Оперативное запоминающее устройство Советский патент 1984 года по МПК G11C11/00 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к запо минакяцим устройствам для вычислитель ных машин, обладающих высокой произ водительностью. Издаестны сверхоперативные заломи нающиё устройства ЧСОЗУ) с непосред ственной адресацией для хранения. промежуточных данных и результатов, а также для наиболее часто использу емых команд nporpatvEviH применяемые . в вычислительных машинах фирмы IBM семейства 370 для хранения данных и результатов, кодов наиболее часто вызываемых команд программы и т.д.1 Команды этих машин содержат адрес йчеек СОЗУ в явном виде. Адресация ячеек СОЗУ в них является непосредственной, при которой применяется единая сквозная нумерация, ячеек СОЗУ и ОЗУ (оперативного запоминающего устройства), Поэтому их эффективност в значительной степени определяется способом программирования, и производительность ЭВМ существенно зависит от того, насколько полно програм ма использует представляемые потенциальные, возможности использования СОЗУ. Известно также СОЗУ с комбинирова ной адресацией, состоящее из буфера для вычисления выражений, буфера ло кальных данных, буфера глобальных данных, буфера команд, буфера массивов 2 J. Последние, три части СОЗУ организованы по ассоциативному принципу. Система команд центрального процессо ра безадресная, из кодов команд ис ключены адреса быстрых регистров. Э влечет большие-- аппаратные затраты (например, вводится специальный блок динамического распределения регистров , который транслирует команду в трехадресный формат) и усложнение математического обеспечения, что пр водит к .несовместимости программного обеспечения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является СОЗУ, содержащее накопитель данных, адресные входы которого подключены к выходам адресного регистра-, инфор мационные входы накопителя данных являются одними входами устройства, управляющие входы накопителя данных и адресного регистра подключены к соответствующим выходам блока управления, блоки сравнения, элемент И и регистры, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам 1блока управления . При программировании задач для этой машины наличие СОЗУ совершенно не учитывается. Буферная память содержит 16 регистров, из них четыре регистра отводятся при организации ассоциативного запоминающего устрийства (АЗУ) командных слов. Выполнение каждой команды начинается с проверки наличия в признаковой части СОЗУ адреса, указанного в адресной части команды и, если такой признак есть, то обращение к указанной ячейке |ОЗУ заменяется обращением к соответ твующей ячейке СОЗУ. Но наличие всего четырех ячеек для хранения команд совершенно недостаточно для хранения всех команд программного цикла, так как среднее количество команд в программном цикле составляет 40-60, а максимальное может быть в несколько раз больше. Это приводит к низкому быстродействию СОЗУ. Недостатками АЗУ являются большой объем оборудования (для хранения адресов для сравнения и большое время обращения к АЗУ при условии последовательного сравнения всех адресов, -хранящихся в АЗУ с адресной частью команды, или же большие затраты оборудования на организацию многоразрядных схем сравнения. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в ОЗУ, содержащее накопитель данных, одни соответствующие входы которого подключены к выходам адресного регистра, информационные входы накопителя данных являются первьа.ми входами устройства, другие соответствующие входы накопителя данных и адресного регистра подключены к соответствующим выходам блока управления, блоки сравнения, элемент И и регистры, соответствующие входы котоPfcox подключены к соответствующим .выходам блока управления, дополнительно введены накопитель признаков, и вычитатель, одни входы которого являются вторыми входами устройства и подключены к информационным входам первого регистра, к одним входам первого блока сравнения, к информационным входам второго регистра и к одним входам второго блока сравнения, другие входы второго блока сравнения подключены к выходам второго регистра, выходы первого регистра - к другим входам первого блока сравнения и вычитателя, выходы которого подключены к информационным входам адрес«ного регистра и к одним входам третьего блока сравнения, другой вход которого является третьим входом устройства, выходы блоков сравнения подключены к соответствующим входам блока управления, выход накопителя признаков подключен к соответствующему входу блока управления и к одному входу элемента И, другой вход которого подключен к выходу накопителя данных, выход элемента И является выходом устройства, адресные входы накопителя признаков подключены к выходам, адресного регистра, управля ющий вход накопителя признаков подключен к управляющему входу накопителя данных. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - алгоритм функционирования СОЗУ; на фиг. состояние зегистрови памяти при записи команд; на фиг. 4 - состояние регистров и памяти при чтении команд из СОЗУ. Устройство содержит регистр 1 для хранения адреса начала очереди, блок 2 сравнения, вычитатель 3, блок 4 сравнения, регистр 5 для хранения адреса конца очереди, блок б сравнения, адресный регистр 7, накопитель 8 данных, накопитель 9 признаков, элемент И 10 и блок IL- управления. На управляквдие входы регистров 1, 5 и 7 и накопителей 8 и 9 с блока 11 управления подаются сигналы записи, а с выходов блоков 2 4 и 6 в блок 11 управления заведены сигналы, определяющие режим работы устройства, вблок 11 также поступает сигнал с выхода накопителя 9 признаков. Рассмотрим работу СОЗУ. 1.В начальный момент все регистры и накопитель 9 признаков обнуляют ся. При поступлений кода команды на входы устройства, он записывается в регистр 1 и определяет начало очереди. После.этого разность между кодом на входе устройства и кодом в регистре 1 (в данном случае равна нулю) поступает в адресный регистр 7 и по сигналу Запись РА и блока 11 заносится в регистр 7. Код команды, поступивший из ОЗУ на вход накопителя 8 данных по сигналу Запись Н из блока 11 заносится в накопитель 8 по адресу из регистра 7 (нулевому), и по этому же адресу в накопитель 9 признаков записывается логическая единица (признак записи). 2.При поступлении следующего номера команды блок 2 сравнения сравнивает содержимое регистра 1 и поступившего номера команды, и, если этот номер меньше, чем содержимое регистра 1, то тогда блок 11 начинает заново формировать Очередь команд в СОЗУ. Если же код на входе.устройства больше кода в регистре 1, то блок 11 управления выдает сигнал Запись РКО, по которому номер квманды запоминается в регистре 5 для хранения кода конца очереди. Одновре менно разность кодов с входа устройства и регистра 1 с выхода вычислителя 3 поступает на вход блока 4 сравнения и на вход регистра 7, причем на другой вход блока 4 сравнения постоянно подан код длины СОЗУ. Если адрес превышает физическую длину , СОЗУ, в блок 11 управления с -выхода блока 4 сравнения поступает сигнал Переполнение адреса, при котором блок 11 управления переходит к выполнению действий согласно пункту 1. 3. Если же адрес не выходит за объем адресов СОЗУ и сигнал с выхода бЛок а. 4 сравнения не поступает, то блок 11 управления выдает сигнал Запись РА, при этом регистр 7 заполняется новым адресом, по которому происходит занесение очередного кода команды в накопитель 8 и признака записи в накопитель 9 по сигналу Запись из блока 11 управления. Этот процесс повторяется при каждом поступлении очередной команды (фиг. 3) ; до тех пор, пока все СОЗУ не заполнятся и блок 11 управления не начнет заполнять его заново по сигнешу. Переполнение адреса из вычитателя 3 или же до тех пор, пока блок 11 управления не обнаружит программный цикл, т.е. повторное обращение к адресам команд, записанных в СОЗУ. 4. При этом вновь поступивший номер команды будет меньше, чем текущее значение кода в регистре 5. В этом случае с выхода блока б сравнения в блок 11 уп1равления поступает сигнал, по которому вырабатывается сигнал чтения накопителей 8 и 9 по адресу, сформированному по предлагаемому способу и после цикла чтения СОЗУ код ксжанды появляется на выходе накопителя, а признак записи поступает на блок 11 управления. Если запись по этому адресу была ранее произведена, то признак записи равен 1 и при этом он поступает на элемент И 10, разрешая выдачу ко- да команды на выходную шину, если же записи не было/(фиг. 4/, признак записи будет равен О, и блок 11 управленияг выдает сигнал чтения ОЗУ и записи кодакоманды в накопитель 8. После этого СОЗУ ожидает поступления следующего номера команды на входную шину. Блок 11 управления устройства может быть выполнен в виде жесткого автомата или же в виде микропрограммного автомата. В последнем случае может быть использовано ПЗУ, информационное содержание которого показано в таблице. Определение наличия в СОЗУ коман ды и определение ее адреса в предлагаемом устройстве занимает время Т В ЧТ где tg - задержка на вычитателе; - время чтения из накопител Это время невелико и не зависит от длины накопителя. В то же время в базовом устройст ве опрЬделение адреса, хранящегося в СОЗУ, занимает время Т П t др + П - t ц 1-де tg - задержка схемы сравнения адресов} t - время чтения из накопителя . п - количество ячеек СОЗУ (длина накопителя), так как происходит последовательное сравнение адреса команды с каждым адресом, находящимся в накопителе адресов. Быстродействие предлагаемого устройства примерно, в п раз выше, чем известного. Кроме того, для хранения адресов команд в базовом устройстве используется К х п ячеек (где К длина адреса команды), в то же время как в предлагаемом устройстве для этого используется 1 х ,п ячеек для накопителя признаков записи, что в К раз меньше, чем в базовом устройстве. CoSep)((anue нам- -т тп м / и numejifl npuiffOKoS j | (HfJ)f f Текущее содержа we регистра адреса (PA)

Содержимое накопителя поманд(НК) t t t ггтттп 11 / I л tt t

ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее накопитель данных, одни соответствующие входы которого подключены к выходам адресного регистра, причем информационные входы накопителя данных являются первыми входами устройства, другие соответствующие входы накопителя данных и адресного регистра подключены к выходам блока управления, блоки сравнения, элемент И и регистры, соответствующие входы которых подключены к выходам блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устт ройства, оно содержит накопитель признаков и вычитатель, одни входы ко;торого являются вторыми входами устi ройства и подключены к информационным входам первого регистра, к одним входам первого блока,сравнения, к информационным входам второго регистра и к одним входам второго блока сравнения, другие входы второго блока сравнения подключены к выходам второго регистра, выходы первого регистра - к другим входам первого блока сравнения и вычитателя/ выходы которо. го подключены к информационным входам адресного регистра и к одним входам третьего блока сравнения, другой вход которого является третьим входом, устройства, выходы блоков сравнения g подключены к соответствующим входам блока управления, выход накопителя Г/J признаков подключен к соответствующему входу блока управления и к одному входу элемента И, другой вход которого подключен к выходу накопителя данных, выход элемента И является выходом устройства, адресные входы накопителя признаков подключены к выходам адресного регистра, управляющий вход накопителя призна« ков подключен к управляющему входу СО накопителя данных.

jl si

ч i

и i

«

ОЗУ

Л 1

I

ll

naS

js з 1

i Текущее содерти- мое PZ НК Содержите регистра -. начала очереди {рно/ j К

Si

11

,|

1

Й|

о с

; шотра (РА} m-l-ft-K. Фмг. Cc8ep uMos регистра конца очереди

у I I I I

S

11

El

1

.fQ

11

Sf

х

S

Jc:f

«I

CodeptKuMoe 03H

Текущее содержи/ щ

Содержимое РНО

К

Ссдертмае Рко

It

Садержкм(ш РА

pffs/ /-K