NL8800158A - Computersysteem voorzien van een hierarchisch georganiseerd geheugen. - Google Patents

Description

*

V

* PHN 12.407 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Computersysteem voorzien van een hiërarchisch georganiseerd geheugen. BESCHRIJVING:

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een computersysteem bevattende als subsystemen een processor met een voorgrondgeheugen, een hoofdgeheugen, 5 en een genoemde subsystemen verbindend kommunikatienetwerk, waarbij het voorgrondgeheugen voorzien is om tijdelijk tenminste één informatieblok uit het hoofdgeheugen ter geprivilegieerd gebruik voor de processor op te slaan, waarbij voor elke eerste geheugenlokatie in het voorgrondgeheugen voorzien zijn een geldigheidsbit (valid) om aldaar een 10 geldige informatieopslag aan te geven en een modifikatiebit (dirty) om aldaar een plaatsgevonden modifikatie aan te geven.

Zo een computersysteem is bekend uit de ter visie gelegde Europese Octrooiaanvrage 210 384, overeenkomstige Amerikaanse Octrooiaanvrage 750,381. Als de processor een informatie wil lezen, wordt een blok 15 waarin deze informatie zich bevindt van het hoofdgeheugen naar het voorgrondgeheugen overgevoerd. Het geprivilegieerde voorgrondgeheugen biedt daarna een snellere toegang op grond van een technologisch sneller werkende implementatie en/of op grond van het feit dat geen transportoperatie over het kommunikatiesysteem (bus of anderszins) nodig 20 is. Bij dit opslaan in het voorgrondgeheugen wordt een geldigheidsbit van de betreffende lokatie op de stand -geldig- gesteld en wordt bovendien in een associatieve organisatie het hoofdgeheugenadres of een andere identifikatie van het betreffende geheugenblok opgenomen, met daarbij de lokatie in het voorgrondgeheugen. Zo is lokaal bekend welke 25 geheugenblokken aanwezig zijn. Als er daarna een modifikatie wordt uitgevoerd op de in het voorgrondgeheugen aanwezige informatie wordt zulks aangegeven door het omstellen van de modifikatiebit. Het is op zich niet strikt'nodig dat geldigheidsbit en modifikatiebit dezelfde geheugenomvang afdekken: voor de modifikatiebit kan dit een kleiner 30 gebied zijn. De modifikatiebit geeft nu aan dat de lokale informatie niet strookt met de versie van dezelfde informatie die in het hoofdgeheugen aanwezig is. Als de desbetreffende informatie alleen voor 8800158 PHN 12.407 2 de processor, respektievelijk een daarin uitgevoerd proces, in kwestie van belang is, levert dit geen bezwaar op. Op zekere ogenblikken zal het toch veelal nodig zijn om de informatie in het hoofdgeheugen bij te werken met de in het voorgrondgeheugen aanwezige veranderde informatie.

5 Er zijn in het algemeen twee redenen voor dit bijwerken: a. een bepaalde hoeveelheid opslagruimte in het voorgrondgeheugen is nodig om andere, voor de processor onontbeerlijke informatie op te slaan (verdringing); b. de uitvoering van het aktuele proces wordt tijdelijk of definitief 10 beëindigd en de bijbehorende informatie is lokaal niet meer nodig (flushing).

Het is nu mogelijk om alle geheugenlokaties die voor het betreffende proces gebruikt waren te kopiëren in het hoofdgeheugen. In principe wordt een versnelling bereikt als alleen de inhoud van de gemodificeerde 15 geheugenlokaties wordt gekopieerd. Zonder verdere maatregelen betekent dit, dat alle adressen van de betreffende lokaties aangesproken moeten worden. Een direkte zoekaktie kost veel tijd, een associatieve zoekaktie zou een gekompliceerde toevoeging aan de apparatuur vergen.

20 SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Het is een doelstelling van de uitvinding om een computersysteem volgens de aanhef te verschaffen waarin met eenvoudige middelen het kopiëren van de gemodificeerde informaties naar het hoofdgeheugen in een korte tijd kan plaatsvinden. Volgens een aspekt van 25 de uitvinding wordt dit gerealiseerd doordat zij het kenmerk heeft dat voorzien is een registratiegeheugen met een rij verdere geheugenlokaties die in een voorafbepaalde eerste adresvolgorde inschrijfbaar zijn en daarna in een voorafbepaalde tweede adresvolgorde direkt uitleesbaar zijn, om per genoemde verdere geheugenlokatie telkens het adres op te 30 slaan van een eerste lokatie waarvoor een genoemde modifikatie heeft plaats gevonden.

Het registratiegeheugen is direkt aanspreekbaar, zodat geen gekompliceerde associatieve operatie nodig is. Het is mogelijk dat de eerste en tweede adresvolgorde direkt gerelateerd zijn, zoals in een 35 FIFO-geheugen of een LIFO-geheugen. In het eerste geval zijn bij inschrijven en uitlezen de adresvolgordes dezelfde, in het tweede geval juist tegengesteld, Een derde mogelijkheid is een cyklisch aanspreekbaar .8800158 $ ΡΗΝ 12.407 3 buffergeheugen. Het snelle uitlezen wordt daarbij gerealiseerd doordat steeds direkt bekend is waar de eerstvolgende informatie is opgeslagen zonder dat loze plaatsen aangesproken behoeven te worden. Op zichzelf zijn dergelijke geheugens als geïmplementeerd in een RAM welbekend, 5 Voorts zijn in principe ook andere geheugenorganisaties met de zelfde voordelige eigenschappen denkbaar. De eenvoudige organisatie wordt met name bereikt doordat de informatie in het voorgrondgeheugen niet gesorteerd is opgeslagen, respektievelijk niet gesorteerd behoeft te worden.

10 Het is een voorkeursaspekt van de uitvinding dat voor elke genoemde eerste geheugenlokatie voorzien is een registratiebit om aan te geven dat een opslag van het bijbehorende adres in het registratiegeheugen heeft plaats gevonden.

Op die manier is een overstroomkonditie voor het registratiegeheugen te 15 vermijden.

Verdere aantrekkelijke aspekten zijn gereciteerd in de onderconclusies.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN 20 De uitvinding wordt nader uitgelegd aan de hand van enkele figuren. Hierin geeft figuur 1 een opbouw van een computersysteem volgens de uitvinding; figuur 2 een blokschema van een voorgrondgeheugen; 25 figuur 3 een blokschema van een registratiegeheugen.

BESCHRIJVING VAN EEN VOORKEüRSUITVOERING

Figuur 1 geeft een opbouw van een computersysteem volgens de uitvinding. Blok 22 geeft aan een hoofdgeheugen, dat bijvoorbeeld is 30 uitgevoerd als een groot RAM geheugen met een kapaciteit in het megabyte-gebied. Blok 24 geeft aan een achtergrondgeheugen, bijvoorbeeld een batterij schijfgeheugens. De blokken 26, 28, 30 geven aan drie processoren. Elke processor is voorzien van een lokaal geheugen 32, 34, 36 dat in RAM-technologie is opgebouwd en gewoonlijk een relatief kleine 35 opslagkapaciteit heeft in verhouding tot het geheugen 22. De respektievelijke subsystemen zijn onderling verbonden door een kommunikatiesysteem 20, in dit geval een bus. Eenvoudshalve zijn de 8800158 PHN 12.407 4 voorzieningen voor het assigneren van de bus niet getoond. Het systeem kan eenvoudiger zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld met slechts 1 processor ofwel zonder achtergrondgeheugen. Het is ook mogelijk dat het gekompliceerder is dan wel deel uitmaakt van zo een gekompliceerder 5 systeem. Het lokaal geheugen bevat, niet separaat aangegeven, het voorgrondgeheugen, het registratiegeheugen, en eventueel verdere, hier niet ter zake dienende geheugens.

Figuur 2 geeft een blokschema van een voorgrondgeheugen.

Dit bevat een drietal geheugenlokaties elk voor opslag van een blok. In 10 een eenvoudiger organisatie kunnen deze een vaste lengte hebben.

Geheugenlokatie 50 is voorzien van een descriptorlokatie. Deze bevat een geldigheidsbit V (40), een modifikatiebit D (42) en een registratiebit R

(44). Tenslotte is er ruimte voor een zogenoemde identifikator of tag 46 die de inhoud van de geheugenlokatie identificeert. Deze tag kan 15 bijvoorbeeld een adres of adresdeel of segmentnummer aangeven. Voorts bevat de geheugenlokatie een deel 48 voor de opslag van de eigenlijke gebruikersinformatie. De geheugenlokatie 52 is op dezelfde manier georganiseerd maar biedt een grotere opslagkapaciteit. De geheugenlokatie 54 is op dezelfde manier georganiseerd, met dit verschil 20 dat er twee modifikatie-, respektievelijk registratiebits zijn voorzien die telkens een bijbehorend gedeelte van de lokatie 54 kenschetsen. Zo is dus aan te geven of er in het eerste deel, respektievelijk het tweede deel van deze geheugenlokatie een modifikatie heeft plaats gevonden. Bij de indikatie 60 zijn de van een kruisje voorziene bitposities niet van 25 belang voor de descriptor: ze kunnen dus voor gebruikersinformatie beschikbaar zijn. Als de betreffende processor een bepaalde informatie wil lezen, wordt eerst het voorgrondgeheugen in een verder kortheidshalve niet nader uitgelegde associatieve organisatie aangesproken om te verifiëren of de betreffende informatie aldaar 30 aanwezig is. Als dit niet zo is wordt het desbetreffende informatieblok op een lege plaats in het voorgrondgeheugen gekopieerd: daarvoor had de geldigheidsbit de waarde -ongeldig-. Bij het kopiëren krijgt de bijbehorende geldigheidsbit de stand -geldig-, de modifikatiebit de stand -ongemodificeerd-, en de registratiebit de stand 35 -ongeregistreerd-. Als het betreffende blok wel in het voorgrondgeheugen aanwezig was, wordt de leesoperatie daarop direkt uitgevoerd. Als het betreffende blok niet in het voorgrondgeheugen aanwezig is, en er is ook .8800158 * PHK 12.407 5 geen vrije lokatie beschikbaar, vindt verdringing plaats. Volgens een zeker algorithme, bijvoorbeeld dat van het -minst recent gebruik {LRU) -, wordt een blok uitgekozen, de inhoud daarvan gekopieerd in het hoofdgeheugen, en de lokatie gevuld met de nieuwe informatie. Daarbij 5 krijgen de drie indikatiebits achtereenvolgens de standen -geldig-, -ongemodificeerd-, terwijl de laatste zijn stand behoudt: een stand -geregistreerd- blijft dus bewaard.

Als de betreffende processor een bepaalde informatie wil schrijven, wordt eerst het voorgrondgeheugen op dezelfde manier als bij 10 het lezen in een associatieve organisatie aangesproken om te verifiëren of de voor de betreffende informatie bestemde geheugenruimte in het voorgrondgeheugen is gekopieerd. Deze geheugenruimte kan al dan niet reeds gevuld zijn. Het is immers mogelijk dat in een blok lege ruimte is voorzien voor nader in te vullen 15 informatie. Als het betreffende blok niet in het voorgrondgeheugen aanwezig is, wordt het daarin zonodig gekopieerd, op dezelfde manier beschreven als bij lezen. Daarna wordt de nieuwe informatie in het voorgrondgeheugen ter juister plaatse ingeschreven. Bij dit schrijven worden in de één of andere volgorde de volgende operaties 20 uitgevoerd: - als de geldigheidsbit op -ongeldig- stond (het was bijvoorbeeld een leeg blok), dan wordt de geldigheitsbit op -geldig- gesteld; - de modifikatiebit wordt op de stand -gemodificeerd- gesteld om aan te geven dat te eniger tijd kopiëren in het hoofdgeheugen nodig is; 25 - het fysieke voorgrondgeheugenadres van het betreffende blok wordt in het registratiegeheugen opgeslagen en de registratiebit van het geheugenblok wordt gesteld op de stand -geregistreerd-.

Daarna is het voorgrondgeheugen gereed voor een volgende toegangsoperatie door de lokale processor.

30 Figuur 3 geeft een blokschema van een registratiegeheugen. Dit bevat een gedeelte 62 dat als een RAM is georganiseerd. Elke geheugenplaats heeft voldoende kapaciteit voor een aanwijsinformatie voor één der adressen in het voorgrondgeheugen.

Voorts is voorzien een beginadresteller 64 en een eindadresteller 66. De 35 beginadresteller houdt bij de positie waar de eerste registratie- . aanwijzer mag worden geschreven. De eindadresteller houdt bij waar de eerstvolgende registratie-aanwijzer mag worden geschreven. Aanvankelijk .8800158 c PHN 12.407 6 zijn de twee tellerstanden gelijk. Bij het registreren wordt de stand van de eindadresteller telkens geinkrementeerd, bij voorbeeld hoogstens tot via een overflow de stand van de eindadresteller gelijk zou worden aan die van de beginadresteller.

5 Er zijn nu de volgende gevallen dat een informatie bij wijziging in het hoofdgeheugen moet worden gekopieerd: a,b. De eerder besproken gevallen a,b die bekend staan als respektievelijk verdringing en doorspoeling (flush).

c. In het geval een overflowkonditie optreedt in het 10 registratiegeheugen. Dit kan voorkomen als het aantal geheugenplaatsen in het registratiegeheugen kleiner is dan het aantal modifikatiebits van het voorgrondgeheugen. In dat geval worden de geheugenplaatsen van het registratiegeheugen achtereenvolgens afgevraagd en de daardoor in het voorgrondgeheugen aangewezen informatie gekopieerd op dezelfde plaats in 15 het hoofdgeheugen als de verouderde versie van die informatie zich bevond. Daarbij worden van de versie in het voorgrondgeheugen de modifikatiebit op de stand -ongemodificeerd- en de registratiebit op de stand -ongeregistreerd- gesteld. Dit afvragen kan zowel door de beginadresteller met inkrementeren daarvan, als door de eindadresteller 20 met dekrementeren daarvan, gebeuren. Het afvragen wordt beëindigd als door vergelijken van beginadres en eindadres blijkt dat alle geregistreerde geheugenlokaties in het hoofdgeheugen gekopieerd zijn.

Een voorbeeld van het bovenstaande is als het voorgrondgeheugen 1024 plaatsen telt en het registratiegeheugen 64. Op zichzelf kan de 25 overflowkonditie worden opgeheven door het kopiëren van slechts een beperkt aantal geheugenblokken in het hoofdgeheugen. In principe is één vaak reeds voldoende.

d. Ten slotte is er de mogelijkheid dat globaal relevante informatie aanwezig is; dit zal slechts voorkomen als er tenminste twee processoren 30 in het systeem aanwezig zijn. Onder processoren worden ook zulke besturingseenheden, bijvoorbeeld van randapparaten, begrepen, die zelfstandig wijzigingen in de geheugeninhoud kunnen effektueren. Zo'n wijziging kan ontstaan bij bijvoorbeeld een zogenoemde direkte geheugentoegang (DMA). In dat geval kan er een konsistentieprobleem 35 optreden: als meer processoren dezelfde informatie nodig hebben, moeten ze ook over identieke informatie beschikken. Dit laatste probleem is op verschillende manieren op te lossen. Een eerste mogelijkheid is dat het , 880 01 5 8 ΡΗΝ 12.407 7 verboden is om de desbetreffende gedeelde informatie in het voorgrondgeheugen op te nemen. Een tweede mogelijkheid is dat er een ongelijkheid wordt gekreêerd tussen de verschillende processoren: een bepaalde processor wordt -eigenaar- van de informatie en kan zich 5 gedragen alsof de informatie alleen voor hemzelf van belang was. Alle andere processoren moeten bij wijzigen van de informatie direkt de eigenaarprocessor waarschuwen en voorzien van de modifikatie, ofwel proberen om zelf eigenaar van de desbetreffende te worden. In het laatste geval heeft alleen de eigenaar het recht van modifikatie. Een 10 derde mogelijkheid is dat de gedeelde informatie weliswaar in de verschillende voorgrondgeheugens mag worden opgenomen, maar dat steeds kopiëren in het hoofdgeheugen plaats vindt tezamen met waarschuwing van de andere processoren voor een inkonsistentie doordat een speciale detektor (spion of spy) voorzien is die het desbetreffende adres op de 15 adresbus detekteert. Op zichzelf kunnen de mechanismes als onder dit laatste punt beschreven ook worden toegepast buiten het kader van de onderhavige uitvinding.

Een laatste mogelijkheid voor een overflowkonditie in het voorgrondgeheugen is de volgende. Als een geheugenblok in het 20 voorgrondgeheugen verdrongen wordt door een ander blok zijn er drie mogelijkheden: - het betreffende geheugenblok is ongemodificeerd: dan behoeft er geen kopiëren in het hoofdgeheugen plaats te vinden; - het betreffende geheugenblok is wel gemodificeerd: dan wordt het 25 gekopieerd en vervangen door een nieuw geheugenblok; als nu de registratiebit niet is voorzien, is het niet bekend of er een aanwijzing voor het betreffende blok in het registratiegeheugen aanwezig is; een eventuele registratie blijft dus van kracht. Als het nieuwe blok weer gewijzigd wordt, wordt de modifikatiebit veranderd, maar het is niet 30 bekend, dat reeds een registratie had plaats gevonden. Dan wordt een nieuwe registratie geëffektueerd. Dit mechanisme kan in principe steeds verder gaan totdat het registratiegeheugen geheel vol is. Op zichzelf is deze laatste taktiek niet zeer ongunstig voor de tijd nodig voor het bijwerken, want registratie van een ongemodificeerd 35 geheugenblok hoeft niet tot kopiëren te leiden, zodat met het aanspréken van dat adres in het registratiegeheugen ook weinig tijd verloren gaat. Het enige nadeel is dat de overflowkonditie gemakkelijker 8800158 * PHN 12.407 8 optreedt, wat leidt tot stokken van het op dat ogenblik in de desbetreffende processor uitgevoerde proces.

Een overstroorokonditie in het registratiegeheugen kan dus door twee oorzaken teweeg gebracht worden: 5 - voor de geheugenblokken in het voorgrondgeheugen kan multipele registratie plaats vinden (er is dus geen registratiebit voorzien). Door de registratiebit wordt deze oorzaak weggenomen; - het registratiegeheugen is te klein gekozen. Als de registratiebits voorzien zijn, en het aantal adressen van het registratiegeheugen is 10 gelijk aan of groter dan het aantal te registreren lokaties in het voorgrondgeheugen, dan kan geen overflow meer optreden.

8800158

Claims (4)

1. Computersysteem bevattende als subsystemen een processor met een voorgrondgeheugenr een hoofdgeheugen, en een genoemde subsystemen verbindend kommunikatienetwerk, waarbij het voorgrondgeheugen voorzien is om tijdelijk tenminste één 5 informatieblok uit het hoofdgeheugen ter geprivilegieerd gebruik voor de processor op te slaan, waarbij voor elke eerste geheugenlokatie in het voorgrondgeheugen voorzien zijn een geldigheidsbit (valid) om aldaar een geldige informatieopslag aan te geven en een modifikatiebit (dirty) om aldaar een plaatsgevonden modifikatie aan te geven, met het kenmerk, dat 10 voorzien is een registratiegeheugen met een rij verdere geheugenlokaties die in een voorafbepaalde eerste adresvolgorde inschrijfbaar zijn en daarna in een voorafbepaalde tweede adresvolgorde direkt uitleesbaar zijn, om per genoemde verdere geheugenlokatie telkens het adres op te slaan van een eerste lokatie waarvoor een genoemde modifikatie heeft 15 plaats gevonden.

2. Computersysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor elke genoemde eerste geheugenlokatie voorzien is een registratiebit om aan te geven dat een opslag van het bijbehorende adres in het registratiegeheugen heeft plaats gevonden.

3. Computersysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat alle adressen van de eerste geheugenlokatie precies éénmaal in het registratiegeheugen plaats kunnen vinden.

4. Computersysteem volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de eerste adresvolgorde en de tweede adresvolgorde altijd 25 op dezelfde manier aan elkaar gerelateerd zijn. 6800158