JP5207374B2 - データ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、大量なデータの処理を行うデータ処理装置、特に、アクセスタイムが大きな記録装置を有するデータ処理装置に関する。

データの処理を行うデータ処理装置を実現する方法として、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）を用いる構成が一般的に使用されるが、処理に要する時間は、ＣＰＵの性能に反比例し、処理するデータの量に比例する。従って、使用できるＣＰＵの性能が十分ではない場合や、大量なデータを短時間で処理しなければならない場合には、ＣＰＵを多数搭載し、それらを同時に動作させることが必要となる。

一方、ＣＰＵを使用せずに、専用の演算装置によりデータ処理を行う方法もある。特に、大量なデータを短時間で処理する方法としては、多数の演算回路を同時に動作させる並列処理方式が最も有効ではあるが、ハードウェアの規模が大きくなるという問題がある。

そこで、ハードウェアの規模を極力小さく抑えながら、大量なデータ処理をなるべく短時間で実現する方法として、パイプライン方式（非特許文献１参照）と呼ばれる方法がある。パイプライン方式の専用演算装置を使用する場合、この専用演算装置はＣＰＵよりも小型化および高性能化が容易であるため、ハードウェアの規模としてはＣＰＵを多数搭載する場合より小さくなる。また、並列処理方式の専用演算装置を使用する場合よりもハードウェアの規模が小さくなる。ただし、パイプライン方式の専用演算装置でデータ処理を行う場合の処理に要する時間は、処理するデータの量にほぼ比例し、並列処理方式を用いた場合の所要時間より大きくなる。

なお、並列処理方式を用いた場合の所要時間は処理するデータの量にほば比例するが、並列数にほぼ反比例する。また、大量なデータ処理を行う場合、通常、大容量の記録装置を使用することになるが、記録装置は容量が大きくなるほどアクセスタイム（読み出し、もしくは、書き込みに必要となる時間）が大きくなり、このアクセスタイムの大きさにより全体の処理時間が決まってしまう場合がある。

木戸出、坂上 著、「パイプライン方式と完全並列処理方式が増えた最近の画像処理装置」、日経エレクトロニクス、１７９−２１２頁、１９８２年７月１９日。

従来技術による場合、以上に説明した様に、データ処理を行う場合の処理に要する時間が記録装置のアクセスタイムで決まってしまい、それ以上の高速化ができない場合がある等の課題がある。

本発明の目的は、アクセスタイムの大きな記録装置を用いた場合でも、より短時間でのデータ処理を可能とするデータ処理装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のデータ処理装置は、外部からの読み出し要求に応じて該外部の記録装置から読み出したデータを記録する第１の記録装置と、該第１の記録装置に記録されたデータが移動して記録され、前記外部からの出力要求に応じて該記録したデータを外部に出力する第２の記録装置と、前記第１および第２の記録装置を制御する制御装置とを有し、前記第２の記録装置は、Ｎ（Ｎ：２以上の整数）個のデータの記録が可能であり、前記第１の記録装置は、そこにデータを書き込む際のアクセスタイムが前記第２の記録装置にデータを書き込む際のアクセスタイムより小さく、前記制御装置は、前記外部からの出力要求より前に、前記第２の記録装置に記録したデータの複数のアドレス情報と該アドレスのそれぞれに格納されているデータの一部とを前記外部に出力し、前記外部から前記出力要求とともに出力すべきデータのアドレスを入力し、該入力したアドレスのデータの出力が終了したとき、該入力したアドレスを前記第２の記録装置の空き領域とすることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のデータ処理装置において、前記外部の記録装置からデータを読み出す際に使用する信号線と、前記外部にデータを出力する際に使用する信号線と、前記第１の記録装置に記録されたデータを前記第２の記録装置の空き領域に移動させる際に使用する信号線を、互い別の信号線としたことを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のデータ処理装置において、前記制御装置は、前記出力要求時に所望のデータが出力されたか否かの出力結果判定を示す信号を前記外部から入力し、該出力結果判定に基づいて前記第２の記録装置の空き領域を更新するか否かを判断し、前記出力結果判定を示す信号が、所望のデータが出力されていたことを示している場合は、出力したデータの読み出しに使用したアドレス情報を空き領域に追加し、所望のデータが出力されていなかったことを示している場合は、空き領域の追加を行わないことを特徴とする。

本発明のデータ処理装置によれば、このデータ処理装置の前段等に設置された外部の記録装置のデータを読み出して記録する際に、データを後段に出力する第２の記録装置よりもアクセスタイムの短い第１の記録装置に一時的に記録し、この第１の記録装置に記録したデータを当該第２の記録装置に移してから出力するので、前段に設置された外部の記録装置の読み出しを高速化することができ、外部の装置の演算の待ち時間を短縮することができ、その結果、データ処理に要する時間の短縮が可能となる利点がある。

＜第１の実施例＞
図１Ａは、本発明の第１の実施例のデータ処理装置の構成を示すブロック図である。このデータ処理装置は、外部の装置（図示せず）からの読み出し要求に応じてこのデータ処理装置の前段等に設置された外部の記録装置４０から読み出したデータを記録する第１の記録装置１０と、第１の記録装置１０に記録されたデータが空き領域に移動して記録され、外部の装置からの出力要求に応じて該記録したデータを外部に出力する第２の記録装置２０と、第１および第２の記録装置１０，２０、並びに外部の記録装置４０を制御する制御装置３０Ａとを有する。

第１の記録装置１０にデータを書き込む際のアクセスタイムは、第２の記録装置２０にデータを書き込む際のアクセスタイムよりも小さい。第２の記録装置２０は、Ｎ（Ｎ：２以上の整数）個のデータを記録することが可能であり、制御装置３０Ａの出力に従って、データの書き込み／読み出しを行う。Ｎは、第２の記録装置２０のアドレス数に相当するものと位置付けることが可能であるが、完全に等価ではない。第２の記録装置２０の空き領域と空き領域以外を区分できる構成であることが必要条件であり、アドレス以外で区分できる場合はそのような構成でも良い。

制御装置３０Ａは、外部の装置からの読み出し要求に従って外部の記録装置４０からデータを読み出して第１の記録装置１０にそのデータを書き込む手段と、第１の記録装置１０に記録されたデータを第２の記録装置２０の空き領域に移動させる手段と、外部の装置からの出力要求に従って第２の記録装置２０に記録されたデータを出力する手段と、読み出し要求に基づく進捗状況（終了通知等）を出力する手段と、出力要求時に所望のデータが出力されたか否かを示す出力結果判定の信号が入力されると、その結果に基づいて、第２の記録装置２０の空き領域の情報の更新の是非（空き領域を追加するか否か）を判断する手段を有する。

また、外部の記録装置４０からデータを読み出す際に使用する信号線（バス）と、データ出力を行う際に使用する信号線（バス）は異なる信号線であり、さらに、第１の記録装置１０に記録されたデータを第２の記録装置２０の空き領域に移動させる際に使用する信号線（バス）も、上記２系統の信号線のいずれとも異なる信号線からなる。

制御装置３０Ａは、下記のように動作する。外部の装置からの読み出し要求に応じて、外部の記録装置４０からデータを読み出して、そのデータを第１の記録装置１０に書き込む。１回の読み出し要求の入力に対して、複数回のデータ読み出しと複数回の書き込みを行う場合もある。

一般的に、外部の記録装置４０の読み出し時には、制御装置３０Ａからアドレス情報とそのアドレス情報が有効か否かを示す情報（Read Enable）を出力し、外部の記録装置４０から、指定したアドレスのデータを出力させることにより、読み出しを行う。ただし、これらの情報の出力は必ず必要というわけではなく、例えば外部の記録装置４０が一般的にＦＩＦＯ（First In First Out）と呼ばれているものであれば、アドレス情報の出力は必要なく、また、外部の記録装置４０の仕様によっては、アドレス情報が有効か否かを示す情報（Read Enable）を出力しなくても良い場合もある（具体例は図２Ａ，２Ｂで後述する）。

第１の記録装置１０へのデータの書き込みは、一般的に、制御装置３０Ａからアドレス情報とそのアドレスが有効か否かを示す情報（Write Enable）を出力することにより行う。ただし、これらの情報の出力は必ず必要というわけではなく、例えば第１の記録装置１０がＦＩＦＯと呼ばれているものであれば、アドレス情報の出力は必要なく、また、第１の記録装置１０の仕様によってはWrite Enableを出力しなくても良い場合もある。

なお、第１の記録装置１０への書き込み時にアドレス情報を出力する場合、その出力は外部の記録装置４０からのデータの読み出しに使用するアドレス情報とは異なる信号線で出力する。また、第１の記録装置１０への書き込みが可能か否かの判断は、制御装置３０Ａ自体が行う（具体例は後述する）。また、制御装置３０Ａは外部の記録装置４０からデータを読み出すときは、前記した読み出し要求に基づく進捗状況（終了通知等）を出力する（具体例は図２Ａ，２Ｂで後述する）。

その後、制御装置３０Ａは第１の記録装置１０に書き込まれたデータを読み出して、第２の記録装置２０の空き領域に書き込む。この空き領域は、第２の記録装置２０が初期化されてから一度もデータを書き込まれていないアドレス領域と、データが書き込まれたアドレス領域のうち、書き換え（Over Write）が可能となったアドレス領域である。

第１の記録装置１０からのデータの読み出しは、外部の記録装置４０からの読み出しと同様に実現できるが、アドレス情報とそのアドレス情報が有効か否かを示す情報（Read Enable）等は、それぞれ異なる信号線で出力する。また、この読み出し時にアドレス情報を出力する場合、第１の記録装置１０への書き込みに使用するアドレス情報とは異なる信号線で出力する。

第２の記録装置２０へのデータの書き込みは、第１の記録装置１０への書き込みと同様に実現できるが、両書き込み時のアドレス情報とそのアドレスが有効か否かを示すWrite Enable等は、それぞれ異なる信号線で出力する。また、この書き込み時にアドレス情報を出力する場合、外部の記録装置４０からの読み出しに使用するアドレス情報、および、第１の記録装置１０からの読み出しに使用するアドレス情報とは異なる信号線で出力する。空き領域の管理、更新等は制御装置３０Ａ自体が行う（具体例は図７で後述する）。

一方、制御装置３０Ａは、外部の装置からの出力要求に応じて、第２の記録装置２０からデータを読み出して、そのデータを当該外部に対して出力する。この実施例においては、制御装置３０Ａは第２の記録装置２０の空き領域以外のアドレス領域の任意のデータを出力する（一回の出力要求に対して複数のデータを同時に出力する場合もある）。

その後、制御装置３０Ａには、外部の装置より所望のデータが出力されたか否かを示す出力結果判定の信号が入力され、その信号が所望のデータが出力されたことを示している場合は、その直前に出力したデータが記録されていたアドレス領域を空き領域に加える。所望のデータが出力されたことを示していない場合は空き領域を更新しない（具体例は図４Ａ，４Ｂで後述する）。

なお、１回の出力要求に対して複数のデータを同時に出力する場合、複数のデータのそれぞれに対して、外部の装置より所望のデータが出力されたか否かを示す出力結果判定の信号が入力されることにより、所望のデータが出力されたことを指示されたデータが記録されていたアドレス領域を空き領域に加える。所望のデータが出力されたか否かを示す出力結果判定の信号がまったく入力されなかった場合は空き領域を更新しない（具体例は図５で後述する）。

本発明のデータ処理装置は、すべて外部の装置の指示の通りに動作する受動デバイスであることを前提としている。また、第２の記録装置２０からのデータの出力順が予め決まっていない場合にも動作できることが目的の一つである。データの出力順が決まっていない場合、出力は任意のデータを出力するしかなく、その場合にその出力したデータを再出力のために保持し続ける必要があるか否かを外部の装置に判断してもらい、その結果を所望のデータが出力されたか否かを示す出力結果判定の信号として入力してもらうことにより空き領域への追加（＝出力したデータの削除と同義）を行うか否かを判断するものである。外部の装置がどのように所望のデータか否かを判断するかは、このデータ処理装置の構成には関係しない。あくまで例であるが、例えば、出力されたデータの一部が特定の値になつているか否かで外部の装置が所望のデータか否かを判断するようなデータ処理は有り得る。

図１Ｂは図１Ａで説明した制御装置３０Ａの内部構成を詳細に表したデータ処理装置の構成例を示す。制御装置３０Ａは、第１の制御装置３１、第２の制御装置３２、第３の制御装置３３Ａ、第４の制御装置３４、および第３の記録装置３５を備える。

第１の制御装置３１は、外部の装置からの読み出し要求に従って、外部の記録装置４０からデータを読み出して、第１の記録装置１０にそのデータを書き込む手段と、読み出し要求に基づく進捗状況（終了通知等）を出力する手段を有する。

第２の制御装置３２は、第３の記録装置３５から空き領域アドレスを取得する手段と、第１の記録装置１０に記録されたデータを第２の記録装置２０の空き領域アドレスに移動させる手段と、第３の記録装置３５の空き領域アドレスを削除する手段を有する。

第３の制御装置３３Ａは、外部の装置からの出力要求に従って第３の記録装置３５から空き領域以外のアドレスを取得する手段と、そのアドレスに従って第２の記録装置２０に記録されたデータを出力する手段と、出力要求に対して所望のデータが出力されたか否かを示す出力結果判定の信号が入力されると、その信号に基づいて、第３の記録装置３５の空き領域アドレスを追加するか否かを判断し、所望のデータが出力されたことが示された場合に空き領域アドレスを追加する手段を有する。第４の制御装置３４は、第１〜第３の制御装置３１〜３３を制御するものである。

図２Ａは外部からの読み出し要求による外部の記録装置４０からのデータ読み出しと第１の記録装置１０へのそのデータ書き込みの動作例を示すタイミングチャート（その１）、図２Ｂはこのときの制御装置３０Ａ内の第１の制御装置３１の動作のフローチャートの例である。この例は１回の読み出し要求でＭ＋１回の読み出し（および書き込み）を行う場合である。このＭの値は、予め決めておくか、もしくは読み出し要求と同時に外部の装置からその情報を入力することにより、決定することができる。

さて、制御装置３０Ａに外部から読み出し要求が入力（＝１）されると、制御装置３０Ａの第１の制御装置３１は、上記のＭ値の情報と、外部の装置から入力される外部の記録装置４０のアドレス情報の出力に基づいて、外部の記録装置４０に対して、Read Enable＝１とアドレス情報を出力することにより、読み出しを行う。

読み出し開始後、規定の時間が経過すると、指定したアドレスのデータが外部の記録装置４０から出力されるので、そのデータを第１の記録装置１０に対して出力するとともに、Write Enable＝１とアドレス情報を第１の記録装置１０に対して出力することにより、書き込むを行う。Write Enable＝０とした後、次のアドレスの読み出しと書き込みを行う。この読み出しと書き込み時は、Read Enable＝１のときはWrite Enable＝０、Read Enable＝０のときはWrite Enable＝１である。

Ｍ＋１回目の書き込みが終了（Write Enable＝０）した後、外部に対して読み出し要求に基づく進捗状況としての読み出し完了通知＝１を一時的に出力し、読み出し要求に対する処理を終了する。

この一連の処理に要する時間は、図２Ａ中に示すように、
ｔ０＋（ｔ１×Ｍ）＋ｔ２
である。ただし、
ｔ０：「読み出し要求＝１の入力から最初のRead Enabel＝１を出力するまでの時間」
＋「Read Enabel＝１の出力からWrite Enable＝１を出力するまでの待ち時間」
ｔ１：「Write Enable＝１に必要な時間（アクセスタイム）」
＋「次のRead Enabel＝１の出力から次のWrite Enable＝１を出力するまでの待ち
時間」
ｔ２：「Write Enable＝１に必要な時間（アクセスタイム）」
＋「読み出し完了通知＝１の時間」
となる。

ここで、読み出し要求が入力（＝１）された時点で、第１の記録装置１０が書き込み可能な状態になつているか否かにより、ｔ０の時間が変わってくることになるが、その件については、後述する。

また、ｔ０およびｔ１のRead Enabel＝１の出力からWrite Enable＝１を出力するまでの待ち時間については、外部の記録装置４０の仕様により決まり、ｔ１およびｔ２のWrite Enable＝１に必要な時間（アクセスタイム）については第１の記録装置１０の仕様に依存する。

図３Ａは外部からの読み出し要求による外部の記録装置４０からのデータ読み出しと第１の記録装置１０へのデータ書き込みの別の動作例を示すタイミングチャート（その２）、図３Ｂはこのときの制御装置３０Ａの第１の制御装置３１の動作のフローチャートの例である。この例も１回の読み出し要求でＭ＋１回の読み出し（および書き込み）を行う場合であるが、外部の記録装置４０へのアドレス情報の出力と、第１の記録装置１０へのアドレス情報の出力が不要なケースである。また、読み出し要求および読み出し要求に基づく進捗状況としての読み出し完了通知の仕様も異なっているケースである。

このケースは、外部の記録装置４０がＦＩＦＯの場合であり、その具体的な動作の一例として、その出力開始のタイミングが、「読み出し要求が入力される前に外部の記録装置４０がすでに最初のデータの出力を開始」するような場合を想定している場合の説明をしている。出力開始のタイミングが読み出し要求の入力の前だろうが、後だろうが、出力されるデータの内容は変らない（タイミングが変るだけ）。本データ処理装置の出力が所望のデータとなり得る理由については前述した（段落００２５）の通りである。

さて、外部から読み出し要求が入力（＝１）されると、制御装置３０Ａの第１の制御装置３１は外部の記録装置４０が出力しているデータを第１の記録装置１０に対して出力するとともに、Write Enable＝１を出力して書き込みを行う。そして、Write Enable＝０とした後、１回分のデータ読み出しが終了したことを通知するための信号である読み出し要求に基づく進捗状況としての読み出し完了通知＝１を出力する。

この出力を受信した外部の装置が、Ｍ＋１回分の読み出しが終了したか否かを判断し、終了している場合は、読み出し要求＝０とすることにより読み出し要求の処理を終了させる。一方、終了していない場合は、読み出し要求＝０とせずに、外部の記録装置４０から次のデータを出力させる。

読み出し完了通知の出力後、予め定められた一定時間を経過した時に、制御装置３０Ａの第１の制御装置３１は読み出し要求＝０とされているか否かを確認し、０であれば読み出し処理を終了させる。一方、０でない場合は、外部の記録装置４０が出力しているデータを（次のデータとして）読み込み、同様に第１の記録装置１０に書き込んだ後、読み出し完了通知＝１を出力する。

なお、この例では、書き込み時に第１の記録装置１０に対してアドレス情報の出力をしていないが、例えば、第１の記録装置１０としてＦＩＦＯを使用すればこのような動作が可能である。

この一連の処理に要する時間は、図中に示すように、
ｔｏ＋（ｔ１×Ｍ）＋ｔ２
である。ただし、
ｔ０：「読み出し要求＝１から最初のWrite Enable＝１を出力するまでの時間」
ｔ１：「Write Enable＝１に必要な時間（アクセスタイム）」
＋「読み出し完了通知＝１からWrite Enable＝１を出力するまでの待ち時間」
ｔ２：「Write Enable＝１に必要な時間（アクセスタイム）」
＋「読み出し完了通知＝１から読み出し要求＝０までの時間」となる。

なお、ｔ２はｔ１より小さい値（すなわち短時間）である必要がある。また、読み出し要求が入力された時点で、第１の記録装置１０が書き込み可能な状態になっているか否かにより、ｔ０の時間が変わってくることになるが、その件については、後述する。

ｔ１の読み出し完了通知＝１からWrite Enable＝１までの待ち時間については、外部の記録装置４０の仕様により決まり、ｔ１およびｔ２のWrite Enable＝１に必要な時間（アクセスタイム）については第１の記録装置１０の仕様に依存する。

図４Ａは出力要求による第２の記録装置２０等からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の動作例を示すタイミングチャート（その１）、図４Ｂはこのときの制御装置３０Ａの第３の制御装置３３Ａの動作のフローチャートの例である。この例は１回の出力要求で１個（１セット）のデータの読み出しと出力を行う場合である。

外部から出力要求が入力（＝１）されると、制御装置３０Ａの第３の制御装置３３Ａは、空き領域以外のアドレス情報に基づいて、第２の記録装置２０等に対して、Read Enabe＝１とアドレス情報を出力することにより、読み出しを行う。

読み出し開始後、規定の時間が経過すると、指定したアドレスのデータが第２の記録装置２０から出力されるので、その値を取り込んで外部に対して出力した後、Read Enabel＝０とする。

出力要求を出力した外部の装置は、出力要求＝１の出力後、予め定められた規定の時間が経過した時点で出力されているデータを読み取り、所望のデータが出力されたか否か判断し、その結果を出力結果判定として出力する。

所望のデータが出力されたか否かの判断の方法は、外部の装置の仕様により決定するものであり、本データ処理装置の構成には関係しない。あくまで例であるが、例えば、出力されたデータの一部が特定の値になっているか否かで外部の装置が所望のデータか否かを判断するようなデータ処理は有り得る。

制御装置３０Ａの第３の制御装置３３Ａは、Read Enabel＝０とした後、外部の装置からの出力結果判定を受信した時点で、その結果が所望のデータが出力されていたことを示している場合（図４Ａ中のＯＫの場合）は、直後に出力したデータの読み出しに使用したアドレス情報を空き領域に追加し、外部の装置からの出力結果判定が所望のデータが出力されていなかったことを示している場合（図４Ａ中のＮＧの場合）は、空き領域の追加を行わない。

なお、空き領域の削除は、第２の記録装置２０への書き込み時に行う。つまり、第２の記録装置２０への書き込みを行う際、空き領域に登録されているアドレスに対して書き込みを行い、そのアドレス情報を空き領域から削除する。従って、空き領域に登録されているアドレスがなくなった場合、第２の記録装置２０への書き込みはできないことになる。

逆に第２の記録装置２０の全アドレスが空き領域に登録されている状態では読み出しができないので、そのような状態であるか否かを外部に対して出力する手段を別途設けることにより、外部の装置の誤動作等を防止することができる。

図５は外部からの出力要求による第２の記録装置２０等からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の動作例を示すタイミングチャート（その２）である。この例は第２の記録装置２０がＮ個（もしくはＮセット）（Ｎ：２以上の整数）のデータの読み出しを１回の読み出しで同時に行うことが可能な構成となっており、Ｎ個（もしくはＮセット）のデータの読み出しと出力を、それぞれ同時に行う場合である。

さて、出力要求が入力（＝１）されると、制御装置３０Ａの第３の制御装置３３Ａは、空き領域以外のアドレス情報に基づいて、第２の記録装置２０等に対して、Read Enabel＝１とＮ個のアドレス情報を出力することにより、読み出しを行う。

読み出し開始後、規定の時間が経過すると、第２の記録装置２０から指定したＮ個のアドレスのデータが（合計Ｎ個）出力されるので、その値を取り込んで外部に対して出力（合計Ｎ個）した後、Read Enabel＝０とする。

出力要求を出力した外部の装置は、出力要求＝０の後、予め定められた規定の時間が経過した時点で出力されているＮ個のデータを読み取り、所望のデータが出力されたか否か判断し、その結果としての出力結果判定を各出力データ毎に（合計Ｎ個）出力する。

制御装置３０Ａの第３の制御装置３３Ａは、Read Enabel＝０とした後、外部の装置からのＮ個の出力結果判定を受信した時点で、所望のデータが出力されていたことを示している信号が入力された場合（図５中のＯＫ有りの場合）には、該当の出力データの読み出しに使用したアドレス情報を空き領域に（最大でＮ個）追加し、所望のデータが出力されていたことを示している信号が一つも入力されなかった場合（図５中の全てＮＧの場合）は、空き領域の追加を行わない。

なお、空き領域の削除は、図４Ａ，４Ｂのケースと同様に第２の記録装置２０への書き込み時に行う。つまり、第２の記録装置２０への書き込みを行う際、空き領域に登録されているアドレスに対して書き込みを行い、そのアドレスの情報を空き領域から削除する。従って、空き領域に登録されているアドレスがなくなった場合、第２の記録装置２０への書き込みはできないことになる。

逆に第２の記録装置２０の全アドレスが空き領域に登録されている状態では読み出しができないので、そのような状態であるか否かを外部に対して出力する手投を別途設けることにより、外部の装置の誤動作等を防止することができる。

また、空き領域以外に登録されているアドレスが１個以上Ｎ個未満の時に出力要求が入力された場合には、Ｎ個のデータを読み出すことはできない（Ｎ個未満のデータしか読み出せない）。そのようなケースで外部の装置の誤動作等を防止するためには、Ｎ個のデータ出力の中に無効な出力が存在するか否か、存在する場合にはどのデータが無効かを外部に対して出力する手段を別途設ければ良い。

図６Ａはデータ処理装置全体の動作例を示すタイミングチャート、図６Ｂはこのときの制御装置３０Ａの第４の制御装置３４の動作のフローチャートの例、図６Ｃはこのときの制御装置３０Ａの第２の制御装置３２の動作のフローチャートの例である。この例は図３Ａ，３Ｂと同様に１回の読み出し要求でＭ＋１回の読み出し（および書き込み）を行い、図４Ａ，４Ｂと同様に１回の出力要求で１個（１セット）のデータの読み出しと出力を行い、かつ、第１の記録装置１０がＦＩＦＯの場合の例である。

図６Ｂにおいて、第４の制御装置３４は、第１の制御装置３１から第１の記録装置１０に対して出力するWrite Enable＝１の数をカウントするカウンタ１と、第２の制御装置３２から第２の記録装置２０に対して出力するWrite Enable＝１の数をカウントするカウンタ２とを備える。そして、読み出し要求が入力（＝１）されると、カウンタ１で第１の制御装置３１のWrite Enable＝１の数のカウントを開始し、そのカウント値が１以上で、且つカウンタ２のカウント値より大きいときに、第２の制御回路３２に第１の記録装置１０からのデータの読み出しと第２の記録装置２０へのそのデータの書き込みの動作開始を指示する。そして、カウンタ２で第２の制御装置３２のWrite Enable＝１の数のカウントが開始され、読み出し要求＝０となり、カウント値がカウンタ１＝カウンタ２となったとき、第２の制御装置３２に動作停止を指示するとともに、カウンタ１，カウンタ２をクリアする。

図６Ｃにおいて、第２の制御装置３２は、第４の制御装置３４からの動作開始指示＝１となると、第１の記録装置１０に対してRead Enable＝１を出力してそこからデータを読み出し、規定の待ち時間の後、第１の記録装置１０に対してRead Enable＝０とし、第２の記録装置２０に対して任意の空きアドレス情報を出力するとともにWrite Enable＝１を出力し、第１の記録装置１０の出力データを第２の記録装置２０に出力する。第２の記録装置２０のアクセスタイムの経過後、Write Enable＝０とし、規定の待ち時間の後、第４の制御装置３４からの動作停止指示＝１なら待ち状態にもどり、動作停止指示＝０なら再度第１の記録装置１０の出力データを第２の記録装置２０に出力して書き込む動作を繰り返す。

さて、図６Ａにおいて、外部の装置からの最初の読み出し要求が入力（＝１）された時点で、第１の記録装置１０、第２の記録装置２０ともに初期状態（すなわち何もデータが記録されていない状態）であると仮定すると、制御装置３０Ａはただちに外部の記録装置４０の出力データを第１に記録装置１０に対して出力して、第１の記録装置１０への書き込みを開始する。

その後、外部の記録装置４０へのRead Enabel＝１の出力と第１の記録装置１０への書き込みを繰り返しながら、第２の記録装置２０の空き領域の確認、第１の記録装置１０からのデータの読み出し、第２の記録装置２０の空き領域への書き込みを、並行して実施する。

なお、初期状態では第２の記録装置２０のすべてのアドレスが空き領域に登録されているが、第２の記録装置２０への書き込みを行う毎に、その書き込みに使用したアドレスの情報を空き領域から削除する。従って、その結果、図６Ａ中のＡ１からＡ（Ｍ＋１）までのアドレスはすべて異なるアドレスとなる。なお、この図６Ａでは第１の記録装置１０へのデータ書き込みのサイクル（周期）と第２の記録装置２０へのデータ書き込みのサイクル（周期）が同じ時間となっているが、第２の記録装置２０へのデータ書き込みのサイクルが第１の記録装置１０へのデータ書き込みのサイクルより大きくても良い。ただし、第１の記録装置１０からのデータ読み出しのサイクルは、第２の記録装置２０へのデータ書き込みのサイクルと同じ値となる。図６Ａの例ではＭ＋１回目の第１の記録装置１０への書き込みを行った時に、初めて外部の装置から出力要求が入力された場合を示している。

出力要求が入力（＝１）されると、空き領域以外として登録されているアドレス情報を第２の記録装置２０に対して出力して、データの読み出しとそのデータの外部の装置への出力を行う。この例では、最初の出力要求の時点における読み出し用のアドレスＡ（ｊ）はＡ１〜Ａ（Ｍ−１）の中のどれかとなる。

外部の装置に対してデータを出力した後、外部の装置から出力結果判定の信号が入力され、所望のデータが出力されたことが示された場合には、直前の読み出しに使用したアドレスを空き領域に追加する。外部の装置からの出力結果判定の信号が、所望のデータが出力されなかったことが示された場合には空き領域の追加は行わない。

なお、出力結果判定による空き領域へのアドレスの追加と第２の記録装置２０への書き込みによる空き領域からの（追加するアドレスとは異なるアドレスの）アドレスの削除が同時に発生する可能性もある。このように空き領域を管理する方法としては、例えば、第２の記録装置２０の全アドレスに対応する第３の記録装置３５（レジスタ等）を別途用意して、以下のように動作させれば良い。

第３の記録装置３５は、初期状態ではすべてのアドレスが空き領域であることを出力し、第２の記録装置２０への書き込みを行った時に指定されたアドレスに対応する第３の記録装置３５のみが空き領域ではないことを出力するように状態遷移し、出力結果判定により指定されたアドレスに対応する第３の記録装置３５のみが空き領域ではない状態から空き領域であることを出力するように状態遷移すれば良い（図７の状態遷移図参照）。

図６Ａの例では、第２の記録装置２０からすべてのデータを出力する前に、外部の装置からの２回目の読み出し要求が入力されるケースを示している。

２回目の読み出し要求に対する第２の記録装置２０への書き込みに使用するアドレスは、その時点で空き領域に登録されているアドレスであり、図６Ａ中のＡ（ｋ）は、図６Ａ中のＡ１〜Ａ（Ｍ＋１）と異なるアドレスか、もしくはＡ１〜Ａ（Ｍ＋１）の中で出力結果判定により空き領域に追加されたアドレスとなる。

なお、もし、読み出し要求が入力された時点で、空き領域に登録されているアドレスがなかった場合は、第２の記録装置２０への書き込みはできない場合がある。しかし、その場合でも、第１の記録装置１０への書き込みは可能な場合がある。

第１の記録装置１０への書き込みが不可能となるのは、文字通り、書き込みが不可能となった時であるが、具体的には、第１の記録装置１０がＦＩＦＯの場合は、ＦＩＦＯがフル（Full)になった場合だけである。第１の記録装置１０がＦＩＦＯ以外の通常のメモリの場合は、制御装置３０Ａの仕様により異なる。第１の記録装置１０への書き込みが不可能な状態とならないようにするためには、第１の記録装置１０の容量が十分に大きければ良いということになるが、容量が大きくなるとアクセスタイムが大きくなる、もしくは、消費電力が大きくなる、等の問題が生じる。従って、第１の記録装置１０の容量は小さい方が望ましい。

一方、第２の記録装置２０の容量については、外部の装置からの出力要求の仕様によっては、非常に大きな容量が必要となる場合がある。第２の記録装置２０の容量が大きくなると第２の記録装置２０へのアクセスタイムが大きくなるが、第１の記録装置１０への書き込みが不可能な状態にならない限り、第１の記録装置１０への書き込みを阻害する要因にはならない。

第２の記録装置２０への書き込み時のアクセスタイムが大きくなると、第１の記録装置１０からのデータ読み出しのサイクルが大きくなるが、例えば、外部の装置からの読み出し要求の仕様が以下の条件の場合には下記のような装置構成にすることにより、第１の記録装置１０への書き込みが阻害されないようにすることができる。

＜外部の装置からの読み出し要求の仕様（例）＞
１回の読み出し要求でＭ＋１回の読み出しを行う。
１回の読み出し要求の最大許容時間はＴ_wait秒である（Ｍ＋１回の読み出しをＴ_wait秒以下の時間で終了させる必要があるということ）。
読み出し終了後、次の読み出し要求までの最小間隔はＴ_calc秒である。

＜上記の仕様に対応した装置の構成（例）＞
(1)第１の記録装置１０がＭ＋１個以上のデータの書き込みが可能であること（メモリの場合はＭ＋１以上のアドレス領域を持っているということ）。
(2)[ｔ０＋ｔ１×（Ｍ＋１）＋ｔ２]＜Ｔ_waitであること（第１の記録装置１０への書き込み時のサイクル時間等がこの条件を満たすこと）。
(3)第２の記録装置２０への書き込み時のサイクル時間（および、第１の記録装置１０からの読み出し時のサイクル時間）が（Ｔ_wait＋Ｔ_calc−ｔ０−ｔ２）／（Ｍ＋１）より小さいこと。

つまり、この例では、次の読み出し要求までにＴ_calc分の時間的な余裕があるので、その期間内に第２の記録装置２０への書き込みが終了できれば良いということである。

ここで、従来技術との比較として、第１の記録装置１０を用いず、第２の記録装置２０に直接書き込む構成（従来構成）との比較を行う。

第２の記録装置２０としてメモリを用いる場合、アクセスタイムや書き込み時のサイクルタイムはメモリの容量（アドレス領域の大きさ）に依存し、メモリ容量が大きくなるほどアクセスタイムやサイクルタイムも大きくなる。第２の記録装置２０に必要なメモリ容量は装置の仕様により決定され、その容量は第１の記録装置１０を用いない従来構成でも同じである。従って、従来構成におけるメモリヘの書き込み時のサイクルタイムは、本実施例の第２の記録装置２０への書き込み時のサイクルタイムと同じ値（Ｔ_cyc）となる。

従来構成では、第１の記録装置１０を用いず、直接上記のメモリ（第２の記録装置２０）に書き込みを行うため、Ｔ_cycがＴ_wait／（Ｍ＋１）より小さくなければならない。一方、本実施例では、Ｔ_cycが（Ｔ_wait＋Ｔ_calc−ｔ０−ｔ２）／（Ｍ＋１）より小さいことが正常動作の条件である。逆に言えば、Ｔ_cycのメモりを使用した場合に対応可能なＭ＋１の値は、第１の記録装置１０を用いない従来構成の場合、Ｔ_wait／Ｔ_cyc未満の値であり、本実施例では、（Ｔ_wait＋Ｔ_calc−ｔ０−ｔ２）／Ｔ_cyc未満の値となる。通常（Ｔ_calcが非常に小さい場合を除けば）、（Ｔ_calc−ｔ０−ｔ２）＞０となるので、従来構成より本実施例の方がより大きなＭ＋１に対応できるということである。

次に、読み出し要求に対する処理時間の比較を行う。第１の記録装置１０を用いない従来構成の場合、Ｍ＋１回の書き込みにＴ_cyc×（Ｍ＋１）の時間が必要である。一方、本実施例では、ｔ０＋ｔ１×（Ｍ＋１）＋ｔ２で第１の記録装置１０への書き込みまで終了する。従って、ｔ１がＴ_cycより小さければ、従来構成より早く読み出し処理を終了させることができる。第１の記録装置１０に必要な容量は第２の記録装置２０の容量より小さくすることができるので、第１の記録装置１０への書き込み時のサイクルタイム（ｔ１）を第２の記録装置２０への書き込み時のサイクルタイム（Ｔ_cyc）より小さくすることは容易である。つまり、第１の記録装置１０として、書き込み時のサイクルタイム（および、アクセスタイム等）が第２の記録装置２０より小さいものを使用することによって、第１の記録装置１０を用いない従来構成より、より早く読み出し処理を終了させることができる。

このように、読み出し処理に要する時間を短縮すると、読み出し要求を出力する前段の外部の装置の待ち時間を短縮することになり、その結果、システム全体の性能向上や処理時間の短縮等が実現可能となる。

なお、第１の記録装置１０としてＲＡＭを使用する場合、以下のような構成とすることにより、簡単な構成で第１の記録装置１０に対する書き込み／読み出しを行うことができる。

＜第１の記録装置１０の構成例＞
読み出し要求に対して第１の記録装置１０への書き込みを行う際、最初のアドレスを予め決めておき、２回目以降の書き込みはその次のアドレスに書くようにする。最初のアドレスヘの書き込みが終了した時点で、第１の記録装置１０からの読み出しが可能となるので、すみやかに第１の記録装置１０からの読み出しと第２の記録装置２０への書き込みを開始する。その際の読み出しの最初のアドレスは、予め決められているアドレス（上記の第１の記録装置１０への書き込み時の最初のアドレス）とし、２回目以後の読み出しはその次のアドレスから読み出す。

また、読み出し要求に応じて読み出しを行う外部の記録装置４０が複数のデータを同時に出力可能な構成となっている場合、第１の記録装置１０において複数のデータを同時に書き込めるようにすることも可能であり、複数のデータを連続的に第１の記録装置１０に書き込むようにすることも可能である。

＜第２の実施例＞
図８Ａは、本発明の第２の実施例のデータ処理装置の構成を示すブロック図である。 このデータ処理装置は、外部の装置（図示せず）からの読み出し要求に応じてこのデータ処理装置の前段等に設置された外部の記録装置４０から読み出したデータを記録する第１の記録装置１０と、第１の記録装置１０に記録されたデータが空き領域に移動して記録され、外部の装置からの出力要求に応じて該記録したデータを外部に出力する第２の記録装置２０と、第１および第２の記録装置１０，２０、並びに外部の記録装置４０を制御する制御装置３０Ｂとを有する。

第２の実施例のデータ処理装置が第１の実施例のデータ処理装置と異なる点は、制御装置３０Ｂが、外部からの出力要求時に入力されたアドレス指定が第２の記録装置２０の空き領域以外であった場合に、当該アドレス指定のアドレス情報を第２の記録装置２０の空き領域に追加すること、および第２の記録装置２０においてデータが記録されているアドレス情報（１つ、若しくは複数）を出力することである。

図８Ｂは図８Ａで説明した制御装置３０Ｂの内部構成を詳細に表したデータ処理装置の構成例を示す。制御装置３０Ｂは、第１の制御装置３１、第２の制御装置３２、第３の制御装置３３Ｂ、第４の制御装置３４、および第３の記録装置３５を備える。ここでは、第３の制御装置３３Ｂが図１Ｂの第３の制御装置３３Ａと異なる。すなわち、第３の制御装置３３Ｂは、外部の装置からの出力要求とアドレス指定に従って第３の記録装置３５から空き領域以外のアドレスを取得する手段と、取得した空き領域以外のアドレスをアドレス情報として出力する手段と、出力要求とアドレス指定が入力されて、入力されたアドレスが空き領域以外のアドレスであった場合に、そのアドレスに従って第２の記録装置２０に記録されたデータを出力するとともに、そのアドレスを空き領域に追加する手段を有する。

図９Ａは出力要求による第２の記録装置２０等からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の動作例を示すタイミングチャート（その３）、図９Ｂはこのときの制御装置３０Ａの第３の制御装置３３Ｂの動作のフローチャートの例である。この例は１回の出力要求で１個（１セット）のデータの読み出しと出力を行う場合である。

制御装置３０Ｂの第２の制御装置３２は、第１の記録装置１０からの読み出しを行う際に、第３の記録装置３５で第２の記録装置２０の空き領域のアドレスを検索してそのアドレスに対して書き込みを行う。その時点でそのアドレスの情報を空き領域の情報から削除する。また、外部に対して空き領域以外のアドレス情報（１つ、もしくは、複数）をアドレス情報として出力する。なお、空き領域以外のアドレス情報が無い時には、アドレス情報として予め定められた特定の値を出力することにより（もしくは、別の出力により）、空き領域以外のアドレス情報が無いことを外部の装置に通知する。

さて、出力要求を行う外部の装置から出力要求＝１とともにアドレス指定が入力されると、制御装置３０Ｂの第３の制御装置３３Ｂは、入力されたアドレスが空き領域以外のアドレスであることを確認した場合、入力されたアドレス指定に基づいて、第２の記録装置２０に対して、Read Enable＝１とアドレス情報を出力することにより読み出しを行う。

読み出し開始後、規定の時間が経過すると、指定したアドレスのデータが第２の記録装置２０から出力されるので、その値を取り込んで外部に対して出力した後、Read Enable＝０とする。その時点で、読み出しを行ったアドレス情報を空き領域の情報に追加する。

入力されたアドレスが空き領域のアドレス情報に含まれている場合は、データ出力として予め定められた特定のデータを出力することにより（もしくは、別の出力により）、入力されたアドレスが無効であることを外部の装置に通知する。この際、空き領域の情報の追加は行わない。

なお、第２の記録装置２０が同時に複数のデータを出力できる構成の場合は、外部へのアドレス情報出力を複数個とする。出力要求とともに外部の装置からアドレス指定を複数個入力すると、当該のアドレス指定のうち、空き領域以外のアドレスに対するデータをデータ出力として出力し、空き領域のアドレス入力に対応する出力として、入力されたアドレスが無効であることを示す特定のデータを出力する（もしくは別出力で各アドレス入力が無効か否かを出力する）とともに、アドレス指定の中で空き領域以外のアドレス情報を空き領域の情報に追加する。

この実施例の構成は、第１の実施例と同様の効果がある。なお、空き領域以外のアドレス情報の数が、同時に出力するアドレス情報の数より小さい時には、アドレス情報として予め定められた特定の値を出力することにより（もしくは、別の出力により）、そのアドレス情報が無効であることを外部の装置に通知する（もしくは同じアドレス情報を同時に複数個出力するようにしても良い）。

＜第３の実施例＞
図１０Ａは、本発明の第３の実施例のデータ処理装置の構成を示すブロック図である。このデータ処理装置は、外部の装置（図示せず）からの読み出し要求に応じてこのデータ処理装置の前段等に設置された外部の記録装置４０から読み出したデータを記録する第１の記録装置１０と、第１の記録装置１０に記録されたデータが空き領域に移動して記録され、外部の装置からの出力要求に応じて該記録したデータを外部に出力する第２の記録装置２０と、第１および第２の記録装置１０，２０、並びに外部の記録装置４０を制御する制御装置３０Ｃとを有する。

第３の実施例のデータ処理装置が第１の実施例のデータ処理装置と異なる点は、制御装置３０Ｃが、外部の装置からの出力要求時に入力されたアドレス指定入力が第２の記録装置２０の空き領域以外であった場合に、当該アドレス指定入力のアドレス情報を第２の記録装置２０の空き領域に追加すること、および第２の記録装置２０においてデータの一部のデータ情報とそのデータ情報が記録されているアドレス情報（１つ、若しくは複数）を出力することである。

図１０Ｂは図１０Ａで説明した制御装置３０Ｃの内部構成を詳細に表したデータ処理装置の構成例を示す。制御装置３０Ｃは、第１の制御装置３１、第２の制御装置３２、第３の制御装置３３Ｃ、第４の制御装置３４、および第３の記録装置３５を備える。ここでは、第３の制御装置３３Ｃが図１Ｂの第３の制御装置３３Ａと異なる。すなわち、第３の制御装置３３Ｃは、外部の装置からの出力要求とアドレス指定の入力に従って第３の記録装置３５から空き領域以外のアドレスを取得する手段と、取得した空き領域以外のアドレスをアドレス情報として出力する手段と、第２の記録装置２０のそのアドレスに格納されているデータの一部をデータ情報として出力する手段と、出力要求とアドレス指定が入力され、入力されたアドレスが空き領域以外のアドレスであった場合に、そのアドレスに従って第２の記録装置２０に記録されたデータを出力するとともに、そのアドレスを空き領域アドレスに追加する手段を有する。

この実施例の構成は、第１の実施例と同様の効果がある。また、この実施例では、第２の記録装置２０に記録されている複数のデータの一部のデータ情報と該当のデータが記録されている複数のアドレス情報を出力する構成の場合、出力要求を出力する外部の装置が事前にデータの一部を確認して、必要と思われるデータを選択して（データの一部を用いてそのデータの必要性、もしくは優先順位等を判断し、該当するアドレスを指定することによりデータを選択して）、出力要求を行うことができる。

＜その他の実施例＞
なお、以上に説明した各実施例のデータ処理装置の制御装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに演算機能を追加することに与り、データの記録／出力だけではなく演算処理も行うことができるようになる。

本発明の第１の実施例のデータ処理装置の構成を示すブロック図である。 図１Ａの制御装置３０Ａを詳細に表したデータ処理装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施例のデータ処理装置の読み出し要求による外部の記録装置からのデータ読み出しと第１の記録装置へのデータ書き込みの動作のタイミングチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の読み出し要求による外部の記録装置からのデータ読み出しと第１の記録装置へのデータ書き込みの動作のフローチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の読み出し要求による外部の記録装置からのデータ読み出しと第１の記録装置へのデータ書き込みの別の動作のタイミングチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の読み出し要求による外部の記録装置からのデータ読み出しと第１の記録装置へのデータ書き込みの別の動作のフローチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の出力要求による第２の記録装置からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の動作のタイミングチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の出力要求による第２の記録装置からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の動作のフローチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の出力要求による第２の記録装置からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の別の動作のタイミングチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の全体の動作のタイミングチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の第４の制御装置の動作のフローチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の第２の制御装置の動作のフローチャートである。 第１の実施例のデータ処理装置の第３の記録装置の状態遷移の説明図である。 本発明の第２の実施例のデータ処理装置の構成を示すブロック図である。 図８Ａの制御装置３０Ｂを詳細に表したデータ処理装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施例のデータ処理装置の出力要求による第２の記録装置からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の動作のタイミングチャートである。 第２の実施例のデータ処理装置の出力要求による第２の記録装置からのデータ読み出しと外部へのデータ出力の動作のフローチャートである。 本発明の第３の実施例のデータ処理装置の構成を示すブロック図である。 図１０Ａの制御装置３０Ｃを詳細に表したデータ処理装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０：第１の記録装置
２０：第２の記録装置
３０Ａ〜３０Ｃ：制御装置、３１：第１の制御装置、３２：第２の制御装置、３３Ａ〜３３Ｃ：第３の制御装置、３４：第４の制御装置、３５：第３の記録装置
４０：外部の記録装置

Claims (3)

1. 外部からの読み出し要求に応じて該外部の記録装置から読み出したデータを記録する第１の記録装置と、該第１の記録装置に記録されたデータが移動して記録され、前記外部からの出力要求に応じて該記録したデータを外部に出力する第２の記録装置と、前記第１および第２の記録装置を制御する制御装置とを有し、
   前記第２の記録装置は、
   Ｎ（Ｎ：２以上の整数）個のデータの記録が可能であり、
   前記第１の記録装置は、
   そこにデータを書き込む際のアクセスタイムが前記第２の記録装置にデータを書き込む際のアクセスタイムより小さく、
   前記制御装置は、
   前記外部からの出力要求より前に、前記第２の記録装置に記録したデータの複数のアドレス情報と該アドレスのそれぞれに格納されているデータの一部とを前記外部に出力し、
   前記外部から前記出力要求とともに出力すべきデータのアドレスを入力し、該入力したアドレスのデータの出力が終了したとき、該入力したアドレスを前記第２の記録装置の空き領域とする
   ことを特徴とするデータ処理装置。
2. 請求項１に記載のデータ処理装置において、
   前記外部の記録装置からデータを読み出す際に使用する信号線と、前記外部にデータを出力する際に使用する信号線と、前記第１の記録装置に記録されたデータを前記第２の記録装置の空き領域に移動させる際に使用する信号線を、互い別の信号線としたことを特徴とするデータ処理装置。
3. 請求項１又は２に記載のデータ処理装置において、
   前記制御装置は、
   前記出力要求時に所望のデータが出力されたか否かの出力結果判定を示す信号を前記外部から入力し、該出力結果判定に基づいて前記第２の記録装置の空き領域を更新するか否かを判断し、
   前記出力結果判定を示す信号が、所望のデータが出力されていたことを示している場合は、出力したデータの読み出しに使用したアドレス情報を空き領域に追加し、所望のデータが出力されていなかったことを示している場合は、空き領域の追加を行わない
   ことを特徴とするデータ処理装置。

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