher gespeicherten Daten werden dabei gleichzeitig über das Datenregister R 2 zum Hauptspeicher übertragen und dort eingespeichert. Zweckmaßigerweise werden die Daten an diejenige Stelle im Hauptspei eher eingespeichert, an der die Seite mit den angeforderten Daten bisher gespeichert war. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Daten jeweils nur an einer Stelle in der gesamten Arbeitsspeicheranordnung gespeichert werden. Außerdem wird erreicht, daß der Datenaustausch mit der zeitlich günstigen Operationsart »Lesen-Verändcrn-Schreiben in einem Speicherzyklus« ausgeführt werden'ir<nn.

Die Adresse der angeforderten Daten wird einer Steuereinheit Si" zugeführt. Diese Steuereinheit enthält eine Datensteuerstufe, die die Übertragung der Dptpn vom Hauptspeicher zum Pufferspeicher und vom Pufferspeicher zum Hauptspeicher steuert. Weiterhin enthält sie eine Adressensteuerstufe, die die Adressen der Stellen, an der die zwischen dem Pufferspeicher und dem Hauptspeicher übertragenen Seiten jeweils eingespeichert werden.

Bei der in Fig.2 dargestellten ersten Ausführungsform der Adressensteuerstufe in der Steuereinheit SE wird die Adresse Λ D der angeforderten Daten zunächst in einem Adressenregister ARi gespeichert. Die Adresse AD besteht aus einer beispielsweise 12 Bit enthaltenden Seitenadresse AS, die die Adresse einer Seite in der Arbeitsspeicheranordnung angibt und aus einer beispielsweise 7 Bit enthaltenden Wortadresse A W, die die Adresse eines Datenwortes innerhalb einer Seite angibt Das Datenwort besteht beispielsweise aus ach Byte.

Die Seitenadresse AS wird einer¹ Speicher SPi zugeführt, der als vollassoziativer s>eitenverweisspeicher ausgebildet ist und 4096 Einträge enthält. Der durch die Seitenadresse AS adressierte Eintrag wird ausgelesen und in ein zweites Adressenregister AR 2 und ein drittes Adressenregister AR3 eingespeichert. Jeder Eintrag enthält neben einigen Kennzeichen eine aus 12 Bits bestehende Platznummer PN, die die Adresse derjenigen Stelle angibt, an der sich die gewünschte Seite in der Arbeitsspeicheranordnung befindet. Die Arbeitsspeicheranordnung ist so eingeteilt, daß die Seiten mit den Platznummern 0 bis 511 im Pufferspeicher und diejenigen mit Jen Plat/nummern 512 bis 4095 im Hauptspeicher untergebracht sind.

Wenn die Platznummer kleiner als 512 ist, befindet sich die gewünschte Seite im Pufferspeicher und die Anforderung an die Arbeitsspeicheranordnung kann unmittelbar ausgeführt werden. Zu diesem Zweck werden die Wortadressen A IVund die Piatznummer PN in das Adressenregister ARl eingespeichert, das mit dem Pufferspeicher verbunden ist.

Venn die Platznummer P/V größer oder gleich 512 ist, so befindet sich die gewünschte Seite im Hauptspeicher und sie muß vor Ausführung der Speicheranforderung an den Pufferspeicher übertragen werden. Dazu wird zuerst der Inhalt des gesamten voliassoziativen Speichers .SPl nach einer Platznummer, die kleiner ist als 512 mit geringster Priorität abgesucht. Die Priorität wird durch die Kennzeichenbits ermittelt. Ist eine solche Platznummer gefunden, wird zwischen der durch sie bezeichneten Stelle im Pufferspeicher und der Stelle der neu angeforderten Seite im Hauptspeicher ein Austausch durchgeführt. Nach Ausführung dieses Aus tauschs steht die angeforderte Seite im Pufferspeicher Und die Anforderung kann wie oben angegeben ausgeführt werden. Außerdem wird der Speicher 5Pl durch eine Steuerstufe .STl auf den neuen Stand gebracht. Dazu werden die Plat/nummern PN der beiden beteiligten Seiten ausgetauscht und die Kennzeichenbits neu geset.··.

Bei der in F i g. 3 dargestellten /weiten Ausführungsform der Adreßsteuerstufe zum Adressieren der Daten in der Arbeitsspeicheranordnung werden ansteile des vollassoziativen Seitenverweisspeichers SPl ein nichtassoziativer Speicher SP2 und ein Hilfsspeicher Hl verwendet. Die Ari/jitsspe'cheranordnung ist in bekannter Weise in eine Mehrzahl von Bänken und Klassen eingeteilt. Beispielsweise enthält die Arbeitsspeicheranordnung 128 Klassen und 32 Bänke, wovon 4

Bänke im Pufferspeieher und 28 Bänke im Hauptspeicher liegen.

Der nichtassoziative Speicher SP2 hat ebenso wie der Speicher 5PI 4096 Einträge und der HilfsSpeicher Hl enthält 4 mal 128 Einträge, die den 4 mal 128 Stellen des Pufferspeichers fest zugeordnet sind.

Die Adresse AD der angeforderten Daten wird wieder in einem Adressenregister AR 1 zwischengespeichert. Sie besteht ebenfalls aus der Wortadresse A W von beispielsweise 7 Bit und der Seitenadresse AS vOn beispielsweise 12 Bit. Die Seitehadresse AS wird außerdem eingeteilt in eine Klassenadresse AK von beispielsweise 7 Bit und in eine Bankadresse BA von 5 Bit. Die Klassenadresse AK wird unmittelbar an die Adreßregister AR2 und AR3 des Hauptspeichers und des Pufferspeichers weitergeleitet. Außerdem wird an das Adreßregister AR3 auf die Wortadresse AW übertragen. Mit der gesamten Seitenadresse AS wird der Speicher SP2 adressiert. Der adressierte Eintrag, der neben einigen Kennzeichenbits die Banknummer BN enthält, unter der die angeforderte Seite in der Arbeitsspeicheranordnung zu finden ist, wird ausgelesen und ausgewertet. Ist die Banknummer BN kleiner als 4, so befindet sich die angeforderte Seite im Pufferspeicher und die Anforderung kann unmittelbar ausgeführt werden. Dazu wird die ausgelesene Banknummer BNm das Adressenregister AR 3 übernommen.
Ist die Banknummer iWaber größer oder gleich 4, so muß die gewünschte Seite vor der Ausführung der Anforderung vom Hauptspeicher in den Pufferspeicher übertragen werden. Dazu muß zuerst eine Stelle im Pufferspeicher ermittelt werden. Dies geschieht mit Hilfe des HilfsSpeichers Hl. Er besteht aus vier unabhängig adressierbaren Modulen mit je 128 Einträgen. Jeder Modul ist einer der vier Bänke des Pufferspeichers fest zugeordnet. Die über die Klassenadresse AK ausgewählten vier Einträge im Hilfsspeieher Hl werden ausgelesen. Sie enthalten neben einigen Kennzeichenbits die Bankadressen AB der vier Seiten, die in den vier Bänken des Pufferspeichers der gegebenen Klasse augenblicklich gespeichert sind. Unter ihnen wird gemäß eines Ersetzungsalgorilhmus

Ϊ5 die am wenigstens wichtige alte Seite ausgewählt und durch Transfer zwischen dem Pufferspeicher und dem Hauptspeicher gegen die angeforderte neue Seile ausgetauscht. Anschließend können die Speicheranforderung ausgeführt und der Speicher SP2 und der Hilfsspeicher Hl auf den neuesten Stand gebracht werden. Dazu werden mit Hilfe" einer zweiten Steuerstufe ST2 im Speicher SP2 die Banknummern BN der alten und der neuen Seite gegeneinander ausgetauscht. Zusätzlich wird die Bankadresse AB der neuen Seite in die ausgewählte Zelle des Hüfsspeichers Hl eingetragen und es werden die Kennzeichenbits in allen beteiligten Einträgen neu erzeugt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Arbeitsspeicheranordnung für eine Datenverarbeitungsanlage, die einen Hauptspeicher großer Speicherkapazität und großer Zugs iffszeit und einen mit diesem verbundenen Pufferspeicher kleiner Speicherkapazität und kleiner Zugriffszeit ennhält, bei der der Pufferspeicher mit einem Zentralprozessor der Datenverarbeitungsanlage verbunden ist und bei der vom Zentralprozessor angeforderte, im Hauptspeicher gespeicherte Daten zunächst vom Hauptspeicher zum Pufferspeicher übertragen und anschließend zum Zenlralprozessor abgegeben werden, mit einer mit dem Hauptspeicher und dem Pufferspeicher verbundenen Steuereinheit, der die Adresse der angeforderten Daten zugeführt wird und die die Übertragung der Daten zwischen dem Hauptspeicher, dem Pufferspeicher und dem Zentralprozessor steuert, dadurch gekei.nzeichne:, daß die Steuereinheit (SE) so ausgebildel ist, daß sie gleichzeitig mit der Übertragung der angeforderten Daten vom Hauptspeicher (HS) an eine vorgegebene Stelle im Pufferspeicher (PS) die Übertragung der an dieser vorgegebenen Stelle im Pufferspeicher (PS) bisher gespeicherten Daten an diejenige Stelle im Hauptspeicher (HS) veranlaßt, an der die angeforderten Daten gespeichert waren.

2. Arbeitsspeieheranordnung nach Anspruch !,bei der die Daten jeweils in Form einer aus einer Mehrzahl von Datenworten bestehenden .Seite zwischen der¹ Hauptspeicher und dem Pufferspeicher übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (SF.) einen vollasso/ialiven Speicher (SP 1) enshält. aem eine einen ersten Teil der Adresse (4D,lder angefordci en Daten bildfnde Seitenadresse (AS) zugeführt wird und der die Adresse (PN) derjenigen Stelle, an der die Daten gespeichert sind, an den Hauptspeicher (HS)und den Pufferspeicher (PS) abgibt, daß dem Pufferspeicher (PS) außerdem eine einen zweiten Teil der Adresse (AD)der angeforderten Daten bildende Wortadresse (A W) zugeführt wird, die die Adresse des Datenworics innerhalb der Seite angibt und daß die Steuereinheit (SE) eine erste Steuerstufe (.97M) enthält, die nach einer Übertragung der beteiligten Seiten zwischen dem Hauptspeicher (HS) und (lern Pufferspeicher (PS) im Speicher (PS 1) die Adressen (PN) der Stellen, an denen diese Seiten gespeichert waren, austauscht.

3. Arbeitsspeicheranordnung nach Anspruch I. bei tier die Daten jeweils in Form einer aus einer Mehr/al von Datenworten bestehenden Seite zwischen dem Hauptspeicher und dem Pufferspeicher übertragen werden, bei der der Hauptspeicher und der Pufferspeicher jeweils in eine Mehrzahl von Banken und Klassen eingeteilt ist und bei der die Übertragung einer Seite jeweils nur innerhalb emer Klasse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (SE) einen nichtassozialiven Speicher (SP2) enthält, ilem eine einen ersten Teil der Adresse (AD) di-r angeforderten Daten bildende Seitenadresse (AS) zugeführt wird und der die Banknummer (BN), unter der die angeforderte Seite gespeichert ist, an den Hauptspeicher (HS) und den Pufferspeicher (PS) abgibt, daß die Steuereinheit (SE) weiterhin einen Hilfsspeicher (HI) enthält, dem die Klassenadresse (AK) zugeführt wird, der die Bankadresse (AB) der im Pufferspeicher (PS)

gespeicherten Seiten sowie weitere Kennzeichen enthält, mit deren Hilfe die Banknummer (BN) derjenigen Bank des Pufferspeichers (PS) bestimmt wird, in der die zu ersetzende Seite gespeichert ist und daß eine mit dem Speicher (SP2) und dem Hilfsspeicher (Hl) verbundene zweite Steuereinheit (ST2) vorgesehen ist, die nach einer Übertragung der beteiligten Seiten zwischen dem Hauptspeicher und dem Pufferspeicher einen Austausch der Banknummern (BN) der beteiligten Seiten im Speicher (SP 2) und einen Eintrag der Bankadresse (AB) der neuen Seite in den Hilfsspeicher (HI) steuert.

4. Arbeitsspeicher anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptspeicher (HS) aus CCD (Charge Coupled DeviceJ-Speicherbausteinen und der Pufferspeicher aus MOS-Speicherbausteinen mit wahlfreiem Zugriff besteht.