DE1953364A1 - Wahlausfuehrungsschaltung fuer programmgesteuerte Datenverarbeiter - Google Patents
Wahlausfuehrungsschaltung fuer programmgesteuerte DatenverarbeiterInfo
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Description
Western Electric Company Incorporated Quinn, T M. 1-1
New York, N. Y. 10007 V. St. A.
Wahlausführungsschaltung für programmgesteuerte Datenverarbeiter
Die Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungs anordnung mit einer Speicheranordnung
für Befehlswortfolgen, die eine Vielzahl von Adressenplätzen enthält, von denen gewisse ein Befehlswortpaar speichern, mit
einem Verarbeiter, der einen Decodierer zur Decodierung des ersten und zweiten Befehlswortes eines Befehlswortpaares enthält, und mit einer
Adressiereinrichtung zur wahlweisen Gewinnung des Inhaltes eines beliebigen Adressenplatzes der Speicheranordnung für den Verarbeiter.
Bei gewissen, programmgesteuerten Rechner anlagen werden Befehlswörter
unterschiedlicher Länge benutzt, d. h., zur Darstellung einiger Befehle sind mehr Bits erforderlich als zur Darstellung anderer Befehle.
Bei der Speicherung von Befehlen unterschiedlicher Länge in einen Speicher,
bei dem.· jeder Adressenplatz ein Wort mit einer vorbestimmten Anzahl von Bits aufnimmt, können einige Adressenplätze mehr als einen
Befehl enthalten. Beispielsweise kann ein Adressenplatz entweder einen Befehl der vollen Wortlänge, dessen Anzahl von Bits gleich der in einem
Adressenplatz verfügbaren Bitzahl ist, enthalten, oder zwei Befehle der
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halben Wortlänge, die je die halbe Anzahl der in einem Adressenplatz
verfügbaren Bits enthalten.
In einigen Systemen kann ein Befehl der vollen Wortlänge zwischen zwei
aufeinanderfolgende Adressenplätze aufgeteilt sein, während in anderen
Systemen jedem Befehl mit der vollen Wortlänge ein neuer Adressenplatz zugeordnet werden muss. Bei diesen letztgenannten Systemen
müssen gewisse "blinde" Halbwortbefehle (d. h., nicht funktionelle Füllbefehle) hinzugefügt werden, um die Wortgrenzen so festzulegen, dass
jeder Vollwortbefehl in einem neuen Adressenplatz gespeichert werden kann. Beispielsweise muss in eine Befehlswortfolge, in der einem Befehl
der vollen Wortlänge ein Befehl der halben Wortlänge und diesem dann wieder ein Befehl der vollen Wortlänge folgt, ein zusätzlicher
Halbwort-Blindbefehl nahe dem Halbwortbefehl eingefügt werden, um den Adressenplatz aufzufüllen, in welchem der Halbwortbefehl der Folge
gespeichert·ist. Es ist allgemein üblich, einen sogenannten "NO-OP"
Befehl (No Operation) einzufügen, wenn eine solche Auffüllung erforderlich ist. Bei dem "NO-OP"-Befehl handelt es sich in typischer Weise
um einen Befehl, bei dessen Ausführung keine wesentlichen Änderungen in irgendeinem Teil des Rechners oder seiner peripheren Einheiten bewirkt
werden.
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Für Echtzeit-Rechner, die eine bestimmte Aufgabe innerhalb einer
vorgeschriebenen Zeitspanne durchführen müssen (beispielsweise ein zentraler Verarbeiter für eine Fernsprechvermittlungsanlage) ist es
wichtig, dass die Zeit zur Durchführung jeder Aufgabe minimal· gehalten
wird. Da die Ausführung eines 11NO-OP"-Befehls dazu führt,
dass der Rechner ohne Durchführung sinnvoller Arbeit Systemzeit verbraucht, ist es wünschenswert, die zur Auffüllung von Speicherraum
benutzten "NO-OP11-Blindbefehle auszuschalten. Die Kombination von
Befehlen halber und voller Wortlänge wird in vielen handelsüblichen Rechnern verwendet. Es ist zwar die Benutzung von "NO-OP"-Befehlen
zur Festlegung der Wortgrenzen bekannt, aber nach dem Stand der Technik fehlt eine Lehre, wie ein Verlust an Systemzeit vermieden
werden kann, der bei der Ausführung solcher "NO-OP"-Blindbefehle entsteht.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dieses Problem zu lösen.
Sie geht dazu aas von einer Datenverarbeitungsanordnung der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeiter
eine Gattersteuerschaltung aufweist, die, wenn der Decodierer beim Decodieren des zweiten Befehlswortes eines Befehlswortpaares ein
Au s gangs signal abgibt, unter Ansprechen auf dieses Ausgangssignal die Adressiereinrichtung veranlasst, ohne Ausführung des zweiten
Π C 9 8 2 C -' 1 c r ■"
ßAD QBIGtNAt
Befehlswortes das nächste Befehlswort aus der Speicheranordnung zu gewinnen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Er-
findung in einem programmgesteuerten Datenverarbeiter;
Fig. 2 Gattersteuerschaltungen nach dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 3 die Beziehung zwischen Taktsignalen und Zeitabschnitten
eines Maschinenzyklus bei dem beispielhaften Verarbeiter;
Fig. 4 das Auftreten von Steuerimpulsen in einem relativen Zeitmaßstab
für drei verschiedene Kombinationen von aus dem Speicher gelesenen Befehlen.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das zweite
Wort eines aus einem einzigen Speicheradressenplatz gelesenen Befehlswortpaares während der Ausführung des ersten Wortes decodiert, um
festzustellen, ob es sich bei dem zweiten Wort um einen 11NO-OP"-Befehl
handelt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das zweite Wort nach beendeter Ausführung des ersten Wortes des Paares ausgeführt, und
es werden Speicheradressen-Steuersignale zur Gewinnung eines nächstfolgenden Befehls während der Ausführung des zweiten Wortes des Paares
erzeugt.
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BADORfGlNAl.
BADORfGlNAl.
Wenn das zweite Wort eines Paares ein "NO-OP"-Befehl ist, werden
die notwendigen Speicheradressen-Steuersignale zur Gewinnung eines nächsten Befehlswortes aus dem Speicher während der Ausführung des
ersten Befehlswortes des Paares erzeugt, und der neu gewonnene Befehl wird nach beendeter Ausführung des ersten Befehls ohne Ausführung
des zweiten Wortes des Paares ausgeführt.
Erfindungsgemäss wird das zweite Wort eines Paares von Befehlsworten
während der Ausführung des ersten Wortes decodiert, und unter gewissen Bedingungen wird ein nächstes Befehlswort ohne Ausführung des
zweiten Wortes eines Befehlswortpaares ausgeführt. .Erfindungsgemäss
unterbleibt also die Ausführung von Befehlen, die zu keiner sinnvollen
Arbeit führen.
Cf
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Rechneranlage vorgesehen,
die sowohl Befehle voller als auch halber Wortlänge benutzt. Die Befehle sind in einer Speicheranordnung enthalten, die eine Vielzahl
von Speicheradressenplätzen enthält. Jeder Speicheradressenplatz umfasst 24 Bits und speichert entweder einen Befehl mit der vollen Wortlänge
von 24 Bits oder zwei Befehle mit der halben Wortlänge von 12 Bits.
Bei der Speicherung gilt die Beschränkung, dass jedem Befehl der vollen Wortlänge individuell ein Speicheradressenplatz zugeordnet sein muss.
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Alle Speicherräume mit der halben Wortlänge, die aufgrund dieser Beschränkung unbenutzt bleiben, werden mit "NO-OP"-Halbwort-Blindbefehlen aufgefüllt.
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage enthält eine Speicheranordnung 120, einen
zentralen Verarbeiter 110 und eine periphere Einheit 130. Der zentrale Verarbeiter 110 besitzt eine Einrichtung zur Erzeugung von Speicheradressen-Steuersignalen,
die einen bestimmten Speicheradressenplatz definierende Adresseninformationen enthalten. Die Speicheradresse
befindet sich innerhalb des zentralen Verarbeiters 110 im Speicheradressenregister
116 und wird zur Speicheranordnung 120 über das symbolische UND-Gatter G4 unter Steuerung von Signalen übertragen,
die von der Gattersteuerschaltung 115 auf die Steuerleitung 121 gegeben
werden. Die Speicheranordnung 120 liefert aufgrund der Speicheradressen-Steuersignale
den Inhalt des durch die Adresse definierten Speicherplatzes über die Leitergruppen 101 und 102 an den zentralen
Verarbeiter. Die auf jeder der Leitergruppen 101 und 102 erscheinende
Information stellt entweder eine Hälfte eines Befehls der vollen Wortlänge
oder einen vollständigen Befehl der halben Wortlänge dar. Die Information auf den Leitergruppen 101 und 102 wird dem Befehlsregister
111 über UND-Gatter Gl bzw. G3 unter Steuerung von Signalen zugeführt, die in der Gattersteuerschaltung 115 erzeugt und auf die Steuerleitungen
118 gegeben werden.
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Wenn es sich bei dem Wort mit 24 Bits im Befehlsregister 111 um
einen Befehl der vollen Wortlänge handelt, so wird der Befehl im primären
Decodierer 112 decodiert. Aus gangs signale des primären Decodierers
112 werden in der Gattersteuerschaltung 115 mit Ausgangs-Signalen
der Taktschaltung 114 zur Erzeugung einer Vielzahl von
Steuerimpulsen auf den Ausgangsleitungen der Gattersteuerschaltung 115 kombiniert. Diese Steuerimpulse werden überall im zentralen
Verarbeiter 110 zur Durchführung der durch den Befehl angegebenen
Funktionen und zur wahlweisen Erzeugung und Übertragung von Speicheradressen-Steuersignalen
benutzt. Während der Ausführung des Befehls der vollen Wortlänge mit 24 Bits erzeugt die Gattersteuerschaltung
115 einen Impuls auf der Steuerleitung 121, die das UND-Gatter G4 zur Übertragung einer neuen Adresse aus dem Speicheradressenregister
11(5 an die Speicheranordnung 120 veranlasst, um einen nächsten Befehl oder ein nächstes Befehlspaar zu gewinnen. In
dem Speicheradressenregister llü kann eine neue Adresse durch Weiterschalten
des augenblicklichen Inhaltes oder durch Zuführung einer neuen Adresse über die Gattersammelleitung 117 gebildet werden.
Nach beendeter Ausführung des Befehls mit 24 Bits erzeugt d.e Gattersteuerschaltung
115 einen Impuls auf der Steuerleitung 118, der die Speicherantwort über die UND-Gatter Gl und G3 in das Befehlsregister
111 führt.
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;<ßAD
Für den Fall, dass das im Befehlsregister 111 gespeicherte Wort mit
24 Bits ein Paar von Befehlen der halben Wortlänge mit je 12 Bits umfasst, werden beide Befehle gleichzeitig decodiert. Das erste Befehlswort
des Befehlswortpaares ist in der linken Hälfte des Befehlsregisters 111 gespeichert und wird im primären Decodierer 112 decodiert.
Das zweite Befehlswort des Befehlswortpaares ist in der rechten Hälfte gespeichert und wird im sekundären Decodierer 113 decodiert. Ausgangssignale
des primären Decodierers 112 werden in der Gattersteuerschaltung 115 zur Erzeugung der für die Ausführung des ersten Befehls
erforderlichen Steuerimpulse benutzt. Wenn die Aus gangs signale des sekundären Decodierers 113 nicht anzeigen, dass der zweite Befehl
ein"NO-OP"-Befehl ist, erzeugt die Gattersteuerschaltung 115 bei beendeter
Ausführung des ersten Befehls einen Impuls auf der Steuerleitung 119, um den zweiten Befehl aus der rechten Hälfte über ein
UND-Gatter G2 in die linke Hälfte des Befehlsregisters 111 zu bringen. Danach wird der zweite Befehl im primären Decodierer 112 decodiert,
und die zur Ausführung des zweiten Befehls erforderlichen Steuerimpulse
werden in der Gattersteuerschaltung 115 erzeugt. Während der Ausführung des zweiten Befehls wird zur Übertragung einer neuen
Adresse an den Speicher ein Impuls auf der Steuerleitung 121 erzeugt. Die entsprechende Speicherantwort mit 24 Bits wird bei beendeter Ausführung
des zweiten Befehls unter Steuerung eines Impulses auf der
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Leitung 118 in das Befehlsregister 111 geführt.
Wenn der sekundäre Decodierer 113 ein Ausgangssignal erzeugt, das
angibt, dass der zweite Befehl ein "NO-OP11-Befehl ist, so wird die
Steuerleitung 121 während der Ausführung des ersten Befehls erregt und eine neue Adresse zum Speicher übertragen. Ausserdem wird die
Steuerleitung 118 bei beendeter Ausführung des ersten Befehls erregt,
um die Speicherantwort in das Befehlsregister 111 zu führen, und zwar
ohne den "NO-OP1 '-Befehl aus der rechten Hälfte des Registers in die
linke Hälfte zu übertragen.
In Fig. 2 ist die Gatter Steuer schaltung 115 zur Erzeugung von Steuerimpulsen
auf den drei Steuerleitungen 118, 119 und 121 gezeigt, die die Übertragung von Speicheradressen-Steuersignalen, den Empfang
von Befehlen aus dem Speicher und die Verschiebung eines Befehls aus
der rechten Hälfte des Befehlsregisters 111 zur linken Hälfte steuern.
Zur Erzeugungder richtigen Steuerimpulse auf den vorgenannten Steuerleitungen
werden Ausgangs signale der Taktschaltung 114 und des primären Decodierers 112 sowie des sekundären Decodierers 113 in der
Gatter steuerschaltung 115 logisch verknüpft. Spezielle Ausführungsbeispiele der Taktschaltung 114, des primären Decodierers 112 und
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des sekundären Decodierers 113 sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da solche Schaltungen bekannt sind. Nur derjenige Teil der
Gattersteuerschaltung 115, der für die praktische Verwirklichung der Erfindung eine besondere Rolle spielt, ist in Fig. 2 gezeigt und wird
hier beschrieben. Der Maschinenzyklus des zentralen Verarbeiters 110, der als diejenige Zeit definiert ist, die zur Ausführung eines einzelnen
Befehls erforderlich ist, ist in zehn gleich lange Zeitabschnitte TO bis T9 gemäss Fig. 3 unterteilt. Die von der Taktschaltung 114
erzeugte Gruppe von Ausgangssignalen umfasst die Taktsignale TO,
h Tl, T2 usw. mit je der Dauer von einem Zentel des Maschinenzyklus ,
die in der Gattersteuerschaltung 115 benutzt werden. Der primäre Decodierer 112 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung FW, wenn
der Befehl im Befehlsregister 111 gemäss dem Operationscode des Befehls ein solcher mit der vollen Wortlänge ist. Der sekundäre Decodierer
113 decodiert die in demjenigen Teil des Befehlsregisters gespeicherte Information, der dem Operationscode des rechten Halbwortes
zugeordnet ist, wenn zwei Befehle der halben Wortlänge im Befehlsregister 111 gespeichert sind, und erzeugt ein Aus gangs signal
auf der Leitung NOP, wenn der Operationscode des "NO-OP"-Befehls
sich in dem decodierten Teil des Registerinhaltes befindet.
In Fig. 2 sind ausserdem das NWC-Flipflop 201 und das RHW-Flipflop
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gezeigt. Dabei handelt es sich um bistabile Speicherelemente, die allgemein als R-S-Flipflops bezeichnet werden. Ein Signal ausreichender Amplitude am R-Eingangsanschluss veranlasst das Flipflop, in den
O-Zustand zu gehen oder in diesem Zustand zu verbleiben, wenn es sich
vor dem Auftreten des Signals darin befunden hat. Ein Signal ausreichender Amplitude am S-Eingangsanschluss veranlasst das Flipflop,
in den 1-Zustand zu gehen oder in diesem zu verbleiben.
Nimmt man an, dass ein neues Befehlswort zum Zeitpunkt TO in das Register gegeben wird, so kann nur eine von drei möglichen Bedingungen
auftreten, nämlich: (1) das Befehlsregister 111 enthält einen Befehl der vollen Wortlänge; (2) das Befehlsregister 111 enthält zwei
Befehle der halben Wortlänge, wobei das rechte Wrort der 11NO-OP11-Befehl
ist; (3) das Befehlsregister 111 enthält zwei Befehle der halben Wortlänge, wobei das rechte Wort kein "NO-OP"-Befehl ist.
Fig 4 zeigt die Erregung der Decodierer-Ausgangsleitungen FW und NOP, den Zustand der NWC- und RHW-Flipflops 201 und 202 sowie
die Erregung der Steuerleitungen 118, 119 und 121 in einem relativen
ZeitmaiJstab für jede der drei oben genannten Bedingungen. Wie in Fig.
dargestellt, ist die Taktleitung Tl an den R-Eingangsanschluss des NWC-Flipflops 201 angeschaltet. Ein Taktsignal auf der Leitung Tl
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, ,.....- , SADOBtGtNAL
stellt das NWC-Flipflop 201 zum Zeitpunkt Tl jedes Maschinenzyklus
zurück. Das NWC-Flipflop 201 wird zum Zeitpunkt T2 in den .1-Zustandeingestellt,
wenn der Ausgang des QDER-Gatters G21 erregt ist, und zwar durch Kombinieren der Signale auf der Leitung T2 und am Ausgang
des ODER-Gatters G21 im UND-Gatter G22. Der Ausgang des ODER-Gatters G21 ist erregt, wenn einer der Decodiererausgänge FW
oder NOP aktiv ist oder wenn das RHW-Flipflop 202 eingestellt ist.
Wenn das Befehlsregister 111 einen Befehl der vollen Wortlänge enthält, ist die Leitung FW erregt, und das NWC-Flipflop 201 wird zum
Zeitpunkt T2 des für die Ausführung des Befehls der vollen Wortlänge
zugeordneten Zeitzyklus eingestellt. Wenn das Befehlsregister 111 ein Befehlspaar der halben Wortlänge enthält und das rechte Wort ein
"NO-OP"-Befehl ist, ist der Decodiererausgang NOP erregt, und das NWC-Flipflop 201 wird zum Zeitpunkt T2 des zur Ausführung des ersten
Befehls des Paares zugeordneten Zeitzyklus eingestellt. Wenn das Befehlsregister 111 ein Befehlspaar der halben Wortlänge enthält und
das rechte Wort kein "NO-OP"-Befehl ist, so wird das RHW-Flipflop
202 eingestellt, wenn der zweite Befehl des Paares von der rechten
Seite des Befehlsregisters 111 zur linken Seite aufgrund eines Steuersignals
auf der Leitung 119 übertragen wird. Nachfolgend wird das
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SAO ORIGINAL
SAO ORIGINAL
NWC-Flipflop 201 zum Zeitpunkt T2 des für die Ausführung des zweiten
Befehls des Paares zugeordneten Zeitzyklus als Folge davon eingestellt, dass sich das RHW-Flipflop 202 im eingestellten Zustand
befindet.
Wenn das NWC-Flipflop 201 zum Zeitpunkt T2 eingestellt ist, wird die
Steuer leitung 121 zum unmittelbar folgenden Zeitpunkt T3 über das UND-Gatter G23 erregt, um eine neue Adresse zum Speicher zu übertragen,
und die Steuerleitung 118 wird zum Zeitpunkt TO des unmittel-' bar folgenden Zeitzyklus über das UND-Gatter G24 erregt, um die Speicherantwort
in das Befehlsregister 111 zu übertragen. Wenn das NWC-. Flipflop 201 zurückgestellt ist, so wird die Steuerleitung 119 zum Zeitpunkt
TO erregt, um den Inhalt der rechten Seite des Befehlsregisters 11Ϊ zur linken Seite zu führen. Die Vorgänge, die nach Einstellung des
NWC-Flipflops 201 auftreten, sind also unabhängig davon, welche Leitung
(d.h., FW, NOP oder RHW-I) zur Betätigung des ODER-Gatters
G21 erregt war.
Zusammengefasst wird, wenn das aus dem Speicher gelesene und im Befehlsregister 111 gespeicherte Wort einen Befehl der vollen Wortlänge
oder zwei Befehle der halben Wortlänge enthält und das rechte Halbwort der "NO-OP"-Befehl ist, die Steuerleitung 121 während T3
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des ersten Zyklus nach Empfang des Speicherwortes erregt, und die Steuerleiturig 118 wird während TO des unmittelbar folgenden Maschinenzyklus
betätigt. Wenn das aus dem Wort gelesene Speicher zwei Befehle der halben Wortlänge umfasst, und das rechte Halbwort nicht
der "NO-OP"-Befehl ist, so wird die Leitung 119 zum Zeitpunkt TO nach beendeter Ausführung des ersten Befehls des Paares erregt, die
Leitung 121 wird während T3 des für die Ausführung des zweiten Befehls
des Paares zugeordneten Zyklus erregt und die Leitung 118 wird während TO des nächsten Zyklus erregt.
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Claims (3)
- Pa t e η t a η s ρ r ü c h e\-\y Datenverarbeitungsanordnung mit einer Speicheranordnung für Befehlswortfolgen, die eine^V-ielzahl von Adressenplätzen enthält, von denen gewisse ein Befehlswortpaar speichern, mit einem Verarbeiter, der einen Decodierer zur Decodierung des ersten und zweiten Befehlswortes eines Befehlswortpaares enthält, und mit einer Adressiereinrichtung zur wahlweisen Gewinnung des Inhaltes eines beliebigen Adressenplatzes der Speicheranordnung für den Verarbeiter,dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeiter (111,112,113, 114,115) eine Gattersteuerschaltung (115) aufweist, die, wenn der Decodierer (112, 113) beim Decodieren des zweiten Befehlswortes eines Befehlswortpaares ein Ausgangssignal abgibt, unter Ansprechen auf dieses Ausgangssignal die Adressiereinrichtung (116) veranlasst, ohne Ausführung des zweiten Befehlswortes das nächste Befehlswort aus der Speicheranordnung (120) zu gewinnen. .
- 2. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gattersteuerschaltung (115) in Abwesenheit eines Ausgangssignals vom Decodierer (112, 113) bei der Decodierung des0-9 8 2 0-/ 1 5"? ^ .ORIGINAL INSPECTeDzweiten Befehlswortes normalerweise die Ausführung des.zweiten Befehlswortes einleitet und bei Vorhandensein eines Ausgangssignals vom Decodierer (112, 113) bei der Decodierung des zweiten Befehlswortes die Adressiereinrichtung (1-16) veranlasst, das nächste Befehlswort aus der Speicheranordnung (120) ohne Ausführung des zweiten Befehlswortes zu gewinnen.
- 3. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeiter (111, 112, 113, 114, 115) eine Quelle (114) für Taktsignale aufweist, die Ausführungs-Zeitzyklen und Zeitabschnitte innerhalb der Zeitzyklen definieren, und dass die Gattersteuerschaltung (115) eine bistabile Einrichtung (201) enthält, die aufgrund von Signalen des Decodierers (112, 113) und der Taktsignalquelle (.114) in ihren ersten stabilen Zustand geht, sowie Gatterschaltungen (G23, G24, G25), die unter gemeinsamer Steuerung der bistabilen Einrichtung (201) und der Takt signalquelle (114) die Ausführung des zweiten Befehlswortes einleitet, wenn die bistabile Einrichtung (201) sich in ihrem zweiten stabilen Zustand befindet, und die Adressiereinrichtung (116) veranlasst, das nächste Befehlswort aus der Speicheranordnung (120) ohne Ausführung des zweiten Befehle zu gewinnen, wenn die bistabile Einrichtung (201) sich in ihrem ersten stabilen Zustand befindet.0 0 9 8 2 07 1 5 "> G
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