DE2726488A1

DE2726488A1 - Adressenuebersetzungseinrichtung

Info

Publication number: DE2726488A1
Application number: DE19772726488
Authority: DE
Inventors: Spurgeon Graves Hogan; Carleton Edward Werve
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-11
Publication date: 1977-12-29
Also published as: IT1113580B; DE2726488C2; ES459932A1; SE421152B; GB1520239A; BR7704024A; CA1075824A; CH617781A5; AU511393B2; JPS5733622B2; FR2391509B1; FR2391509A1; US4053948A; JPS52156518A; AU2630777A; SE7706913L

Description

Böblingen, den 8. Juni 1977 lw-se/fr

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, ?rmonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen:

Meuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin:

975 038

Vertreter:

Patentassessor
Dipl.-Ing. L. Lewit

7030 Böblingen

Bezeichnung:

ΓdressenübersetZungseinrichtung

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Die Erfindung betrifft eine Adressenübersetzungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Datenverarbeitungstechnik sind zahlreiche Verfahren bekannt, wobei entweder eine zentrale Verarbeitungseinheit oder deren mehrere gleichzeitig mehrere Programme ausführen und dabei eine gemeinsame Speichereinrichtung benutzen. Ein solcher Art verwendeter Speicher verlangt einen außerordentlich großen Adressenraum oder Speicherkapazität, eine Kapazität, die oft die Speicherkapazität des Hauptspeichers der Anlage um ein mehrfaches übertrifft. Um mit dieser Situation fertig zu werden, benutzt man das Prinzip des "virtuellen Speichers". Wenn beispielsweise eine 24-stellige Adresse verwendet wird, dann können

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2 oder etwa 16 Millionen Bytes des virtuellen Speichers angesteuert werden. Zur Erleichterung der Verwaltung des virtuellen Speichers verwendet man zweckmäßig ein zweistufiges Verfahren und unterteilt dementsprechend den Speicherraum in Abschnitte, die man Segmente nennt, die wiederum in andere Abschnitte unterteilt werden, welche man Seiten nennt. Jede Seite besteht aus einer bestimmten festen Anzahl von Bytes. Die Adressen des virtuellen Speichers, die Segmente und Seiten bezeichnen, sind willkürlich gewählte Bezeichnungen des Computerprogramms und deshalb keine realen Speicherstellen im Hauptspeicher. Deshalb können solche virtuelle Segmente und Seiten irgendwo in der Speichereinrichtung gespeichert sein. Je nach Bedarf werden die Seiten zwischen dem Hauptspeicher und einem externen Speicher ausgetauscht.

Die willkürliche Unterbringung von Segmenten und Seiten im Hauptspeicher erfordert die übersetzung virtueller Adressen in Realadressen, wobei Gruppen von übersetzungstabellen gebraucht werden, die ebenfalls im Hauptspeicher

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untergebracht sind. Jede Gruppe besteht aus einer Segmenttabelle und einer Anzahl von zugehörigen Seitentabellen. Jede Seitentabelle enthält die Adressen der realen Speicherstellen aller Seiten eines Segmentes der Segmenttabelle. Jede spezielle Segmenttabelle ist deshalb beispielsweise in 16 Abschnitte gegliedert, weshalb bei solchen Übersetzungstabellen für die Übersetzung einer Adresse dann eine Segmenttabelle und 16 Seitentabellen erforderlich sind.

Für eine Übersetzung wird die entsprechende Gruppe von Umwandlungstabellen ausgewählt, und die Segmenttabelle in dieser Gruppe wird benutzt, um die Speicherstelle der Seitentabellen im Hauptspeicher zu finden. Die richtige Seitentabelle wird dann benutzt, um die reale Speicherstelle der adressierten Seite zu finden. Die werthöchsten Stellen der virtuellen Adresse ergeben die Segmentnummer und die Seitennummer. Die wertniedrigen Stellen der Adresse ergeben die Byteadresse in der Seite. Nach der übersetzung wird deshalb dieser Teil der Adresse mit der ermittelten realen Adresse verkettet, um den Zugriff zur endgültigen Speicherstelle zu ermöglichen.

Um zu vermeiden, daß bei jedem Speicherzugriff immer erst die virtuelle Adresse übersetzt werden muß, werden laufend die aktuellen Übersetzungen von virtuellen Adressen in reale Adressen in einer anderen, rasch zugreifbaren Tabelle zwischengespeichert, welche Übersetzungsnebentabelle (DLAT "Directory Look Aside Table") genannt wird. Dort kann für eine virtuelle Adresse die korrespondierende reale Adresse erhalten werden, ohne erst den beschriebenen mehrstufigen Übersetzungsprozeß durchlaufen zu müssen. Der Gebrauch einer solchen Übersetzungsnebentabelle vermindert daher merklich die Anzahl der Übersetzungen, die mit Hilfe der Tabellen im Hauptspeicher durchgeführt wer-

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den müssen und verbessert so die Leistung des virtuellen Speichersystems beträchtlich.

Um die in der Ubersetzungsnebentabelle gespeicherten Übersetzungen von Adressen zu erhalten, werden mehrere Gruppen von Ubersetzungstabellen verwendet. Es könnte daher, z.B. bei einem Gruppenwechsel, der Fall eintreten, daß eine unzutreffende übersetzung aus der Übersetzungsnebentabelle ausgewählt wird. Um sicherzustellen, daß die für die Ableitung der in der Übersetzungsnebentabelle gespeicherten realen Adressen verwendete Übersetzungstabelle auch dieselbe ist, die für die gewünschten Daten maßgebend ist, gibt es verschiedene Lösungen. Ein Lösungsvorschlag ist in der DT-AS 2 346 525 beschrieben. Danach wird mit jeder Übersetzung in der Ubersetzungsnebentabelle auch ein Bezeichner gespeichert. Dieser Bezeichner gibt die Gruppe von Übersetzungstabellen an, die für die übersetzung benutzt wurde. Wenn die Ubersetzungsnebentabelle abgefragt wird, wird dieser gespeicherte Bezeichner mit einem Bezeichner verglichen, der für die gerade angeforderte virtuelle Adresse erzeugt wird. Wenn beide Bezeichner übereinstimmen, darf die in der Ubersetzungsnebentabelle gespeicherte Übersetzung benutzt werden. Bei festgestellter Nicht-Übereinstimmung muß eine neue Übersetzung ausgeführt werden, wobei die Gruppe von Übersetzungstabellen im Hauptspeicher zu benutzen ist, die zu der gerade angefragten Adresse gehört. Dieser Bezeichner kann außerdem benutzt werden, um zwischen virtuellen Adressen zu unterscheiden, die zu Seiten und Segmenten unterschiedlicher Größe gehören. Weiterhin kann der Bezeichner für eine Anzeige benutzt werden, daß anstelle einer virtuellen Adresse eine reale Adresse gerade verwendet wird.

Ein weiterer Fall, wo eine unrichtige übersetzung verwendet werden könnte, besteht dann, wenn aus irgend einem Grunde

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die Eintragungen in der Übersetzungsnebentabelle ungültig sind. Dann muß durch eine Ungültigkeitsinstruktion die Übersetzungsnebentabelle gelöscht oder geräumt werden. Eine Lösung zum Löschen der Übersetzungsnebentabelle besteht darin, Ungültigkeitsbits mit jeder übersetzung mitzuspeichern. Wenn eine Ungültigkeitsinstruktion erhalten wird, werden diese Bits zurückgesetzt, um anzuzeigen, daß die Übersetzung ungültig ist. Dies beansprucht jedoch viel Zeit. Jedesmal, wenn von der Speichereinrichtung eine Ungültigkeitsinstruktion empfangen wird, müssen nämlich zum Einstellen aler Ungültigkeitsbits alle Eintragungen nacheinander ausgelesen und anschließend in die Übersetzungsnebentabelle wieder zurückgeschrieben werden. Dies ist ein sehr langsames Verfahren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, in einer Adressenübersetzungseinrichtung der oben geschilderten Art die Verwendung von ungültigen Eintragungen zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung benutzt demgemäß eine Zähleinrichtung, und jedesmal, wenn eine neue Übersetzung in die Übersetzungsnebentabelle gespeichert wird, wird gleichzeitig mit der Adressenübersetzung in der betreffenden Zeile des Löschzahlspeichers der Zählerstand des Zählers gespeichert. Wenn die Übersetzungsnebentabelle eine Ungültigkeitsinstruktion erhält, wird der Zähler um einen Schritt fortgeschaltet, so daß nach dem Erhalt der Ungültigkeitsinstruktion eine neue Löschzahl mit den weiteren Übersetzungen gespeichert wird. Wenn aus der Übersetzungsnebentabelle eine Übersetzung ausgelesen wird, dann wird die gleichzeitig mit der Übersetzung gespeicherte Zahl mit dem aktuellen Zählerstand des Zählers verglichen. Wenn

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keine Übereinstimmung besteht, wird ein entsprechendes Signal erzeugt, das angibt, daß die in der Ubersetzungsnebentabelle gespeicherte Übersetzung ungültig ist. Im Falle der Übereinstimmung wird ein Übereinstimmungssignal erzeugt, und die gespeicherte übersetzung darf benutzt werden.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Ubersetzungsnebentabelle bei Empfang einer Ungültigkeitsinstruktion nur bei jedem Überlauf des Löschzählers gelöscht werden muß, entfällt das bisherige zeitraubende Auslesen der Eintragungen zum Einstellen des Ungültigkeitsbits und das Wiedereinlesen beinahe vollständig. Der hiedurch erzielte Zeitgewinn ist beträchtlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden beschrieben und wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Das Blockdiagramm zeigt den Speicher der Übersetzungsnebentabelle 46, welcher korrespondierende Paare von kürzlich übersetzten virtuellen Adressen und der zugehörigen realen Adresse enthält, so wie es in der oben genannten Patentschrift beschrieben ist. Großenteils entspricht daher die Figur der Fig. 6b der oben genannten Patentschrift. Neu ist jedoch der zusätzliche Löschzahlspeicher, das Feld 46a der Breite W, das eine Anzahl W von zusätzlichen Bits aufzunehmen vermag. Die Eingangssignale für das zusätzliche Feld 46a sind der Stand eines Löschungszählers 84, dessen Ausgang 82 mit dem Eingang des Feldes 46a verbunden ist. Wenn jetzt zum Speichern von Ubersetzungsdaten die

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Übersetzungsnebentabelle 46 von einer virtuellen Adresse angesteuert wird, welche die Zentraleinheit einer datenverarbeitenden Anlage über eine Sammelleitung 44 geliefert hat und die von einer Leitung 80 von einem Mischcodierer an den Adressendecodierer geliefert wird, dann wird gleichzeitig mit den einzugebenden Daten für die Übersetzung der Stand des Löschungszählers 84 abgelesen und in das zusätzliche Feld 46a gebracht. Auf diese Weise wird jede übersetzung in der Nebentabelle begleitet von einem W Bits breiten Feld von Zahlen aus dem Löschungszähler 84.

Der Löschungszähler wird bei einem Zählerstand Null in Gang gesetzt, und die erste in die Nebentabelle eingetragene Adressenübersetzung wird zusammen mit dem Zählerstand Null gespeichert. Nachfolgende Übersetzungen werden ebenfalls mit einem Zählerstand Null in dem zusätzlichen Feld gespeichert, bis von der datenverarbeitenden Einrichtung eine Ungültigkeitsinstruktion, d.h. ein Löschbefehl, geliefert wird. In diesem Falle schaltet ein Impulsgenerator 86 den Stand des Löschungszählers 84 um einen Schritt weiter. Jeder folgende Eintrag in die Übersetzungsnebentabelle wird dann von der Zahl Eins begleitet bis der Zählerstand beim Auftreten de nächsten Löschbefehls wiederum weitergeschaltet wird. Die Eintragungen in die Nebentabelle erfolgen weiter in gleicher Wiese, bis die Kapazität des Zählers erreicht ist und der Löschungszähler überfließt. Jeder erhaltene Löschbefehl bewirkt, daß alle nächstfolgenden Übersetzungen zusammen mit einer um Eins erhöhten Löschzahl gespeichert werden.

Wenn eine übersetzung aus der Nebentabelle 46 ausgelesen wird, dann wird gleichzeitig auch der dazugehörige Zählerstand im Feld 46a ausgelesen. Der ausgelesene Zählerstand wird in eine Vergleichsschaltung 88 eingegeben und mit dem

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aktuellen Zählerstand des Löschungszählers 84 verglichen. Wenn beide Zählerstände übereinstimmen, wird ein entsprechendes Übereinstimmungssignal an die UND-Glieder 90 geliefert zusammen mit Ausgangssignalen von Vergleicherschaltungen 52, welche die virtuelle Adresse und die Bezeichnerbits der in der Nebentabelle 46 gespeicherten übersetzung mit entsprechenden Teilen der virtuellen Adresse vergleichen, wie sie von der datenverarbeitenden Anlage geliefert wird. Wenn ein Vergleichssignal am Ausgang der Vergleicherschaltungen 52 88 vorhanden ist, wird von einem der UND-Glieder 90 ein Übereinstimmungssignal ausgegeben. Dieses Übereinstimmungs-Signal wird in die Schaltglieder 94 eingegeben und erlaubt so, daß die gespeicherte, übersetzte reale Adresse benutzt wird, um die Speichereinrichtung anzusteuern.

Wenn der aktuelle Zählerstand des Löschungszählers 84 nicht mit der aus dem Feld 46a ausgelesenen Zahl übereinstimmt, dann liefert die Vergleicherschaltung 88 kein Übereinstimmungssignal, so daß keines der UND-Glieder 90 ein Übereinstimmungssignal für die Nebentabelle erzeugt und deshalb die gespeicherte reale Adresse bei dieser angeforderten übersetzung auch nicht durch eines der Schaltglieder 94 weitergeschaltet wird, um die Speichereinrichtung der datenverarbeitenden Anlage anzusteuern.

Wenn der Löschungszähler überläuft, dann wird das den Überlauf anzeigende Ausgangssignal in einem Inverter 98 invertiert und an die UND-Glieder 90 geliefert, um die weitere Erzeugung eines Übereinstimmungssignales für die Nebentabelle zu verhindern, unabhängig davon, ob der Stand des Löschungszählers 84 mit der Zahl im Zählerstandfeld der angesteuerten Übersetzung der virtuellen Adresse in eine reale Adresse übereinstimmt oder nicht. Nach dem Erreichen

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der Kapazität des Löschungszählers 84 muß die Übersetzungsnebentabelle geräumt, d.h. völlig gelöscht werden. Dies kann auf eine bekannte Art erfolgen, z.B. durch Setzen eines Ungültigkeitsbits 100. Mit der gezeigten Einrichtung müssen in der Übersetzungsnebentabelle die Gültigkeitsbits 100 immer nur einmal gesetzt werden, wenn nämlich die Kapazität des Löschungszählers 84 erreicht ist, anstatt wie früher jedesmal, wenn ein Löschbefehl erhalten wird. Wenn z.B. das W Feld 8 Bits breit ist, bedeutet das, daß die Übersetzungsnebentabelle 46 nur einmal nach 256 erhaltenen Löschbefehlen geräumt werden muß anstatt nach jeder Löschinstruktion.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung zum übersetzen von virtuellen Adressen mit einem Segment- und Seitenteil in reale Adressen des Hauptspeichers einer Datenverarbeitungsanlage, mit mehreren aus jeweils einer Segmenttabelle und dazugehörigen Seitentabellen bestehenden Gruppen von Übersetzungstabellen im Hauptspeicher sowie mit einer von der von dem oder den Prozessoren der Anlage gelieferten virtuellen Adresse angesteuerten Übersetzungs-Nebentabelle zur Speicherung von einigen zuletzt benutzten Adressenübersetzungen, deren Gültigkeit (Aktualität) durch eine Markierung in der Übersetzungsinformation angezeigt ist, gekennzeichnet durch einen Löschungszähler (84), dessen Zählerstand bei jedem Anlaß zum Ungültigmachen der Übersetzungseintragen in der Übersetzungs-Nebentabelle (46) erhöht wird,

durch einen zusammen mit der Übersetzungs-Nebentabelle adressierten Löschzahlspeicher (46a), der bei jeder Neueintragung einer Übersetzungsinformation in die Übersetzungs-Nebentabelle dazu den jeweiligen Zählstand des Löschungszählers speichert, sowie durch einen Vergleicher (88) zum Vergleich des Zählerstandes des Löschungszählers mit der im Löschzahlspeicher zu der adressierten Übersetzungseintragung gespeicherten Löschzahl.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das vom Vergleicher (88) gelieferte Vergleichssignal zusammen mit den von den Vergleichern (52) der Übersetzungs-Nebentabelle gelieferten Vergleichssignalen (92a, 92b) UND-Tore

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ORIGINAL INSPECTED

(90a, 90b) steuert, deren Ausgangssignale (54a, 54b) Datenübertragungstore (94a, 94b) zum Auslesen der realen Adressen aus der übersetzungs-Nebentabelle steuern.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Überlaufsignal des Löschungszählers (84) über einen Inverter (98) ebenfalls die UND-Tore (90) steuert und somit das Auslesen einer realen Adresse beim überlaufen des Zählers verhindert, und daß das Überlaufsignal ferner eine Löschung der Übersetzungs-Nebentabelle einleitet.
4. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Löschungszähler (84) bei einem Wechsel in der übersetzungstabellengruppe fortgeschaltet wird.
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