DE2062084A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

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IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellsdmft mbH

Böblingen, den 8, Dezember 1970 lw-ba

Anmelderin: International Business Machines

Corporation/ Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 969 037

S chaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Speicheranordnung, mit in Gruppen zusammengefaßten Einzelschaltungen .

Derartige Schaltungsanordnungen, insbesondere Speicheranordnungen in großen Datenverarbeitungsanlagen, benötigen oft sehr viel Strom. Dieser hohe Stromverbrauch ergibt sich aus der Parallelschaltung aller Speicherelemente in einer Speicheranordnung größerer Kapazität. Solche hohe Speicherströme sind einerseits schwer zu erzeugen und andererseits auch schwer konstant zu halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in Schaltungsanordnungen der obengenannten Art, die einzelnen Schaltungsgruppen derart anzuordnen, daß die Nachteile des hohen Stromverbrauches und der schwierigen Ausregelung vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsgruppen strommäßig in Serie geschaltet und zur überbrückung von Potentialunterschieden zwischen den Schaltungsgruppen einerseits und damit verbundenen anderen Einrichtun-

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gen andererseits opto-elektronische KoppeIeinrichtungen vorgesehen sind.

fcurch die Hinterexnanderschaltung vieler Schaltungsgruppen braucht einerseits die Speisespannung nicht so stark heruntertransformiert zu werden und genügt andererseits ein niedriger Speisestrom. Die daraus resultierende Stromversorgungseinrichtung ist wesentlich einfacher aufgebaut als die bisher zur Speisung derartiger Schaltungsanordnung nötigen Einrichtungen und ermöglicht auch eine bessere Konstanthaltung des Speisestromes.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung soll nun anhand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1: die Anordnung der Fign. la und Ib,

Pig. la u. Ib; das Blockdiagramm einer Speicheranordnung, welche nach der vorliegenden ERflndung aufgebaut ist.

Öle in den Fign. la und Ib gezeigte Speicheranordnung besteht aus einer Anzahl von Schaltkarten, von denen drei gezeigt sind und mit 10-1, 10-2 und 10-72 bezeichnet sind. Auf jeder Schaltkarte $ind die zu einer bestimmten Bitposition gehörigen Speicherschaltungen angebracht. Die gesamte Speicheranordnung umfaßt z. B. 8192 Worte zu 72 Bits. Die in den Figuren gezeigte Speicheranordnung weist deshalb 72 Schaltkarten mit integrierten Speicherschaltungen auf. Jede dieser Schaltkarten enthält 8192 bistabile Schaltkreise, d. h. je einen Schaltkreis für ein und dieselbe Bitstelle in allen Worten. Die Speicherschaltkreise für ein Bit sind aus integrierten Halbleiterelementen aufgebaut, und in modularer Form auf den Schaltkarten 10 angebracht. Auf jeder Schaltwarte sind 16 Moduln 12 angebracht und jeder Modul enthält vier HaLbi-iterchips

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14. Auf jedem Chip sind die Halbleiter-Speicherelemente und dazugehörige Schaltkreise für 128 binäre Speicherkreise angebracht.

Auf jeder Schaltkarte befinden sich auch Docodierschaltungen 16

zur Decodierung der angebotenen Adresse. Ferner sind auf den

Schaltkarten Verstärker 18 für Lese- und Schreibsignale angebracht.

Alle Schaltkarten 10 sind hintereinandergeschaltet und werden an ihren beiden Endklemmen mit den Klemmen 20 einer Speisespannung verbunden. Durch alle Schaltkarten fließt also ungefähr der gleiche Strom, auch der Spannungsabfall über jeder Schaltkarte ist ungefähr der gleiche, nur das absolute Potential, auf dem sich jede Schaltkarte befindet, ist von Karte ζα Karte verschieden. Die Verbindung zwischen zwei Schaltkarten ist jeweils über einen Siebkondensator 21 mit Masse verbunden, um Hochfrequenzsignale gegen Masse abzuleiten.

Parallel zu jeder Schaltkarte ist ein Nebenschlußregler 22 vorgesehen. Der Strom der durch diesen Regler fließt, dient als Pufferstrom und soll Schalt-Stromspitzen bei Schaltvorgängen auf den Karten ausgleichen. Mittels dieses Regler-Stromes können auch Stromschwankungen in der Spannungsquelle ausgeglichen werden.

Da durch jede Schaltkarte ungefähr der gleiche Strom fließen soll, müssen die Speicherkreise so aufgebaut sein, daß in den beiden binären Zuständen ungefähr der gleiche Strom verbraucht wird. Die Speicherkreise sind daher nach dem Strom-Steuerprinzip aufgebaut, d. h. ein bestimmter, konstanter Strom wird in den Schaltkreisen, je nach binärem Zustand, durch einen ersten oder einen zweiten Stromweg gesteuert. Die Stromsteuerung ist dabei so aufgebaut, daß sich der Stromverbrauch auch während der Umschaltung nicht ändert. Da die Speicheranordnung wortorganisiert aufgebaut ist, wird auf jeder Schaltkarte jeweils nur ein Speicherkreis umgeschaltet. Stromspitzen, welche in Ausnahmefällen auftreten können, werden dabei, wie oben beschrieben, vom Nebenschlußregler gespeist. Der-

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artige Stromspitzen-Belastungen sind außerdem für jede Schaltkarte gleich, wodurch an die Nebenschlußregler nur geringe Anforderungen gestellt werden müssen. Für die zulässigen Stromabweichungen pro Schaltkarte kann man vernünftigerweise 10 % voraussetzen.

Die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung von Schaltungsgruppen hat nur Sinn, wenn Strom- und Spannungsverbrauch jeder Gruppe ungefähr gleich ist und auch die Schwankungen des Verbrauches nicht zu groß sind. Es ergibt sich jedoch in der Praxis dadurch ein Problem, daß Signale von den Speicherschaltungen zu anderen Teilen der damit verbundenen Rechenanlage und umgekehrt übertragen werden müssen. Die anderen Einheiten der Rechenanlage befinden sich ja mehr oder weniger auf einem festen Potential, während, wie bereits oben gesagt, das Potential der einzelnen Speicher-Schaltkarten verschieden ist. Bei den Signalen die zum Speicher übertragen wer-..an iQüdsen geht es naturgemäß um Lese- und Schreib-Steuersignale, sowie um Informationssignale.

Aus den Fign. la und Ib ist ersichtlich, daß zu jeder Schaltkarte zwei Gruppen von Adressenleitungen 26 und 28 führen, die selektiv während einer Lese- oder Schreiboperation ein Signal führen und ein Wort des Speichers adressleren. Die Signale auf den Leitungen 26 und 28 bestimmen die betreffende Speicherstelle auf jeder Schaltkarte, welche während der betreffenden Operation adressiert werden soll. Die Leitungen 26 und 28 sind mit den Decodierschaltungen 16 verbunden, welche auf der Schaltkarte eine bestimmte" Speicherposition ansteuern. In den Decodierschaltungen können auch Verstärkerschaltungen enthalten sein.

Die Adressensignale werden von einer Lese-Schreibsteuerung 30 (Fig. la) geliefert. Von dieser Steuerung 30 gehen zwei Gruppen von Leitungen, 26a und 28a, aus. Diese Leitungen sind mit den Adressenleitungen 28 und 26 der einzelnen Schaltkarten über opto-elektronische Koppeleinrichtungen (36) verbunden. In den Koppeleinrichtungen 36 sind für die Adressenleitungen 26 und 28 14 opto-elektronische Koppeleinrichtungen vorgesehen. Im Koppelblock 36-1 sind die-

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se Koppeleinrichtungen näher gezeigt und bestehen aus einer lichtemittierenden Diode 39 und einer lichtempfindlichen Diode 41. Wenn an die Diode 39 ein Eingangssignal angelegt wird, erzeugt diese Diode einen Lichtstrahl, welcher in der Fig. la durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt ist. Wenn dieser Lichtstrahl auf die Sperrlage der Diode 41 trifft, wird an den Anschlüssen dieser Diode eine Spannung erzeugt. Diese Spannung addiert sich zum Potential des Punktes 43, welches das Referenzpotential für die betreffende Schaltkarte ist. Durch die opto-elefctronische Methode wird eine Signalübertragung erzielt, welche von den Potentialen der dabei betroffenen Einheiten unabhängig ist. Der Lichtstrahl sorgt dabei für eine galvanische Trennung der Eingangs- und Atisgangskreise.

Für jede SChaltkarte sind vier Eingangsleitungen vorgesehen (42, 44, 46 und 48). Diese Leitungen sind opto-elektronische mit den Leitungen 42a und 44a gekoppelt, welche über ein Kabel mit der Lese/Schreibsteuerung 30 verbunden sind.

Auf den Schaltkarten sind die Leitungen 42, 44, 46 und 48 mit Verstärkern verbunden, welche in den Figuren mit 18 bezeichnet sind. Die Signale auf den Leitungen 42, 44, 46 und 48 steuern die ÜBertragung der Information bei einer Lese- oder Schreiboperation. Genauer gesagt, führt die Leitung 42 ein Signal wenn eine Schreiboperation ausgeführt werden soll und auf der Leitung 46 wird die betreffende Bit-Information der betreffenden Schaltkarte zum Einschreiben zugeführt. Natürlich können zu diesem Zweck auch zwei Leitungen vorgesehen werden, wobei auf der einen Leitung eine binäre Null und auf der andern Leitung eine binäre 1 übertragen wird. Die Leitung 44 führt ein Signal bei einer Leseoperation und auf der Leitung 48 wird das ausgelesene Bit übertragen. Diese Bitinformation wird einer lichterzeugenden Diode 50 zugeführt, deren Lichtstrahl auf eine lichtempfindliche Diode 52 trifft, so daß die Bitinformation potentialunabhängig in das Kabel 48c, welches die 42 Bitleitungen führt, eingespeist wird.

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Die Erfindung läßt sich vorteilhaft auf Speicheranordnungen anwenden, welche aus einer Vielzahl gleicher Schaltungen bestehen, welche eich zur Adressierung leicht in Gruppen anordnen lassen. Die einzelnen Gruppen dieser Speicheranordnung lassen sich also leicht in Serie schalten und verringern dadurch sehr wesentlich den vom Speicher benötigten Strom.

Es sind auch Halbleiter-Speicheranordnungen bekanntgeworden, in welchen eine direkte Verbindung zwischen den einzelnen Speicherstellen vorgesehen ist, um logische und Schiebeoperationen zu erzielen. In solchen Speieheranordnungen kann erfindungsgemäß eine elektro-optische Kopplung zwischen den einzelnen Schaltkarten zur übertragung von Signalen zwischen den Karten vorgesehen werden. Die übertragenen Informationssignale sind also unabhängig vom Potential auf den Schaltkarten.

Die Erfindung läßt sich auch anwenden auf logische Schaltungen, welche in Gruppe zusammengefaßt und in Serie geschaltet werden können.

Bei der Hintereinanderschaltung von gleichen Schaltungsgruppen soll jedoch beachtet werden, daß die Spannung an den Speiseklemmen nicht zu hoch gewählt werden muß. Nötigenfalls können in diesem Falle nicht alle Gruppen hintereinandergeschaltet werden, sondern es müssen jeweils Untergruppen gebildet werden. Als Beispiel kann hier ein Speicher genannt werden, in welchem jedes Wort 100 Bits umfaßt. Diese 100 Bits könnten in vier Gruppen zu je 25 Bits unterverteilt werden, wobei also jeweils die Schaltungen für 25 Bits in Serie geschaltet und von einer Spannungsquelle gespeist werden würden.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ^L, Schaltungsanordnung, insbesondere Speicheranordnung, mit in Gruppen zusammengefaßten Einzelschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsgruppen (10) strommäßig in Serie geschaltet und zur überbrückung von Potentialunter- ' schieden zwischen den Schaltungsgruppen (10) einerseits und damit verbundenen anderen Einrichtungen (30) andererseits opto-elektronische Koppeleinrichtuhgen (36) vorgesehen sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltungsgruppe (10) aus bistabilen Halbleiterschaltungen (12, 14) aufgebaut ist, deren Stromverbrauch vom Schaltungszustand unabhängig ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltungsgruppe auf einer Schaltkarte (10) untergebracht ist und ein bestimmtes Bit aller gespeicherten Worte speichert. ^
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Schaltungsgruppe ein Nebenschlußregler (22) vorgesehen ist, aus dessen Strom Umschaltspitzen der Schaltgruppen (10) gespeist werden.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressenleitungen (26, 28), Lese- und Schreibsteuerleitungen (44, 42) und die Informationsleitungen (46, 48) opto-elektronisch an eine Lese-Schreib-Steuerung (30) angeschlossen sind.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch lichtemittierende Dioden (39, 52) und lichtempfindliche Dioden (41, 50) zur opto-elektronischen Kopplung.

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