SU692585A3 - Многоуровневое запоминающее устройство - Google Patents

Description

(54) МНОГОУРОВНЕВОЕ, ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО тельный накопители, а также последовательно соединенные третий и четвертый дополнительные накопители, основной накопитель первого уровн  соединен со входами и выходами устройства , Основные и первые допелнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровн , подключены к первому источнику питани , другие дополнительные накопители всех уровней , Kpoie последнего уровн , соединены со вторым источником .питани . На фиг. 1 изображен блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 и 3 - подробна  схема двух уровней устройства; на фиг. 4 - выполнение элемента исключающее на фиг. 5 - блок-схема формировани  си нала промежуточного накоплени ; на фиг. 6 - блок-схема четвертого дополнительного накопител ; на фиг, 7 - блок-схема дл  формировани  изменени  статусного двоичного сигнала . Каждый уровень устройства содержит основной накопитель 1 с возможностью доступа дл  изъ ти  или запи си данных на данном уровне, первый дополнительный накопитель 2, работа щий совместно с накопителем 1 этого уровн  и содержащий каталог данных, накопленных в этом уровне иерархии, второй дополнительный накопитель 3, содержащий все изменени , осуществп & ые с данными на соответствующем уровне, третий дополнительный накопитель 4 дл  записи последовательно ти, в которой изменени  записываютс в накопитель 3, и четвертый дополнительный накопитель 5, в котором хранитс  информаци  о том, были ли изменены до этого данные на какомлибо уровне иерархии. При этом на каждом уровне накопи тели 2 и 3, а также последовательно соединенные.накопители 5 и 4, по ключены параллельно накопителю 1. Накопитель 1 первого уровн  соедине со входами и выходами устройства, подключенными к выходам и входам бл ка обработки данных б. Накопители 1 и 2 всех уровней, кроме последнего, подключены к первому источнику питани , а накопители 3-5 всех уровне кроме последнего (накопители, изобр женные на фиг. 1 справа of пунктирной линии 7), соединены со вторым источником питани  (первый и второй источники питани  на фиг. 1 не показаны ) Помимо этого, по мере на самом последнем уровне устройства данные хран тс  в.энергонезависимом накопителе, как наприме в накопителе на магнитной ленте, та что данные йе могут быть потер ны, если выходит из стро  источник питани . На последнем уровне накопит 3 содержит дубликат всех данных, им ихс  в накопителе 1 этого уровн . тим гарантируетс , что при выходе з стро  одного из источников, питани  е нарушаетс  целостность данных, ак как все данные по меньшей мере а самом последнем уровне хран тс  в невосприимчивом к выходу из стро  сточника питани  накопителе, а так как все изменени  с данными на последнем уровне по обе стороны от пунктирной линии 7 имеютс , по меньшей мере, на одном из других уровней, то они вновь могут передаватьс  на все .другие уровни устройства, когда устран етс  повреждение источника питани . Устройство работает следующим образом. Если блок б выбирает данные, то накопитель 2 первого уровн  устройства провер ет, накоплены ли требуемые данные на этом уровне. Если это имеет место, то данные считываютс  из накопител  1, Если данные наход тс  не на первом уровне, накопитель 2 провер ет следующий уровень, чтобы установить наличие данных на этом уровне, и т. д., до тех пор, пока данные не будут найдены или не будет достигнут самый последний уровень. Если данные обнаруживаютс , они передаютс  в первый уровень, где возможен доступ к накопителю 1 этого уровн  посредством блока 6. Если с блока 6 данные должны быть введены в устройство, они накапливаютс  как в накопителе 1, так и в накопителе 3 первого уровн . Одновременно опрашиваетс  накопитель 5, чтобы установить, не были ли уже перёдЭтим изменены данные. Если нет, то происходит ввод в на.копитель 4, в его ближайшую свободную  чейку пам ти. Накопитель 4 регистрирует последовательность данных на первом уровне, которые измен ютс  первыми. Эта запись затем используетс  дл  того, чтобы изменени  с данными на первом уровне передать на другие уровни устройства, стара сь сохранить пирамиду данных, в которой второй уровень содержит все данные, имеющиес  на.первом уровне, третий уровень содержит все данные, имеющиес  на первом И втором уровн х, и т, д. Передача данных с первого уровн  на второй происходит лищь тогда, когда накопитель 1 второго уровн  свободен. Тогда измененные данные накопител  3 первого уровн  могут передаватьс  в накопитель 1 второго уровн , в то врем  как накопитель 1 первого уровн  зан т передачей данных между устройством и блоком 6, Таким образом происходит и передача данных на последующие уровни. Изменени  с данными передаютс  в накопитель 3 в такой же последовательности , в которой они были введены в накопитель 5, причем данные, изменени  с которыми.произошли давно , передаютс  в первую очередь, если возникает потребность в передаче . Нар ду с передачей данных с более высоких уровней иерархии на нижние уровни, измененные данные могут быть также удалены с любого уровн  или переданы на более нижние уровни, чтобы освободить место дл  новых данных. В устройстве можно предусмотреть батарейное питание, чтобы обеспечит сохранность данных в накопител х 3-5, пока данные не будут переданы в энерго-независимый накопитель, есл выход т из стро  источники питани , Рассмотрим более подробно работу устройства (см. фиг. 2 и 3). Накопитель 8 первого уровн  хранит виртуальные адреса в группах (по четыре адреса в каждой)-дл  всех данных нме бщйхс   в прЬйзвбльный момент времени на первом уровне устройства. Четыре адреса каждой группы наэывают с  конгруентным классом, адрес tcoToрого определ етс  в первом урбвне при помощи логической операции, котора  объедин ет определенные двоичные сигналы вируальййхадресов с двоичными сигналами реальных адресов в элементе исключающее ИЛИ 9 Выходной сигнал Элементаисключаюшее ИЛИ 9 подаетс  на декодирьп щий вход регистра накопител  8, При таком доступе к накопителю 8 четыре адреса конгруентного класса параллел но считываюто  из накопител  8. Каждый из виртуальных адресов, кото|зые считываютс  из блока 10 обработки пр«эграмм, в KOMrtajiaTope II сравни ваетс  с виртуальным адресом, йспо ь зуелвлм дл  формировани  двоичных сигналов доступа к накоййтелю 8 первого уровн . Если один из аццресов, считываемых из накопител  8, совпадает с соответствующим виртуальным адресом, то компаратор 11 выдаёт сигнал. Этот выходной сигнал состоит из двух двоичных сигналов, которые; указывают, какой из считанных адресов совпадает с искомым адресом. Этот сигнал подаетс  на дешифратор, соединенный к: накопителем 12 первого уровн , в накопителе 12 хран тс  все данные первого уровн , а доступ осуществл етс  через его входной дешифратор при помощи сигнала р , который подаетс  в накопитель 8, и если доступ имеет место, то данные, наход щиес  по четырем виртуальным адресам конгруентного класса, считываютс . Выходной сигнал компаратора 11, которые  вл етс  однобитовым сигнапЪм четырех двубитных сигналов , выбирает затем данные по одному из виртуальных адресов своего кОНгруентного класса и передает их в регистр ввода-вывода 13,. соединенный с накопителем 12, откуда сигнал направл етс  обратно к блоку обработки программ 10. Если устанавливаетс , что данные на первом уровне отсутствуют, то необходимо проверить. Наход тс  ли данные на втором уровне. Как первый уровень, так и второй уровень содержат накопитель 14. Так как на втором уровне хранитс  б:ольше информации, чем на Нервом, то и накопитеЛь там имеет- большую емкость/ Соответственно и входной сигнал дл  этого накопител  вклйчает больше двойчйН5с ёййМц дл  выё6ра конгруентного класса четырех виртуальных адресов. Этот входной сигнал также формируетс  при помощи элемента исключающее ИЛИ 9. При опросе накопител  14 при помощи сигнала четыре виртуальных адреса конгруентного класса считываютс  в регистр ввода-вьгвЬда 15 ив компаратор 16, в .котором храник ае адреса сравниваютс с виртуальным адресом, формируешлм блоком обработки 10. Это сравнение приводит к единичному из четырёх сигналов сравиенкп, ко- торый ука ыйаеТ, какой из адресов койгруентного класса требовалс . Этот сигнал также подаетс  на дешифратор на выходе регистра ввода-вывода накопител  17 второго уровн , который управл етс  при помощи сигнала., Таким образом накопленные по одному из адресов конгруентного класса даннае считываютс  , со второго уровн  и передаютс  в накопитель 8 первого уровн . Если даНныё должны быть введены в устройство, то блок обработки 10 создает управл ющий сигнал дл  логи ческого элементаИ 18, который вводит виртуальный адрес В регистр поиска адреса 19 накопител  20. Накопитель 20 выполнен в видё .ассоциативной пам ти, подробно изображенной на фиг. б. Здесь осуществл етс  ассоциативный поиск, при котором виртуальный адрес сравниваетс  с каждым из виртуальных адресов, хранимых в накопителе 20. При совпадении виртуального адреса в регистре поиска адресов 19 с виртуальным адресом в накопителе 20, последний формирует сигнал сравнени , показывающий, что адрес находитс  в накопителе 20, другими словами, что данные, хранимыепо этому адресу, изменились еще раньше. Бели сравнение не дает срвпадени  адресов, то это означает, ,что данные, хранимне по соответствующему адресу, еще не изменились. Если имеет место эта .СйТуацй , то как в накопителе 20, .так и в соответствующем накопителе 21 отмечаетс , что адрес теперь измен етс . Если наоборот констатируетс  совпадение адресов, то не происходит ввода в накопитель 20 или в накопитель 21. Адрес в накопителе 21 определ ет пор док, в кото ром изменение будет позднее передаватьс  в нижние уровни иерархии. Дл  этой цели предусмотрен счетчик 22, который указывает соседнюю свободную  чейку пам ти/ из которой он считывает каждый из адресов накопител  21 по ,. Кппи ПРнакопител  21 по пор дку. Если ре гистр совпадений 23 не формирует сиг нал, характеризующий совпадение, которыйпоступает однс5временно с управл ющим сигналом блока обработки 10, выходной сигнал счетчика 22 при помощи логических элементов И. 24 и 25 передаетс  в накопитель 21, Чтобы выбрать одно из записанных в нем слов. Одновременно виртуальный адрес передаетс  в регистр вводавывода 26 накопител  21, теМ самым вйртуальньай адрес может хранитьс  в накопителе 21 в месте, определенном при помощи счётчика. 22. Если проис дит ввод в накопитель 21, то счетчик 22 переводитс  в следующее состо ние при помощи сигнала ввод внполнен. Таким образом осуществл етс  ввод в накопитель 21 в последовательности , в которой происходили изменени  с данными при помощи блокаобработкиДО. . . ... Помимо ввода адресов в накопител 20 и 21 данные соответствуйщего адреса ввод тс  в накопители 12 и 27, Йакопитель 27 идентичен йайопйтедю 12 того же уровн , прИЧёМ  чей ки пам ти в обоих накопител  х точносоответствуют . Поэтому ВсУЩествл юте  изменени  данных, которые нахо д тс  в  чейке пам ти 28 в накопителе 12, а также данных, наход щихс  в соответствующей  чейке пам ти накопител  27. , Как уже упоминалось, изменени , введенные в накопитель 21, в той же поспедовательиости передаютс  на ни ние уровни устройства. Дл  этой цели счетчик 29 запускаетс  при йЬМощ блока, изображенного на фиг. 5, есл выходной сигнал схемы блокировки- 30 указывает, что накопитель 27 первог уровн  действует, то есть отсут- гствует ввод или вывод/ и если выход ной сигнал схемы блокировки 31 пока зывает, что накопитель 17 второго ур н  в насто щий MOMieHT не работает.. Тогда выхо.дной сигнал счетч 1ка 29 при помощи логи.ческой схемы 32 состо шей из элементов И, управл емой схемами блокировки 30 и 31, подает  на вход накопител  21 первого уровн , что считывать данные по адресу, определенному ,выходным сигнаом счетчика 29. Этот виртуальный адрес подаетс  на элемент исключающее ИЛИ 9, который формирует входные сигналы и jr , поступающие в накопители 27, 17, 33. Нар ду с накоплением виртуального адреса накопитель 21 накапливает также результаты одно - и четырехзначного сравнени  при помощи компаратора 11, если накопитель 8 опрашиваетс  по адресу, и накапливает-дополни контрольный двоичный сигнал, тот сигнал равен , если сначала происходит ввод в накопители 20 и 21. На фиг. 5 показано, каким образом контрольный двоичный сигнал вводитс  в матрицу поиска накопител  20, и каким образом он передаетс  затем внакопитель 2i, если осуществл етс  новый ввод в регистр вводавывода 26 накопител  21, Если блок обработки 10 вадает команду на запись дл  определенного виртуальн&гоадреса , этот виртуальный адрес вводитс  в регистр поиска адресов 19 (см. фиг. 3 и 6). Объем регистра поиска адресов 19 на одну двоичную единицу больше , чем виртуальный адрес, и при ввод© виртуального адреса последний разр д в регистре поиска адресов 19 сдвигаетс  на двоичную . Как уже упоминалось, одновременно .опрашиваетс  весь накопитель 20. Если содержимое регистра поиска адресов 19 совпадает с одним из слов в накопителе 20, включаетс  одна и только одна из схем возбуждени  34. Если включаетс  сдна из схем возбуждени  34, ее выходной сигнал показывает, что данные у:же предварительно были изменены и что происходит соответствующий ввод в накопители 20 и 21, Если ИИ одна из схем возбуждени  34 Не включена, то это говорит о том, что совпадение не найдено. Это означает, что должен быть осуществлен ввод в накопители 20 и 21. Дл  этой цели включаетс  кольцевой счетчик 35, чтобы, вызвать адрес следующего слова в накопителе 20. Одновременно срабатывает вентильна  схема 36 на запись, так что содержимое регистра 19 накапливаетс  в  чейке накопител , адресованной посредством кольцевого счетчи.ка 35. Если данные передаютс  в накопитель 27, то это изменение также должен иметь и накопитель 21. Это происходит следующим образом: виртуальный адрес, вз тый во врем  промежуточного накоплени  из накопител  21 первого уровн , используетс  дл  65 опроса накопител  21 первого уровн ,

Вз тый из матрицы поиска совпадающи адрес помещаетс  в схему блокировки 37, а контрольный двоичный сигнал в регистре поиска адресов 19 принимает значение О. В предусмотренной дл  накоплени  части цикла схема блокировки 37 используетс  дл  адресации накопител  20.

Содержимое регистра поиска адресов 19 записываетс  в адресованную  чейку пам ти. При значении контролного двоичного сигнала, равном О запрещаетс  сравнение виртуального адреса при последующем опросе, если схема блокировки сброшена. При этом тактовые сигналы Т формируютс  при помощи Обычного тактового генератор и, по вл ютс  в указанной последовательности (см. фиг- 6).

Возможны два вида промежуточного накоплени , а именно промежуточное накопление при совпадении в соответствии с обсуждавшийс  выше алгоритмом и вынужденное промежуточное накопление . Вын окденвое промежуточ- . ное накопление осуществл етс  не в последовательности записанного последним изменени , т. е. согласно алгоритму, заданному при помощипереключени  накопител  21, причем переключение накопител  21 происходит при помощи его адресов в после довательности, определ-ёнирй-счетчиком 29. При вынужденном накоплении контрольный двоичный сигнал удал етс из накопител  21 и накопител  20, как во врем  обычной операции промежуточного накоплени , чтобы показать что данные накоплены и больше не должны быть повторены. .

.

Вынужденное промежуточное накопдение происходит, если данные должны быть введены в конгруентный класс, в котором данные по всём виртуальным адресам конгруен-гного класса уже изм н лись, а изменени  еще не подвёржёны промежуточному хранению. Дл  определени ,.необходимо ли промежуточное накопление, накопитель 8 содержит четыре статусных бита, по одному дл  каждого отдельного адреса в данном конгруеитном классе. Статусные

биты запускаютс  схемой статусных двоичных сигналов 38, показанной на фиг. 7. Каждый раз, когда данные измен ютс  или подвергаютс  промежуточному накоплению , происходит изменение статусного двоичного бита, чтобы отразить этот процесс. Схема статусных двоичных сигналов 38 включает логический элемент И 39. Если выходной сигнал накопител  8 содержит четыре двоичных что говорит о тем, что данные по всем адресам в определенном конгруеном классе изменились, и если имеет место сигнал, который показывает, что данные накоплены не иначе как на одном уровне, логический элемент И 39 формирует выходной сигнал, который производит промежуточное наколение . Формула изобретени 

Многоуровневое запоминающее устрство , содержащее источники питани  и на каждом уровне - основные и дополнительные накопители, о т л и чаю щ е ее   тем, что, с целью повышени  нг1Дежностй устт ойства, на Каждом уровне устройства параллельн бсновному накопителю подключены Первый.и второй дополнительный накопители , а также последовательно соединенные третий и четвертый дополнительные накопители, основной накопитель первого уровн  соединен со входами и выходамиустройства, основные и первыедополнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровн , подключены к пер .вомуисточнику писани , другие дополнительные накопители всех уровней , кроме последнего уровн , соединены со вторым источником питани .

Источники информации, прин тые вй внйМаггйе прй экспертизе

1. Патент США №.3781808, кл. 340-172,5, 1972, .

2, виртуальные накопители-современна  концепци  обработки- данНьгх, изд. ТВМ Deutscheand, Штуттгарт , 1972, с. 47-90.

JI

.31

w

I

h

f

i

(ptiiiS

Д-1

j

I

t(t4