Многоуровневое запоминающее устройство - SU692585A3

Чертежи

Описание

(54) МНОГОУРОВНЕВОЕ, ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО тельный накопители, а также последовательно соединенные третий и четвертый дополнительные накопители, основной накопитель первого уровня соединен со входами и выходами устройства , Основные и первые допелнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровня, подключены к первому источнику питания, другие дополнительные накопители всех уровней , Kpoie последнего уровня, соединены со вторым источником .питания. На фиг. 1 изображен блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 и 3 - подробная схема двух уровней устройства; на фиг. 4 - выполнение элемента исключающее на фиг. 5 - блок-схема формирования си нала промежуточного накопления; на фиг. 6 - блок-схема четвертого дополнительного накопителя; на фиг, 7 - блок-схема для формирования изменения статусного двоичного сигнала . Каждый уровень устройства содержит основной накопитель 1 с возможностью доступа для изъятия или запи си данных на данном уровне, первый дополнительный накопитель 2, работа щий совместно с накопителем 1 этого уровня и содержащий каталог данных, накопленных в этом уровне иерархии, второй дополнительный накопитель 3, содержащий все изменения, осуществпя& ые с данными на соответствующем уровне, третий дополнительный накопитель 4 для записи последовательно ти, в которой изменения записываютс в накопитель 3, и четвертый дополнительный накопитель 5, в котором хранится информация 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 уровня 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 питания , а накопители 3-5 всех уровне кроме последнего (накопители, изобр женные на фиг. 1 справа of пунктирной линии 7), соединены со вторым источником питания (первый и второй источники питания на фиг. 1 не показаны ) Помимо этого, по мере на самом последнем уровне устройства данные хранятся в.энергонезависимом накопителе, как наприме в накопителе на магнитной ленте, та что данные йе могут быть потеряны, если выходит из строя источник питания . На последнем уровне накопит 3 содержит дубликат всех данных, им ихся в накопителе 1 этого уровня. тим гарантируется, что при выходе з строя одного из источников, питания е нарушается целостность данных, ак как все данные по меньшей мере а самом последнем уровне хранятся в невосприимчивом к выходу из строя сточника питания накопителе, а так как все изменения с данными на последнем уровне по обе стороны от пунктирной линии 7 имеются, по меньшей мере, на одном из других уровней, то они вновь могут передаваться на все .другие уровни устройства, когда устраняется повреждение источника питания. Устройство работает следующим образом. Если блок б выбирает данные, то накопитель 2 первого уровня устройства проверяет, накоплены ли требуемые данные на этом уровне. Если это имеет место, то данные считываются из накопителя 1, Если данные находятся не на первом уровне, накопитель 2 проверяет 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 обнаруживаются, они передаются в первый уровень, где возможен доступ к накопителю 1 этого уровня посредством блока 6. Если с блока 6 данные должны быть введены в устройство, они накапливаются как в накопителе 1, так и в накопителе 3 первого уровня. Одновременно опрашивается накопитель 5, чтобы установить, не были ли уже перёдЭтим изменены данные. Если нет, то происходит ввод в на.копитель 4, в его ближайшую свободную ячейку памяти. Накопитель 4 регистрирует последовательность данных на первом уровне, которые изменяются первыми. Эта запись затем используется для того, чтобы изменения с данными на первом уровне передать на другие уровни устройства, стараясь сохранить пирамиду данных, в которой второй уровень содержит все данные, имеющиеся на.первом уровне, третий уровень содержит все данные, имеющиеся на первом И втором уровнях, и т, д. Передача данных с первого уровня на второй происходит лищь тогда, когда накопитель 1 второго уровня свободен. Тогда измененные данные накопителя 3 первого уровня могут передаваться в накопитель 1 второго уровня, в то время как накопитель 1 первого уровня занят передачей данных между устройством и блоком 6, Таким образом происходит и передача данных на последующие уровни. Изменения с данными передаются в накопитель 3 в такой же последовательности , в которой они были введены в накопитель 5, причем данные, изменения с которыми.произошли давно , передаются в первую очередь, если возникает потребность в передаче . Наряду с передачей данных с более высоких уровней иерархии на нижние уровни, измененные данные могут быть также удалены с любого уровня или переданы на более нижние уровни, чтобы освободить место для новых данных. В устройстве можно предусмотреть батарейное питание, чтобы обеспечит сохранность данных в накопителях 3-5, пока данные не будут переданы в энерго-независимый накопитель, есл выходят из строя источники питания , Рассмотрим более подробно работу устройства (см. фиг. 2 и 3). Накопитель 8 первого уровня хранит виртуальные адреса в группах (по четыре адреса в каждой)-для всех данных нме бщйхс я в прЬйзвбльный момент времени на первом уровне устройства. Четыре адреса каждой группы наэывают ся конгруентным классом, адрес tcoToрого определяется в первом урбвне при помощи логической операции, которая объединяет определенные двоичные сигналы вируальййхадресов с двоичными сигналами реальных адресов в элементе исключающее ИЛИ 9 Выходной сигнал Элементаисключаюшее ИЛИ 9 подается на декодирьп щий вход регистра накопителя 8, При таком доступе к накопителю 8 четыре адреса конгруентного класса параллел но считываютоя из накопителя 8. Каждый из виртуальных адресов, кото|зые считываются из блока 10 обработки пр«эграмм, в KOMrtajiaTope II сравни вается с виртуальным адресом, йспояь зуелвлм для формирования двоичных сигналов доступа к накоййтелю 8 первого уровня. Если один из аццресов, считываемых из накопителя 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 подается на дешифратор, соединенный к: накопителем 12 первого уровня, в накопителе 12 хранятся все данные первого уровня, а доступ осуществляется через его входной дешифратор при помощи сигнала р , который подается в накопитель 8, и если доступ имеет место, то данные, находящиеся по четырем виртуальным адресам конгруентного класса, считываются . Выходной сигнал компаратора 11, которые является 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 направляется обратно к блоку обработки программ 10. Если устанавливается, что данные на первом уровне отсутствуют, то необходимо проверить. Находятся ли данные на втором уровне. Как первый уровень, так и второй уровень содержат накопитель 14. Так как на втором уровне хранится б:ольше информации, чем на Нервом, то и накопитеЛь там имеет- большую емкость/ Соответственно и входной сигнал для этого накопителя вклйчает больше двойчйН5с ёййМц для выё6ра конгруентного класса четырех виртуальных адресов. Этот входной сигнал также формируется при помощи элемента исключающее ИЛИ 9. При опросе накопителя 14 при помощи сигнала четыре виртуальных адреса конгруентного класса считываются в регистр ввода-вьгвЬда 15 ив компаратор 16, в .котором храникяае адреса сравниваютсяс виртуальным адресом, формируешлм блоком обработки 10. Это сравнение приводит к единичному из четырёх сигналов сравиенкп, ко- торый ука ыйаеТ, какой из адресов койгруентного класса требовался . Этот сигнал также подается на дешифратор на выходе регистра ввода-вывода накопителя 17 второго уровня, который управляется при помощи сигнала., Таким образом накопленные по одному из адресов конгруентного класса даннае считываются , со второго уровня и передаются в накопитель 8 первого уровня. Если даНныё должны быть введены в устройство, то блок обработки 10 создает управляющий сигнал для логи ческого элементаИ 18, который вводит виртуальный адрес В регистр поиска адреса 19 накопителя 20. Накопитель 20 выполнен в видё .ассоциативной памяти, подробно изображенной на фиг. б. Здесь осуществляется ассоциативный поиск, при котором виртуальный адрес сравнивается 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 сравнения, показывающий, что адрес находится в накопителе 20, другими словами, что данные, хранимыепо этому адресу, изменились еще раньше. Бели сравнение не дает срвпадения адресов, то это означает, ,что данные, хранимне по соответствующему адресу, еще не изменились. Если имеет место эта .СйТуацйя, то как в накопителе 20, .так и в соответствующем накопителе 21 отмечается, что адрес теперь изменяется. Если наоборот констатируется совпадение адресов, то не происходит ввода в накопитель 20 или в накопитель 21. Адрес в накопителе 21 определяет порядок, в кото ром изменение будет позднее передаваться в нижние уровни иерархии. Для этой цели предусмотрен счетчик 22, который указывает соседнюю свободную ячейку памяти/ из которой он считывает каждый из адресов накопителя 21 по ,. Кппи ПРнакопителя 21 по порядку. Если ре гистр совпадений 23 не формирует сиг нал, характеризующий совпадение, которыйпоступает однс5временно с управляющим сигналом блока обработки 10, выходной сигнал счетчика 22 при помощи логических элементов И. 24 и 25 передается в накопитель 21, Чтобы выбрать одно из записанных в нем слов. Одновременно виртуальный адрес передается в регистр вводавывода 26 накопителя 21, теМ самым вйртуальньай адрес может храниться в накопителе 21 в месте, определенном при помощи счётчика. 22. Если проис дит ввод в накопитель 21, то счетчик 22 переводится в следующее состояние при помощи сигнала ввод внполнен. Таким образом осуществл ется ввод в накопитель 21 в последовательности , в которой происходили изменения с данными при помощи блокаобработкиДО. . . ... Помимо ввода адресов в накопител 20 и 21 данные соответствуйщего адреса вводятся в накопители 12 и 27, Йакопитель 27 идентичен йайопйтедю 12 того же уровня, прИЧёМ ячей ки памяти в обоих накопителя х точносоответствуют . Поэтому ВсУЩествл ютея изменения данных, которые нахо дятся в ячейке памяти 28 в накопителе 12, а также данных, находящихся в соответствующей ячейке памяти накопителя 27. , Как уже упоминалось, изменения, введенные в накопитель 21, в той же поспедовательиости передаются на ни ние уровни устройства. Для этой цели счетчик 29 запускается при йЬМощ блока, изображенного на фиг. 5, есл выходной сигнал схемы блокировки- 30 указывает, что накопитель 27 первог уровня действует, то есть отсут- гствует ввод или вывод/ и если выход ной сигнал схемы блокировки 31 пока зывает, что накопитель 17 второго ур ня в настоящий MOMieHT не работает.. Тогда выхо.дной сигнал счетч 1ка 29 при помощи логи.ческой схемы 32 состояшей из элементов И, управляемой схемами блокировки 30 и 31, подаетя на вход накопителя 21 первого уровня, что считывать данные по адресу, определенному ,выходным сигнаом счетчика 29. Этот виртуальный адрес подается на элемент исключающее ИЛИ 9, который формирует входные сигналы и jr , поступающие в накопители 27, 17, 33. Наряду с накоплением виртуального адреса накопитель 21 накапливает также результаты одно - и четырехзначного сравнения при помощи компаратора 11, если накопитель 8 опрашивается 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 вводится в матрицу поиска накопителя 20, и каким образом он передается затем внакопитель 2i, если осуществляется новый ввод в регистр вводавывода 26 накопителя 21, Если блок обработки 10 вадает команду на запись для определенного виртуальн&гоадреса , этот виртуальный адрес вводится 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 разряд в регистре поиска адресов 19 сдвигается на двоичную . Как уже упоминалось, одновременно .опрашивается весь накопитель 20. Если содержимое регистра поиска адресов 19 совпадает с одним из слов в накопителе 20, включается одна и только одна из схем возбуждения 34. Если включается сдна из схем возбуждения 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 возбуждения 34 Не включена, то это говорит о том, что совпадение не найдено. Это означает, что должен быть осуществлен ввод в накопители 20 и 21. Для этой цели включается кольцевой счетчик 35, чтобы, вызвать адрес следующего слова в накопителе 20. Одновременно срабатывает вентильная схема 36 на запись, так что содержимое регистра 19 накапливается в ячейке накопителя, адресованной посредством кольцевого счетчи.ка 35. Если данные передаются в накопитель 27, то это изменение также должен иметь и накопитель 21. Это происходит следующим образом: виртуальный адрес, взятый во время промежуточного накопления из накопителя 21 первого уровня, используется для 65 опроса накопителя 21 первого уровня,

Взятый из матрицы поиска совпадающи адрес помещается в схему блокировки 37, а контрольный двоичный сигнал в регистре поиска адресов 19 принимает значение О. В предусмотренной для накопления части цикла схема блокировки 37 используется для адресации накопителя 20.

Содержимое регистра поиска адресов 19 записывается в адресованную ячейку памяти. При значении контролного двоичного сигнала, равном О запрещается сравнение виртуального адреса при последующем опросе, если схема блокировки сброшена. При этом тактовые сигналы Т формируются при помощи Обычного тактового генератор и, появляются в указанной последовательности (см. фиг- 6).

Возможны два вида промежуточного накопления, а именно промежуточное накопление при совпадении в соответствии с обсуждавшийся выше алгоритмом и вынужденное промежуточное накопление . Вын окденвое промежуточ- . ное накопление осуществляется не в последовательности записанного последним изменения, т. е. согласно алгоритму, заданному при помощипереключения накопителя 21, причем переключение накопителя 21 происходит при помощи его адресов в после довательности, определ-ёнирй-счетчиком 29. При вынужденном накоплении контрольный двоичный сигнал удаляетс из накопителя 21 и накопителя 20, как во время обычной операции промежуточного накопления, 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 нялись, а изменения еще не подвёржёны промежуточному хранению. Для определения ,.необходимо ли промежуточное накопление, накопитель 8 содержит четыре статусных бита, по одному для каждого отдельного адреса в данном конгруеитном классе. Статусные

биты запускаются схемой статусных двоичных сигналов 38, показанной на фиг. 7. Каждый раз, когда данные изменяются или подвергаются промежуточному накоплению , происходит изменение статусного двоичного бита, чтобы отразить этот процесс. Схема статусных двоичных сигналов 38 включает логический элемент И 39. Если выходной сигнал накопителя 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 изобретения

Многоуровневое запоминающее устрство , содержащее источники питания и на каждом уровне - основные и дополнительные накопители, о т л и чаю щ е ее я тем, что, с целью повышения 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 уровня соединен со входами и выходамиустройства, основные и первыедополнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровня, подключены к пер .вомуисточнику писания, другие дополнительные накопители всех уровней , кроме последнего уровня, соединены со вторым источником питания.

Источники информации, принятые вй внйМаггйе прй экспертизе

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

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

JI

.31

w

I

h

f

i

(ptiiiS

Д-1

j

Реферат

Формула

I

t(t4