DE1164131B - Elektronische taktgesteuerte Rechenanlage - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G06f

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag;
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 42 m -14

T 22649IX c/42 m
25. August 1962
27. Februar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische taktgesteuerte Rechenanlage, die mindestens aus einem Programmsteuerwerk, einem Rechenwerk und einem Arbeitsspeicher besteht. Dieser Arbeitsspeicher ist in der Lage, Daten aus adressierbaren Zellen abzugeben und für solche Zellen zu empfangen. Während eines Rechenvorgangs werden Daten zwischen dem Arbeitsspeicher und dem Rechenwerk sowie dem Programmsteuerwerk laufend übertragen. Zu Beginn eines größeren Rechenvorgangs werden Operanden aus äußeren Geräten in die Anlage eingegeben, während am Ende einer Rechnung Ergebnisdaten in solche äußeren Geräte (z.B. Schreibmaschine, Lochkarten, Sichtgeräte) ausgegeben werden. Wegen der meist geringen Datenfmßgeschwindigkeit in den äußeren Geräten ist man bestrebt, die dabei nicht voll ausgenutzte Rechenanlage bereits wieder zur Lösung anderer Aufgaben einzusetzen. Dabei muß aber der Arbeitsspeicher zwei Datenflüsse koordinieren und richtig verarbeiten, den langsamen Datenfluß zum äußeren Gerät und den schnellen, der von der Aufgabe im Rechenwerk herrührt.

Die Erfindung befaßt sich mit dieser Koordination. Es ist bekannt, Rechenprogramme, die nicht die äußeren Geräte benutzen und im folgenden Internprogramme genannt werden, so auszulegen, daß in bestimmten zeitlichen Abständen Unterbrechungsmöglichkeiten vorgesehen sind, an denen alle äußeren Geräte auf einen eventuell angezeigten Abfertigungswunsch untersucht werden, worauf eines nach dem anderen abgefertigt wird. Diese Unterbrechungsstellen haben die Eigenschaft, daß der Inhalt von Registern, die irgendwie für die Abfertigung äußerer Geräte gebraucht werden, für das Internprogramm zu diesem Zeitpunkt irrelevant ist.

Weiter sind bereits mikiOprogrammierte Rechenanlagen vorgeschlagen worden, die sich wegen der häufigen Unterbrechungsmöglichkeiten besser zur Abfertigung vieler äußerer Geräte eignen als die obenerwähnte Rechenanlage. Man verlegt dabei die Unterbrechungsstellen in die einzelnen Befehle, die als Mikroprogramme ablaufen. Auf diese Weise erhält man mehrere Unterbrechungsstellen pro Befehl und entlastet den Programmierer.

Es ist weiterhin bekannt, die Abfertigung der äußeren Geräte durch das Programmsteuerwerk überwachen zu lassen, indem der Befehlskode des nächsten auf eine Unterbrechungsstelle folgenden Operationsschritts eines Internprogramms gespeichert und statt dessen der Befehlskode eines Transportschritts für ein äußeres Gerät in ein Befehlsregister gebracht wird. Nach der Abfertigung des äußeren Geräts wird

Elektronische taktgesteuerte Rechenanlage

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Hans-Joachim Held, Litzelstetten

der abgespeicherte Befehlskode des Internprogramms wieder geholt, wodurch das Internprogramm an der richtigen Stelle fortgesetzt wird.

ao Durch die Anordnung gemäß der Erfindung wird der zeitliche Abstand zwischen zwei Unterbrechungsstellen auf die Zeit eines einzigen Taktimpulses des zentralen Taktgenerators verkürzt, so daß in jedem Takt ein Abfertigungswunsch berücksichtigt werden kann. Diese Eigenschaft ist besonders bei sogenannten Echtzeit-Prozeßrechnern erwünscht, die jederzeit zur Aufnahme und Verarbeitung von Eingabedaten bereit sein sollen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Anordnung besonders einfach und übersichtlich realisiert wird, was besonders für große und komplexe Rechenanlagen, aber auch für nachträglichen Anschluß mehrerer äußerer Geräte an ein bereits vorhandenes Rechengerät von Bedeutung ist.

Die Erfindung besteht darin, daß der Arbeitsspeicher über eine Taktleitung gesteuert wird, die ohne Unterbrechung Taktimpulse liefert, während die übrigen Teile der Rechenanlage eine abschaltbare Taktleitung aufweisen, die bei einem auftretenden Abfertigungswunsch eines äußeren Geräts von diesem blockiert wird, so daß der vorherige Schaltzustand der Rechen- und Programmsteuerwerke erhalten bleibt, bis das äußere Gerät abgefertigt ist. Ferner wird ein Speicherregister, das sowohl für die Abfertigung äußerer Geräte als auch für Internprogramme benötigt wird, beim Auftreten eines Abfertigungswunsches in eine besondere Zelle des Arbeitsspeichers entleert, deren Adresse elektronisch einfach zu bilden ist. Der Takt der Rechenmaschine wird nach einer Abfertigung erst wieder eingeschaltet, nachdem auch der Inhalt dieser besonderen Zelle wieder in das Speicherregister ausgelesen wurde.

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Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der F i g. 1 und 2 erläutert, von denen

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Rechenanlage mit einem äußeren Magnetbandgerät und

F i g. 2 einige erläuternde Zeitdiagramme zeigen, die sich auf die Funktion der in Fig. 1 skizzierten Anlage beziehen.

Die in Fig. 1 gezeigte Rechenanlage besteht im wesentlichen aus einem Rechenwerk 1, einem Programmsteuerwerk 2 und einem Arbeitsspeicher 3. Bezüglich der technischen Ausführungsform dieser Teile besteht keinerlei Einschränkung. Der Arbeitsspeicher 3 ist mit einem Speicherregister 4 verknüpft, von dem er Daten übernimmt bzw. an das er Daten abgibt.

Der Arbeitsspeicher ist adressierbar, wobei die Adresse in einem Adressenregister 5 steht, mindestens solange der Speicher in Funktion ist. Dem Adressenregister 5 ist in bekannter Weise eine Entschlüsselungseinrichtung 6 nachgeschaltet, über die die im allgemeinen binär verschlüsselte Adresse genau eine Speicherzelle ansteuert. Eine Speicherzelle kann ein einziges Binärzeichen oder eine ganze Gruppe von Binärzeichen (Wort) enthalten. Der Arbeitsspeicher wird über Steuerleitungen 7 in Funktion gesetzt, wobei zwischen »Löschen«, »Schreiben« und »Lesen« unterschieden wird.

Da es sich um eine getaktete Rechenanlage handelt, in der jede Änderung des Schaltzustandes nur synchron mit einem Taktimpuls eintritt, sind Taktverstärker 8 und 9 vorgesehen, die Programmsteuerwerk und Rechenwerk bzw. den Arbeitsspeicher mit Taktimpulsen versehen. Die Taktverstärker werden aus einem gemeinsamen Taktgenerator 10 gespeist.

An die soweit beschriebene Rechenanlage wird in Anwendung der Erfindung ein äußeres Gerät 11 angeschlossen, das beispielsweise ein Magnetbandspeicher ist und stellvertretend für jedes andere Gerät bzw. für eine Vielzahl dieser Geräte genommen ist. Dieses Gerät besitzt einen Meldeausgang 12, der erregt ist, wenn das Gerät 11 eine Abfertigung wünscht. Dieser Wunsch tritt etwa auf, wenn im Laufe eines Blocktransfers vom Bandgerät in den Arbeitsspeicher ein zum Bandgerät gehörendes Pufferregister vollgeschrieben wurde und in den Arbeitsspeicher entleert sein soll, ehe neue Zeichen vom Bandgerät kommend das Pufferregister überschreiben. Ein zu diesem Zeitpunkt laufendes Internprogramm in der Rechenmaschine muß dann unterbrochen werden.

Diese Unterbrechung wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß der Taktverstärker 8, der allein die Taktversorgung des Programmsteuerwerks und des Rechenwerks besorgt, gesperrt wird, so daß der augenblickliche Schaltzustand in den erwähnten Werken sozusagen eingefroren wird. Das Sperren des Taktverstärkers wird im vorliegenden Beispiel durch den Null-Ausgang eines bistabilen Elements 13 bewirkt, das von der Meldeleitung 12 eingeschaltet wird. Dieser Null-Ausgang wirkt auf eine dem Taktverstärker 8 vorgeschaltete Konjunktion, der auch der Ausgang des Taktgenerators 10 zugeführt ist. Sobald das bistabile Element eingeschaltet wird, weist der Null-Ausgang des bistabilen Elements keine logische Eins mehr auf, so daß der Verstärker 8 keine Taktimpulse tr mehr liefert. Taktimpulse erreichen die Rechenanlage dann nur noch vom Generator 10 über den nicht bedingten Taktverstärker 9, dessen Ausgang aber nur auf den Arbeitsspeicher geschaltet ist, so daß nur dieser noch funktionsfähig ist.

Um den Arbeitsspeicher von dem eingefrorenen Programmsteuerwerk unabhängig zu machen, besitzt er ein einfaches eigenes Steuerwerk 14, das die drei möglichen Operationen (Löschen, Lesen, Schreiben) zu einem weiter unten erläuterten Ablauf zusammenfügt.

ίο Das einfache Einfrieren bestimmter Teile der Rechenanlage durch Abschalten des Versorgungstaktes genügt für die vorliegende Aufgabe noch nicht völlig, da nicht gleichzeitig die Versorgungsspannungen dieser Teile ausgeschaltet werden. Es muß also weiterhin dafür gesorgt werden, daß die Wirkausgänge dieser Teile der Rechenanlage nicht mehr auf den Speicher einwirken. Es handelt sich dabei um den Datenübertragungsweg 15 zwischen Rechenwerk und dem Speicherregister 4 und um den

so Adressenübertragungsweg 16 zwischen dem Rechenwerk (oder einem anderen Werk) und dem Adressenregister 5 des Speicherwerks. Schließlich müssen noch die Wirkausgänge 17 des Programmsteuerwerks vom Arbeitsspeicher abgetrennt werden. Auch diese Sperrung wird von dem bistabilen Element 13 bewirkt, das auf Tore 18, 19, 20 in den Ubertragungswegen einwirkt. Die Tore stehen repräsentativ für so viele Tore, als binäre Übertragungsleitungen in den Übertragungswegen 15, 16 und 17 liegen. Diese Tore werden also gesperrt, wenn ein Abfertigungswunsch vorliegt und damit der Takt tr abgeschaltet wurde.

An Stelle dessen werden entsprechende Tore 21, 22, 23 geöffnet, die das Speicherregister 4 mit dem Datenkanal 24 des Bandgerätes (über Tore 21), das Adressenregister 5 mit Adressenkanälen 25 des Bandgerätes (über Tore 22) und Steuerleitungen 26 des Bandgerätes mit der Steuerung 14 des Arbeitsspeichers verbindet (über Tore 23).

Die Tore 18 und 21, die im Übertragungsweg der Daten zum Speicherregister liegen, sind so ausgebildet, daß durch sie Daten in beiden Flußrichtungen programmabhängig übertragen werden können, während alle übrigen Tore nur in einer Richtung wirken. An Hand der folgenden F i g. 2 wird die Funktion dieser Schaltung im Unterbrechungsfall am Beispiel der Eingabe von Daten in die Rechenanlage mit Hilfe einiger Zeitdiagramme näher erläutert. In der ersten Zeile ist der Takt t angedeutet, den der Taktgenerator 10 bzw. (geformt und verstärkt) der Taktverstärker 9 liefert. Die Taktimpulse sind zur besseren Darstellung numeriert als η — 1, η, η + 1 usw. bis « + 5. Kurz vor dem Taktimpuls« ist beispielsweise ein Abfertigungswunsch über die Leitung 12 gemeldet worden, was bewirkt, daß mit dem Takt η das bistabile Element 13 eingeschaltet wird. Der Ausgang« dieses Elements ist als zweites Diagramm in F i g. 2 dargestellt. Der Null-Ausgang dieses Elements bewirkt dann, daß der Takt ir der Rechenanlage ausgeschaltet wird, wobei jedoch in dem Ausführungsbeispiel der Taktimpuls η noch ausgeliefert wird. Diesen Takt tr zeigt das dritte Diagramm.

Die Rechenmaschine arbeitet also ganz normal bis zum Taktimpuls n. Der damit erreichte Zustand des Rechenwerks und des Programmwerks kann jedoch wegen der bereits gesperrten Tore 18, 19, 20 nicht mehr auf den Arbeitsspeicher einwirken. Vielmehr sind bereits die Tore 21 bis 23 zum Bandgerät geöffnet. In der vierten Zeile der Fig. 2 ist der Inhalt a

des Adressenregisters über der Zeit aufgetragen. Während im Takt«— 1 noch eine AdresseA_R des unterbrochenen Internprogramms im Adressenregister stand, wird bereits im Takt η eine Adresse A_n vom Bandgerät in das Adressenregister übertragen. In der fünften und sechsten Zeile ist der Ausgang s der Speichersteuerung 14 und der Inhalt i des Speicherregisters 4 angegeben. Im Takt«—1, in dem noch eine Internprogrammadresse und Daten -Rl des Rechenwerks zur Verarbeitung im Arbeitsspeicher anstanden, war noch eine ganz normale vom Internprogrammsteuerwerk 2 gesteuerte Speicheroperation ausgeführt worden. Im Takt η ist möglicherweise das Speicherregister 4 noch mit Interndaten aus dem Vortakt gefüllt. Im Adressenregister steht, wie beschrieben, bereits die erste Adresse vom Bandgerät. Die gleichzeitig mit Takt η ablaufende Speicheroperation wird durch die Steuerleitung »Löschen« bestimmt, so daß nach diesem Takt die von dem Bandgerät zu bedienende Speicherzelle gelöscht ist.

Im Takt n+1 wird der Inhalt des Speicherregisters 4, der nach wie vor aus Interndaten Rl besteht, in eine besondere Speicherzelle abgesetzt und damit sichergestellt. Diese Speicherzelle besitzt vorzugsweise die Zellennummer Null und wird elektronisch realisiert, indem für diesen Takt sowohl das Tor 19 vom Rechenwerk zum Adressenregister als auch das Tor 22 vom Bandgerät zum Adressenregister gesperrt ist. Die Steuerleitungen geben dabei »Schreiben« an. Im nächsten Takt (n+2) wird schließlich die Bandinformation B in der vom Bandgerät angegebenen Adresse A_B eingeschrieben (oder es wird beim Ausgabevorgang der Inhalt einer Arbeitsspeicherzelle in das Speicherregister ausgelesen). Der Takt n+3 bringt schließlich die sichergestellten Interndaten aus der Zelle Null wieder in das Speicherregister.

Falls kein weiterer Abfertigungswunsch dieses oder eines anderen äußeren Geräts vorliegt, wird nun vom Bandgerät das bistabile Element 13 wieder gelöscht, so daß nunmehr die Rechenlogik in demselben Zustand ist wie vor der Unterbrechung; sie kann also ihr Internprogramm fortsetzen.

Entsprechende Erläuterungen gelten sinngemäß für die Abfertigung eines Ausgabewunsches: Hierbei entfällt natürlich die Löschung der Zelle A_B, und aus dem Einschreiben in die Zelle A_B wird eine Ausgabeoperation (Lesen).

Die Steuerung 14 des Arbeitsspeichers gestaltet sich noch wesentlich einfacher, wenn eine vorliegende Rechenmaschine in jedem Takt einen vollständigen Speicherzyklus auszuführen vermag mit Auslesen, Übertragung zwischen dem Speicherregister und einem gewünschten Rechenregister, Löschen und Neu-Einschreiben. In einem solchen Fall ist der Inhalt des Speicherregisters 4 nach jedem Takt irrelevant, so daß keine Sicherstellung in einer besonderen Speicherzelle nötig ist.

Die Erfindung läßt sich außerdem auch vorteilhaft zur Abfertigung einer Vielzahl äußerer Geräte einsetzen, wie sie beispielsweise bei der Flugplatzbuchung, Postscheck- und Bankkontierung auftritt, wo viele Buchungsplätze auf eine zentrale Rechenanlage einwirken. In diesem Fall ist ein zentrales Vorrangsteuerwerk vorgesehen, das die einzelnen Plätze abfragt und jeweils einen auf die Rechenanlage durchschaltet, indem es der Rechenanlage die richtige Adresse anbietet und das bistabile Element einschaltet.

Folgen mehrere Abfertigungswünsche unmittelbar aufeinander, dann entfällt das Zurückholen der sichergestellten Interndaten, bis kein Abfertigungswunsch mehr zu erfüllen ist. Die Rechenanlage ist auf diese Weise stets vollkommen ausgelastet, da in jede Lücke zwischen zwei Abfertigungswünscnen sofort ein Internprogramm oder ein Teil davon eingeschaltet wird, ohne daß der Programmierer einen solchen intermittierenden Betrieb extra zu berücksichtigen braucht.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronische taktgesteuerte Rechenanlage, mindestens bestehend aus einem Programmsteuerwerk, einem Rechenwerk und einem adressierbaren Arbeitsspeicher, der Daten sowohl mit dem Rechenwerk als auch mit einem oder mehreren bevorzugt abzufertigenden äußeren Geräten zur Eingabe, Anzeige oder Ausgabe von Daten austauscht, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsspeicher (3 bis 6) über eine Taktleitung gesteuert wird, die ohne Unterbrechung Taktimpulse (i) liefert, während die übrigen Teile der Rechenanlage eine abschaltbare Taktleitung aufweisen, die bei einem auftretenden Abfertigungswunsch eines äußeren Geräts von diesem blockiert wird, so daß der vorherige Schaltzustand der Rechen- und Programmsteuerwerke erhalten bleibt, bis das äußere Gerät (11) abgefertigt ist.

2. Rechenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel (14) mit dem Arbeitsspeicher verbunden sind, die beim Auftreten eines Abfertigungswunsches den Inhalt eines sowohl für die Abfertigung als auoh für Internprogramme benötigten Speicherregisters (4) automatisch in eine besondere Speicherzelle bringen, deren Adresse vorzugsweise elektronisch einfach zu bilden ist, und die den Takt (tr) der Rechenanlage erst wieder einschalten, wenn sie nach der Abfertigung eines oder mehrerer äußerer Geräte (11) den Inhalt der besonderen Speicherzelle wieder in das Speicherregister (4) gebracht haben.

3. Rechenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der besonderen Adresse Tore (22) im Übertragungsweg einer Adresse in ein Speicheradressenregister gesperrt werden.

4. Rechenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Tore (18, 19, 20) im Übertragungsweg (15, 16) zwischen einem Rechenwerk (1) und dem Arbeitsspeicher (3 bis 6) sowie im Wege (17) der Steuerleitungen vom Programmsteuerwerk (2) zum Arbeitsspeicher (3 bis 6) liegen, die bei einem Abfertigungswunsch vom äußeren Gerät (11) gesperrt werden und somit jegliche Wirkung der übrigen Rechenanlage mit Ausnahme des abzufertigenden äußeren Geräts (11) auf den Arbeitsspeicher unterbinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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