DE2050578B2

DE2050578B2 - Datenverarbeitungssystem

Info

Publication number: DE2050578B2
Application number: DE19702050578
Authority: DE
Inventors: James Armour Binghampton N.Y. Mcdonnell (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-10-16
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1978-01-26
Also published as: DE2050578C3; SE360939B; US3651485A; JPS525818B1; NL7015106A; CA927645A; FR2068186A5; GB1253177A; DE2050578A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Entwicklung der modernen Rechentechnik zeichnen sich immer mehr zwei prinzipielle Wege ab, die in der Zukunft für den Aufbau von Datenverarbeitungssystemen maßgebend sein dürften. Das eine Prinzip besteht darin, daß alle im Datenverarbeitungssystem verwendeten Einheiten, wie die Speichereinheit, die zentrale Recheneinheit, die Steuereinheiten, die Kanäle usw. aus monolithischen Halbleiterschaltkreisen aufgebaut sind, die einen hohen Integrationsfaktor aufweisen. Bei derartigen Rechensystemen versucht man vor allem, alle verschiedenen Einheiten in gleicher Halbleitertechnologie herzustellen, damit der Herstellungsprozeß für ein gemeinsam verwendbares Modul möglich und damit billig wird. Ein derartiges Datenverarbeitungssystem ist z. B. in der OE-PS 25 58 01 beschrieben. Danach steht eine solche Datenverarbeitungsanlage unter Steuerung eines Programms von Makrobefehlen, wobei ein Makrobefehl die Makrooperationen, wie z. B. addieren, subtrahieren oder vergleichen mittels eines Teils des Befehls definiert, der Operationscode genannt wird. Jeder Makrobefehl kann in Mikrobefehle unterteilt werden, von denen viele verschiedenen Makrobefehlen gemeinsam sind. Die Mehrzweckdatenverarbeitungsanlagen weisen eine Steuerschaltung für MikroOperationen auf, wobei jede Mikrooperation unter Steuerung eines Mikrobefehls steht, der, wenn er decodiert ist, die notwendigen Schalt- und Torsignale für die Datenverarbeitungsanlage zur Ausführung der Mikrooperation zur Verfügung stellt. Diese Mikroprogrammfolgen sind dabei in einem Halbleiterspeicher mit schnellem Zugriff gespeichert. Bereiche des Mikrobefehlsregisters sind mit dem den Hauptspeicher zugeordneten Decoder verbunden, weitere Bereiche des Mikrobefehlsregisters sind mit einem zusätzlichen Decoder verbunden und außerdem mit dem Operationscodebereich des Makrobefehlsregisters, wobei in beiden genannten Decodierern Steuersignale gebildet werden, die die Adresse des nächsten Mikrobefehls über zugeordnete logische UND-HaIbleiterschaltkreise bestimmen.

Der andere prinzipielle Weg besteht darin, Datenverarbeitungssysteme mit optischen Mitteln aufzubauen. So hat sich in der letzten Zeit vor allem zur Speicherung von Daten und Befehlen die Anwendung der Holographie als nützlich erwiesen. Mit Hilfe der Holographie ist es besonders möglich, sehr hohe Speicherkapazitäten und Speicherdichten bei kleinen Zugriffszeiten zu erreichen. Derartige holographische Speicher zur Speicherung von Daten und Befehlen sind z. B. im IBM-TDB Vol. 8, Nr. 11, April 1966, S. 1581 bis 1583 und in der US-PS 35 42 448 beschrieben. Ganze Datenverarbeitungssysteme nur aus optischen Mitteln aufzubauen, scheint jedoch sowohl wegen der Schwierigkeit der Herstellung als auch wegen nicht ausreichender Schnelligkeit der Operationen innerhalb eines solchen Datenverarbeitungssystems praktisch nicht realisierbar.

Beiden prinzipiellen Methoden haftet der Nachteil an, daß trotz unbestreitbarer Vorteile der einen oder der anderen Lösung ein hochintegriertes sehr schnelles System, das sich außerdem weitgehend mit erprobten Technologien herstellen läßt, nicht geschaffen werden kann, da z. B. die Vorteile der holographischen Speicherung von Informationen dadurch eingeschränkt werden, daß zur Auswertung der ausgelesenen Informationen normale integrierte Schaltkreise und Anpassungsschaltkreise verwendet werden müssen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Datenverarbeitungssystem mit einer sehr dichten Anordnung der integrierten Halbleiterschaltkreise zu schaffen, bei dem auch alle Vorteile der holographischen Speicherung von Informationen mit ausgenutzt werden sollen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung bestehen in den Kennzeichen der Ansprüche 2 bis 6.

Durch diese Lösung werden erstmals die Vorteile der

integrierten Halbleitertechnik und die Vorteile der holographischen Speicherung von Informationen in einem Datenverarbeitungssystem direkt miteinander kombiniert, indem die durch die Hologramme erzeugten Lichtstrahlen direkt auf lichtempfindliche Schaltungseinheilen, die in den Ausgangsleitungen der integrierten Halbleiterschaltkreise liegen, direkt steuernd einwirken. Dadurch wird zum einen die Möglichkeit gegeben, die Herstellungsprozesse für integrierte Halbleiterschaltkreise, die sehr wirtschaftlich sind, für ein Datenverurbeitungssystem zu verwenden und zum anderen wird durch die direkte Einwirkung der Lichtstrahlen, die praktisch den bisherigen Steuerworten oder Mikrobefehlen entsprechen, auf die integrierten Halbleierschaltkreise eine sehr schnelle Operationsfolge möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Geamtansicht der Anordnung des Datenverarbeitungssystems,

F i g. 2 eine genaue Darstellung eines Steuermoduls, weiches steuerbare Schaltungen und lichtempfindliche Einheiten enthält, welche auf Lichtmuster durch Einschalten der steuerbaren Schaltungen ansprechen,

Fig. 3—6 genaue Schaltungsanordnungen für UND-Glieder, ODER-Glieder, Treiberschaltungen und Trigger,

F i g. 7 einen Lageplan, der die Spalten- und Zonenstellen der verschiedenen steuerbaren Einheiten des in F i g. 2 gezeigten Steuermoduls wiedergibt, und

Fig. 8—14 verschiedene Lichtmuster, die auf das in F i g. 2 gezeigte Steuermodul auftreffen und eine Additionsinstruktion durchführen, wobei jedes Muster ein Steuerwort darstellt.

Ein Prinzipschaltbild eines herkömmlichen Digitalrechners mit Programmsteuerung, die durch holographische Muster erfolgt, ist in F i g. 1 gezeigt. Eine derartige Anordnung umfaßt u. a. einen Speicher 1 mit zugehörigen Abfrageverstärkern 2, Sperren 3, Decodierer 4, Speicheradreßregister 5 und 5a, ein Instruktionsadreßregister 6 und eine Steuerkonsole 7. Alle Einheiten sind so miteinander verbunden, daß Daten und Adreßinformationen in den Speicher 1 und aus diesem heraus auf bekannte Art übertragen werden können. Der Rechner umfaßt weiter eine arithmetische und logische Einheit ALU, welche die Datenregister A, B, und Z durch die Datenleitungen 8, 9 und 10 entsprechend miteinander verbindet. Alle arithmetischen und logischen Funktionen der ALU weiden unter Steuerung eines OP-Coderegisters 11 eingeleitet und der Ablauf einer gewählten Operation wird durch Mikroprogramm-Adreßregister 12 und 13 überwacht. Alle Operationen werden durch den Takt 14 synchronisiert. Bei dieser Anordnung werden das Programm- und die Operationsreihenfolge für einen gewählten Operationscode dadurch gesteuert, daß man Impedanzen in bestimmten logischen Schaltungen mit Hilfe von eindeutigen Mustern von Lichtstrahlungen steuert. (Ein Schema der auf diese Weise eingeschalteten Schaltungen ist in F i g. 2 gezeigt.)

Die verschiedenen Lichtmuster werden aus Hologrammen erzeugt, welche eine Hologrammgruppe 20 bilden, die z. B. 64 · 64 Reihen groß ist und 4096 verschiedene aber jeweils eindeutige Lichtmuster liefert, mit welchen ausgewählte Verknüpfungsschaltungen im Modul so betätigt werden können, daß sie einen gewünschten Mikrobefehlsschritt ausführen. Eine vorgegebene Anzahl derartiger Schritte oder Mikroprogramme wird bei der Ausführung eines gewünschten Operationscodes benutzt, der durch eine Instruktion vorgeschrieben ist, die im Operationsregister 11 des Rechners steht. Jedes Mikroprogramm wird durch eine eindeutige Orientierung eines kohärenten Lichtstrahles 21a selektiert, der von einem Abtastlaser 21 ausgeht, welcher durch einen über eine Leitung 23 an das Mikroprogramm-Adreßregister 12 angeschlossenen Decodierer 22 gesteuert wird. Jede durch dieses Register ausgegebene Adresse wird auf den Decodierer 22 geleitet, der die Adreßdaten in Signale umwandelt, mit denen der Abtastlaser so gesteuert wird, daß er eine räumlich eindeutige Orientierung für den Strahl 21a liefert. Somit wird jedes Hologramm in der holographischen Gruppe durch eine eindeutige Orientierung des Strahles 21a beleuchtet und gibt dann sein eindeutiges Muster von Lichtstrahlen ab, die auf entsprechende Einschalteinrichtungen fallen, welche einen Teil der logischen Schaltungen im Modul bilden.

Jedes auf diese Weise gewählte Hologramm liefert eine eindeutige Steuerung zur Ausführung eines bestimmten Mikroprogrammschrittes, die als »Steuerwort« definiert werden kann.

Beim allgemeinen Rechnerbetrieb wird eine Folge von Instruktionen und zu verarbeitenden Daten in den Speicher 1 auf herkömmliche Weise eingegeben. Von der Konsole 7 wird die Adresse der ersten Instruktion in das Speicheradreßregister gegeben und dadurch die erste Instruktion in das Operationsregister 11 und die Daten in das Datenadreßregister 5a geleitet. Die Adresse im Datenadreßregister 5a selektiert das erste auf das Α-Register des Datenflusses übertragene Datenbyte. Der Operationscode im Operations register 11 wird auf das Mikroprogramm-Operations-Adreßregister 12 übertragen und in entsprechende analoge Signale übersetzt, die dann ein Hologrammuster auf der ersten Datenflußebene abbilden, um die Ausführung einer bestimmten Funktion zu ermöglichen. Als Teil des Musters des Steuerwortes ist die Adresse des nächsten Hologramms gegeben. Dieses nächste Hologramm enthält wiederum die Adresse des dann folgenden Hologramms, und auf diese Weise werden die Steuerwörter miteinander verkettet und die durch die Instruktion angegebene Operation erzielt. Das letzte Hologramm in einer Operationsfolge adressiert das Befehlsadreßregister 6 im System, welches durch geeignete Mittel die Adresse vorgeschaltet, um die nächste Instruktion vom Speicher auszuwählen. Die Operation wird durch eine Stoppadresse in einer entsprechenden Instruktion beendet.

Das in F i g. 2 gezeigte Steuermodul enthält die ALU, welche alle arithmetischen und logischen Funktionen des Rechners ausführt. Eingänge zur /4Z.i7erfolgen über die Datenleitungen 8 und 9 auf die Register A und S, die ihrerseits wieder mit den Speicher-Abfrageverstärkern verbunden sind. Die allgemeinen Register 1, 2, 3 zum Speichern von Konstanten sind zwischen dem j5-Register und der Datenleitung 9 angeordnet. Die Ausgänge vom Speicher 1 laufen über die Abfrageverstärker und Leitungen zu den Registern A und B. Instruktionen von Speicher 1 werden auf das Operationsregister 11 und das Datenadreßregister 5a geleitet. Das Z-Register steht mit dem Speicher 1 über eine Sperreinrichtung in Verbindung und ist über Leitungen 10 mit einem Addierer-Ausgangsregister 15 und den Kanalregistern 1,2 und 3 verbunden.

Eine genaue Untersuchung des Steuermoduls zeigt, daß jeder Schaltkreis vier verschiedene Schaltungskon-

figurationen enthält, die mit ODT bezeichnet sind und jeweils ein UND-Glied, ein ODER-Glied, einen Treiber und eine Triggerschaltung darstellen. Der Aufbau dieser vier Schaltungen ist in den F i g. 3 bis 6 dargeteilt. Der in Fig. 3 z.B. gezeigte Aufbau des UND-Gliedes ist allgemein bekannt und umfaßt die parallel angeordneten Dioden 30, die mit den Eingangsklemmen 30a und der Leitung 31 und diese wiederum mit einer positiven Spannungsquelle über einen Widerstand 32 und mit einer Erdklemme über einen Widerstand 33 verbunden sind, wobei die Leitung 31 in eine Ausgangsklemme 34 mündet. In die Leitung 31 ist eine lichtempfindliche Schaltungseinheit 35 gelegt, die in dem Schaltungsweg eine hohe Impedanz bildet, wenn kein Licht auftrifft. Unter diesen Bedingungen erscheint kein Signal an der Ausgangsklemme 34, wenn außerdem angenommen wird, daß Einganssignale an den Eingangsklemmen 30a anliegen. Wenn andererseits ein Lichtstrahl auf die Einheit 35 fällt, bildet sie nur eine niedrige Impedanz, und es wird an der Ausgangsklemme 34 ein Ausgangssignal abgegeben, vorausgesetzt, daß alle Dateneingangssignale an den Eingangsklemmen 30a vorhanden sind. Durch diese Anordnung wird das UND-Glied durch eine auf die lichtempfindliche Schaltungseinheit 35 fallenden Lichtstrahl eingeschaltet, und diese liefert zusammen mit der durch den auftreffenden Lichtstrahl gegebenen Steuerung eine Einschall-Steuermöglichkeit für jeden Steuerpunkt des in F i g. 2 gezeigten Moduls.

Das in Fig.4 gezeigte ODER-Glied wird genauso gesteuert wie das oben beschriebene UND-Glied. Das auf herkömmlicher Art aufgebaute ODER-Glied umfaßt parallel zueinaner angeordnete Dioden 40 mit Eingangsklemmen 40a. Die Dioden sind an eine gemeinsame Leitung 41 angeschlossen, die in eine Ausgangsklemme 44 mündet. Über die Widerstände 42 und 44 ist die Schaltung an Erde angeschlossen. In die gemeinsame Leitung 41 ist eine lichtempfindliche Schaltungs-Einheit 45 zur Betätigung der Schaltung gelegt. Wird diese einem Lichtstrahl ausgesetzt sinkt die Impedanz des Schaltweges, und sie steigt wieder an, wenn der Lichtstrahl weggenommen wird. Wenn also einer oder alle Eingänge 40a durch entsprechende Datensignale erregt werden, liefert die Ausgangsklemme 44 ein Ausgangssignal nur, wenn die Schaltung über die lichtempfindliche Schaltungseinheit 45 durch einen auftreffenden Lichtstrahl eingeschaltet wird. Auf der anderen Seite wird kein Signal an der Ausgangsklemme abgegeben, wenn der auftreffende Lichtstrahl von der Einheit 45 weggenommen wird.

Der in F i g. 5 gezeigte Teiber umfaßt Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 50 bzw. 54, zwischen die eine lichtempfindliche Schaltungseinheit 51 und ein Transistor 53 gelegt sind, die über die Widerstände 52 und 54 mit Erde verbunden sind. An dem Kollektor des Transistors 53 ist eine positive Spannungsquelle angeschlossen. Wenn Datensignale auf die Eingangsklemme 50 gegeben werden, erscheint ein entsprechendes Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 54 nur, wenn Licht auf die lichtempfindliche Einheit 51 fällt.

Der in F i g. 6 gezeigte Trigger besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren 60 und 65, die in einer Schaltung 62 zusammengefaßt sind, der weiterhin unter anderem lichtempfindliche Einstell- und Rückstellvorrichtungen 63 bzw. 69 enthält. Werden diese Einrichtungen einem Lichtstrahl ausgesetzt, so schalten sie den Trigger ein oder setzen ihn in die Ausgangsstellung zurück. Die Schaltungsanordnung 62 ist mit einer Leitung 64 verbunden, die einerseits mit der Ausgangsklemme 68 und andererseits über den Widerstand 67 mi Erde verbunden ist. In die Leitung 64 ist ein lichtempfindliche Einschaltsteuerung 66 gelegt. Um dei Trigger für den Betrieb vorzubereiten, wird di Rückstellsteuerung 63 durch einen Lichtstrahl so betätigt, daß der Trigger in seine Anfangsstellun gesetzt wird. Anschließend werden Eingangssignale auf die Eingangsklemmen 60a zum Setzen des Triggers in eine gewünschte Stellung gegeben, dabei ist jedoch

ίο vorausgesetzt, daß die lichtempfindliche Einschalteinheit 66 durch einen Lichtstrahl getroffen wird, da de Trigger sonst keine Ausgangssignale liefern kann.

Eine Kombination dieser Steuereinheiten arbeitet mi einem Treiber, einem UND-Glied, einem Trigger sowi einem ODER-Glied und ist im Mikroprogramm-Adreßregister 12, dem Speicher-Adreßregister 5, dem ALU-Ausgangsregister und dem Z-Register gezeigt. Eine zweite Kombination aus UND-Gliedern ODER-Gliedern und Triggern ist im Befehls-Adreßregister und im Operationsregister 11 gezeigt. Eine dritte mi UND-Gliedern und Triggern arbeitende Kombinatioi ist im Mikroprogramm-Adreßregister 12 für die nächst Operation gezeigt. Eine vierte Kombination au: UND-Glied, Trigger sowie Treibern wird verwendet i den Registern A und B, im Kanalregister CWl, CH und CH3 und in den allgemeinen Registern GR 1, GR und GR3. Eine fünfte Kombination aus UND-Glied Trigger und UND-Glied ist in dem Datenadreßregiste 5a dargestellt.

Die Anordnung in F i g. 7 zeigt, wie die verschiedener Bauteile im Steuermodul relativ zu einer aus Spalter und Zonen gebildeten Koordinatenanordnung orientiert sind, um die Überlagerung der verschiedener Steuerwortmuster gemäß Darstellung in den F i g. 8 bii 14 zu ermöglichen, wobei die Koordinaten entspre chend bezeichnet sind. Durch diese Anordnung win klar, welche Bauteile im Modul durch entsprechen!

ausgelegte Lichtmuster geschaltet werden.

Um die Arbeitsweise der Erfindung zu zeigen, wire eine Additionsinstruktion durch eine Folge vor Mikroprogrammen verarbeitet, von denen die erster Mikroprogramme als vorbereitete Schritte für die danr folgenden Mikroprogrammschritte benutzt werden, di die Additionsoperation ausführen sollen.

Das System wird durch einen Löschimpuls betriebs bereit gemacht, der alle Trigger im Datenflußmodu dadurch löscht, daß er einen Lichtstrahl auf alle lichtempfindlichen Trigger-Rückstelleinheiten leitet Das Steuermuster für diese Rückstell- oder Löschfunk·

so tion ist in F i g. 8 gezeigt. Wenn dieses Steuermuster aul das Steuermodul der Fig.2 projiziert wird, trifft eir Lichtpunkt auf jede entsprechende Trigger-Rückstell einheit. Das Hologramm, welches dieses Rückstellmu ster speichert, liegt in der zweiten Zeile, Spalte 0 de Hologrammanordnung. Die Rückstelleinrichtung 2' erregt entsprechende Vorrichtungen im Abtastlaser unc leitet dadurch einen kohärenten Laserstrahl auf da Rückstellhologramm in der Hologrammgruppenstelle Null-Null, von wo das Rückstellmuster als Bild auf da:

Steuermodul geworfen wird.

Im nächsten Schritt des Systems wird der Startknop 25 gedrückt. Dieser Startknopf wählt entsprechende Einrichtungen im Abtastlaser, wodurch der Strahl durch das Hologramm in der Stelle Null-Null fällt, welches da;

μ in F i g. 9 gezeigte Muster als Bild auf das Steuermodu wirft. Dieses Muster erregt die Einschalteinrichtunger für den Trigger und das UND-Glied, die mit dei Übertragung der Adresse von der Konsole 7 auf das

Speicheradreßregister 5 zusammenhängen. Dieses Hologramm enthält außerdem die Adresse der nächsten Mikroprogrammoperation, und das Bild dieses HoIogrammes wird auf die lichtempfindlichen Trigger-Setzeinheiten geworfen, die zum Mikroprogramm-Nächste-Adresseregister 13 gehören. Die nächste Mikroprogrammadresse Null-zwei wählt das Hologramm, dessen Muster in Fig. 10 gezeigt ist. Das Null-zwei-Muster schaltet die UND-Glieder im Speicheradreßregistcr 5 ein und adressiert dadurch den Speicher so, daß er das erste Byte der Instruktion in Maschinensprache ausliefert, dessen vier am weitesten links stehenden Bits in das Operationsregister 11 und die vier am weitesten rechts stehenden Bits in die linken Positionen des Datenadreßregisters 50 geleitet werden.

Das Null-zwei-Muster enthält außerdem die nächste Mikroprogrammadresse und diese wird auf die Einschalttrigger in das Mikroprogramm-Nächste-Adresseregister 13 geleitet. Die Adresse Null-drei wählt das Hologramm, welches das in Fig. 11 gezeigte Muster enthält. Dieses Muster leitet Licht auf die Einschalttrigger in der unteren Position des Speicheradreßregisters 4. Dadurch wird der Inhalt des Speicheradreßregisters von Null auf Eins verwandelt und bereitet das System zum Empfang des zweiten Instruktionsbyte vom Speicher 1 vor. Auf ähnliche Weise wird das Hologramm Null-vier, dessen Muster in F i g. 12 gezeigt ist, durch das Hologramm Null-drei gewählt und leitet das nächste Byte vom Speicher 1 in die untere Position des Datenadreßregisters 5a. Mit der ersten Instruktion im Steuermodul ist der nächste Schritt die Ausführung dieser Instruktion. Die Einleitungsfolgc der Mikroprogrammschritte ist beendet, und das nächste Mikroprogramm hängt davon ab, welche Instruktionen in Maschinensprache im Operationsregister 11 stehen. Der Inhalt des Operationsregisters 11 wird durch das Hologramm Null-vier auf das Mikroprogramm-Nächste-Adresseregister 13 übertragen. Von hier wird der Inhalt in das Mikroprogramm-Adreßregister 12 übertragen und decodiert. Das erste Hologramm der Instruktion in Maschinensprache wird dadurch gewählt und die Additionsoperation eingeleitet.

Wenn die erste Mikroprogrammadresse der Maschinensprache in das System eingegeben ist, erhält man die nachfolgenden Mikroprogranimadrcssen jeweils aus dem vorhergehenden Muster in der oben beschriebenen Art.

Mit der Mikroprogramm-Reihenfolge ist der Systcm-■5 taktgeber verbunden. Der Taktgeber des Systems ist ein Oszillator, der einen Viererring treibt, welcher seinerseits wieder die Mikroprogramm-Adressierung steuert. Der Systemtaktgeber wird durch den Taktgebertrigger ein- und ausgeschaltet.

κι Die Schallung für die Mikroprogramm-Reihenfolge setzt sich zusammen aus dem Mikroprogramm-Adreßregister 12 und dem Mikroprogramm-Nächste-Adressenregister 13. Diese Anordnung gestattet einen Zugriff zur nächsten Mikroprogrammadresse, während das laufende Mikroprogramm aktiv ist. Beim Betrieb des Taktgebers stellt die Ringposition 1 das Mikroprogramm-Nächste-Adresseregistei" 13 zurück. Die Ringposition 2 leitet den Inhalt des Mikroprogramm-Adreßregisters 12 in die Decodierschaltung 22, die ihrerseits

2(i die entsprechenden Einrichtungen in dem Laser einschaltet, um ein bestimmtes Hologramm zu wählen. Die R'ngposition 3 stellt das Mikroprogramm-Adreßregister 12 zurück. Die Ringposition 4 überträgt die Adresse aus dem Mikroprogramm-Nächste-Adresscre-

2) gister 13 in das Mikroprogramm-Adreßregister 12.

Bisher wurden die Mikroprogramme zur Eingabe der Additionsinstruktion in den Datenfluß beschrieben, anschließend werden die Mikroprogramme zur Ausführung der durch den Operationscode in der Instruktion

in angegebenen Additionsoperation erklärt, vorher werden jedoch einige Merkmale des Systems sowie verschiedene Funktionen der Mikroprogramme und ihrer Bitstrukturcn erklärt.

Die Bauteile des Steuermoduls sind über Datenleitun-

j'i gen miteinander verbunden. Diese Dalenleitungen sind ein Byte groß und umfassen acht parallele Bits in binärer Schreibweise. Die Maschinensprachinstruktion ist zwei Bytes lang, dabei bezeichnen die vier links stehenden Bits die auszuführende Operation, und die 12 rechts

-tu stehenden Bits werden zur Adressierung von 4096 Speichcrstellcn benutzt.

Die dem Operationscode zugeordneten vier Bits gestatten Ib Operationen gemäß nachfolgender Aufstellung.

Operation Bits

Punktion

0	0000
1	0001
2	0010
3	0011
4	0100
5	0101
b	01 10
7	Olli
8	1000
<■)	1001
IO	1010
I 1	101 1
12	I 100
Ii	1101
14	1110

r>

Inhalt der Adresse nach Register A verschieben

Inhalt der Adresse nach Register B verschieben

Addiere A zu B und speichere Ergebnis im Speicher an der

durch Instruktion gegebenen Aclresssc

Subtrahiere A von B und speichere Inhalt im Speicher...

Speichere Kanal I Register in Adresse im Speicher ...

Verschiebe Inhalt der Speicheradresse auf Register Kanal 1

Speichere Inhalt Register Kanal 2 in Speicheradresse ...

Verschiebe Kanal 2

Speichere Register Kanal 3 in Speicheradresse

Verschiebe Kanal 3

Verzweige nach O auf Speicheradresse ...

Prüfe Kanal-Register

Verschiebe Inhalt von Register B nach (VW-Register, angegeben

in Speicheradresse

Verschiebe Inhalt von Register GIi, angegeben in Adresse mich

Register Ii.

Die Tätigkeiten des Steuermoduls bestehen aus der Reihenfolgeordnung für Operationen, Mikroprogramme und aus der Steuerung von arithmetischen, logischen und Eingabe-/Ausgabe-Vorgängen.

Die Instruktionsreihenfolgeordnung erfolgt durch das 12 Bits große Befehlsadrcßregister 6, eine dazugehörige Zweier-Additionsschaltung, das vier Bits große Operationsregister 11, das 12 Bits große Speicheradreßregister 5, eine Abfühlschaltung für das Ende des Mikroprogramms und einen 12 Bits großen Eingang von der Konsole 7, die alle unter der Steuerung der Mikroprogramm-Reihenfolge laufen.

Um eine Instruktionsfolge einzuleiten, wird die Speicheradresse der ersten Instruktion in die Konsolenschalter (12 Ein/Aus-Schalter) eingegeben. Nach der Rückstellung der Maschine übertragt die Startoperation die Adresse in den Konsolenschaltern sowohl auf das Speicheradreßregister 5 als auch auf das Befehlsregister 6. Von den aus der Speicheradresse erhaltenen 8 Bits werden die vier links stehenden Bits des Byte auf das Operationsregister 11 und die vier rechts stehenden Bits auf die vier linken Bitpositionen des Datenadreßregisters 5a geleitet. Da die Instruktionsadressen mit einer binären Null beginnen müssen, braucht zur Adressierung des zweiten Bytes dieser ersten Instruktion nur das am weitesten rechts stehende Bit des Speicheradreßregisters 5 von binär Null auf binär Eins geändert zu werden. Das geschieht durch einen Lichtimpuls, der auf tine als Setztrigger arbeitende Photoeinheit geleitet wird, die zu dieser Position des Speicheradreßregisters gehört. Das zweite Byte der Instruktion wird auf die rechts stehenden acht Bits des Datenadreßregisters 5;i geleitet. Die Speicheradresse im Datenadreßregister Sa wird jetzt auf das Speicheradreßregister 5 übertragen und das System zur Ausführung der ersten aus dem Speicher erhaltenen Instruktion vorbereitet. Die von den Konsolenschaltcrn auf das Befehlsregister 6 übertragene Instruktionsadresse wird durch die Zweieradditionsschaltung erhöht und erhält jetzt die Adresse der nächsten Instruktion.

Das in Fig. 12 gezeigte vorhergehende Hologramm liefert die erste Mikroprogrammadresse auf das Mikroprogramm-Nächste-Adresseregister 13 vom Operationsregister 11, der Taktring überträgt die Adresse auf das Mikroprogrammregister, und jetzt folgt die Ausführung der Operation. Für die Darstellung wird angenommen, daß die auszuführende Operation wie folgt definiert ist: »Addiere A zu B und speichere Ergebnis auf der in Instruktion angegebenen Speichern dresse«. Es wird weiter angenommen, daß I-Byte-Felder zu addieren sind und daß die Daten im Register B aus einer bereits eingegebenen Konstanten bestehen.

Die Adresse des ersten Mikroprogrammes in Fig. 13 wurde in das Mikroprogramm-Register eingegeben, welches entsprechende Signale auf den Abtastlaser-Decodierer liefert. Dieses Mikroprogrammuster schaltet die UND-Glieder auf den Ausgängen des 4-Registers und des S-Registers ein, wodurch der Inhalt dieser Register in die ALU gegeben wird. Weiterhin werden die Ausgangsregistertrigger der ALU eingeschaltet, so daß das addierte Ergebnis eingegeben werden kann. Dasselbe Mikroprogrammuster sendet eine Mikroprogramm-Folgeadresse auf das Mikroprogramm-Nächste-Adresseregister 13.

Dieses nächste in Fig. 14 gezeigte Mikroprogrammmuster gestattet es, den Inhalt des Speicheradreßregisters auf den Speicheradreßdecodierer zu leiten und eine Speicherstelle zum Schreiben auszuwählen und leitet den Inhalt des ,4/.L/-Ausgangsregisters in das Z-Register, von wo es in den Speicher gelesen wird. Dieses ist das letzte Mikroprogramm in der Instruktion und sendet somit ein Signal für das Ende des Mikroprogramms aus und eine nächste Programmadresse in den Datenfluß. Dieses Signal für das Ende des Mikroprogramms wird von einem Trigger abgefühlt, der eine Zweieraddition zum Instruktionsadreßregister einleitet. Die Mikroprogiammadresse überträgt die nächste Instruklionsadresse auf das Speicheradreßregister, und der Instruktionsfolgezyklus wiederholt sieh.

Hierzu 7 Hhut /fi

Claims

Patentansprüche:

1. Datenverarbeitungssystem mit einem Hologrammspeicher, der mehrere Steuerwörter umfassende Mikroprogramme enthält, mit mehreren Halbleiterplättchen, die jeweils eine arithmetische logische Einheit, Register, Decoder und Steuereinheiten aus integrierten Halbleiterschaltkreisen enthalten, die durch die Mikroprogramme gesteuert ι ο werden, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Halbleiterschaltkreise in ihren Ausgangsleitungen lichtempfindliche Schaltungseinheiten aufweisen, daß kohärente Lichtstrahlen durch den Hologrammspeicher gesendet werden, wodurch in einem Hologramm gespeicherte Mikroprogramme darstellende Muster auf die lichtempfindlichen Schaltungseinheiten projiziert werden, die durch die von den Hologrammen kommenden Lichtstrahlen geschlossen oder geöffnet werden.

2. Datenverarbeitungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Muster von Lichtstrahlen, die den gespeicherten Hologrammen entsprechen, Lichtablenkvorrichtungen und Masken vorhanden sind.

3. Datenverarbeitungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Mikroprogramm durch einen kohärenten Lichtstrahl (21a) innerhalb eines Hologrammspeichers (20) selektiert wird, der von einem Abtaster (21) J0 erzeugt wird, welcher durch einen über die Leitung (23) an ein Mikroprogramm-Adreßregister (12) angeschlossenen Decodierer (22) gesteuert wird.

4. Datenverarbeitungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekannzeichnet, daß ein UND-Glied eines integrierten Halbleiterschaltkreises aus mindestens zwei an sich bekannten, parallelgeschalteten Dioden (30) in integrierter Technik besteht, die mit den Eingangsklemmen (30a) und einer Leitung (31) mit einer positiven Spannungsquelle und über einen Widerstand mit Erde verbunden sind, wobei in die Leitung (31) eine lichtempfindliche Schaltungseinheit (35) geschaltet ist, die in dem Schaltungsweg eine hohe Impedanz bildet, wenn kein Licht auftritt und andererseits eine niedrige Impedanz, wenn ein Lichtstrahl auftritt.

5. Datenverarbeitungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß integrierte logische Schaltglieder und bistabile Kippschaltungen in ihren Ausgangsleitungen (41, 64) lichtemp- >o findliche Schaltungseinheiten (45, 66) aufweisen, die in Abhängigkeit von Lichtstrahlen das Ausgangssignal weiterleiten oder nicht.