DE102008048619A1

DE102008048619A1 - Verfahren und Steuerwerk zum elektrischen Steuern und/oder Regeln

Info

Publication number: DE102008048619A1
Application number: DE102008048619A
Authority: DE
Inventors: Heinz Siegel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-04-15
Also published as: US20100077124A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektronischen Steuern und/oder Regeln. Hierbei wird der Ablauf zum Ausführen einer Anweisung innerhalb eines Steuerwerkes vereinfacht, die Flexibilität und Anpassbarkeit des Steuerwerkes erhöht und die Herstellbarkeit einer erhöhten Rechengeschwindigkeit ermöglicht, indem bei dem Verfahren eine Anzahl von Eingangsregistern (17, 41) einer Anzahl von Ausgangsregistern (25, 49) zugeordnet wird, in den Eingangsregistern (17, 41) jeweils ein bestimmter Vergleichswert und in den Ausgangsregistern (25, 49) jeweils eine bestimmte Antwort hinterlegt wird, eine Anweisung an den Eingangsregistern (17, 41) angelegt wird und aufgrund einer Übereinstimmung mindestens eines Teilbestandteiles der Anweisung mit dem Vergleichswert eines Eingangsregisters (17, 41) die Antwort des dem Eingangsregister (7, 41) zugeordneten Ausgangsregisters (25, 49) ausgelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuerwerk zum elektronischen Steuern und/oder Regeln.
Derartige Verfahren und Steuerwerke sind aus der Computertechnik als Bestandteil eines Prozessors bekannt.
Hierbei dient das Steuerwerk zum Steuern eines Computerprogrammablaufes und/oder der Umsetzung von Anweisungen, beispielsweise aufgrund eines Programms, in Steuerimpulse. Das Steuerwerk bildet zusammen mit Registern und Rechenwerk den Prozessor und stellt einen Hauptbestandteil des Prozessors dar. Das Steuerwerk koordiniert beispielsweise die Zusammenarbeit mit dem Rechenwerk und einem Arbeitsspeicher. Des Weiteren kann es mit der Ein- und Ausgabesteuerung zusammenwirken und somit den Datenaustausch mittels Ein- und Ausgabegeräten koordinieren. Die Aufgabe des Steuerwerkes ist es, die Abarbeitung eines Programms zu steuern. Hierbei wird nacheinander Befehl für Befehl durch das Steuerwerk beispielsweise eines Mikroprozessors ausgeführt.
Herkömmliche Steuerwerke weisen üblicherweise ein Befehlsregister, einen Befehlsdekodierer und einen Befehlszähler auf. Die Anweisungen eines Programms bestehen üblicherweise aus einem Operationsteil und einem Adressteil, wobei der Operationsteil angibt was zu tun ist, während der Adressteil die Adresse der Speicherzelle enthält, mit deren Inhalt die Operation durchgeführt werden soll. Zum Ausführen einer Anweisung ist es somit notwendig, dass die Anweisung zunächst angefordert und/oder adressiert wird. Hiernach muss die Anweisung dekodiert werden, um sodann die Operanden zu laden, auf die die Anweisung angewandt werden soll. In einem letzten Schritt wird schließlich der Befehlszähler aktualisiert. Erst jetzt kann eine neue Anweisung abgearbeitet werden. Hierbei ist von Nachteil, dass der Ablauf des Adressieren, Dekodieren, Einlesens, der eigentlichen Operationsdurchführung und des Aktualisieren des Befehlszählers für jede Anweisung durchgeführt und aufgrund der Vielzahl von notwendigen Verarbeitungsschritten für eine Anweisung sehr zeitintensiv ist. Des Weiteren ist von Nachteil, dass das Steuerwerk selbst nicht programmierbar ist. Hierdurch ist die Flexibilität und Einsatzvielfalt eingeschränkt.
Der vorgenannte Ablauf zum Ausführen einer Anweisung mittels des Steuerwerkes ist mittels einer direkten Steuerung, einer so genannten „festen Verdrahtung”, realisierbar. So wird beispielsweise in Mikroprozessoren eine fest verdrahtete Steuerung verwendet, um häufig verwendete Anweisungen bzw. Befehle oder Befehlsteile auszuführen. Nachteilig ist bei der fest verdrahteten Steuerung, dass sich ein komplexer und damit nur schwer nachvollziehbarer Aufbau ergibt. Hierdurch besteht die Gefahr, dass einerseits bei der Erstellung der fest verdrahteten Steuerung Fehler entstehen und andererseits Fehlerquellen nur schwer zu identifizieren sind. Weiter ist die geringe Flexibilität bei gegebenenfalls notwendigen Veränderungen nachteilig.
Weiter ist es bekannt, dass Prozessoren, beispielsweise im Verbund mit einer fest verdrahteten Steuerung, so genannte Mikroprogrammsteuerwerke aufweisen, um zum Beispiel komplexe oder weniger zeitkritische Anweisungen auszuführen. Bei einem Mikroprogrammsteuerwerk wird eine Ablaufsteuerung mittels eines in einem Speicher abgelegten Mikroprogramms durchgeführt. Hierbei stellen Mikroprogrammsteuerwerke eine Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) dar.
Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) dient ebenfalls zum Steuern und/oder Regeln einer Maschine oder Anlage. Hierbei stehen bestimmte, vorgegebene Module zur Verfügung, die beispielsweise mittels einer graphischen Bedienoberfläche in der Art eines „Baukasten-Systems” virtuell zusammengestellt werden. Eine SPS basiert in der Regel auf einem Mikrokontroller mit einem eigenen Prozessor. Hierbei weist der Prozessor wiederum ein Steuerwerk der bekannten Art auf. Somit ist zum einen eine SPS aufgrund der in der Regele vorgegebenen Module nicht frei programmierbar. Zum anderen basiert die SPS auf einem nicht programmierbaren Steuerwerk. Hierdurch ergibt sich zum Ausführen einer Anweisung ein zeitaufwendiger und komplexer Ablauf sowie der Nachteil einer beschränkten Flexibilität und Anpassbarkeit aufgrund der vorgegebenen Module und/oder des nicht programmierbaren Steuerwerks.
Aufgrund der Funktionsweise der bisher bekannten Steuerwerke mit einem fest vorgegebenen, nacheinander abzuarbeitenden Ablaufschema zum Ausführen einer Anweisung ist es notwendig, dass zu einer Erhöhung der Rechenleistung bzw. Rechengeschwindigkeit mehrere Prozessoren parallel geschaltet werden. Hierbei besteht die Gefahr, dass beispielsweise aufgrund der Komplexität des sich hierbei gegebenenfalls ergebenden Ablaufschemas Programme fehlerhaft abgearbeitet werden.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem ist es, ein Verfahren und ein Steuerwerk anzugeben, so dass der Ablauf zum Ausführen einer Anweisung innerhalb des Steuerwerkes vereinfacht wird, die Flexibilität und Anpassbarkeit des Steuerwerkes erhöht wird und die Rechengeschwindigkeit erhöht ist.
Zur Lösung dieses Problems gibt die Erfindung ein Verfahren zum elektronischen Steuern und/oder Regeln mittels eines Steuerwerks an, bei dem eine Anzahl von Eingangsregistern einer Anzahl von Ausgangsregistern zugeordnet wird, bei dem in den Eingangsregistern jeweils ein bestimmter Vergleichswert und in den Ausgangsregistern jeweils eine bestimmte Antwort hinterlegt wird, bei dem eine Anweisung an den Eingangsregistern angelegt wird, und bei dem aufgrund einer Übereinstimmung mindestens eines Teilbestandteiles der Anweisung mit dem Vergleichswert eines Eingangsregisters die Antwort des dem Eingangsregister zugeordneten Ausgangsregisters ausgelöst wird.
Weiter gibt die Erfindung zum Lösen des der Erfindung zugrunde liegenden Problems ein Steuerwerk zum elektronischen Steuern und/oder Regeln mit einer Anzahl von Eingangsregistern und einer Anzahl von Ausgangsregistern an, wobei in jedem Eingangsregister ein bestimmter Vergleichswert und in jedem Ausgangsregister eine bestimmte Antwort hinterlegt ist, ein Eingangsregister einem Ausgangsregister zugeordnet ist, und beim Anliegen einer Anweisung an den Eingangsregistern aufgrund einer Übereinstimmung mindestens eines Teilbestandteiles der Anweisung mit dem Vergleichswert eines Eingangsregisters die Antwort des dem Eingangsregister zugeordneten Ausgangsregister auslösbar ist.
Somit gibt die Erfindung eine völlig neue und eigenständige Art eines Steuerwerkes an. Der Ablauf zum Ausführen einer Anweisung ist hierdurch erheblich vereinfacht. Das Steuerwerk muss nicht selbst aktiv werden, um zunächst die Anweisung anzufordern und/oder zu adressieren. Stattdessen adressiert sich die Anweisung aufgrund ihres Inhaltes selbst. Die Eingangsregister enthalten jeweils einen Vergleichswert, wobei mittels der Eingangsregister und der dort hinterlegten Vergleichswerte alle denkbaren und/oder sinnvollen Anweisungen berücksichtigt sind. Hierbei können die Anweisungen von einem Signalgeber, wie beispielsweise einem Arbeitsspeicher und/oder einem Sensor, den Eingangsregistern zugeordnet werden. Liegt nun eine auszuführende Anweisung an den Eingangsregistern an, wird die Anweisung automatisch mit den Vergleichswerten verglichen. Sofern die Anweisung mit einem Vergleichswert eines Eingangsregisters übereinstimmt, aktiviert das Eingangsregister das zugeordnete Ausgangsregister. Hierdurch wird die in dem Ausgangsregister hinterlegte Antwort ausgelöst und ausgeführt. Dabei kann die Antwort einem Signalverwerter, wie beispielsweise einem Rechenwerk und/oder einem Aktor, zugeordnet werden. Somit ist eindeutig festlegbar, welche Anweisung eine bestimmte Antwort auslöst. Dies erleichtert die Festlegung eines Programmablaufes und das Auffinden möglicher Fehlerquellen. Weiter ist es möglich, dass lediglich ein Teilbestandteil der Anweisung mit dem Vergleichswert eines Eingangsregister übereinstimmen muss, um die zugeordnete Antwort auszulösen. Hierbei ist es ausreichend, das der Teilbestandteil einer Anweisung, die insgesamt eine größere Datenbreite als ein Vergleichswert aufweist, mit diesem Vergleichswert übereinstimmt. Insbesondere kann der Teilbestandteil ein erster Bestandteil der Anweisung sein. Der weitere Bestandteil der Anweisung wird von den Eingangsregistern mit einem Vergleichswert mit einer kürzeren Datenbreite als bei der Anweisung ignoriert. Des Weiteren ist von Vorteil, dass der Vergleichswert eines Eingangsregisters und/oder die Antwort eines Ausgangsregisters frei festlegbar sind. Somit ist das erfindungsgemäße Steuerwerk kein bloßes „Schaltwerk”, sondern erlaubt vielmehr eine direkte und frei festlegbare Konfiguration. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Steuerwerk, dass mehrere Anweisungen gleichzeitig und parallel verarbeitet werden können. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Rechengeschwindigkeit.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Vergleichswert und/oder die Antwort mittels einer freien Programmierung hinterlegt. Somit ist das Steuerwerk selbst frei programmierbar. Hierdurch ist eine hohe Flexibilität und Anpassbarkeit des Steuerwerks hinsichtlich des gewünschten Verwendungszweckes realisierbar.
Entsprechend einer Weiterbildung werden der Vergleichswert und/oder die Antwort mit n Bits hinterlegt, wobei n eine beliebige natürliche Zahl ist und n vorzugsweise durch die Registergröße des Eingangsregisters und/oder Ausgangsregisters bestimmt wird. Das Steuerwerk kann je nach Verwendungszweck mit Eingangsregistern und/oder Ausgangsregistern unterschiedlicher Registergröße ausgestattet werden. Auch die Anzahl der Eingangsregister und/oder Ausgangsregister kann, insbesondere in Abhängigkeit vom Verwendungszweck, frei wählbar sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerwerks ist der Vergleichswert und/oder die Antwort frei festlegbar, insbesondere frei programmierbar. Somit ist eine hohe Flexibilität und Anpassbarkeit des Steuerwerks, beispielsweise hinsichtlich des gewünschten Verwendungszweckes, realisierbar. Vorzugsweise sind der Vergleichswert und/oder die Antwort mit n Bits hinterlegbar, wobei n eine beliebige natürliche Zahl ist und n vorzugsweise durch die Registergröße des Eingangsregisters und/oder Ausgangsregisters bestimmt ist.
Des Weiteren kann die Anweisung eine Breite von m Bits aufweisen, wobei m eine beliebige natürliche Zahl ist. Die Breite der Anweisung mit m Bits kann sich von der Breite des Vergleichswertes und/oder der Antwort mit n Bits unterscheiden, insbesondere kann die Breite des Vergleichswertes mit n Bits kleiner als die Breite der Anweisung mit m Bits sein. Darüber hinaus kann die Antwort eine Breite mit k Bits aufweisen, wobei k eine beliebige natürliche Zahl ist. Somit können die Anweisung, der Vergleichswert und/oder die Antwort jeweils eine voneinander verschiedene Bit-Breite aufweisen.
Vorzugsweise ist das Eingangsregister mit dem zugeordneten Ausgangsregister mittels einer Durchschaltleitung verbunden. Somit wird das Ausgangsregister in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleiches der Anweisung mit dem Vergleichswert unmittelbar und ohne jeglichen Zeitverlust aktiviert. Entsprechend wird aufgrund der Durchschaltung die in dem Ausgangsregister hinterlegte Antwort ausgelöst.
Gemäß einer Weiterbildung sind den Eingangsregistern eine oder mehrere Eingangsleitungen zugeordnet. Somit sind eine oder mehrere Anweisungen mit Vergleichswerten eines oder mehrerer Eingangsregister, insbesondere gleichzeitig und/oder parallel, vergleichbar. Damit können eine und/oder mehrere, insbesondere voneinander unabhängige, Anweisungen unterschiedliche Antworten hervorrufen. Hierdurch ist eine höhere Rechenleistung bzw. -geschwindigkeit realisierbar.
Vorzugsweise sind den Ausgangsregistern eine oder mehrere Ausgangsleitungen zugeordnet. Hierdurch können abhängig von den Anweisungen und/oder den Eingangsregistern voneinander unabhängige Antworten, insbesondere gleichzeitig und/oder parallel, ausgelöst werden. Somit ist die Rechenleitung bzw. -geschwindigkeit weiter erhöht.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Eingangsregister genau einem Ausgangsregister zugeordnet. Damit können unterschiedliche Anweisungen zum Ausführen derselben Antwort führen. Es kann aber auch genau ein Eingangsregister mehreren Ausgangsregistern zugeordnet sein. Hierdurch werden aufgrund einer Anweisung mehrere, insbesondere voneinander verschiedene, Anweisungen, vorzugsweise gleichzeitig und/oder parallel, ausgeführt. Vorzugsweise ist jeweils genau einem Eingangsregister genau ein Ausgangsregister zugeordnet. Damit wird aufgrund einer bestimmten Anweisung genau eine Antwort ausgelöst.
Nach einer Weiterbildung ist mindestens eines der Ausgangsregister mittels einer Rückkoppelleitung mit einer der Eingangsregister verbunden. Die mit der Rückkoppelleitung verbundenen Ausgangsleitungen und Eingangsleitungen stehen nicht in Verbindung mit äußeren Eingängen bzw. Ausgängen. Vielmehr ergibt sich mittels der Rückkoppelleitung die Möglichkeit einer direkten und unmittelbaren Rückkoppelung zwischen einem oder mehreren Ausgangsregistern und einem oder mehreren Eingangsregistern. Zudem ergibt sich hierdurch eine noch größere Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Steuerwerks.
Von besonderem Vorteil ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder des erfindungsgemäßen Steuerwerks zum Realisieren eines Mikrokontrollers und/oder Mikroprozessors, einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und/oder einer Datenverarbeitung. Hierbei basieren der Mikrokontroller, der Mikroprozessor und/oder die speicherprogrammierbare Steuerung jedoch auf einem frei programmierbaren Steuerwerk.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mittels der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Steuerwerks,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Steuerwerks,
3 eine schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Steuerwerks und
4 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Steuerwerks.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuerwerks 10. Das Steuerwerk 10 weist Eingangsleitungen 11, 12, 13, 14, 15, 16 auf. Diese Eingangsleitungen 11..16 sind auf nicht näher dargestellte Weise mit einem Signalgeber verbunden, die hier als ein Arbeitsspeicher ausgebildet ist. Weiter weist das Steuerwerk 10 ein Eingangregister 17 auf, wobei das Eingangregister 17 mittels Leitungen 18, 19, 20, 21, 22, 23 mit den Eingangsleitungen 11..16 verbunden ist. Hierbei ist jeweils eine Leitung 18..23 mit einer Eingangsleitung 11..16 verbunden, nämlich Leitung 18 mit Eingangsleitung 11, Leitung 19 mit Eingangsleitung 12, Leitung 20 mit Eingangsleitung 13, Leitung 21 mit Eingangsleitung 14, Leitung 22 mit Eingangsleitung 15, Leitung 23 mit Eingangsleitung 16.
Das Eingangsregister 17 ist mittels einer Durchschaltleitung 24 mit einem Ausgangsregister 25 verbunden. Das Ausgangsregister 25 wiederum ist mittels Leitungen 26, 27, 28, 29, 30, 31 mit Ausgangsleitungen 32, 33, 34, 35, 36, 37 verbunden. Hierbei ist jeweils wieder genau eine Leitung 26..31 mit genau einer Ausgangsleitung 32..37 verbunden, nämlich Leitung 26 mit Ausgangsleitung 37, Leitung 27 mit Ausgangsleitung 36, Leitung 28 mit Ausgangsleitung 35, Leitung 29 mit Ausgangsleitung 34, Leitung 30 mit Ausgangsleitung 33 und Leitung 31 mit Ausgangsleitung 32.
Die Ausgangsleitungen 32..37 sind auf nicht näher dargestellte Weise mit einem Signalverwerter verbunden, der hier als ein Rechenwerk ausgebildet ist.
Das Eingangsregister weist eine Breite von n Bits auf, wobei hier n gleich 6 ist. In dem Eingangsregister 17 ist ein Vergleichswert hinterlegt, wobei der Vergleichswert entsprechend der Bit-Breite des Eingangsregisters 17 in einer 6-Bit Binärdarstellung hinterlegt ist. Des Weiteren weist das Ausgangsregister eine Breite von ebenfalls 6 Bit auf. In dem Ausgangsregister 25 ist entsprechend eine Antwort hinterlegt, die in einer 6-Bit Binärdarstellung in dem Ausgangsregister 25 hinterlegt ist.
2 zeigt ein Steuerwerk 60. Dieses Steuerwerk 60 weist entsprechend der 1 Eingangsleitungen 11..16, ein Eingangsregister 17, Leitungen 18..23, eine Durchschaltleitung 24, ein Ausgangsregister 25, Leitungen 26..31 und Ausgangsleitungen 32..37 auf.
Darüber hinaus weist das Steuerwerk 60 eine weitere Ausgangsleitung 38 auf, die mittels einer Rückkoppelleitung 39 mit der Eingangsleitung 15 verbunden ist. Weiter ist die Ausgangsleitung 32 mittels einer Rückkoppelleitung 40 mit der Eingangsleitung 16 verbunden. Die Funktion der Rückkoppelleitungen 39, 40 wird weiter unten näher erläutert. Die Eingangsleitungen 15, 16 und die Ausgangsleitungen 32 und 38 sind jeweils nicht mit dem Arbeitsspeicher bzw. dem Rechenwerk verbunden. Lediglich die Eingangsleitungen 11, 12, 13, 14 und die Ausgangsleitungen 33, 34, 35, 36, 37 sind auf nicht näher dargestellte Weise mit dem Arbeitsspeicher bzw. dem Rechenwerk verbunden.
Neben dem Eingangsregister 17 ist ein weiteres Eingangsregister 41 mittels Leitungen 42, 43, 44, 45, 46, 47 mit den Eingangsleitungen 11..16 verbunden. Hierbei ist jeweils genau eine der Leitungen 42..47 mit genau einer Eingangsleitung 11..16 verbunden, nämlich Leitung 42 mit Eingangsleitung 11, Leitung 43 mit Eingangsleitung 12, Leitung 44 mit Eingangsleitung 13, Leitung 45 mit Eingangsleitung 14, Leitung 46 mit Eingangsleitung 15 und Leitung 47 mit Eingangsleitung 16.
Das Eingangsregister 41 ist mittels einer Durchschaltleitung 48 mit einem weiteren Ausgangsregister 49 verbunden. Leitungen 50, 51, 52, 53 verbinden das Ausgangsregister 49 mit Ausgangsleitungen 32, 33, 34, 38. Hierbei ist Leitung 50 mit der Ausgangsleitung 38, Leitung 51 mit Ausgangsleitung 34, Leitung 52 mit Ausgangsleitung 33 und Leitung 53 mit Ausgangsleitung 32 verbunden.
In dem Eingangsregister 41 ist ein Vergleichswert in einer 6-Bit Darstellung hinterlegt, der sich von dem Vergleichswert im Eingangsregister 17 unterscheidet. In dem Ausgangsregister 49 ist eine Antwort hinterlegt, die in einer 6-Bit Darstellung festgelegt ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Steuerwerks 70, das im Wesentlichen dem Aufbau des Steuerwerks 60 gemäß 2 entspricht. Anstelle der Durchschaltleitung 48 gemäß 2 weist das Steuerwerk 70 jedoch eine erste Durchschaltleitung 54 und eine zusätzliche zweite Durchschaltleitung 55 auf.
Mittels der Durchschaltleitung 54 wird das Eingangsregister 41 mit dem Ausgangsregister 49 verbunden, während mittels der Durchschaltleitung 55 das Eingangsregister 41 mit dem Ausgangsregister 25 verbunden ist.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Steuerwerks 80. Das Steuerwerk 80 weist mehrere Eingangsregister 17.1, 17.2, 17.3 bis 17.N, Durchschaltleitungen 24.1, 24.2, 24.3 bis 24.N und Ausgangsregister 25.1, 25.2, 25.3 bis 25.N auf, die im Wesentlichen dem Eingangsregister 17, der Durchschaltleitung 24 und dem Ausgangsregister 25 gemäß 1 entsprechen. Hierbei ist N eine beliebige natürliche Zahl, die die Gesamtanzahl der hintereinander geschalteten Eingangsregister und Ausgangsregister bestimmt. Auf eine gemäß der 1 analoge Bezeichnung der Eingangsleitungen, Ausgangsleitungen sowie den weiteren Leitungen wurde zugunsten einer besseren Übersicht verzichtet.
Die Eingangsregister 17.1, 17.2, 17.3 bis 17.N enthalten jeweils die gleichen und/oder voneinander verschiedene Vergleichswerte, während in den Ausgangsregistern 25.1, 25.2, 25.3 bis 25.N jeweils die gleichen und/oder voneinander verschiedene Antworten hinterlegt sind. Hierbei ist jedem Die Eingangsregister 17.1, 17.2, 17.3 bis 17.N genau ein Ausgangsregister 25.1, 25.2, 25.3 bis 25.N zugeordnet.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Steuerwerks anhand der 1 bis 4 näher erläutert:
Sobald eine Anweisung, beispielsweise gemäß 1, an einer oder mehreren der Eingangsleitungen 11..16 anliegt, wird diese Anweisung mittels der Eingangsleitungen 11..16 und den Leitungen 18..23 an das Eingangsregister 17 weiter geleitet. Sodann erfolgt unmittelbar und ohne jeglichen Zeitverlust ein Vergleich der Anweisung mit dem in dem Eingangsregister 17 hinterlegten Vergleichswert. Stimmt die Anweisung mit dem Vergleichswert überein, schaltet das Eingangsregister 17 durch und ein Aktivierungssignal gelangt von dem Eingangsregister 17 mittels der Durchschaltleitung 24 zum Ausgangsregister 25. Die in dem Ausgangsregister 25 hinterlegte Antwort wird sogleich mittels der Leitungen 28..31 den Ausgangsleitungen 32..37 und damit einem den Ausgangsleitungen 32..37 zugeordneten Rechenwerk zugeführt. Mittels des Rechenwerkes wird die gewünschte Operation ausgeführt. Somit wird eine Anweisung auf einem oder alternativ mehrere Anweisungen parallel auf mehreren der Eingangsleitungen 11..16 unmittelbar dem Eingangsregister 17 zugeführt und mit dem hinterlegten Vergleichswert verglichen, um abhängig vom Ergebnis des Vergleiches das Ausgangsregister 25 zum Auslösen der Antwort zu aktivieren. Ein vom Steuerwerk ausgehendes Anfordern und/oder Adressieren der Anweisung ist somit nicht erforderlich. Hierdurch wird die Anzahl der erforderlichen Arbeitsschritte bzw. der Aufwand für den Ablauf zur Ausführung einer bestimmten Anweisung deutlich reduziert. Zudem ergibt sich aufgrund des frei festlegbaren Vergleichswertes und der frei festlegbaren Antwort ein direkt programmierbares Steuerwerk.
Hierbei ist von besonderem Vorteil, dass bei der Programmierung des Vergleichswertes und/oder der Antwort auf die Verwendung von Maschinencodes verzichtet werden kann. So können der Vergleichswert und/oder die Antwort mittels einer geeigneten Assemblersprache programmiert werden. Dies führt zu einer besseren Lesbarkeit für den Anwender und/oder Programmierer.
Die vorstehenden Ausführungen zur Funktionsweise des Eingangregisters 17 und des Ausgangsregisters 25 sind auf das Eingangsregister 41 und das Ausgangsregister 49 gemäß der 2, 3 und 4 entsprechend zu übertragen.
Bei dem Steuerwerk 60 gemäß 2 sind lediglich die Eingangsleitungen 11, 12, 13 und 14 einem nicht näher dargestellten Arbeitsspeicher zugeordnet. Die Eingangsleitungen 15, 16 sind dagegen mittels Rückkoppelleitungen 39, 40 direkt mit Ausgangsleitungen 32 bzw. 38 verbunden. Somit sind die Ausgangsregister 25, 49 direkt mit den Eingangsregistern 17, 41 verbunden. Die damit realisierbare Rückkoppelung ermöglicht einen direkten und unmittelbaren Einfluss auf die Anweisung. In Abhängigkeit von der Antwort können somit gegebenenfalls eine oder mehrere neue Antworten ausgelöst werden.
Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform können eine beliebige, aber bestimmte Anzahl von Eingangsregistern und/oder Ausgangsregistern hintereinander eingesetzt werden, wobei jedem Eingangsregister genau ein Ausgangsregister zugeordnet ist. Aufgrund der unterschiedlichen Zuordnung von Eingangsleitungen und/oder Ausgangsleitungen ist eine Parallelfunktion realisierbar, die beispielsweise bei herkömmlichen Mikroprozessoren nicht möglich ist. Diese Parallelfunktion kann sich ergeben, da das Ergebnis eines Vergleiches zwischen einer Anweisung und einem ersten Eingangsregister entsprechend der gewählten Zuordnung von Eingangsleitungen und Ausgangsleitungen keinen Einfluss auf die Vergleiche derselben und/oder einer anderen Anweisung mit einem oder mehreren anderen Eingangsregistern haben kann. Weiter kann sich eine Parallelfunktion in den Fällen ergeben, in denen beispielsweise eine erste Gruppe von Eingangsleitungen und damit eine erste Gruppe von Anweisungen einer ersten Gruppe von Eingangsregistern und eine weitere Gruppe von Eingangsleitungen bzw. Anweisungen einer weiteren Gruppe von Eingangsregistern zugeordnet ist. Somit können verschiedene Anweisungen parallel und gleichzeitig mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder des erfindungsgemäßen Steuerwerks verarbeitet werden.

10: Steuerwerk
11: Eingangsleitung
12: Eingangsleitung
13: Eingangsleitung
14: Eingangsleitung
15: Eingangsleitung
16: Eingangsleitung
17: Eingangregister
18: Leitung
19: Leitung
20: Leitung
21: Leitung
22: Leitung
23: Leitung
24: Durchschaltleitung
25: Ausgangsregister
26: Leitung
27: Leitung
28: Leitung
29: Leitung
30: Leitung
31: Leitung
32: Ausgangsleitung
31: Ausgangsleitung
32: Ausgangsleitung
33: Ausgangsleitung
34: Ausgangsleitung
35: Ausgangsleitung
36: Ausgangsleitung
37: Ausgangsleitung
38: Ausgangsleitung
39: Rückkoppelleitung
40: Rückkoppeleitung
41: Eingangsregister
42: Leitung
43: Leitung
44: Leitung
45: Leitung
46: Leitung
47: Leitung
48: Durchschaltleitung
49: Ausgangsregister
50: Leitung
51: Leitung
52: Leitung
53: Leitung
54: Durchschaltleitung
55: Durchschaltleitung
60: Steuerwerk
70: Steuerwerk
80: Steuerwerk

Claims

Verfahren zum elektronischen Steuern und/oder Regeln mittels eines Steuerwerks (10, 60, 70), bei dem eine Anzahl von Eingangsregistern (17, 41) einer Anzahl von Ausgangsregistern (25, 49) zugeordnet wird, bei dem in den Eingangsregistern (17, 41) jeweils ein bestimmter Vergleichswert und in den Ausgangsregistern (25, 49) jeweils eine bestimmte Antwort hinterlegt wird, bei dem eine Anweisung an den Eingangsregistern (17, 41) angelegt wird, und bei dem aufgrund einer Übereinstimmung mindestens eines Teilbestandteiles der Anweisung mit dem Vergleichswert eines Eingangsregisters (17, 41) die Antwort des dem Eingangsregister (17, 41) zugeordneten Ausgangsregisters (25, 49) ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert und/oder die Antwort mittels einer freien Programmierung hinterlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert und/oder die Antwort mit n Bits hinterlegt werden, wobei n eine beliebige natürliche Zahl ist und n vorzugsweise durch die Registergröße des Eingangsregisters (17, 41) und/oder Ausgangsregisters (25, 49) bestimmt wird.
Steuerwerk zum elektronischen Steuern und/oder Regeln mit einer Anzahl von Eingangsregistern (17, 41) und einer Anzahl von Ausgangsregistern (25, 49), wobei in jedem Eingangsregister (17, 41) ein bestimmter Vergleichswert und in jedem Ausgangsregister (25, 49) eine bestimmte Antwort hinterlegt ist, ein Eingangsregister (17, 41) einem Ausgangsregister (25, 49) zugeordnet ist, und beim Anliegen einer Anweisung an den Eingangsregistern (17, 41) aufgrund einer Übereinstimmung mindestens eines Teilbestandteiles der Anweisung mit dem Vergleichswert eines Eingangsregisters (17, 41) die Antwort des dem Eingangsregister (17, 41) zugeordneten Ausgangsregister (25, 49) auslösbar ist.
Steuerwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert frei festlegbar, insbesondere frei programmierbar, ist.
Steuerwerk nach 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antwort frei festlegbar, insbesondere frei programmierbar, ist.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert und/oder die Antwort mit n Bits hinterlegbar sind, wobei n eine beliebige natürliche Zahl ist und n vorzugsweise durch die Registergröße des Eingangsregisters (17, 41) und/oder Ausgangsregisters (25, 49) bestimmt ist.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anweisung eine Breite von m Bits aufweist, wobei m eine beliebige natürliche Zahl ist.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsregister (17, 41) mit dem zugeordneten Ausgangsregister (25, 49) mittels einer Durchschaltleitung (24, 54, 55) verbunden ist.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Eingangsregistern (17, 41) eine oder mehrere Eingangsleitungen (11, 12, 13, 14, 15, 16) zugeordnet sind.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Ausgangsregistern (25, 49) eine oder mehrere Ausgangsleitungen (32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) zugeordnet sind.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Eingangsregister (17, 41) genau einem Ausgangsregister (25, 49) zugeordnet sind.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Eingangsregister (17, 41) mehreren Ausgangsregister (25, 49) zugeordnet ist.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass genau einem Eingangsregister (17, 41) genau ein Ausgangsregister (25, 49) zugeordnet ist.
Steuerwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Ausgangsregister (25, 49) mittels einer Rückkoppelleitung (39, 40) mit mindestens einem Eingangsregister (17, 41) verbunden ist.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder eines Steuerwerks nach einem der Ansprüche 4 bis 15 zum Realisieren eines Mikrokontrollers und/oder eines Mikroprozessors, einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und/oder einer Datenverarbeitung.