DE1195972B - Anordnung zum Durchfuehren einer Verzweigung bei einer programmgesteuerten Rechenmaschine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G06f

Deutsche Kl.: 42 m -14

Nummer: 1195 972

Aktenzeichen: J 24972IX c/42 m

Anmeldetag: 19. Dezember 1963

Auslegetag: 1. Juli 1965

Die Erfindung betrifft eine programmgesteuerte Rechenmaschine und bezweckt die Vereinfachung des Ablaufs einer Verzweigungsoperation.

Ein wichtiger Teil bei der Programmgestaltung einer Rechenmaschine mit Speicherprogramm ist die Verzweigung. Bei der Verzweigung tritt ein Unterprogramm in Tätigkeit, das eine Reihe von oft auftretenden Operationen enthält. Sobald eine Verzweigung eintreten soll, wird der nächste durchzuführende Befehl nicht aus der normalen Reihe der Befehle entnommen, sondern aus einer Adresse des Programmspeichers, welche durch den Adreßteil des Verzweigungsbefehls selbst bestimmt wird. Da die Arbeitsweise einer Rechenmaschine gewöhnlich darauf eingerichtet ist, die nächstfolgende Adresse zu benutzen, erfordert die Ausführung einer Verzweigung, daß die normalen Steuerfunktionen unterbrochen und der Inhalt einer Adresse, welche ein Teil des Verzweigungsbefehls ist, zu dem Register übertragen wird, aus dem die Maschine normalerweise den nächsten Befehl abholt. Solche Vorgänge erfordern zusätzliche Rechnerzeit und besondere Steuerschaltungen; beides sollte möglichst vermieden werden.

Im allgemeinen ist es erwünscht, nach Durchführung des Unterprogramms zu der Verzweigungsstelle des Hauptprogramms zurückzukehren; deshalb muß die nach der Verzweigungsstelle nächste Adresse erhalten bleiben. Gewöhnlich wird ein besonderer Maschinentakt erforderlich, um diese Adresse vor Ausführung des folgenden Befehls an eine andere Stelle zu bringen, von wo aus sie dann anschließend abgespeichert wird.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Anordnung zum Durchführen einer Verzweigung bei einer mit Speicherprogramm arbeitenden Rechenmaschine mit einem Befehls-Adreßregister, das die Adresse des nächstfolgenden Befehles enthält und mit einem ersten Operanden-Adreßregister, das bei einer Verzweigung die nächste Befehlsadresse enthält, mit dem Merkmal, daß beim Eintreten der Verzweigungsbedingung ein Adressenwähler die Funktionen des Befehls-Adreßregisters und des ersten Operanden-Adreßregisters vertauscht.

Das Ausführungsbeispiel der folgenden Beschreibung wird durch Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen datenverarbeitenden Maschine;

F i g. 2 zeigt in Blockform Einzelheiten zur Adressenauswahl von Fig. 1 und

Fig. 3 gibt weitere Einzelheiten der Fig. 2 wieder.

Der Rechner nach der Erfindung enthält (F i g. 1) Anordnung zum Durchführen einer Verzweigung bei einer programmgesteuerten Rechenmaschine

Anmelder:

International Business Machines Corporation, Armonk,N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt, Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Roger Edwin Abernathy, Böblingen (Württ.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Dezember 1962 (247 939)

einen Hauptspeicher 10 zur Aufnahme von Daten und Befehlen. Jedes im Speicher enthaltene Zeichen ist vom Speicher-Adreßregister 12 einzeln aufrufbar. Jeder Befehl besteht aus einer Gruppe von Zeichen. Ein Teil eines solchen Befehlswortes bestimmt die auszuführende Operation; ein anderer Teil die Speicherstelle des einen Operanden und ein weiterer Teil die Speicherstelle des anderen zu verarbeitenden Operanden. Für den Operationsteil des Befehlswortes ist ein Operationsregister 14 und für die Adressenteile des Befehlswortes sind Operanden-Adreßregister 16 und 18 vorgesehen. Die im Operationsregister 14 enthaltenen Werte bewirken zusammen mit der Steuerung 20 die Ausführung der vom Befehl definierten Operation. Es sind eine große Zahl von Befehlsleitungen von der Steuerung zu den anderen Teilen der Maschine vorhanden; sie wurden jedoch in den Zeichnungen weggelassen, da sie grundsätzlich bekannt und zum Verständnis der Erfindung nicht nötig sind.

Das Befehls-Adreßregister 22 enthält die Speicheradressen der auszuführenden Befehle. Während der Befehlsphase wird der Inhalt des Befehls-Adreßregisters 22 zum Speicher-Adreßregister 12 übertragen und das Zeichen aus jener Adresse vom Hauptspeicher 10 zum Datenspeicher 26 und von dort zum Operationsregister 14 gebracht, wo es die gerade auszuführende Operation bestimmt. Die zur Ausführung

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der Operation erforderlichen Prüfimpulse werden sind nun elektronische Schaltungen vorgesehen, um

von der Steuerung 20 erzeugt und verteilt. die Treiberleitungen des .,4-Adreßregisters und des

Der Inhalt des Speicher-Adreßregisters wird dann Befehls-Adreßregisters nach der Entscheidung zum

durch Addition von »1« modifiziert und zum Be- Verzweigen zu vertauschen, jedoch noch innerhalb

fehls-Adreßregister zurückgebracht. Diese Änderung 5 des letzten Taktes der Befehlsphase des Verzwei-

der Adresse geschieht durch den Adressenände- gungsbefehls, so daß der normale Rechnersteuertakt

rer 24. Während weiterer Befehlstakte werden die für den folgenden Befehl benutzt werden kann, ohne

Operandenadressen in die Register 16 und 18 daß die Adressen aus einem in ein anderes Register

eingetragen. Bei einem Verzweigungsbefehl ist übertragen werden müssen.

die Adresse der Speicherstelle, aus der der fol- io Die elektronischen Schaltungen zur Durchführung gende Befehl zu holen ist, falls Verzweigung vor- dieser Maßnahme sind in Fig. 2 gezeigt. Das Signal kommt, ein Teil des Befehls, der normalerweise in »Lesen Befehls-Adreßregister« aus der Steuerung 20 der Steuerung 20 enthalten ist. Wenn die Entschei- wird zum Adressenwähler 28 geführt, und die Redung für eine Verzweigung gefallen ist, wird die gister22 und 16, die vorher die Funktion des BeAdresse des nächsten Befehls im Register 16 ge- 15 fehls-Adreßregisters (22) und des ^-Adreßregisters speichert, während bei normalen Maschinentakten (16) hatten, behalten diese Identität nicht mehr, da die nächste Befehlsadresse aus dem Register 22 ent- eine bistabile Schaltung 30 vorhanden ist, von deren nommen wird. Nun ist aber ein Adressenwähler 28 Lage es abhängt, ob das eine oder das andere Regivorgesehen, der auf ein Verzweigungssignal hin die ster gelesen wird. Für die Register 22 und 16 wird Eingangsleitungen der Register 16 und 22 vertauscht, 20 weiterhin die Bezeichnung Register Y bzw. Regiso daß die Verzweigung innerhalb dieses Taktes ster X benutzt. Der bistabilen Schaltung 30 wird jestattfindet; der Rechner kann dann beim folgenden weils ein Eingangssignal zugeführt, wenn die Ent-Befehlstakt zum nächsten Befehl übergehen. Die scheidung zum Verzweigen gefallen ist. Es sei ange-Steuerung des Rechners verwertet jetzt den Inhalt nommen, daß die Schaltung 30 in die mit AUS bedes früheren Operanden-Adreßregisters als wäre es 25 zeichnete Lage versetzt wurde; dann sind die beiden der Inhalt des Befehls-Adreßregisters. Durch Ver- UND-Schaltungen 32 und 44 vorbereitet. Das Signal tauschen der Treiberleitungen der beiden Operan- »Lesen Befehls-Adreßregister« kann dann die den-Adreßregister nach Durchführung der Verzwei- UND-Schaltung 32 passieren und am Ausgang der gung bleibt die nächstfolgende Adresse erhalten, so ODER-Schaltung 36 das Signal »Lesen Register X« daß der Anschluß des Unterprogramms durch Spei- 30 hervorrufen. Dieses Signal wird in der UND-Schalchern dieser Adresse als erster Schritt des Unter- tung 38 mit den Werten Register X und einem Taktprogramms vorgenommen werden kann. impuls kombiniert zu einem Ausgang, der nach dem

Im Ausführungsbeispiel ist der Operationsschlüs- Passieren der ODER-Schaltung 40 das Speichersei durch ein einziges Zeichen dargestellt; weiter sind Adreßregister aufruft.

zwei Operandenfelder zu je drei Zeichen, die 35 Das Signal »Lesen A-Adreßregister« (aus Fig. 3) ^4-Adresse und die S-Adresse vorhanden. Es sind bereitet die UND-Schaltungen 42 und 44 vor; zuzwei verschiedene Arten eines Befehls möglich, der sammen mit dem Signal von der Klemme »AUS« zu einer Verzweigung führt. Bei der ersten Befehls- der Schaltung 30 wird dann die UND-Schaltung 44 art für eine Verzweigung auf Grund einer außerhalb durchlässig und liefert über die ODER-Schaltung 46 des Kernspeichers auftretenden Bedingung wird ein 40 das Signal »Lesen Register Γ«. Dieses Signal passiert OP-Schlüssel und eine Λ-Adresse zusammen mit zusammen mit den Werten aus Register Y und einem einem Ziffernänderer benutzt, der die besondere, zu Taktimpuls die UND-Schaltung 48; wiederum über prüfende Bedingung festlegt. Da eine .B-Adresse nicht die ODER-Schaltung 40 kann damit das Speichergebraucht wird, enthält der Befehl auch keine solche. Adreßregister 12 aufgerufen werden.
Die ^-Adresse bestimmt die Speicherstelle, aus der 45 Es ist also ersichtlich, daß gleichzeitig mit der der nächste Befehl geholt werden soll, wenn die zu Verzweigungsentscheidung die Verzweigung stattprüfende Bedingung vorliegt. Die andere Art von fand, indem die Treiberleitungen zu den Registern Verzweigungsbefehl wird angewandt für eine Ver- 22 und 16 vertauscht wurden, so daß der Verzweizweigung bei Zeichenprüfung im Kernspeicher. Die- gungsbefehl während des Taktes für den Verzweiser Befehl enthält erstens einen Operationsschlüssel; 50 gungsbefehl ausgeführt wird. Die Register 22 und 16 zweitens eine A -Adresse, welche die Speicherstelle behalten dann hinsichtlich der Maschinensteuerung des nächsten Befehls angibt für den Fall, daß die diesen Zustand bei, bis der nächste Verzweigungs-Zeichenprüfung positiv ausfällt; drittens die befehl ausgeführt wird und die Register wiederum B-Adresse, weiche die Speicherstelle des zu prüfen- vertauscht werden. Das Signal von der Klemme den Zeichens angibt; viertens den Ziffernänderer, der 55 »EIN« der bistabilen Schaltung 30 und das Signal die Prüfung festlegt, die mit dem Zeichen aus der »Lesen Befehls-Adreßregister« lassen die UND-J3-Adresse vorgenommen werden soll. Schaltung 34 durchlässig werden und verursachen

Die erste Befehlsart bedarf keines Ausführungs- damit (hinter der ODER-Schaltung 46) das Signal

taktes, da die zu prüfende Bedingung in einem Be- »Lesen Register Y«. Die »EIN«-Klemme der bista-

dingungsregister außerhalb des Kernspeichers unter- 60 bilen Schaltung und das Signal »Lesen ^4-Adreß-

gebracht ist und die Prüfung im letzten Takt der register« öffnen die UND-Schaltung 42 und verur-

Befehlsphase vorgenommen und eine neue Befehls- Sachen das Signal »Lesen Register X«. In gleicher

phase für den nächsten Befehl unmittelbar ange- Weise bereitet das Signal »Schreiben Befehls-Adreß-

schlossen werden kann. Wenn jedoch die Verzwei- register« die UND-Schaltungen 50 und 52 vor; wenn

gungsbedingung erfüllt ist, befindet sich die Adresse 65 die bistabile Schaltung im AUS-Zustand ist, wird

»Verzweige nach« im ^-Adreßregister 16, und die dann die UND-Schaltung 50 durchlässig und verur-

Maschine ist darauf eingerichtet, die Befehlsadresse sacht über die ODER-Schaltung 54 das Signal

aus dem Befehls-Adreßregister zu entnehmen. Es »Schreiben Register X«. Dieses Signal wird in der

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UND-Schaltung 56 mit einem Taktsignal und einem Signal vom Adressenänderer kombiniert zu dem Signal »Schreiben Register X-Werte«. Befindet sich die Schaltung 30 in der anderen Lage, so liefert die UND-Schaltung 52 ein Ausgangssignal, das hinter der ODER-Schaltung 62 das Signal »Schreiben Register F« zur Folge hat; letzteres wird mittels der UND-Schaltung 64 wieder mit einem Taktsignal und einem Signal aus dem Adressenänderer zum Signal »Schreiben Register F-Werte« vereinigt.

Das Signal »Schreiben .^-Adreßregister« bereitet die UND-Schaltungen 58 und 60 vor; das Signal von der Klemme »AUS« der bistabilen Schaltung 30 kann die UND-Schaltung 60 passieren, und ihr Ausgang verursacht hinter der ODER-Schaltung 62 das Signal »Schreiben Register Y«. Dieses wird in der UND-Schaltung 64 mit einem Taktimpuls und dem Signal aus dem Adressenänderer kombiniert zum Ausgangssignal »Schreiben Register Γ-Werte«. Ist die Schaltung 30 im EIN-Zustand, so wird die UND-Schaltung 58 vorbereitet, und es entsteht hinter der ODER-Schaltung 54 das Signal »Schreiben Register X«, das in der UND-Schaltung 56 mit dem Taktsignal und dem Signal aus dem Adressenänderer zum Signal »Schreiben Register X-Werte« vereinigt wird.

Da es meist erwünscht ist, später zum nächsten Befehl des Hauptprogramms zurückzukehren, wird vorteilhafterweise diese Adresse (d. h., die Adresse im Befehls-Adreßregister zur Zeit der Verzweigung) an einer Stelle gespeichert, wo ein späterer Verzweigungsbefehl die Steuerung an das Hauptprogramm zurückgeben kann. Gewöhnlich geschieht dies durch Übertragung des Inhaltes des Befehls-Adreßregisters zum B-Adreßregister vor der Durchführung des Verzweigungsbefehles (andernfalls wäre die Adresse verloren) und durch anschließende Ausführung des Befehls »Speichere .B-Adresse« als ersten Schritt des Unterprogramms. Diese Operation erfordert Übertragungsschaltungen, die andernfalls nicht nötig wären; außerdem ist ein Maschinentakt für diese Übertragung erforderlich. Da die Treiberleitungen zu den Registern 22 und 16 zur Ausführung des Verzweigungsbefehls vertauscht werden, befindet sich die nächtsfolgende Adresse im ^-Adreßregister, so daß der Anschluß des Unterprogramms durch Speicherung der ^4-Adresse als erster Befehl des Unterprogramms hergestellt werden kann.

Der Befehl »Speichere ^4-Adresse« bereitet einige Schwierigkeit, da der Befehl einen Operationsschlüssel Q und eine .^-Adresse enthält, welch letztere die Speicherstelle bezeichnet, in der der Inhalt des früheren ^-Adreßregisters zu speichern ist. Beim normalen Befehlsübertragungsvorgang würde deshalb der Inhalt des früheren ^-Adreßregisters, der laut Befehl im Kernspeicher unterzubringen wäre, vorzeitig zerstört werden. Diese Schwierigkeit wird bei bekannten Maschinen durch Einrichtungen gelöst, die den Operationsschlüssel abtasten; wenn dabei ein Operationsschlüssel Q »Speichere .^-Adresse« entdeckt wird, so findet eine Unterbrechung des normalen Befehlstaktes statt, und ein besonderer Befehlstakt zur Übertragung des Inhalts des ^-Adreßregisters zum B-Adreßregister findet statt. Die .^-Adresse wird dann in normaler Weise eingetragen, aber während des Ausführungstaktes wird der Inhalt des B-Adreßregisters abgespeichert.

Ähnlich wie es oben für die Verzweigungssteuerung beschrieben wurde, kann auch der Anschluß des Unterprogramms erfindungsgemäß dadurch erleichtert werden, daß mit elektronischen Steuermitteln die Treiberleitungen des ^-Adreßregisters und des B-Adreßregisters vertauscht werden, sobald ein Befehl »Speichere yi-Adresse« entdeckt wird. Eine Schaltung, die diese Vertauschung vornimmt, ist in F i g. 3 gezeigt. Das Eingangssignal »Lesen y4-Adresse« veranlaßt das Lesen des B-Adreßregisters, wenn der Operationsschlüssel Q vorliegt. Ebenso veranlaßt ein Signal »Lesen B-Adresse« das Lesen des ^-Adreßregisters.

Das Signal »Lesen ^-Adresse« bereitet die UND-Schaltungen 66 und 68 vor und das Signal »Nicht Operationsschlüssel ß« öffnet die UND-Schaltung 66, so daß hinter der ODER-Schaltung 70 das Signal »Lesen ^-Adreßregister« entstehen kann. Das Vorliegen des Signals »Operations-Schlüssel Q« läßt die UND-Schaltung 68 durchlässig werden und verursacht hinter der ODER-Schaltung 72 das Signal »Lesen B-Adreßregister«. Das Signal »Lesen B-Adresse« bereitet die UND-Schaltungen 74 und 76 vor; beim Vorliegen des Signals »Nicht Operationsschlüssel Q« wird die UND-Schaltung 76 durchlässig, und ihr Ausgang verursacht hinter der ODER-Schaltung 72 das Signal »Lesen B-Adreßregister«. Falls das Signal »Operationsschlüssel Q« vorliegt, läßt die UND-Schaltung 74 über die ODER-Schaltung 70 das Signal »Lesen .<4-Adreßregister« entstehen.

Durch das Signal »Schreiben Λΐ-Adresse« werden die UND-Schaltungen 78 und 80 vorbereitet; mit dem Signal »Nicht Operationsschlüssel Q« wird dann die UND-Schaltung 78 in die Lage versetzt, hinter der ODER-Schaltung 82 das Signal »Schreiben ^(-Adreßregister« zu verursachen. Mit dem Signal »Operations-Schlüssel Q« entsteht schließlich über die UND-Schaltung 80 und die ODER-Schaltung 88 das Signal »Schreiben B-Adreßregister«. Liegt das Signal »Schreiben B-Adresse« vor, so werden die UND-Schaltungen 84 und 86 vorbereitet; mit dem Signal »Nicht Operationsschlüssel Q« entsteht über die UND-Schaltung 86 und die ODER-Schaltung 88 das Signal »Schreiben B-Adreßregister«. Mit dem Signal »Operationsschlüssel Q« wird die UND-Schaltung 84 durchlässig, und am Ausgang der ODER-Schaltung 82 entsteht das Signal »Schreiben ^-Adreßregister«.

Das Auftreten des Operationsschlüssels Q (Speichern v4-Adresse) verursacht also unmittelbar eine Vertauschung der Schreib- und Leseleitungen der A- und B-Adreßregister, so daß die Maschine tatsächlich die Schaltungen benutzt, die normalerweise zum Abspeichern der B-Adresse dienen. Dieses Ergebnis wird erzielt, ohne daß schwierige Schaltungen für die Taktunterbrechung oder ein Befehlstakt für die Übertragung der Adressen von einem zum anderen Register erforderlich sind; weiter ist die Vertauschung der Treiberleitungen vorübergehender Natur, da sie nur während der Dauer des Signals »Operationsschlüssel Q«. besteht.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Durchführen einer Verzweigung bei einer mit Speicherprogramm arbeitenden Rechenmaschine mit einem Befehls-Adreßregister, das die Adresse des nächstfolgenden Befehls enthält und mit einem ersten Operanden-Adreßregister, das bei einer Verzweigung

die nächste Befehlsadresse enthält, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eintreten der Verzweigungsbedingung ein Adressenwähler (28) die Funktionen des Befehls-Adreßregisters (22) und des ersten Operanden-Adreßregisters (16) vertauscht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten des Befehls zum Abspeichern der dem Verzweigungsbefehl folgenden Befehlsadresse der Adressenwähler (28) die Funktionen des ersten und des zweiten Operanden-Adreßregisters (16, 18) vertauscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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