Многоуровневое запоминающее устройство

,;,Р 411 лТкэ. Й ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз Советских Социалистических Республик(511 М. Кл,С 06 Р 13/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открцтийОпубликовано 1510.79. Бюллетень )Е 38 Дата опубликования описания 1510.79 ИностранцыВинсент Энтони Корди и Брюс Адам Эдсон(72) Авторы иЗобретения Иностранная фирма Интернэшнл Бизнес Машинз Корпорейшн1Изобретение относится к области вычислительной техники.Известно многоуровневое запоминающее устройство, содержащее источники питания, несколько накопителей, например по одному на каждом уровне 1)Недостатком этогоустрбйства является возможность разрушения информации при выходе из строя источников питания. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являет-ся многоуровневое запоминающее устройство, содержащее источники питания и на каждом уровне - основные и дополнительные накопители 21.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, то возникают проблемы сохранения данных,. которые связаны с надежностью и чувствительностью этих на-.копителей к выходу из строя источников нли колебаниям питания. Задача сохранения данных может быть решена таким образом, что каждый уровень устройства оборудуется двумя самостоятепьныйи "накопителями и накапливаемые на каком-либо уровне иерархий данные одновременно пере- записываются 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 икрометого 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, на каждом уровне устройства параллельно основному накопителю подключены первый и второй дополнительный накопители, а также последовательно соединенные третий и четвертый дополнительные накопители,основной накопитель первого уровнясоединен со входами и выходами устройства, основные и первые дополнительные накопители всех уровней,кроме последнего уровня, подключенык первому источнику питания, другиедополнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровня, соединены со вторым источником .питания.На фиг. 1 изображен блок-схемапредложенного устройства; на фиг. 2и 3 - подробная схема двух уровнейустройства) на фиг. 4 - выполнениеэлемента исключающее ИЛИ; нафиг. 5 - блок-схема формирования сигнала промежуточного накопления;на фиг, б - блок-схема четвертогодополнительного накопителя; на фиг,7 - блок-схема для формированияизменения статусногодвоичного сигнала,Каждый уровень устройства содержит основной накопитель 1 с возможностью доступа для изъятия или записи данных на данном уровне, первыйдополнительный накопитель 2, работающий совместно с накопителем 1 этогоуровня и содержащий каталог данных,накопленных в этом уровне иерархии, ЗОвторой дополнительный накопитель 3,содержащий все изменения, осуществляемые с данными на соответствующемуровне, третий дополнительный накопитель 4 для записи последовательнос- З 5ти, в которой изменения записываютсяв накопитель 3, и четвертый дополнительный накопитель 5, в которомхранится информация о том, были лиизменены до этого данные на какомлибо уровне иерархии.При этом на каждом уровне накопители 2 и 3, а также последовательно соединенные, накопители 5 и 4, подключены параллельно накопителю 1. 4Накопитель 1 первого уровня соединенсо входами и выходами устройства,подключенными к выходам и входам блока обработки данных 6. Накопители 1и 2 всех уровней, кроме последнего,подключены к первому источнику питания, а накопители 3-5 всех уровней,кроме последнего (накопители, изобразсенные на фиг. 1 справа от пунктирной линии 7), соединены со вторымисточником питания (первый и второй 55источники питания на фиг. 1 непоказаны Помимо этого, по крайнеймере на самом последнем уровне устройства данные хранятся в энергонезависимом накопителе, как например, 60в накопителе на магнитной ленте, такчто данные йе могут быть потеряны,если выходит из строя источник питания. На последнем уровне накопитель3 содержит дубликат всех данных, имею-,5 щихся в накопителе 1 этоо уровня.Этим гарантируется, что прн выходеиз строя одного из источников питанияне нарушается целостность данных,так как все данные по меньшей мерена самом последнем уровне хранятсяв невосприимчивом к выходу из строяисточника питания накопителе, а таккак все изменения с данными на последнем уровне по обе стороны отпунктирной линии 7 имеются, по меньшей мере, на одном из других уровней,то они вновь могут передаваться навсе,другие уровни устройства, когдаустраняется повреждение источникапитания.Устройство работает следующимобразом,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 последнийуровень, 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, третй 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 передачейданных между устройством н блоком 6. Таким образом происходит и передача данных на последующие уровни.Изменения с данными передаются в692585 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 данныхс более высоких уровней иерархии нанижние уровни, измененные данныемогут быть также удалены с любогоуровня или переданы на более нижниеуровни, чтобы освободить место дляновых данных,сигналом четырех двубитных сигналов, выбирает затем данные по одному из виртуальных адресов своегокойгруентного класса и передает ихв регистр ввода-вывода 13, соединенный с накопителем 12, откуда сигнал направляется обратно к блокуобработки программ 10.Если устанавливается, что данныена первом уровне отсутствуют, то необходимо проверить, находятся лиданные на втором уровне. Как первый уровень, так и второй ;ровеньсодержат накопитель 14, Так какВ устройстве можно предусмотреть на втором уровне хранится больше батарейное питание, чтобы обеспечитьинФормации, 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 боль- выходят из строя источники пита- ше двойчныхединиц 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 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 срав" ся конгруентным классом "прес коуо-нйваются с виртуальным адресом, рого определяется в первом урбвнеформируемым блоком обработки 10. Это при помощи логической операции, ко- ЗО сравнение приводит к единичному торая объединяет определенные двоич- ,; из четырех сигнаМбв сравнения," коные сигналы вируальныхадресов с " торый указывает, какой иэ четырех двоичными сигналами реальных адре- адресовкойгруентного класса требосов в элементе исключающее ИЛИЙ 9, вался. Этот сигнал.также подается Выходной сигнал элементаисклю- . Ы на дешифратор на вйходерегистра чающее или 9 подается надекодирую-ввода-выводанаколйтеля 17 второго щий вход регистра накопится 8, При уровня, который уйравляется при по- таком доступе к накопителю 8 четыремощи сйгнала; Таким образом накопадреса конгруентного классапарадлель- ленные по одному из адресов койгруно считываютоя иэ накопителя 8, Каж р ентного класса данйые считываются дый из виртуальных адресов, котовесо второго уровня и передаются в считываются из блока 10 обработ- накбпитель В первого уровня.ки программ, вкомйараторе 11 сравнивается с виртуальным адресом, йсйоль-" если данные должны быть введены зуемйм для формирований двоичных 4 в устройство, то блок обработки 10 сигналов доступа к накопителю 8 пер- создает управляющий сигнал для логивого уровня. Если один из адресов, ческого элементаИ 18, который вводитсчитываемых из накопителя 8, совпа- виртуальный адрес в регистр поисдаетс соответствующим виртуальным ка адреса 19 накопителя 20, Накоадресом, токомйаратор 11 вйдает О питель 20 выполнен в виде,ассоциасигнал. Этот выходной сигнал состонт тивной памяти, подробнб изображенной из двух двойчных сигналов, которые : на фиг, 6. 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, храня- соединенный с накопителем 12 перво-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 сигналапоследний формирует сигнал сравнения, который подается в накопитель 8, и 60 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 совпадения адресов, то Ра 11, которые является однобитовым 65 это означает, что данные, хранимые по соответствующему адресу, ещене изменились. Если имеет место эта " сИтуация, то как в накопителе 20, .так и в соответствующем накопителе21 отмечается, что адрес теперьизменяется. Если наоборот констатируется совпадение адресов, то непроисходит ввода в накопитель 20или в накопитель 21, Адрес в накопителе 21 определяет порядок, в котором изменение будет позднее передаваться в нижние уровни йерархии.для этой цели предусмотрен счетчик 22, который указывает соседнююсвободную ячейку памяти, иэ которой он считывает каждый из адресовнакопителя 21 по порядку. Если ре"гистр совпадений 23 не формирует сиг-нал, характеризующий совпадение,которыйпоступает одновременно суправляющим сигналом блока обработки 10,-выходной сигнал счетчика 22при помощи логических элементов И24 й 25 передается в накопитель 21,чтобы выбрать одно из записанных внем слов. Одновременно виртуальныйадрес передается в регистр вводавывода 26 накопителя 21, тем самымв;.Ртуальный адрес может храйиться внакопителе 21 в месте, определенномпри помощи сч 6 тчйка 22. Если происходит ввод н накопитель 21, то счетчик 22 переводится в следующее состояние при помощи сигнала вводвыполнен. Таким образом осуществляется ввод н накопитель 21 н последовательности, в которой происходили изменения с данными при помощи блока обработки 10. Помимо ввода адресов в накопитель 20 и 21 данные соответствующего адреса вводятся н накопители 12 и 27. Накопитель 27 идентичен йакопи-телю 12 того же уровня, прйчеМ ячейкй памяти н обоих накопителях точйосоответствуют. Поэтому осча 4 ствляются изменения данных, которые находятся в ячейке памяти 28 в накопителе 12, а также данных, находящихсяв соответствующей ячейке памятинакопителя 27Как 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 показывает,что накопитель 17 второго уров ня в настоящий момент не работает., Тогда выходной сигнал счетчика 29 при помощи логической схемы 32 состоящей из элементов И, управляемой схемами блокировки 30 и 31, подается на вход накопителя 21 первогоуровня, что считывать данные поадресу, определенному вьходным сигналом счетчика 29. Этот виртуальныйадрес подается на элемент исключающее ИЛИ 9, который формируетвходные сигналыи, поступающие н накопители 27, 17, 33.Наряду с накоплением виртуальногоадреса накопитель 21 накапливает также результаты одно - и четырехзначного сравнения при помощи компаратоРра 11, если накопитель 8 опрашивается по адресу, и накапливает дополнительно контрольный двоичный сигнал.Этот сигнал равен 1, если сначала происходит ввод в накопители 20и 21. На фиг. 5 показано, какимобразом контрольный двоичный сигналвводится в матрицу поиска накопителя20, и каким образом он передаетсязатем в накопитель 21, если осуществляется новый ввод в регистр вводавывода 2 б накопителя 21, Если блок 25обработки 10 вйдает команду на записьдля определенного виртуальногоадреса, этот виРтуальный адрес вводитсяв регистр поиска адресов 19 (см. Фиг.3 и б), Объем регистра поиска адресов 19 на одну двоичную единицу боль- ЗО ше, чем виртуальный .адрес, и привводе виртуального адреса последнийразряд в регистре поиска адресов 19сдвигается на двоичную 1 Какуже упоминалось, одновременно .опраши вается весь накопитель 20. Если содержимое регистра поиска адресов 19совпадает с одним из слов в накопителе 20, включается одна и толькоодна иэ схем возбуждения 34, Если 4 О включается одна из схем возбуждения34, ее выходной сигнал показывает,что данные уже предварительно былиизменены и что происходит соответствующий ввод н накопители 20 и 21.45Если ни одна из схем возбуждения34 не включена, то это говорит отом, что совпадение не найдено. Этоозначает, что должен быть осуществ О лен ввод в накопители 20 и 21, Дляэтой цели включается кольцевойсчетчик 35, чтобы вызвать адресследующего слова в накопителе 20.,Одновременно срабатывает вентиль ная схема 36 на запись, так чтосодержимое регистра 19 накапливаетсяв ячейке накопителя, адресованнойпосредством кольцевого счетчика 35.Если данные передаются в накопитель 27, то это изменение также ИО должен иметь и накопитель 21. Этопроисходит следующим образом: виртуальный адрес, взятый во время промежуточного накопления из накопителя 21первого уровня, используется для И 5 опроса накопителя 21 первого уровня,Взятый из матрицы поиска совпадающийадоес помещается в схему блокировки 37, а контрольный двоичныйсигнал в регистре поиска адресов19 принимает значение 0"В предусмотренной для накопления частицикла схема блокировки 37 используется для адресации накопителя 20. Содержимое регистра поиска адресов 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 15 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 промежуточ- р 5 ное 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 З 5 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.40Вынужденное промежуточноенакопдение происходит, если данные должны быть введены в конгруентный класс, в котором данные по всем виртуальным адресам конгруентного класса уже изме нялись, а изменения еще не подверже- ны промежуточному хранению. Для определения, необходимо ли промежуточное накопление, накопитель 8 содержит четыре статусных бита, йо одному 50 для каждого отдельного адреса в данном конгруентном 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 данныепо 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 накоп" ление.Формула изобретенияМногоуровневое запоминающее устройство, содержащее источники питания и на каждом уровне - основные и дополнительные накопители, о т л и - ч а ю щ е е с ятем, 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 пи 1 айия, другие дополнительные накопители всех уровней, кроме последнего уровня, соединены со вторымисточником питания.Источники информации,принятые во вйймание при экспертизе1. Патент США У.3781808,кл. 340-172,5, 1972.2. виртуальные накопители-современная концепция обработки данных,изд. ТВМ Вец 1 зсйРапс 1, Штуттгарт, 1972, с, 47-90,