JPS5918786B2 - 階層構成メモリ・システム - Google Patents

階層構成メモリ・システム

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JPS5918786B2
JPS5918786B2 JP51108323A JP10832376A JPS5918786B2 JP S5918786 B2 JPS5918786 B2 JP S5918786B2 JP 51108323 A JP51108323 A JP 51108323A JP 10832376 A JP10832376 A JP 10832376A JP S5918786 B2 JPS5918786 B2 JP S5918786B2
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buffer memory
memory
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JP51108323A
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好美 福村
一純 大島
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、効率よく多レベルのバッファ・メモリ群を使
用するとともに、前もつてブロックをバッファ・メモリ
に転送しておくことにより、バッファ・メモリでのアク
セス・ヒット率を増加させ、メモリ階層構成の実効的な
性能を向上させる制御方式に関するものである。
一般に、コスト性能比のよいメモリ系を構成するために
、高速で小容量のメモリと、低速で大容量のメモリを階
層状に組合せて、低速メモリ上のデータをブロック単位
で高速のメモリに転送して、できるだけ多くの命令を高
速メモリ上で処理する方式がとられる。
このような方式を用いる場合、通常容量の大きいメモリ
ほど大きなブロック長を持ち、データの先取り効果を生
かすような構成がとられる。しかしながら、従来の制御
方式では、第1図に示すように、上位レベルの高速バッ
ファ・メモリ2に含まれるデータ・ブロックは該レベル
以下のバッファ・メモリ4、4’にコピーを持たざるを
得ず、実質的なバッファ・メモリ容量が実際に設置した
容量よりも小さくなつていた。たとえば、2レベルのバ
ッファメモリ階層とバッキングメモリから成る構成にお
いて、上位レベルのバッファ・メモリ容量を16KB)
下位レベルのバッファ・メモリ容量を64KBとし、上
位レベルに格納されているデータはすべて下位レベルの
バツフア・メモリにコピーを持つているとすると、下位
レベルのバツフア・メモリは実質的に48KBの容量し
か持つていないことになる。その結果、容量の減少分だ
けバツキング・メモリへのアクセス頻度が増加し、メモ
リ系の実効的な性能を低下させるという欠点があつた。
また従来のシステムでは、置換操作により上位レベルの
バツフア・メモリから追い出されたプロツクを次の下位
レベルのバツフア・メモリに書込む場合に、もし該下位
バツフア・メモリに上位より追い出されるプロツクのコ
ピーがなければ、バツキング・メモリから新プロツク(
コピー)を持つてくる必要があり、このため性能の低下
と制御の複雑さを招いていた。
本発明は、この欠点を除去するため、各バツフア・メモ
リにおけるプロツク長を統一化し、バツフア・メモリ間
でのデータの重複を禁止するとともに、バツキング・メ
モリからバツフア・メモリ群にデータを転送する場合に
、最上位レベルのバツフア・メモリに転送されるデータ
・プロツクの前後にある複数のプロツクをバツフア・メ
モリ群に転送することにより、データの先取り効果をも
たらし、実効的な性能の向上を図ることを目的としてい
る。
以下、図面について、詳細に説明する。
第2図は、本発明の実施例であつて、1は情報処理装置
、2はバツフア・メモリ(1)、3はバツフア・メモリ
(1)の置換スタツク、4はバツフア・メモリ(2)、
5はプロツク転送バツフア、6はバツフア・メモリ(2
)の置換スタツク、7はバツキング・メモリ、8は参照
テーブル、9はバツフア・メモリ(1)の管理部、10
はバツフア・メモリ(2)の管理部、11はバツキング
・メモリの管理部、12はバツフア・メモリ(1)の制
御装置、13はバツフア・メモリ(2)の制御装置、1
4はバツキング・メモリの制御装置である。
ここでは、置換アルゴリズムとしてLRU(リースト・
リーセントリイ・ユーズド)を用い、置換スタツク3,
6内で優先度が最下位となつているプロツクが置換対象
に選ばれる。
また、バツキング・メモリ7は4プロツク境界とし、こ
の境界に準じてバツフア・メモl月2)4へのプロツク
転送が行われる。第2図において、情報処理装置1から
メモリに対するリード(読出し)アクセス要求が出され
ると、所要データを含むプロツクがバツフア・メモリ(
1)2に格納されていれば、バツフア・メモリ(1)2
から情報処理装置1に該データを転送し、置換スタツク
3において該プロツクの優先度を最上位にするとともに
、該プロツクよりも上位にあつたプロツクの優先度をす
べて1だけ下げる。
もし、該データがバツフア・メモI月1)2に存在しな
ければ、アクセス要求はバツフア・メモリ(2)4に送
られる。
バツフア・メモリ(2)4に所要データが見つかれば、
該データを情報処理装置Lに転送するとともに、該プロ
ツクをバツフアメモリ(1)2内の空き領域に転送して
バツフア・メモリ(2)4上で該プロツクを無効とし、
置換スタツク3において該プロツクの優先度を最上位に
してバツフア・メモリ(1)2にあつたプロツクの優先
度を1だけ下げる。このとき、バツフア・メモリ(1)
2に空き領域がなければ、該プロツクをバツフア・メモ
リ(1)2に転送する前に、置換スタツク3で最下位優
先度を持つプロツクをブ田ンク転送バツフア5に転送し
、一時的に格納しておき、所要プロツクがバツフア・メ
モリ(1)2に転送された後、プロツク転送バツフア5
からバツフア・メモリ(2)4内の空き領域(バツフア
・メモリ(1)2に転送されたプロツクが占めていた領
域)に書込む。このとき、置換スタツク6においてバツ
フア・メモリ(2)4に新たに書込まれたプロツクの優
先度を最上位とし、バツフア・メモリ(1)2に転送さ
れたプロツクよりも上位にあつたプロツクの優先度を1
だけ下げる。また所要データがバツフア・メモリ(2)
4にも見つからない場合には、アクセス要求をバツキン
グ・メモリ7に送り、所要データを情報処理装置1に転
送するとともに、該プロツクをバツフア・メモリ(1)
2内の空き領域に転送し該プロツクに対応する参照テー
ブル内のビツト(参照ビツト)をオンにして、置換スタ
ツク3上で該プロツクの優先度を最上位にして他のプロ
ツクの優先度を1だけ下げる。このとき、バツフア・メ
モリ(1)2に空き領域がなければ、バツキング・メモ
リ7からのプロツクをバツフア・メモリ(1)2に書込
む前に、置換スタツク3で最下位の優先度を持つプロツ
クをバツフア・メモリ(1)2からプロツク転送バツフ
ア5に転送して空き領域を作つておき、バツキング・メ
モリ7からのプロツクをそのバツフア・メモリ(1)2
内の空き領域に書込むとともに、置換スタツク3で該プ
ロツクの優先度を最上位にし、他のプロツクの優先度を
1だけ下げる。もし、バツフア・メモリ(2)4に空き
領域があればその領域に、また空き領域がなければ置換
スタツク6で最下位の優先度を持つプロツクを選び、参
照ビツトをオフにして該プロツクのバツフア・メモ1月
2)4上の領域にプロツク転送バツフア5内に一時的に
格納していたデータ・プロツクを書込み、置換スタツク
6において優先度を最上位とし、他のプロツクの優先度
を1だけ下げる。このとき、最下位優先度を持つプロツ
クが、以前に書換えられており、バツキング・メモリ7
にあるプロツクと内容の不一致があれば、プロツク転送
バツフア5からプロツクを転送する前に、最下位優先度
を持つプロツクをバツキング・メモリ7に戻す。次に、
バツフア・メモリ(1)2に転送したプロツクが属する
境界内のプロツクのうち、参照ビツトがオフであるプロ
ツクを、バツフア・メモリ(2)4内の空き領域に転送
して、該参照ビツトをオンにする。
転送されたプロツク間においては、バツフア・メモリ(
1)2に転送したプロツクを起点としてアドレスの順方
向にサイクリツクな優先度を与える。たとえば、所要情
報を含むプロツクをXとし、Xと同一境界内にあるプロ
ツクのアドレス順がW,X,Y,Zであるとすると、バ
ツフア・メモリ(2)4に転送された時の優先度はYが
最上位で次がZ1その次がWとなる。このとき転送前に
バツフア・メモリ(2)4内にあつたプロツクの優先度
をすべて転送プロツク数だけ下げる。もしバツフア・メ
モリ(2)4に必要なだけの空き領域がなければ、置換
スタツク6で最下位から必要数だけのプロツクを選び対
応する参照ビツトをオフにして空き領域を作り、それら
のプロツクの中で書換えられているプロツクがあればそ
れをバツキング・メモリに戻した後、バツキング・メモ
リから所要プロツクをバツフア・メモ1J(2)4上の
空き領域に転送する。上記処理手順の流れ図を第3図に
示す。次に情報処理装置1からメモリに対するライト(
書込み)アクセス要求が出された場合について説明する
ライト・アクセスに対しては、ストア制御法をストアス
ル方式とするか、スワツプ方式とするかによつて制御が
異なる。スワツプ方式とした場合には、リードかライト
かの処理の違いだけであり、リード・アクセス要求時の
処理と同一の制御方式である。また、ストアスル方式の
場合には、ライト・アクセス要求のあつたデータを含む
プロツクを格納しているバツフア・メモリにおいて、該
プロツクの優先度を最上位にし、該プロツクよりも上位
にあつたプロツクの優先度を1だけ下げるように、対応
する置換スタツク内を変更するだけで、メモリ間のプロ
ツク転送は行わない。上で述べた動作について例を挙げ
て説明する。第4図aに置換スタツク3と6の内容(優
先度)の順に従つて、バツフア・メモリ(1X2)内に
格納されているプロツクを並びかえたものを示す。図中
A,B,・・・・・・,S,T,U,Vはバツフア・メ
モリに格納されているプロツク名を表わし、W,X,Y
,Zはバツキング・メモリの同一境界内に含まれるプロ
ツク群とする。プロツクは書換えられており、プロツク
Yの参照ビツトカiオン、W,x,Zの参照ビツトはオ
フとする。.情報処理装置1からプロツクX内のデータ
に対するリード・アクセス要求が出されたとする。
このとき、該プロツクはバツフア・メモリ(1X2)に
存在しないため、バツキング・メモリ7から所要情報が
情報処理装置1に転送される。プロツクXをバッフア・
メモリ(1)2に転送するために、バツフア・メモリ(
2)4の最下位優先度をもつプロツクVをバツキング・
メモリ7に戻して、該プロツクに対応する参照ビツトを
オフにし、またバツフア・メモリ(1)2の最下位優先
度を持つプロツクDをバツフア・メモリ(2)4に転送
する。同時にプロツクXをバツフア・メモリ(1)2に
転送して参照ビツトをオンにする。さらに、プロツクT
,Uの参照ビツトをオフにし、プロツクZ,Wの参照ビ
ツトをオンにしてプロツクZ,Wをバツフア・メモリ(
2)4のT,U領域に格納する。結局、バツフア・メモ
リ(1),(2)内のプロツク優先度は第4図bに示す
ものとなる。また、第4図cの状態で、情報処理装置1
からのリード・アクセス要求が、プロツクF内のデータ
に対するものである場合、所要データがバツフア・メモ
リ(2)4から情報処理装置1に転送され、バツフア・
メモ旧1)2内の最下位優先度を持つプロツクDがプロ
ツク転送バツフア5を経由してバツフア・メモリ(2)
4に転送され、プロツクFがバツフア・メモリ(1)2
に転送される。結局バツフア・メモリ(1),(2)内
の優先度は第4図dに示すものとなる。このような制御
方式をとることにより、各レベルのバツフア・メモリに
はデータの重複がなくなり、メモリ領域を有効に使用す
ることができるとともに、データ・プロツクの先取り効
果により、バツキング・メモリへのアクセス回数を減少
させることができる。
ここでは、3レベルのメモリ階層について本発明の説明
を行つたが、バツフア・メモリ(2)4、プロツク転送
バツフア5及び管理部10に対応するものを増設すれば
、容易に4レベル以上のメモリ階層に応用できる。
4レベルのメモリ階層では、例えば第1図を用いて説明
すると、バツキング・メモリから各バツフア・メモリへ
の転送データプロツク数がバツフア・メモリ4は1個、
次のレベルのバツフア・メモリlは2個と予め定められ
ている場合は、バツキング・メモリ7の相互に予め関連
付けられた4個のプロツク内1個のプロツクがアクセス
された場合、該1個のプロツクが最上位レベルのバツフ
ア・メモリ2に転送され、残りの3個のプロツクの内1
個のプロツクが次のレベルのバツフア・メモリ4に転送
され、更に残りの2個のプロツクが最下位レベルのバツ
フア・メモ1JIに転送される。
また、残り3個のプロツクのうち1個のプロツクが既に
バツフア・メモリに転送されていれば、残りの2個のプ
ロツク内の1個がバツフア・メモリ4に転送され、他の
1個がバツフア・メモリ4′に転送される。このように
、一般に、バツキング・メモリに対するアクセス要求が
発生した場合には、所要データを含むプロツクを最上位
レベルのバツフア・メモリに転送すると同時に、該プロ
ツクと予め関連付けられた複数のプロツクのうち上記テ
ーブルでバツフア・メモリ上に存在しないと識別される
プロツクを、予め定められた前記バツキング・メモリか
ら各バツフア・メモリへの転送データプロツク数に応じ
て最上位レベル以外のバツフア・メモリに転送される。
以上説明したように、本発明によれば、多レベルのバツ
フア・メモリ階層を有するシステムにおいて、バツフア
・メモリ間でのデータの重複を除去して、実質的なバツ
フア・メモリ容量を増加させることができるとともに、
データ・プロツクの先取りを行うため、バツフア・メモ
リにおけるヒツト率を向上させ、メモリ階層の実効的な
性能を改善することができる。また、レベルの低いバツ
フア・メモリに記憶されているデータがアクセスされた
場合、レベルの高いバツフア・メモリに転送されるので
、より一層アクセス時間を早めることが可能となる。
更に、先取りを行なうプロツクは、アクセスされたプロ
ツクと予め関連付けられた複数のプロツクのうち上記テ
ーブルでバツフア・メモリ上に存在しないと識別される
プロツクであるから、この点からも各バツフア・メモリ
間で重複しないようにデータをバツフア・メモリに格納
することができ、且つ関連付けさえ適切にしておけば、
例えば無条件で次アドレスのプロツクを先取る構成に比
べ先取り効果を高めることが可能である。また、予め関
連付けられた複数のプロツクのうちから転送するプロツ
クを先取りするから、先取りの制御も比較的簡単である
。また制御面においても、バツフア・メモリにおける管
理単位を統一化しているため、バツフア・メモリ間の転
送制御が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のメモリ階層構成の概念図、第2図は本発
明の一実施例で、3レベル階層構成を示す図、第3図は
実施例に関する処理手順の流れ図、第4図は本発明によ
るバツフア・メモリ内のプロツク優先度の変化を示す図
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 情報処理装置と、該情報処理装置が必要とするデー
    タをすべて含むバッキング・メモリと、該情報処理装置
    とバッキング・メモリの間に存在し上位レベルほどアク
    セス速度の早い多レベルの高速バッファ・メモリ群と、
    置換情報を記憶するために、各バッファ・メモリ対応に
    設置されたスタックと、データ・ブロックがバッファ・
    メモリ上に存在するか否かを識別するために、バッキン
    グ・メモリ対応に設置されたテーブルと、メモリ階層を
    制御するいくつかの制御装置からなるシステムにおいて
    、各バッファ・メモリ上での管理単位(データ・ブロッ
    ク)をレベル間で統一すると共に、少なくともリードア
    クセス要求については、前記情報処理装置からアクセス
    要求のあつたデータが最上位レベル以外のバッファ・メ
    モリに存在する場合は該データを最上位レベルのバッフ
    ァ・メモリに転送して転送前に該データが存在したバッ
    ファ・メモリ上の該データを無効とし、且つバッキング
    ・メモリに対するアクセス要求が発生した場合には、所
    要データを含むブロックを最上位レベルのバッファ・メ
    モリに転送すると同時に、該ブロックと予め関連付けら
    れた複数のブロックのうち上記テーブルでバッファ・メ
    モリ上に存在しないと識別されるブロックを、前記バッ
    キング・メモリから最上位レベル以外のバッファ・メモ
    リに転送することを特徴とする階層構成メモリ・システ
    ム。
JP51108323A 1976-09-08 1976-09-08 階層構成メモリ・システム Expired JPS5918786B2 (ja)

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JPS5333023A JPS5333023A (en) 1978-03-28
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