PL100121B1 - Uklad wybierania adresu dla pamieci wewnetrznej w systemie przetwarzania danych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uklad wybierania adresu dla pamieci wewnetrznej w systemie prze¬ twarzania danych, zwlaszcza w systemie, w którym dla rozkazów i danych programów zostaly okres¬ lone adresy wirtualne, których dostep w pamieci musi byc poprzedzony ustaleniem odpowiadajacej im komórki w pamieci wewnetrznej. Komórka pamieci wewnetrznej okreslana bedzie terminami: adres rzeczywisty lub adres bezwzgledny.

Znane sa uklady wybierania adresu dla pamieci wewnetrznej w systemie przetwarzania danych, na przyklad uklad przedstawiony w artykule Ch. T.

Gibsona opublikowanym w „AFIPS Conference Proceedings" (Wiosenna Ogólna Konferencja Kom¬ puterowa 1968), tom 28, strony 61 do 78. Podobne uklady sa przedstawione w opisach patentowych USA nr 3 533 075 i 3 412 832.

Znane uklady zawieraja uklad przetwarzajacy, pamiec asocjacyjna dla tlumaczenia adresów, re¬ jestr adresów wirtualnych, pamiec wewnetrzna, pamiec dyskowa, lacze pomiedzy rejestrem adre¬ sów wirtualnych i pamiecia asocjacyjna, rejestr adresowy pamieci wewnetrznej dla adresowania pamieci wewnetrznej i linie dla sygnalu z wyjscia pamieci asocjacyjnej.. Przy koniecznosci dostepu do pamieci wewnetrznej, uklad przetwarzajacy do¬ starcza adres wirtualny do szybkiej pamieci aso¬ cjacyjnej, poprzez rejestr adresów wirtualnych i lacze.

Pamiec asocjacyjna posiada duza liczbe wejsc.

Kazde wejscie zawiera ostatnio uzywany adres wirtualny i odpowiadajacy mu adres rzeczywisty.

Tablica bloków i tablice stron znajduja sie w pa¬ mieci wewnetrznej. Tablica bloków posiada wejscie dla kazdego z bloków pamieci adresów wirtual¬ nych w pamieci dyskowej. Kazde wejscie otrzy¬ muje rozkaz dla rozpoczecia okreslonej tablicy strony. Kazda tablica strony ma duza liczbe wejsc dla stron poszczególnych bloków, które zostaly przekazane z magnetycznej pamieci dyskowej do pamieci wewnetrznej. Kazde wejscie tablicy strony otrzymuje rozkaz dla rozpoczecia strony pamieci wewnetrznej.

W przypadku wystepowania adresu wirtualnego dostarczanego na lacze w pamieci asocjacyjnej, od¬ powiedni adres rzeczywisty zostaje przeniesiony do rejestru adresowego pamieci wewnetrznej dla adresowania pamieci wewnetrznej.

W przypadku braku adresu wirtualnego w pa¬ mieci asocjacyjnej, sygnal zostaje przeslany przez linie do ukladu przetwarzajacego, który nastepnie powoduje rozpoczecie tlumaczenia adresów przy dodaniu tablicy bloków i tablicy stron i jezeli jest to potrzebne, przenosi inna strone z pamieci dyskowej do pamieci wewnetrznej.

Najmniejszy ostatnio uzywany adres ukladu lo¬ gicznego okresla rzad zapisu, w którym zostaly okreslone adresy wprowadzone do pamieci. Uklad logiczny okresla wejscie adresu wirtualnego i od¬ powiadajacego mu adresu rzeczywistego w pamieci 100 1213 asocjacyjnej, które jest wymieniane wówczas, gdy nowy adres jest wprowadzany do pamieci asocja¬ cyjnej.

,, W znanym ukladzie przedstawionym w artykule fcjh.T.- Qlb|Sona, ^gdy dane zostaja wprowadzone do pamieci wewnetrznej, musi byc dokonane tlu¬ maczenie adresów* dla kazdego dostepu pamieci j przez odniesienie do wprowadzonych do pamieci Aj^iic^albo przez; przeszukanie pamieci adsocja¬ cyjnej.

W przypadku wieloprogramowania wydajnosc systemu pracy zmniejsza sie ze wzgledu na ko¬ niecznosc podzialu pojemnosci pamieci wewnetrz¬ nej na czesci dla zapewnienia przeplywu róznych programów wystepujacych w danym systemie pracy. System pracy okresla calkowicie kontrole wykonania tych programów oraz procedury zarza¬ dzajacej, wynajdywania i usuwania bledów w pro¬ gramie sterowania wejsciowo-wyjsciowego, wyzna¬ czania komórek pamieci, zarzadzania danymi i obslugi.

W przypadku zwiekszenia pojemnosci pamieci wewnetrznej dla sprostania zwiekszonym wymaga¬ niom systemu, konieczne jest nowe zaprogramo¬ wanie oraz zaprojektowanie systemu. Pamiec wirtualna stanowi pamiec pomocnicza pamieci wewnetrznej i umozliwia zwiekszenie skutecznosci zarzadzania systemem. Pamiec wirtualna maszyny matematycznej reprezentuje obszar zarezerwowany na pamiec dyskowa o dostepie bezposrednim, do której wprowadzane sa programy, które maja byc przetworzone w pamieci wewnetrznej. Podczas wykonywania programów, czynne elementy pa¬ mieci wirtualnej (gotowe do wykonania) sa przy¬ porzadkowane pamieci rzeczywistej w blokach lub stronach. Pamiec rzeczywista lub wewnetrzna jest podzielona na pola stron o takiej samej wiel¬ kosci, jak strony w pamieci wirtualnej.

Wlasciwy system pracy oraz wlasnosci ma¬ szyny matematycznej okreslaja zgodnie z wyma¬ ganiami przeniesienie stron, które maja byc prze¬ twarzane, z pamieci o dostepie bezposrednim do osiagalnej pamieci rzeczywistej. Strony okreslo¬ nego programu moga byc umieszczone w kazdym dostepnym miejscu pamieci rzeczywistej, bez wzgledu na to, jak sa one zorganizowane w pa¬ mieci wirtualnej. W przypadku, gdy potrzebne jest miejsce pamieci rzeczywistej zajete przez strone, wówczas inna strona jest przenoszona do tego miejsca pamieci rzeczywistej w celu wykonania programu. Mozliwosc posredniego adresowania systemu eliminuje koniecznosc „liczenia" usunietej strony, poniewaz jest ona ciagle przechowywana w pamieci wirtualnej.

Po przeniesieniu stron do pamieci wewnetrznej, odpowiadajace im adresy wirtualny i rzeczywisty zostaja umieszczone w tablicach w pamieci wew¬ netrznej, a wirtualne i odpowiednie rzeczywiste adresy ostatnio najczesciej uzywane, albo odnie¬ sienia zostaja ponadto wprowadzone do szybkiej pamieci asocjacyjnej. Za kazdym razem, gdy z ukladu przetwarzajacego dostarczony jest adres wirtualny do adresowania pamieci wewnetrznej, ma miejsce najpierw przeszukiwanie szybkiej pa¬ mieci asocjacyjnej w celu okreslenia, czy szybkie 121 4 tlumaczenie adresu wirtualnego na rzeczywisty moze byc wykonane przy uzyciu jednego z jej wejsc, czy tez nie. W przypadku, gdy zadany adres wirtualny zostaje wykryty w pamieci aso- cjacyjnej, wówczas odczytuje sie odpowiadajacy mu adres rzeczywisty i wykorzystuje sie dostep natychmiastowy do pamieci wewnetrznej. W przy¬ padku, gdy zadany adres wirtualny i odpowiada¬ jacy mu adres rzeczywisty nie zostaly wykryte w w pamieci asocjacyjnej, wówczas uklad przetwa¬ rzajacy zapoczatkowuje wykonywanie programu przeszukiwania tablic adresowych w pamieci wew¬ netrznej w celu ustalenia polozenia zadanego adresu wirtualnego i odpowiadajacego mu adresu rzeczywistego. W przypadku wykrycia zadanego adresu wirtualnego, odpowiadajacy mu adres rze¬ czywisty jest odczytywany dla umozliwienia do¬ stepu do pamieci wewnetrznej. W przypadku bra¬ ku wykrycia zadanych danych w tablicach pa- mieci wewnetrznej, przeprowadzany jest program nadzorczy dla wykrycia okreslonych adresów w pamieci dyskowej i przekazania adresów do pamieci rzeczywistej.

Zwykle wykorzystuje sie najmniej ostatnio uzy- a* wany algorytm do utrzymania w szybkiej pamieci asocjacyjnej tylko najczesciej ostatnio uzywanego odniesienia adresów wirtualnego do rzeczywistego.

Zatem, jezeli w pamieci asocjacyjnej nie wykryto zadanych adresów, a nastepnie zadane adresy wy- kryto w pamieci wewnetrznej, wówczas poszuki¬ wane adresy wirtualny i rzeczywisty sa przeno¬ szone do komórki pamieci najmniej ostatnio uzy¬ wanych adresów rzeczywistego i odpowiadajacego mu wirtualnego. Ilekroc zostaje uniewazniona strona w pamieci rzeczywistej, tylekroc cala za¬ wartosc pamieci asocjacyjnej jest kasowana, w celu zapewnienia pojemnosci dla nowych wir¬ tualnych i odpowiadajacych im rzeczywistych adresów nowego programu. 46 W znanych ukladach czesc pamieci wewnetrznej zarezerwowana jest dla takich czesci sytemu pracy jak program nadzorczy. Ponadto w czesci pamieci wewnetrznej, której odpowiadaja adresy nizszego rzedu, ponizej danej granicy, umieszczone sa ob- 45 szary masowej obslugi systemu, stale programy danych wejsciowo-wyjsciowy eh, obszary buforowe, a nawet obszary przejsciowe systemu pracy.

Oprócz tego w systemach, wykorzystujacych pa¬ miec wirtualna i tlumaczenie adresów wirtual- 60 nych na rzeczywiste dla dostepu do pamieci wew¬ netrznej, znane jest przydzielanie adresu wirtual¬ nego dla informacji czesci pamieci wewnetrznej, której odpowiadaja adresy nizszego rzedu, który to adres wirtualny jest równy odpowiedniemu adresowi rzeczywistemu. Mimo tego, przy adre¬ sowaniu tej czesci pamieci wewnetrznej stosowana jest taka sama procedura tlumaczenia adresu.

Celem wynalazku jest znaczne skrócenie czasu tlumaczenia adresów wirtualnych na rzeczywiste, w zwiazanego z czescia pamieci wewnetrznej, której odpowiadaja adresy nizszego rzedu, poprzez wyeli¬ minowanie tlumaczenia adresów nizszego rzedu, ponizej danej granicy (lub w okreslonym obszarze), a w zamian wykorzystanie adresu wirtualnego 65 dla dostepu do pamieci wewnetrznej.100121 6 Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku dzieki te¬ mu, ze uklad zawiera rejestr adresów o wartosci granicznej dolaczony do komparatora, którego wejscia sa dolaczone do wyjscia rejestru adresów wirtualnych i wyjscia rejestru adresów o wartosci granicznej, element kombinacyjny I, laczacy wyjscie rejestru adresów wirtualnych z rejestrem adresowym pamieci wewnetrznej, przy czym wejscie sterujace elementu I jest dolaczone do wyjscia komparatora.

Zaleta ukladu wedlug wynalazku jest to, ze zapobiega on niepotrzebnym operacjom tlumacze¬ nia i pamiec asocjacyjna dla szybkich tlumaczen jest lepiej wykorzystywana. Dzieki temu uzyskuje sie znaczne oszczednosci w czasie i wydajnosci ukladu wedlug wynalazku.

Istnieje znaczny udzial tlumaczenia adresów wirtualnych odnoszacych sie do czesci pamieci wewnetrznej, której odpowiadaja adresy niskiego rzedu. Obszar ten zawiera informacje o duzej czestosci uzywania. Na przyklad, wiekszosc pro¬ gramów nadzorczych to zestaw rozkazów o duzej czestosci uzywania. Ponadto dzieki wynalazkowi uzyskuje sie znaczne zmniejszenie wprowadzenia i przechowywania biezacych adresów w pamieci asocjacyjnej. Czesciowo jest to powodowane fak¬ tem, ze teraz nie wymaga sie wprowadzania. do pamieci asocjacyjnej jakichkolwiek wirtualnych i odpowiadajacych im rzeczywistych adresów dla dostepu do omawianej czesci pamieci wewnetrznej.

W zwiazku z tym zostala zmniejszona czestotliwosc wymiany ostatnio najmniej uzywanych adresów.

Ponadto odniesienie do pewnych czesci pamieci powoduje przemieszczenie (wymiane) wejsc w pa¬ mieci asocjacyjnej, co jest przyczyna rozwleklosci informacji w odniesieniu do tablic stron pamieci wewnetrznej. Dzieki wynalazkowi za pomoca pro¬ stego wykorzystania adresu wirtualnego dla do¬ stepu do pamieci w wybranej jej czesci, osiegnieto skrócenie czasu tlumaczenia o okolo 15—25%.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym jest przedstawiony fragment systemu, zawierajacy uklad wybierania adresu dla pamieci wewnetrznej w systemie przetwarzania danych.

System, którego fragment jest przedstawiony na rysunku, moze byc jednym z wielu znanych syste¬ mów. Dostep do pamieci wewnetrznej 6 mozliwy jest po dostarczeniu adresu wirtualnego z ukladu przetwarzajacego 1 do komparatora 2 i szybkiej pamieci asocjacyjnej 3, korzystnie poprzez rejestr 4 i lacze 12.

Uklad wedlug wynalazku zawiera nie stosowane dotad w takich ukladach: komparator 2, rejestr 5 adresów o wartosci granicznej, linie laczaca wejscie komparatora 2 i element I 13, element 15 sygna¬ lów zakazu i element I 16 oraz linie laczaca wejscie 17 elementu I 16 z wyjsciem kompara¬ tora 2.

Rejestr 5 przechowuje wartosc odpowiadajaca bitom wyzszego rzedu adresu o wartosci granicznej (wartosc strony)* okreslonego przez pamiec wew¬ netrzna 6 a ponizej tej granicy wirtualne i odpo¬ wiadajace im adresy rzeczywiste sa równe. Na przyklad, jesli strona ma dwa tysiace bajtów, wówczas rejestr 5 nie wymaga dwunastu bitów nizszego rzedu adresu strony.

Sygnal z wyjscia 10 komparatora 2 jest dopro¬ wadzany do elementu kombinacyjnego I 13, w celu skierowania adresu wirtualnego laczem do rejestru adresowego 14 pamieci wewnerznej 6 wówczas, gdy dostarczone przez uklad przetwarzajacy 1 bity wyzszego rzedu adresu wirtualnego sa mniejsze od wartosci przechowywanej w rejestrze 5. Z wyjscia 10 sygnal jest dostarczany równiez do elementu dostarczajacego sygnaly zakazu, aby zapobiec przejsciu jakiegokolwiek adresu rzeczywistego z pamieci 3 do rejestru 14 wówczas, gdy tlumacze¬ nie nie jest wymagane.

Element I 16 dostarcza do ukladu przetwarzaja¬ cego 1 sygnal dla rozpoczecia przeszukiwania tablic 7 i 8—1 do 8—N wówczas, jesli do jego wejsc 17 i 18 doprowadzone sa sygnaly. Sygnaly z komparatora 2 i pamieci 3 doprowadzane sa do 2e wejsc 17 i 18 wtedy, gdy biezacy adres wirtualny w rejestrze 4 jest wiekszy lub równy adresowi 0 wartosci granicznej w rejestrze 5 i nie jest wykrywany w pamieci 3.

Uklad logiczny 20 jest dolaczony zarówno do wejscia, jak i do wyjscia pamieci asocjacyjnej 3 i sluzy do okreslania wejscia adresu wirtualnego i odpowiadajacego mu adresu rzeczywistego w pa¬ mieci asocjacyjnej 3, które jest wymieniane wów¬ czas, gdy inowy adres jest wprowadzamy do pa- mieci 3.

W zwiazku z powyzszym aidres wirtuadny do¬ starczony z centralnego ukladu przetwarzajacego 1 porównany jest z wartoscia rejestru 5. W przy¬ padku, gdy adres wirtualny jest mniejszy od 33 adresu o wartosci granicznej, pamiec wewnetrzna 6 umozliwia dostep dla adresu wirtualnego.

W przypadku, gdy adres wirtualny jest równy lub wiekszy od adresu o wartosci granicznej, adres wirtualny jest wykorzystany jako zmienna nieza- 40 lezna wejscia przeszukujacego pamieci asocjacyj¬ nej 3, która jest przeszukiwana w celu stwierdze¬ nia, czy zawiera ona adresy: wirtualny i odpowia¬ dajacy mu rzeczywisty. Przy wykryciu w pamieci asocjacyjnej adresu wirtualnego, adres rzeczywisty 45 jest wykorzystany dla dostepu do pamieci wew¬ netrznej 6. Przy braku w ukladzie asocjacyjnym adresu wirtualnego, sygnal sterujacy jest przeno¬ szony do ukladu przetwarzajacego 1 dla rozpocze¬ cia operacji tlumaczenia adresów, przy uzyciu 50 tablic bloków i stron, lub operacji zastapienia strony, co jest znane ze stanu techniki.

Okreslenie adresu o wartosci granicznej dla pod¬ stawowych elementów pamieci wewnetrznej, tzn. adresu dostarczanego do rejestru 5 jest dokonywa- 55 ne w petli mikr©programowej, która zaczyna sie w tablicach stron przy zerze adresu wirtualnego i tworzy obciazony adres rzeczywisty na adresie wirtualnym. Oznacza to, ze adres rzeczywisty jest odczytywany i porównywany z adresem wirtual¬ nym w celu stwierdzenia ich równosci. W przy¬ padku równosci adresów wirtualnego i rzeczy¬ wistego, adres wirtualny zostaje zwiekszony o po¬ jemnosc strony i nastepuje ponowne porównanie adresu wirtualnego nastepnego wejscia do tablicy 65 z adresem rzeczywistym przechowywanym na 60100 121 8 wejsciu. Jest to przeprowadzane az do momentu, gdy zabraknie obciazonego adresu rzeczywistego (to znaczy, gdy adresy rzeczywisty i wirtualny nie sa równe) albo do momentu, gdy osiagnieta zosta^ nie pojemnosc adresowania rejestru 5.

W koncu adres wirtualny najwyzszej wartosci uzyskany w poprzednich stopniach jest wprowa¬ dzany do rejestru 5 jako adres o wartosci gra¬ nicznej w pamieci wewnetrznej 6.

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe i. Uklad wybierania adresu dla pamieci wew¬ netrznej w systemie przetwarzania danych, zawie¬ rajacy rejestr adresów wirtualnych, rejestr adre¬ sowy pamieci wewnetrznej, którego wyjscie jest dolaczone do pamieci wewnetrznej, pamiec asocja¬ cyjna dla adresów wirtualnych i odpowiadajacych im adresów rzeczywistych, której wejscie jest do- 10 15 laczone do wyjscia rejestru adresów wirtualnych i, której wyjscie adresowe jest dolaczone poprzez uklad przenoszenia do rejestru adresowego pamieci wewnetrznej, znamienny tym, ze zawiera rejestr (5) adresów o wartosci granicznej dolaczony do komparatora (2), którego wejscia sa dolaczone do wyjscia rejestru (4) adresów wirtualnych i wyjscia rejestru (5) adresów o wartosci granicznej, element kombinacyjny I (13), laczacy wyjscie rejestru (4) adresów wirtualnych z rejestrem adresowym (14) pamieci wewnetrznej, przy czym wejscie sterujace elementu I (13) jest dolaczone do wyjscia kompa- tora (2).

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera element (15) dostarczajacy sygnaly zakazu, wlaczony pomiedzy wyjscie adresowe pamieci asocjacyjnej (3) i rejestr adresowy (14) pamieci wewnetrznej i posiadajacy wejscie sterujace; które jest dolaczone do Wyjscia komparatora (2). LZGraf. 2-d Nr 2 — 1475/78 105 egz. A-4 Cena 45 zl