Многоуровневое запоминающее устройство

 

,:,Р4

11лТ б„ т,ио-,вил- +

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик " 692585 (6! ) Дополнительный к патенту (22} Заявлено 040775 (21} 2152006/18-24 (2З} Приоритет — (32} 050774 (51} М. Кл.

G 06 F 13/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (3) ) 486043 (зз} nm (5З} УЛ (681. 327 (088. 8) Опубликовано15.10.7О. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 15.10.79

Иностранцы

Винсент Энтони Корди и Брюс Адам Эдсон (США) (72) Авторы иЗобретения

Иностранная фирма Интернэшнл Бизнес Машинз Корпорейшн (США) (71) Заявитель (54) . МНОГОУРОВНЕВОЕ, ЭАПОМИНМОЩЕЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области вычислительной техники.

Известно многоуровневое запоминающее устройство, содержащее источники питания, несколько накопителей, например по одному на каждом уровне

l1) .

Недостатком этого устрОйства является возможность разрушения информации при выходе из строя источников питания.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являет- Е ся многоуровневое запоминающее устройство, содержащее источники питания и на каждом уровне — основные и дополнительные накопители (2).

В этом устройстве возникают серьез- ) ные проблемы при передаче информации между отдельными уровнями устройства, а так как среди накопителей.присутствуют полупроводниковые накопители, Которые являются энергозависимыми, ов то возникают проблемы сохранения данных,. которые связаны с надежностью и чувствительностью этих на-. копителей к выходу из строя источников или колебаниям питания. Задача сохранения данных может быть решена таким образом, что каждый уровень устройства оборудуется двумя самостоятельныйи "накопителями и накапливаемые на каком-либо уровне иерархий данные одновременно перезаписываются в оба накопителя, так что, в случае возникновения в одном из накопителей ошибки, данные могут быть вновь получены с другого накопителя. Хотя это решение и улучшает надежность, но оно не устраняет проблем передачи информации между отдельными уровнями и кроме того при возникновении ошибки, которая при-. водит к сбросу накопителя, передача данных с уровней накопителя, содержащих энергозависимые накопительные элементы, в уровни с энергонезависимыми накопительными элементами может занимать слишком много времени, так что данные могут быть разрушены при выходе из строя источника питания. Указанные обстоятельства снижают надежность устройства.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что, Ма каждом уровне устройства параллельно основному накопителю подключены первый и второй дополни692585 тельный накопители, а также последовательно соединенные третий и четвертый дополнительные накопители, основной накопитель первого уровня соединен со входами и выходами устройства, основные и первые допол- 5 иительные накопители всех уровней, кроме последнего уровня, подключены к первому источнику питания, другие дополнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровня, соеди- 10 нены 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 ИЛИ ; на фиг. 5 — блок-схема формирования сигнала промежуточного накопления; на фиг. б — 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 записи данных на данном уровне, первый дополнительный накопитель 2, работающий совместно с накопителем 1 этого уровня и содержащий каталог данных, накопленных в этом уровне иерархии, второй дополнительный накопитель 3, содержащий все изменения, осуществляемые с данными на соответствующем уровне, третий дополнительный накопитель 4 для записи последовательнос- З5 ти, в которой изменения записываются в накопитель 3, и четвертый дополнительный накопитель 5, в котором хранится информация о том, были ли изменены до этого данные на каком- 40 либо уровне иерархии.

При этом на каждом уровне накопители 2 и 3, а также последовательно соединенные, накопители 5 и 4, подключены параллельно накопителю 1. 4

Накопитель 1 первого уровня соединен со входами и выходами устройства, подключенными к выходам и входам блока обработки данных 6. Накопители 1 и 2 всех уровней, кроме последнего, подключены к первому источнику питания, а накопители 3-5 всех уровней, кроме последнего (накопители, изобраясенные на фиг. 1 справа от пунктирной линии 7), соединены со вторым источником питания (первый и второй источники питания на фиг. 1 не показаны) Помимо этого, по крайней мере на самом последнем уровне устройства данные хранятся в энергонезависимом накопителе, как например, Щ в накопителе на магнитной ленте, так что данные he могут быть потеряны, если выходит из строя источник питания. На последнем уровне накопитель

3 содержит дубликат всех данных, имею-,5 щихся в накопителе 1 этого уровня.

Этим гарантируется, что прн выходе из строя одного из источников питания и е и аруша етс я цел ост и ост ь дан иых, так как все данные по меньшей мере на самом последнем уровне хранятся в невосприимчивом к выходу из строя источника 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 оии 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 б 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 перед -этим изменены данные. Если нет, то происходит ввод в накопитель 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, трет*й уровень содержит все данные, имеющиеся на первом и втором уровнях, и т. д.

Передача данных с первого уровня на второй происходит лишь 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 н блоком 6.

Таким образом происходит и передача данных на последующие уровни.

Изменения с данными передаются в

692585 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. сигналом ч етырех двубитных сигналов, выбирает затем данные по одному из виртуальных адресов своего койгруентного 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 ;ровень содержат накопитель 14. Так как

В устройстве можно предусмотреть на втором уровне хранится больше батарейное питание, чтобы обеспечить 15 информации, чем на первом, то и насохранность данных в накопителях копитель там имеет большую емкость/

3-5, пока данные не будут переданы Соответственно и входной сигнал в энерго-независимый накопитель, если для этого накопителя включает больвыходят из строя источники пита- ше двойчных единиц для"выбора кон- груентного класса четырех виртуальРассмотрим более подробно работу ных адресов. Этот входной сигнал устройства (см. фиг. 2 и 3). Нако- также формируется при помощи элепитель 8 первого уровня хранит вир- мента исключающее ИЛИ . 9. При туальные адреса в группах (по четы- опросе накопителя 14 при помощи ре адреса в каждой) для всех данных, сигнала четыре вйртуальных адреса имеющихся в произвольный момент вре- 25 конгруентного класса считываются в мени на первом уровне устройства. Регистр ввода-вывода 15 и в компаратор

Четыре адреса каждой группы наэывают- 16, в котором хранимые адреса срався конгруентным классом; "вттрес кото- нйваютс я с виртуальным адресом, РОГО ОПРеДеляется в перйом урбвне формируемым блоком обработки 10. Это при помощи логической операции, ко- 36 сравнение приводит к единичному торая объединяет. определенные двоич--,; из четырех сигНалов сравнения," коные сигналы вируальнттх адресов с " торый указывает, какой иэ четырех двоичными сигналами реальных адре- адресов койгруентного класса требосов в элементе исключающее ИЛИ 9. вался. Этот сигнал. также подается

Выходной сигнал элемента исклю- .. Ы на дешифратоР на .вйходе регистра чающее ИЛИ 9 подается на декодирую- ввода-вывода йакодйтеля 17 второго щий вход регистра накоттителя 8. При уровня, который уйравляется при потаком доступе к иакопитыпо 8 четыре мощи айги®та; Таким образом накопадреса конгруентного класса параллель-. ленные по одному из адресов койгруно считываютоя иэ накопителя 8. Каж-- Щ ентного класса данйые считываются дый из виртуальных адресов, которые со второго уровня и передаются в считываются из блока 10 обработ- накбпитель 8 перзого уровня. ки пРограмм, в комйараторе 11 сравнивается с виртуальным адресом, йсйоль-" если данные должны быть введены зуемтм для формирования двоичных 45 в устройство, то блок обработки 10 сигналов доступа к наКоПителю 8 пер- создает управляющий сигнал для логивого уровня. Если один из адресов, ческого элемента И 18, который вводит считываемых из накопителя 8, совпа- виртуальный адрес в регистр поисдает с соответствующим виртуальным ка адреса 19 накопителя 20. Накоадресом, то комттаратор 11 вйдает питель 20 выполнен в виде,ассоциасигнал. Этот выходной сигнал состонт тивной памяти, подробнб изображенной иэ двух двойчных сигналов, которые : на фиг. б. Здесь осуществляется асуказывают, какой иэ считанных адре- социативный поиск, при котором вирсов совпадает с искомым адресом. туальный адрес сравнивается с кажЭтот сигнал подается на дешифратор, дым иэ виртуальных адресов, хранясоединенный с накопителем 12 перво- 55 мых в накопителе 20. го уровня. В накопителе 12 хранятся При совпадении виртуального адревсе данные первого уровня, а доступ са в регистре поиска адресов 19 с осуществляется через его входной виртуальным адресом в накопителе 20, дешифратор при помощи сигнала последний формирует сигнал сравнения, который подается в накопитель 8, и бо показывающий, что адрес находится в если доступ имеет место, то данные, накопителе 20, другими словами, что находящиеся по четырем виртуальным данные, хранимые по этому адресу. адресам конгруентного класса, счи- изменились еще раньше. Если сравнетываются. Выходной сигнал компарато- ние не дает сОвттадения адресов, то

Ра 11, которые является однобитовым 65 это означает, что данные, храни69?585 мами блокировки 30 и 31, подается на вход накопителя 21 первого уровня, что считывать данные по адресу, определенному вь|ходным сигналом счетчика 29. Этот виртуальный адрес подается на элемент исключающее ИЛИ 9, который формирует входные сигналы и ?г, поступающие н накопители 27, 17, 33.

Наряду с накоплением виртуального адреса накопитель 21 накапливает также результаты одно — и четырехзначного сРавнения при помощи компарато р ра 11, если накопитель 8 опрашивается по адресу, и накапливает дополнительно контрольный двоичный сигнал.

Этот сигнал равен 1, 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 в накопитель 21, если осуществляется новый ввод в регистр вводавывода 26 накопителя 21. Если блок обработки 10 вйдает команду на запись для определенного виртуального адреса, этот виртуальный адрес вводится в регистр поиска адресов 19 (см. фиг.

3 и б). Объем регистра поиска адресов 19 на одну. двоичную единицу больше, чем виртуальный .адрес, и при вводе виртуального адреса последний разряд в регистре поиска адресов 19 сдвигается на двоичную 1 .. Как уже упоминалось, одновременно .опрашивается весь накопитель 20. Если содержимое регистра поиска адресов 19 совпадает с одним кз слов н накопителе 20, включается одна и только одна иэ схем возбуждения 34. Если включается одна из схем возбуждения

34, ее выходной сигнал показывает, что данные уже предварительно были изменены и что происходит соответствующий ввод в накопители 20 и 21.

Помимо ввода адресов в накопитель

20 и 21 данные соответствующего 40 адреса вводятся в накопители 12 и

27. Накопитель 27 идентичен йакопителю 12 того же уровня, прйчеМ ячейкй памяти н обоих накопителях точйо соотнетствуют. Поэтому ocyia4ñòâëÿ- 4g ются изменения данных, которые находятся в ячейке памяти 28 в накопителе 12, а также данных, находящихся в соответствующей ячейке памяти накопителя 27- 50

Как уже упоминалось, изменения, введенные в накопитель 21, в той же последовательности передаются на нижние уровни устройства. Для этой цели счетчик 29 запускается при помощи блока, изображенного на фиг. 5, если выходной сигнал схемы блокировки" 30 указывает, что накопитель 27 пррвого уровня действует, то есть отсут- гствует ввод или вывод, и если выходной сигнал схемы блокировки 31 пока- 60 эывает,что накопитель 17 второго уровня в настоящий момент не работает.,:

Тогда выходной сигнал счетчика 29 при помощи логической схемы 32 состоящей из элементов N, управляемой схе- 65 мые по соответствующему адресу ° еще не изменились. Если имеет место эта

" сйтуация, то как в накопителе 20, .так и в соответствующем накопителе

21 отмечается, что адрес теперь изменяется. Если наоборот конста- 5 тируется совпадение адресов, то не происходит ввода в накопитель 20 или в накопитель 21. Адрес в накопителе 21 определяет порядок, в котором изменение будет позднее пере- 10 даваться в нижние уровни йерархии.

Для этой цели пРедусмотрен счетчик 22, который указывает соседнюю свободную ячейку памяти, иэ которой он считывает каждый из адресов 15 накопителя 21 по порядку. Если ре" гистр совпадений 23 не формирует сиг- нал, характеризующий совпадение, который поступает одновременно с управляющим сигналом блока обработ- 20 ки 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 в; ртуальный адрес может храйиться в накопителе 21 в месте, определенном при пОмощи счатчйка 22. Если происходит ввод н накопитель 21, то счетчик 22 переводится в следующее состояние при помощи сигнала ввод выполнен . Таким образом осуществляется ввод в накопитель 21 в последовательности, в которой происходили изменения с данными при помощи блока обработки 10.

Если ни 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 счетчика 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 опроса накопителя 21 первого уровня, 692585

2 (2

Взятый из матрицы поиска совпадающий адоес помещается в схему блокировки 37, а контрольный двоичный сигнал в регистре поиска адресов

19 принимает значение 0 ° B предусмотренной для накопления части цикла схема блокировки 37 используется для адресации накопителя 20, Содержимое регистра поиска адреcos 19 записывается в адресованную 10 ячейку памяти. При значении контроль- ного двоичного сигнала, равном 0,. запрещается сравнение виртуального адреса при последующем опросе, если схема блокировки сброшена. При этом тактовые сигналы Т формируются при помощи обычного тактового генератора и появляются в указанной последовательности (см. фиг. 6).

Возможны два вида промежуточного 20 накопления, а именно промежуточное накопление при совпадении в соответствии с обсуждавшимся выше алгоритмом и вынужденное промежуточное накопление. Вынужденное промежуточное накопление осуществляется не в последовательности записанного последним изменения, т. е. согласно алгоритму, заданному при помощи переключения накопителя 21, причем переключение накопителя 21 происходит при помощи его адресов в последовательности, определенной-счетчиком 29. При вынужденном накоплений контрольный двоичный сигнал удаляется З5 иэ накопителя 21 и накопителя 20, как во время обычной операции промежуточного накопления, чтобй показать что данные уже накоплены и больше не должны быть повторены.

Вынужденное промежуточное накопдение происходит, если данные должны быть введены в конгруентный класс, в котором данные по всем виртуальным адресам конгруентного класса уже изме- 45 нялись, а изменения еще не подвержены промежуточному хранению. Для определения, необходимо ли промежуточное накопление, накопитель 8 содержит четыре статусных бита, йо одному 50 для каждого отдельного адреса в данном конгруеитном классе. Статусные биты запускаются схемой статуеных 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 . 1, что говорит о том, что данные по всем адресам в определенном конгруентном 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 накопление.

Формула изобретения

Многоуровневое запоминающее устройство, содержащее источники питания и на каждом уровне - основные и дополнительные накопители, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежностй устРойства, на каждом уровне устройства параллельно 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 выходами устройства, основные и первые дополнительные накопители всех уровйей, кроме последнего уровня, подключены к первому -источнику пи1айия, другие дополнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровня, соединены со вторым источником питания.

Источники информации, принятые Во вйймайие при экспертизе

1. Патент США У.3781808, кл. 340-172,5, 1972.

2. виртуальные накопители-современная концепция обработки данных, изд. TBM Deutschfand, Штуттгарт, 1972, с. 47-90,