DE2131066B2

DE2131066B2 - Anordnung zum adressieren eines tabellenspeichers

Info

Publication number: DE2131066B2
Application number: DE19712131066
Authority: DE
Inventors: Richard Fairbanks Palo Alto Calif.; Dauber Philip Simon Assining N.Y.; Sussenguth Edward Henry Stamford Conn.; Arnold (V-StA.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-06-29
Filing date: 1971-06-23
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2131066C3; DE2131066A1; FR10582E; CA945685A; GB1327856A; CH530054A; FR2096544A1; US3675215A; JPS4937289B1; FR2096544B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum sequentiellen Adressieren eines Tabellenspeichers, in dem zu virtuellen Seitenadressen die zugeordneten wirklichen

I.

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\dressen gespeichert sind, zum Auffinden einer jeeigneten Speicherstelle beim Einspeichern von Einander zugeordneten virtuellen und wirklichen Adressen, oder zum Auslesen der in der. Speicherstellen enthaltenen, einander zugeordneten virtuellen und wirklichen Adressen.

Bei neueren Datenverarbeitungsanlagen benutzt man häufig ein hierarchisches Speichersystem mit zwei oder mehreren Speicherstufen. Ein typisches derartiges Speichersystem weist z. B. einen mit dem Prozessor der Anlage verbundenen schnellen Pufferspeicher auf, in den Datenblöcke aus dem Hauptspeicher der Anlage geladen werden können. Da auch die Kapazität des Hauptspeichers in den meisten Fällen für die meisten Anwendungen zu niedrig ist, wird ein externer Großraumspeicher, z. B. ein Plattenspeicher, vorgesehen, der die Gesamtmenge der Daten und Anwendungsprogramme speichert. Dieser externe Speicher wird mit sogenannten virtuellen Adressen adressiert, die den gesamten Adressenbereich umfassen. Da ein durch eine bestimmte virtuelle Adresse gekennzeichneter Datenblock im Verlauf der Verarbeitung jeweils an verschiedenen Stellen im Hauptspeicher gespeichert sein kann, muß eine Zuordnungstabelle vorgesehen werden, die für diesen Datenblock jeweils die reale Hauptspeicheradresse angibt, an der z. B. der Block, der oft auch als Seite bezeichnet wird, beginnt.

Der Prozessor der Anlage verwendet zur Adressierung der benötigten Daten zumeist virtuelle Adressen, die also jeweils vor dem Zugriff zum Hauptspeicher in reale Adressen umgesetzt werden müssen. Das gleiche gilt für einen Zugriff des Prozessors zu dem eventuell zur direkten Bedienung des Prozessors vorgesehenen schnellen Pufferspeicher. Auch hier muß eine Zuordnungstabelle zwischen den virtuellen Adressen und den realen Pufferspeicheradressen verwendet werden. Da mit Hilfe dieser Tabellen nur der Seitenanfang gefunden werden muß, genügt die Abspeicherung der höherstelligen Anteile der realen Adressen. Die Verwendung eines solchen Tabellenspeichers zur Speicherung der Zuordnungstabelle ist z.B. durch die US-PS 33 17 898 bekanntgeworden.

Der Tabellenspeicher hat die Aufgabe, die angebotene virtuelle Adresse mit allen gespeicherten virtuellen Adressen zu vergleichen und bei positivem Vergleich die zugeordnete reale Adresse auszulesen. Hierzu kann ein solcher Tabellenspeicher vorteilhaft als assoziativer Speicher ausgeführt werden. Zur Erzielung einer extrem raschen Arbeitsweise kann bekanntlich in einem solchen assoziativen Speicher die angebotene Suchadresse parallel mit allen gespeicherten Adressen verglichen werden. Bei größerer Speicherkapazität wird jedoch eine solche parallel und damit extrem rasch arbeitende Einrichtung sehr teuer. Eine andere Arbeitsweise besteht darin, mit der angebotenen Suchadresse sequentiell alle gespeicherten Kennadressen abzufragen, d. h. den Vergleich sequentiell auszuführen. Ist die gesuchte Adresse in einem solchen Fall am Ende des Speichers gespeichert, ergibt sich eine relativ lange Suchzeit. ^ft°

In einer Datenverarbeitungsanlage, die Datenseiten verschiedener Größe verwendet, werden Datenseiten größerer Länge naturgemäß öfters gebraucht als Datenseiten kleineren Umfangs. In den bekannten sequentiell arbeitenden Tabellenspeichern ist keine <>5 Unterscheidung der Eintragungen möglich und es kann also nicht verhindert werden, daß Eintragungen zu Datenseiten großen Umfanges am Ende der Zuordnungstabelle vorgenommen werden. Da zu solchen Eintragungen relativ oft zugegriffen werden muß, ergibt sich ein hoher Zeitverlust.

In der DT-As 12 80 592 ist eine Anordnung zum Adressieren eines aus drei Speicherteilen bestehenden Datenspeichers beschrieben, wobei jeweils zu den Daten auch ihre Adresse, d.h. ihr Kennzeichen, gespeichert wird. Es handelt sich also insofern um einen inhaltsadressierten Speicher. Beim Einschreiben von neuen Daten samt ihrer Adresse werden aus der Adresse der einzuschreibenden Daten durch drei separate Adressentransformationsschaltungen drei voneinaner verschiedene Speicheradressen für die drei Speicherteile erzeugt und die Daten samt ihrer Adresse in eine willkürlich gewählte dieser transformierten Adressen eingeschrieben. Wenn alle drei durch Transformation gefundenen Adressen des Datenspeichers schon besetzt sind, wird die in einer dieser Adressen gespeicherte Information ausgelesen und damit Platz gemacht für die neu einzuschreibende Information. Die ausgelesene Information wird daraufhin den Adressentransformationsschaltungen zum Wiedereinschreiben aufs neue zugeführt und das Verfahren somit für diese ausgelesene Information wiederholt.

Mit dieser Anordnung soll eine bessere Ausnutzung des Speicherraumes erreicht werden. Hierbei geht man in der bekannten Einrichtung davon aus, daß die Daten mit einem bestimmten Kennzeichen (Suchadresse) durch die definierte Adressentransformation an einer bestimmten Stelle des Speichers gespeichert werden, womit das Wiederauffinden dieser Daten durch die direkte Adressierungsmöglichkeit erleichtert wird und insbesondere ein sequentielles Absuchen des Speichers und das damit verbundene sequentielle Vergleichen der ausgelesenen Suchadressen mit der angebotenen Suchadresse vermieden wird. Da jedoch, durch den Transformations-Algorithmus bedingt, verschiedene Suchadressen eine gleiche Speicheradresse ergeben würden, und somit viele Informationen von der Eintragung ausgeschlossen würden, wenn der betreffende Speicherplatz schon besetzt ist, sind mehrere Speicherteile vorgesehen, wobei für jeden der Speicherteile ein anderer Transformations- Algorithmus verwendet und somit eine Adressenvariation erzielt wird. Hierdurch wird die Möglichkeit erweitert, daß für neu einzuspeichernde Informationen noch ein freier Platz gefunden wird. Ist kein freier Platz vorhanden, bleibt noch die Möglichkeit, eine der drei gespeicherten Eintragungen nach einer der beiden anderen zu der Eintragung gehörenden Speicheradressen zu transferieren.

Um also eine schnelle Zugreifbarkeit zu den gewünschten Informationen und eine gute Speicherausnutzung zu erzielen, muß in der bekannten Einrichtung der Aufwand ganz wesentlich erhöht werden. Um die Abspeicherung von verschiedenartigen Daten, die über die Adressentransformation jeweils die gleiche Speicheradresse ergeben würden überhaupt zu ermöglichen, muß der Speicheraufwand vervielfacht, im vorliegenden Falle verdreifacht werden. Für jeden der Speicherteile sind dabei eigene Ansteuerschaltungen und insbesondere eigene Adressentransformationsschaltungen notwendig. Trotz dieses vervielfachten Aufwandes ergibt sich beim Einspeichern in manchen Fällen noch ein Zeitnachteil dadurch, daß Eintragungen nach anderen Plätzen verschoben werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum sequentiellen Adressieren eines Tabel-

lenspeichers derart zu gestalten, daß durch eine bestimmte Eintragungsstrategie für die Zuordnungsinformation zwischen virtuellen und wirklichen Adressen für Seiten verschiedener Länge die Eintragungen längerer Seiten früher gefunden werden. ■

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Gegenüber der Einrichtung gemäß DT-AS 12 80 592 hat die Erfindung den Vorteil, daß die Vervielfachung der Speichereinrichtungen und insbesondere der Speichersteuereinrichtungen und Adressentransformationsschaltungen vermieden werden kann und trotzdem die Möglichkeit erhalten bleibt, zu einer bestimmten virtuellen Adresse eine Vielzahl von möglichen Speicheradressen zu erzeugen. Die maximale Anzahl is der Speicherplätze, an denen die Zuordnungsinformation zu einer bestimmten virtuellen Adresse gespeichert werden kann ergibt sich aus der Kapazität des erfindungsgemäßen Zählers. Bei einer fünfstelligen Kapazität dieses Zählers wären im Vergleich nach der bekannten Anordnung 32 Speicherteile mit 32 Adresseninformationsschaltungen und 32 Ansteuerschaltungen nötig. Erfindungsgemäß wird dabei trotz der im Wesen sequentiellen Adressierung des Umsetzerspeichers für Eintragungen, die rasch gefunden werden sollen (Seiten großer Länge) die Suchzeit im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen ganz wesentlich herabgesetzt. Die Erfindung ergibt also durch die sequentielle Adressierung den Vorteil der Einfachheit, wobei trotzdem eine kurze Suchzeit erzielt wird, die ansonsten nur mit Vervielfachung der Einrichtung, d. h. bei paralleler Arbeitsweise erreicht werden könnte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines zweistufigen Speichersystems, in dem ein Tabellenspeicher vorgesehen ist,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Zuordnungs-Tabelle aus dem Tabellenspeicher,

F i g. 3 eine Abfrage-Einrichtung zum Absuchen der Zuordnungs-Tabelle,

Fig.4 das Schema der Stellengruppierung einer virtuellen Adresse für die Zuordnung bei verschiedenen Seitengrößen,

F i g. 5 eine schematische Darstellung eines Auswahl-Algorithmus, nach welchem Eintragungen in die Zuordnungs-Tabelle vorgenommen werden und

F i g. 6 eine Eintragungs-Einrichtung zur Durchführung von Eintragungen in die Zuordnungs-Tabelle unter Berücksichtigung des Schemas der F i g. 5.

Aufbau

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Fig. 1 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm eines zweistufigen Speichersystems, in welchem ein Tabellenspeicher Anwendung findet. Der Prozessor 3 ist über die Leitung 5 mit dem Schnellspeicher 1 verbunden. Der Prozessor liefert eine Anforderung in Form einer ho virtuellen Adresse an den Schnellspeicher 1. Wenn die durch die virtuelle Adresse bezeichneten Daten gegenwärtig im Schnellspeicher stehen, werden sie direkt zur Verarbeitung über die Datenleitung zum Prozessor übertragen. Der Schnellspeicher ist über die <\s V/4-Leitung mit dem Tabellenspeicher 11 verbunden, welcher an den Hauptspeicher 9 angeschlossen ist. Wenn die von der virtuellen Adresse angeforderten Daten gegenwärtig nicht im Schnellspeicher stehen, wird die virtuelle Adresse in den Tabellenspeicher 11 eingegeben, welcher zur Ermittlung der wirklichen Hauptspeicheradresse, an der die die gewünschten Daten enthaltende Seite beginnt, eine Zuordnungs-Tabelle absucht. Der Hauptspeicher wird dann adressiert und eine Anzahl von Datenwörtern, zu denen auch die von der ursprünglichen virtuellen Adresse angeforderten Daten gehören, in den Schnellspeicher übertragen. Die angeforderten Daten werden schließlich über die Datenleitung an den Prozessor gesendet.

In Fig.2 ist die Zuordnungs-Tabelle des Tabellenspeichers 11 dargestellt. Die Tabelleneintragungen sind fortlaufend mit 0 bis N numeriert. Jede Eintragung besteht im wesentlichen aus einer virtuellen Adresse und einer wirklichen Adresse im Hauptspeicher, welche der zugehörigen virtuellen Adresse entspricht. Außerdem gehört zu jeder Eintragung die Größe der Seite, in der die durch die virtuelle Adresse bezeichneten Daten zu finden sind. Weiterhin kann ein Gültigkeitsbit (V) eingeschlossen werden, um anzuzeigen, daß die Eintragung gegenwärtig gültig ist. Die Seitengröße ist nicht in der Anforderung der virtuellen Adresse enthalten, kann jedoch in der Tabelle zur Eintragung durch das Betriebssystem hinzugefügt werden, und zwar auf verschiedene bekannte Weisen, z. B. durch eine Tabellensuchoperation, welche eine gegebene virtuelle Adresse mit einer gegebenen Seitengröße verbindet.

Suchoperation in der Zuordnungs-Tabelle

F i g. 3 zeigt den Tabellenspeicher, in dem die Zuordnungs-Tabelle abgesucht wird, wenn feststeht, daß die über eine virtuelle Adresse vom Prozessor angeforderten Daten gegenwärtig nicht zur Verarbeitung im Schnellspeicher stehen. Für die Suchoperation wird die virtuelle Adresse über die Leitung 12 an den Adreßgenerator 13 und auch über die Leitung 19 an den Vergleicher 17 geleitet. Der Adreßgenerator 13 erzeugt eine Zuordnungs-Zwischenadresse auf der Leitung 15, mit welcher eine Eintragung in der Zuordnungs-Tabelle adressiert wird. Der V/4-Teil dieser Eintragung wird an die Vergleicherschaltung 17 geleitet. Wenn er mit der virtuellen Adresse übereinstimmt, wird die wirkliche Adresse (WA) aus dieser Eintragung über das Tor 21 geleitet und zur Adressierung der gewünschten Seite im Hauptspeicher benutzt. Bestimmte wertniedere Bits der virtuellen Adressen können zur Adressierung einer bestimmten Untermenge von Wörtern benutzt werden, die in den Schnellspeicher zu übertragen sind. Dieser Vorgang wird später genauer erklärt.

Wenn andererseits der VA-Teil nicht mit der hereinkommenden virtuellen Adresse übereinstimmt, wird ein Signal über die Leitung 25 gegeben, welches den Zähler 27 um eine Stelle weiterschaltet, so daß eine neue Adresse erzeugt wird und der Prozeß weiterläuft. Wie ευ? der nachfolgenden genaueren Beschreibung des Adreßgenerators hervorgeht, sind für das Ausführungsbeispiel insgesamt 512 mögliche Zuordnungs-Zwischenadressen vorgesehen. Jede virtuelle Adresse kann auf Grund des nachfolgend beschriebenen Pseudo-Zufallszahlen-Algorithmus, der im Adreßgenerator 13 verwendet wird, in einer Untermenge von 32 Hinweisadressen innerhalb der 512 möglichen Adressen stehen. Diese Zahl kann durch Veränderung des Algorithmus natürlich beliebig erhöht oder erniedrigt werden. Der Zähler 27 läuft bei 0 los. Wenn bis zum Zählerstand »31« kein erfolgreicher Vergleich stattfand, können die üblichen Seitenübertragungs-Vorgänge ausgelöst wer-

len, die beim Fehlen einer Seite im Schnellspeicher vorgesehen sind. Die Erfindung wird jedoch hiervon licht betroffen, und daher wird dieser Punkt nicht näher jeschrieben.

Adreßgenerator

Der in F i g. 3 als Block 13 gezeigte Pseuso-Zufalls-Adreßgenerator kann nach folgenden Prinzipien aufgebaut werden. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel wird eine virtuelle Adresse von 36 Bits angenommen. Die Zahl im Zähler 27 der F i g. 3 ändert sich zwischen 0 und 31; somit ergeben sich fünf Bits für die Eingabe in den Adreßgenerator. Die Zuordnungs-Zwischenadresse besteht aus elf Bits zur Darstellung der Adressen in der Zuordnungs-Tabelle. Die Adressen bzw. Zählwerte haben also folgende Bitstruktur:

Virtuelle Adresse a_oai a₂... a₃s

Zählwert cbAPzCsc»

Zuordnungs-Zwischenadresse popi · · ■ Ρίο

Mittels Schieberegister sowie Antivalenz-, ODER- und UND-Schaltungen erzeugt der Adreßgenerator eine Pseudo-Zufallsadresse jeweils aus einem Zählwert und einer virtuellen Adresse. Dabei werden die Bits aia₂... 222 um In Stellen nach links verschoben, wobei η der Wert im Zähler ist, was zu folgendem Zwischenergebnis führt:

g?g?. · · · g22

Die Zuordnungs-Zwischenadresse wird dann folgendermaßen gebildet:

25

30

Po = g"i Φ g?2 Φ
Pi = gio Φ gu Φ
Φ gu Φ

a_2i),

Pi = g9

^{v C}4J" ^Λ
a₂₅), Seitengröße finden. Hierfür wird das Zählargument des Pseudo-Zufallsalgorithmus verwendet. Die zwei wertniederen Zählbits maskieren Paare virtueller Adreßbits a23 bis a28i je nach dem die Zahl 0,1,2 oder 3 modulo 4 ist. Diese Bitpaare unterscheiden zwischen Seiten derselben Größe. Hieraus ergibt sich die Eingabestrategie, bei der eine Eintragung für eine Seite mit 4096 Wörtern nur mit einem Zählerstand von 0,4,8 ... eingegeben werden kann. Eine Eintragung für eine Seite mit 1024 Wörtern kann nur mit den Zählwerten 0, 1, 4, 5, 8, 9..., für eine Seite mit 256 Wörtern nur mit den Zählwerten 0,1,2,4, 5, 6, 8, 9, 10..., und für eine Seite mit 64 Wörtern mit jedem Zählwert eingegeben werden. Wenn also eine Eintragung in die Zuordnungs-Tabelle gemacht wird, erfolgt sie in die erste Stelle der zuständigen »Kette« (wie die oben angegebenen Folgen von Stellen hier genannt sein sollen), die gegenwärtig entweder eine ungültig gewordene Eintragung oder eine Eintragung einer kleineren Seite enthält. Da eine größere Seite öfters adressiert wird als eine kleinere, ist die durchschnittliche Suchzeit in der Zuordnungs-Tabelle minimal. Diese Vorgänge werden durch F i g. 5 deutlich. Aus der Untersuchung des oben aufgeführten Algorithmus läßt sich die Art erkennen, in welcher der Zählwert zum Maskieren bestimmter Paare virtueller Adreßbits beim Suchprozeß benutzt wird, je nachdem ob der Zählwert 0,1, 2 oder 3 modulo 4 ist. Wenn z. B. der Zählwert 0 modulo 4 ist, sind die Zählwertbits C₃ und C4 beide 0. In diesem Falle wird das virtuelle Adreßbit an durch po maskiert, a₂* durch p\, a_2i durch pi, a₂e durch P₃, a27 durch p* und a_2i durch ps. Somit gelangen nur die Bits 0 bis 22 zum Adreßgenerator für eine Seite mit 4096 Wörtern (entsprechend einem Zählwert 0 modulo 4). Nachfolgend ist für jeden der vier möglichen Modulo-4-Zählwerte eine Zusammenstellung der maskierten Bits und der Bits gegeben, die zur Verarbeitung in den Adreßgenerator gelangen.

Ps = ge Φ gis Φ (^C3 a a₂₆),

p₄ = g!| φ g?6 φ ([C₃ Λ C₄] A Cl₂₁) ,

40 Zählwert Maskierte Bits
(modulo 4)

In Adreßgenerator verarbeitete Bits

Ps ⁼ g6	φ	g?7	Φ C₄	C₃ Λ	C₄]	λ a_2a),	*C₃C₄*	23,	24,	25,	26, 27, 28	-	24	25,	26
							OO	25,	26,	27,	28	23,	24,	25,	26, 27, 28
Pe = g?	Φ	gfe	Φ C₃				45 Ol	27,	28			23,	24,
						10					23,
Pi = A	Φ	g?9				11

P₈ = g3 Φ Slo Φ ^C2 >

P₉ = gS Φ g21 Φ <1 <
PlO = g" Φ g22 Φ ^C0 ·

Die erzeugte Zuordnungs-Zwischenadresse ist also ss der virtuellen Adresse nicht proportional, aber andererseits durch die Verwendung des geschilderten Algorithmus auch nicht beliebig ätatistisch verteilt, weshalb sit hier als »Pseudo-Zufallsadresse« bezeichnet wird.

Dieser Algorithmus wird aus dem Zusammenhang mit Fig.4 klarer. Die durch eine virtuelle Adresse bezeichnete Dateneinheit steht bekanntlich in der Datenseite, welche die zugeordnete wirkliche Adresse enthält Die Seite kann aus 64, 256, 1024 oder 4096 Wörtern bestehen. Welche Seitengröße zutrifft, ist nicht <\s in der virtuellen Adresse selbst angegeben. Die Folge der durch den Adreßgenerator erzeugten Zuordnungs-Zwischenadressen muß die richtige Seite ungeachtet der Aus F i g. 4 und dem obigen Algorithmus ist zu ersehen, daß die Bits 0 bis 22 für eine 4096 Wörter große Seite und eine kleinere zum Adreßgenerator gelangen Die Bits 0 bis 24 gelangen zur Zufallsverarbeitung füi eine Seite mit 1024 Wörtern und darunter, die Bits 0 bi; 26 für eine Seite mit 256 Wörtern und darunter, und du Bits 0 bis 28 für eine Seite mit 64 Wörtern.

Wenn also eine hereinkommende virtuelle Adressi umgewandelt werden soll, wird der oben aufgeführti Algorithmus dazu verwendet urn Zucrdr-.ungE-Zwi schenadressen zu erzeugen. Diese werden dann benutz um die wirkliche Adresse (WA) zu bestimmen, die der Anfang der Seite im Hauptspeicher entspricht, welch das durch die virtuelle Adresse bezeichnete W01 enthält. Diese wirkliche Adresse wird dann zi Adressierung des Seitenanfangs benutzt. Die jeweilig Anzahl von Wörtern (einschließlich des angeforderte Wortes), die aus dem Hauptspeicher in den Schnellspe eher übertragen werden, kann auf zahlreiche Weii

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bestimmt werden. Zum Beispiel können hierfür bestimmte wertniedere Bits der virtuellen Adresse (s. Fig. 3) benutzt werden. Von der ursprünglichen virtuellen Adresse adressieren die wertniederen sechs Bits, nämlich die Bits 30 bis 35 im Ausführungsbeispiel, das jeweils gewünschte Wort oder Halbwort. Die Bits 23 bis 29 können dann benutzt werden, bestimmte Woriblöcke innerhalb einer gegebenen Seite voneinander zu unterscheiden. Aus F i g. 4 ist die Art zu sehen, in welcher dieser Vorgang bei Blöcken mit je 64 Wörtern abläuft. Wenn die durch die virtuelle Adresse bezeichnete Dateneinheit in einer 64 Wörter großen Seite steht, dann können alle 64 Wörter als ein Block in den Schnellspeicher der Fig. I unter Verwendung des Bit aji gelesen werden. Wenn die virtuelle Adresse in einer 256 Wörter großen Seite gefunden wird, können die Bits 27 und 28, die nicht zur Erzeugung der Zuordnungs-Zwischenadresse benutzt werden, zur Auswahl je eines von vier 64-Wort-Blöcken benutzt werden, der dann in den Schnellspeicher übertragen wird. Dieser Vorgang ist mit A in Fig.4 bezeichnet. In gleicher Weise können für eine Seite mit 1024 Wörtern die Bits 25 bis 28 zur Festlegung dafür benutzt werden, welcher der sechzehn 64-Wort-Blöcke in den Schneüspeicher übertragen wird. Dieser Vorgang ist bei B in Fig.4 zu sehen. Weiterhin können die Bits 23 bis 28, die bei einer 4096 Wörter großen Seite nicht zur Pseudo-Zufalisadreß-Erzeugung gelangen, dazu benutzt werden, festzulegen, welcher der 64 Blöcke mit je 64 Wörtern innerhalb der 4096 Wörter großen Seite aus dem Hauptspeicher zur Verarbeitung in den Schnelispeicher übertragen wird. Um den aus dem Hauptspeicher in den Schnellspeicher zu setzenden Teil der Seile zu bestimmen, gibt es noch zahlreiche andere allgemein bekannte Möglichkeiten.

Eintragungsstrategie -¹-¹

Eintragungen in die Zuordnungstabelle werden wie folgt vorgenommen (s. F i g. 5). Eine neue Eintragung mit einer vorliegenden virtuellen Adresse muß in der nach der Seitengröße zuständigen Kette von Tabellenplätzen in der ersten Stelle erfolgen, die gegenwärtig entweder eine ungültige Eintragung enthält (z. B. leer ist) oder die Eintragung einer kleineren Seite. Dadurch kann es erforderlich werden, eine kleinere Seite weiter unten in der für diese Seitengröße zuständigen Kette neu einzusetzen. Der Vorteil dieser Strategie besteht gemäß obigen Ausführungen darin, daß die Eintragung der größeren Seite, die häufiger adressiert wird, früher in der Kette gefunden wird als die Eintragung einer kleineren Seite.

Eine Information über die Seitengröße ist in der virtuellen Adresse nicht enthalten. Sie ergibt sich jedoch aus der Lage der Eintragung innerhalb der Zuordnungs-Tabelle. Schaltungseinzelheiten eines Tabellenspeichers, die zur Feststellung der Seitengröße dienen, sind in F i g. 6 gezeigt. Der Adreßgenerator 100 ist von derselben Art wie der in Fig. 3 gezeigte. Ein Ringzähler, uei genauso gebaut sein kann wie der Zähler 27 in F i g. 3. ist über die Leitung 104 mit dem Adreßgenerator verbunden. Ein zweiter Eingang zum Generator 100 ist für die virtuelle Adresse vorgesehen. Die Leitung (06 ist mit dem Ringzahler verbunden; ein Signal auf ihr zeigt an. daß eine Eintragung erfolgt und der Zähler auf 0 initialisiert werden soll. Der Zähler ist außerdem über die Leitung 108 mil dem Decodierer 110 verbunden, der den laufenden /ahlwert decodiert. Der Decodierer 110 erregt die Leitung 112. wenn ilcr Zahlwort 0 modulo 4 isi. ι lie I ei 111 η L' 114. wenn der Zäh Iw en 0 oder I modulo

40 4 ist, und die Leitung 116, wenn der Zählwert 0,1 oder Ά modulo 4 ist. Die Leitungen, welche die Seitengröße füi die vorgesehene Eintragung anzeigen, sind mit 118,120 i22 und 124 bezeichnet. Die UND-Verknüpfting dei Signale auf den Leitungen 112,114 und 116 mit den eine vorliegende Seitengröße anzeigenden Leitungen er möglicht es, die Eintragung in der richtigen Kette (gemäß F i g. 5) vorzunehmen. Dieser Vorgang geht au; einem nachfolgenden detaillierten Beispiel genauei hervor. Jede der Leitungen 118,120,122 und 124 ist mii einem der ODER-Glieder 126, 128, 130 und 132 verbunden, deren Ausgänge je zwei UND-Gliederr zugeführt werden. So ist z. B. der Ausgang de; ODER-Gliedes 132 mit dem UND-Glied 134 und übet den inverter 138 mit dem UND-Glied 136 verbunden Das Ausgangssignal der Leitung 112 wird als zweites Eingangssignal den UND-Gliedern 134 und 13« zugeführt. Ähnliche Anordnungen sind für den Ausgang despDER-Giiedes 130 und die Leitung 114 bzw. des ODtR-Glieder 128 und die Leitung 116 vorgesehen. Die Ausgänge der UND-Glieder 134. 140 und 144 und der Ausgang des ODER-Gliedes 126 sind mit dem ODER-Glied 141 verbunden. Das ODER-Glied 126 ist direkt mit dem ODER-Glied 141 verbunden, da sein Eingangssignal eine Seitengröße von 64 Wörtern anzeigt, die mit jedem Zählwert gemäß Darstellung in F1 g. 5 eingetragen werden kann. Ein aktives Ausgangssignal vom ODER-Glied 14! dient dazu, das Gültigkeitsbit (V) und die Größenangabe (S) aus der Stelle der Zuordnungs-Tabelle, die durch den Adreßgenerator bezeichnet wird, auszulesen, um festzustellen, ob die Bedingungen für eine Eintragung vorliegen. Der Ausgang der UND-Glieder 136,142 und 146 ist mit dem ODER-Glied 148 verbunden, dessen Ausgangssignal dazu dient, den Inhalt des Ringzählers 103 um jeweils 1 7M erhöhen.

Die ebenfalls vorgesehene Vergleicherschaltung 152 verfügt über eine Eingangsleitung 154, auf welcher die gerade ausgelesene Seitengrößen-Angabe ^erscheint. Ein zweiter Satz von Eingängen für die Vergleicherschaltung 152 wird gebildet durch eine Gruppe von Leitungen, durch weiche die Seitengröße für die zu machende Eintragung angegeben wird. Diese Leitungen können mit den Leitungen 118, 120, 122 und 124 verbunden sein. Die Leitung 156 ist von der Vergleicherschaltung zum UND-Glied 158 geführt und zeigt im erregten Zustand an, daß die zu der Eintragung, die gerade adressiert wird, gehörende Seitengröße mindestens ebenso groß ist wie die Seite, für die gerade eine Eintragung gemacht werden soll. Die Leitung 160 ist zwischen die Vergleicherschaltung 152 an das UND-Glied 162 gelegt und gibt im erregten Zustand an, daß die Seitengröße der gerade adressierten bestehenden Eintragung unter der Seitengröße liegt, für die eine Eintragung erfolgen soll. Die Leitung 164 ist vom j-^^itsbitteil^der Zuordnungs-Tabelle zu den - ---.!ecerri JjS und iö2 gefuhrt und gibi im erregten Zustand an, daß die gerade adressierte Stelle der ZuoMnungs-Tabelle eine gültige Eintragung aufweist. Der Ausgang des UND-Gliedes 162 ist die Leitung 166, die im erregten Zustand angibt, daß die gerade adressierte Stelle in der Zuordnungs-Tabelle eine Eintragung enthält, deren zugehörige Seitengröße unter der Seitengröße der vorzunehmenden Eintragung icgt. Daher dient das Signal auf der Leitung 166 als UnsLhaltsignal für das Tor 168, welches die Eintragung von der gerade adressierten Stelle in das Register 170 /ur vorübergehenden .Sneichenim» iiru'rtriiet. damit sie

entsprechend der Eintragungsstrategie in eine neue Stelle eingeschrieben wird, die weiter unten in der Kette liegt. Die neue Eintragung wird über die Leitung 101 in die gerade adressierte (eigentlich schon besetzt gewesene) Stelle in der Zuordnungs-Tabelle über das Tor 188 eingeschrieben. Die Leitung 174 verbindet die Komplementseite des Gültigkeitsbit-Merkers der adressierten Stelle mit dem ODER-Glied 172. Wenn die Leitung 174 erregt ist, bedeutet das, daß das Gükigkeitsbit für die adressierte Stelle eine 0 ist (d. h.. die Stelle ist leer) und daher die Stelle die vorzunehmende Eintragung empfangen kann, ohne daß eine kleinere Eintragung weiter unten in die Kette gesetzt werden muß.

Das Zwischen-Speicherregister 170 enthält Plätze für die virtuelle Adresse, die wirkliche Adresse und die Seitengrößen-Angabe einer Eintragung, die weiter unten in die Kette gesetzt werden muß. Das Größenfeld S ist über die Leitung 176 mit dem Decodierer 178 allgemein bekannter Bauart verbunden, der das Größenfeld in eine l-aus-n-Darstellung auf den Leitungen 180, 182, 184 und 186 decodiert. Diese Leitungen sind mit den ODER-Gliedern 126, 128, 130 und 132 verbunden, um die Adressierung der Stelle zu steuern, die in der Zuordnungs-Tabelle weiter unten in der Kette liegt und in welche die Eintragung vom Register 170 neu eingeschrieben wird.

Die Arbeitsweise der in F i g. 6 gezeigten Anordnung ist aus der gleichzeitigen Betrachtung der F i g. 5 und 6 zu ersehen. Es wird angenommen, daß die zu machende Tabellen-Eintragung sich auf eine 4096 Wörter große Seite im Hauptspeicher bezieht und daß die ersten fünf Stellen mit den Zahlen 0 bis 4 vorhergehende Eintragungen in den nachfolgenden Größen aufweisen (der Buchstabe »K« steht jeweils für »1024 Bit«):

Lfd. Nr.
(Zählerstand)

Seitengröße der Eintragung

4K
IK

1/16K
1 /16 /s."

IK
leer

Wie aus der obigen Tabelle 7.11 ersehen ist, steht eine sich auf die Seitengröße von 4/C beziehende Eintragung an einer Stelle, deren Adresse unter Verwendung des Zählwerts 0 erzeugt wurde. In ähnlicher Weise wurde vorher eine sich auf die Seilengröße von 1 K beziehende Eintragung an einer Stelle eingeschrieben, für deren Adresse der Zählwert 1 benutzt wurde, usw.

Wenn jetzt eine andere Eintragung die in Zuordnungstabcllc vorgenommen werden soll, die sich auf eine 4K-Seitc bezieht, wird die in Flg. 0 gezeigte Leitung 124 erregt. Ein Signal auf der Leitung 106 startet den Ringzähler 102, der eine Adresse 0 an den Adreßgenerator 100 sendet, welcher dann eine Ziiordnungs-Zwischenadresse erzeugt. Der Decodierer 110 empfängt ebenfalls die Zahl 0 über die Leitung 108 und erregt die Leitung 112, die das UND-Glied 134 einschaltet; über das ODER-Glied 141 gesteuert, wird das Gültigkeitsbit (V) und das Größenfeld (S) aus der adressierten Stelle der Zuordnungs-Tabelle 150 ausgelesen. Da ucmäß obensleheiuler Tabelle an dieser Stelle bereits ein 4K-Wort steht, wird die Leitung 164 erregt. Außerdem wird die 4/i-Leitung als ein Eingang zur Vergleicherschaltung 152 erregt. Da sich die hereinkommende Eintragung auf dieselbe Seitengröße (AK) bezieht, wie sie bereits an der adressierten Stelle steht, wird die Leitung !56 erregt. Die Kombination der Signale auf den Leitungen 164 und 156 betätigt das UND-Glied 158, so daß der Zähler auf die nächste Zahl, nämlich »0001« erhöht wird. Dieser Zählwert und die virtuelle Adresse der vorzunehmenden Eintragung veranlassen den Adreßgenerator 100 zur Erzeugung einer zweiten Adresse. Da die Zahl jetzt 0001 ist, erregt der Decodierer 110 nur noch die Leitungen 114 und 116. Da jedoch keines der ODER-Glieder 128 oder 130 zu diesem Zeitpunkt erregt ist, wird auch das ODER-Glied 141 nicht erregt. Durch die an die Ausgänge der ODER-Glieder 128 und 130 angeschlossenen Inverter werden jedoch die UND-Glieder 142 und 146 betätigt, die ihrerseits wiederum das ODER-Glied 148 dazu veranlassen, den Zähler auf die nächste Position vorzubehalten. Die Operation läuft in ähnlicher Weise weiter, bis der Zähler zur Zahl »4« vorgeschaltet ist. An diesem Punkt wird die Leitung 112 wieder erregt. Da die vorzunehmende Eintragung sich auf eine 4R'-Seile bezieht, ist die Leitung 124 erregt. Daher veranlaßt das Ausgangssignal des UND-Gliedes 134 das ODER-Glied 141 dazu, das Gültigkeitsbit und das Größenfeld aus der unter Verwendung des Zählwertes 4 adressierten Stelle auszulesen. Die Größenangabe, die laut Beispiel \K betrug, wird über die Leitung 154 auf die Vergleicherschaltung 152 geleitet. Außerdem wird die 4/<-Leitung zur Vergleicherschaltung 152 wieder erregt. Daher wird die Leitung 160 erregt, da die sich auf die Eintragung beziehende Seitengröße an der adressierten Stelle geringer ist als die Seitengröße, die sich auf die vorzunehmende Eintragung bezieht. Die Leitung 164 wird ebenfalls erregt. Dadurch gibt das UND-Glied 162 ein Signal auf die Leitung 166. Dieses Steuersignal bewirkt die Weiterleitung der 1 K-Eintragung über das Tor 168 auf das Speicherregister 170. Außerdem schaltet die Leitung 166 das ODER-Glied 172 nach einer zum Auslesen der Eintragung ausreichenden Verzögerung ein, um die neue Eintragung von der Leitung 101 auf die adressierte Position in der Tabelle zu leiten. Damit ist die neue Eintragung an der gewünschten Stelle gespeichert. Die in das Register 170 übertragene Eintragung muß jedoch weiter unten in der Kette wieder in eine passende Stelle eingesetzt werden. Daher wird das Größenfeld aus dem Register 170 im Decodierer 178 decodierl. Da die Größe 1 K (1024 Bit) betrug, schaltet die Leitung 184 das ODER-Glied 130 ein. Die virtuelle Adresse wird über die Leitung 145 uul den Adreßgenerator 100 geleitet. Außerdem wird da: Oder-Glied 143 eingeschaltet, welches den Ringzählei auf seine nächste Zahl, nämlich »5« weitersehallet, un eine Pseudo-Zufalls-Adreßerzeugiing zu ermöglichen An diesem Punkl wird die Leitung 114 vom Dccodim· !!0 erregt Da das ODER-Glied 130 durch die sidi ai: die weiter unten in der Kette neu ein/usei/cmi Eintragung beziehende Seitengröße erregt wunU schaltet das UND-Glied 140 das ODER-Glied !4I eil welches jetzt die Ausgabe des Gültigkeitshils und ik Größenfeldes aus der adressierten Steile hewirkt. I) bei dieser Adresse im angenommenen Beispiel mn keine Eintragung stand, erregt ein Signal aiii dt Leitung 174 das ODER-Glied 172 wekhc, d Eintragung vom Register 170 auf die geiailr ,hIk-ssk-i· Stelle leitet.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum sequentiellen Adressieren eines Tabellenspeichers, in dem zu virtuellen Seitenadressen die zugeordneten wirklichen Adressen gespeichert sind, zum Auffinden einer geeigneten Speichersteüe beim Einspeichern von einander zugeordneten virtuellen und wirklichen Adressen, oder zum Auslesen von in den Speicherstellen enthaltenen, einander zugeordneten, virtuellen und wirklichen Adressen, gekennzeichnet durch einen Adreßgenerator (13, i00), wslcher aus der virtuellen Adresse (VA) einer Seite bestimmter Länge (S) und dem Zählerstand eines bei der Adressierung des Tabellenspeichers (11) fortschaltenden Zählers (27, 102) eine Adresse des Tabellen-Speichers auf die gleiche Weise zum Einspeichern oder zum Auslesen der zugeordneten Adressen derart bildet, daß bei K möglichen Zählerständen zu jeder virtuellen Adresse eine Kette von maximal K Tabellenspeicheradressen bis zum Auffinden oder Auslesen gebildet werden können, wobei durch eine, durch die Seitenlänge (S) beim Einspeichern gesteuerte Auswahl der fortschreitenden Zählerstände die Anzahl der zu verwendenden Adressen, an denen Eintragungen zu einer Seite bestimmter Länge eingespeichert werden können, umgekehrt proportional ist der Länge der Seite, und Eintragungen zu einer Seite größerer Länge bei der ersten Gelegenheit innerhalb der Kette der zu verwendenden Adressen eingespeichert werden, wenn der adressierte Speicherplatz leer oder durch eine Eintragung zu einer Seite kleinerer Länge besetzt ist, in welchem Falle diese Eintragung weiter nach hinten in der Eintragungskette verschoben wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Decoder (110, F i g. 6), welcher aus dem Stand des Zählers (102) die niedrigsten N— I Signale modulo N erzeugt (112,114,116, d. h. drei Signale für Λ/=4), wobei N gleich ist der Anzahl verwendeter Seitenlängen, sowie gekennzeichnet durch logische Schaltungen (144, 140, 134, 141), zur Auswahl der fortschreitenden Zählerstände, welche ein Signal zum Überprüfen des Inhalts eines adressierten Tabellenspeicherplatzes zum Einspeichern einer Eintragung erzeugen, wenn das Signal modulo Nund das auswählende Signal der entsprechenden Seitenlänge (Ausgang der ODER-Glieder 126, 128, 130, 132) vorliegen, derart daß Eintragungen zur kleinsten Seitenlänge an allen N Tabellenspeicherplätzen, Eintragungen zur zweitkleinsten 5>eitenlänge an (N-1) Plätten usw. vorgenommen werden können.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der im Tabellenspeicher (11) gespeicherten Zuordnungstabelle (150, F t g. 2, F i g. 6) in jeder Stelle ein Feld (S) zur Angabe einer Seitenlänge sowie ein Feld (V) zur Angabe darüber, ob die Stelle frei oder belegt ist, vorgesehen ist, daß eine Vergleicherschaltung (152) vorgesehen ist, um die <iiis dem Tabellenspeicher ausgelesene Seitenlängenangabe (S) mit der Seitenlängenangabe zu vergleichen, die sich auf eine neu einzugebende Tabelleneintragung bezieht, und daß logische Schaltungen (158, 162, 172, 188) vorgesehen sind, um die Eintragung (101, VA/WA/S) einzuspeichern, wenn die überprüfte Speicherstelle leer (174), oder durch eine Eintragung zu einer kleineren Seitenlänge (166) besetzt ist, oder aber um den Zähler (102) weiterzuschalten, wenn die Stelle durch eine Eintragung zu einer Seite gleicher oder größerer Seitenlänge (156) besetzt ist (164).

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch logische Schaltungen (146,142,136,148) zum Weiterschalten des Zählers (102), wenn der Zählerstand eine Eintragung zu der vorliegenden Seitenlänge nicht ermöglicht.

5. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch durch eine Torschaltung (168) und ein mit dem Adreßgenerator (100) und dem Eingang (Torschaltung 188) d;s Tabellenspeichers (11) verbundenes Register (170) zum Auslesen und Zwischenspeichern einer Eintragung zu einer kleineren Seitenlänge wenn diese durch eine Eintragung zu einer größeren Seitenlänge verdrängt wurde, sowie durch einen Decoder (178) der zwischengespeicherten Seitenangabe (176) und Torschaltungen (143, 126, 128, 130. 132) derart, daß für die zwischengespeicherte Angabe eine geeignete Speicherstelle gesucht werden kann.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Adressenbildung durch den Adreßgenerator (13,100) nur die höherwertigen Bits der virtuellen Adresse herangezogen werden, wobei die Anzahl dieser Bits jedoch größer ist, als die Anzahl der Bits der erzeugten Tabellenspeicheradresse (F i g. 4).

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für größere Seitenlängen weniger Bits der virtuellen Adresse zur Adressenbildung herangezogen werden, als für kleinere Seitenlängen, wobei die nichtherangezogenen Bits zu Adressenangaben innerhalb der Seite verwendet werden und durch entsprechende Bits des Zählers (27, 102) bei der Adressenbildung maskiert werden (F i g. 4).

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die höherwertigen Bits erst einer Ringverschiebung unterzogen werden, wobei die Anzahl der Verschiebungen gleich ist dem doppelten Wert des Standes des Zählers (27, 102) und hierauf mit den Zählerbits logisch verknüpft werden, so daß eine Pseudo-Zufalls-Adressengeneration erzielt wird.

9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für N= 4 (vier verschiedene Seitengrößen) die Eintragungen bei den Zählerständen 0, 4, 8 usw.; 0,1,4,5,8,9 ... usw.; 0,1, 2,4,5,6,8,9,10 usw.; 0, 1, 2, 3, 4, 5... usw.; für die größte Seitenlänge; zweitgrößte Seitenlänge; drittgrößte Seitenlänge; kleinste Seitenlänge, gespeichert werden.

10. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch N-I UND-Glieder (136, 142, 146) an deren Eingänge die N— 1 Signale der Zählerstände modulo N(0,4, 8,...; 0, 1, 4, 5,...; 0, 1,2, 4, 5, 6,...;) und über Inverterglieder (z. B. 138) die entsprechenden auszuwählenden Seitenlängensignale (124, größte Länge; 122, zweitgrößte Länge; 120, drittgrößte Länge usw.) anliegen wobei die Ausgänge der UND-Glieder über ein ODER-Glied (148) ein Signal zum Fortschaltcr, des Zählers (102) liefern.