DE2157515A1

DE2157515A1 - Digitale Datenverarbeitungs-Einrichtung

Info

Publication number: DE2157515A1
Application number: DE19712157515
Authority: DE
Inventors: John Wallace Reading Berkshire Bayne (Großbritannien)
Original assignee: Sperry Rand Ltd
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1970-11-26
Filing date: 1971-11-19
Publication date: 1972-05-31
Also published as: DE2157515B2; FR2115397B1; DE2157515C3; FR2115397A1; US3753241A; IT945136B; GB1368962A

Description

Dl· Erfindung b·zieht eioh auf digital· Datenverarbeitungs-Einrichtungen, wi· z. B. Rechner und Verarbeitung·" einrichtungen eowie in anderen Vorrichtungen verwendete Anordnungen von logischen Kiementen, wobei eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Schieberegistern zur Verarbeitung von Daten verwendet wird, und wobei «loh die Erfindung auch auf derartige Register an si eil besiebt·

Einer der hauptsächlichen Vorteile derartiger in Reihe geschalteter Einrichtungen besteht darin, daß die Anzahl von elektrischen oder elektronischen Bauteile verglichen mit parallelgeschalteten Einrichtungen, bei denen die Daten gleichzeitig an eine Vielsahl von Kanälen abgegeben werden, die jeweils getrennt sind» wodurch sich eine Verdoppelung der Bauteile ergibt, stark verringert ist. Ein schwerwiegender Nachteil der in Reihe geschalteten Einrichtungen besteht jedoch verglichen mit parallelgeschalteten Einrichtungen in der zur Verarbeitung von Daten erforderlichen Zelt. Bei parallelen Einrichtungen werden alle Bits eine· Wortes im wesentlichen gleichzeitig verarbeitet, während

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di· Bit* bei in Reih· geschalteten Einrichtungen aufeinanderfolgend oder reihenweise verarbeitet werden, was eindeutig eine größere Zeit erfordert. Somit ist es anzustreben, daß die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit oder Zeit bei in Reihe geschalteten Einrichtungen nicht weiter durch Zeltsteuerpro-

verfcleinert bzw«
blemeYvergrößert wird. Zur Zeit werden TaktSteuersignale bei in Reihe geschalteten Einrichtungen über jeweilige Gatterschaltungen zu den Registern geführt, wobei jede Gatterschaltung eine eigene Zeitverzögerung aufweist» und wobei die ZeitVerzögerungen unvermeidlich ungleichmäßig sind. Wenn dies der Fall 1st und die Verzögerungen außerdem kleiner als die Verzögerungen der einzelnen Speicherzellen der jeweiligen Register sind, kann sich eine FehlUbertragung von Daten ergeben. Diese ungenaue Zeitsteuerung von Takt Steuersignalen durch die Gatterschaltungen wird Takiateuer-Veraerrung genannt, und zu ihrer Vermeidung müssen bei bekannten Anordnungen zusätzliche Zeitverzögerungen eingeführt werden» wodurch sich das unerwünschte Ergebnis ergibt, daß die sur Verarbeitung von Daten erforderliche Zeit vergrößert wird·

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine digitale Datenverarbeitungs-Einrichtung zu schaffen, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten oder seriellen Schieberegistern aufweist und bei der die Tatkateuerverzerrung ohne Beeinträchtigung der Datenverarbeitungsgeschwindigkeit in Fortfallgebracht wird.

Entsprechend einem Grundgedanken der Erfindung umfaßt ein Schieberegister drei oder mehr Datenspeicherzellen, von denen zumindest die erste und letzte Speicherzelle, jedoch nicht alle Zellen von gemeinsamen Taktsteuerimpul- mrnn angesteuert wurden, sowie Puffereinrichtungen, die sri.t

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dem Eingang zumindest einer der nicht von den gemeineamen Takteteuerimpulaen angesteuerten Speicherzellen verbunden sind, wobei diese letzteren Speicherzellen durch weitere
Taktsteuerirapuise angesteuert werden, die auf diese gemeinsamen Taktsteuerimpulse zeit- oder logisch bezogen sind,
und wobei die Puffereinrichtungen von auf die gemeinsamen Takts teuerimpul se zeit- oder logisch bezogene Taktsteuer«· impulse oder durch die weiteren Taktsteuerimpulse angesteuert werden.

Die gemeinsamen Taktsteuerirapulse können getrennt
steuerbar sein, so daß die Impulse nicht angelegt werden, bevor sie benötigt werden.

Entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine digitale Datenverarbeitungs-Einrichtung geschaffen, die eine Vielzahl von Schieberegistern der oben ausgeführten Art umfaßt, die in Reihe oder seriell zusammenge schaltet sind.

Die Verwendung von Puffereinrichtungen in jedem Register ergibt die notwendige Zeitverzögerung zur Vermeidung der Taktsteuerverzerrung, die Lage dieser Puffereinrichtungen ist jedoch derart, daß sich keine Vergrößerung der Datenverarbeitungsgeschwindigkeit über und oberhalb
der maximalen Geschwindigkeit ergibt, die durch die eigenen Zeitverzögerungen der verwendeten Bauteile festgelegt ist.

Eine erfindungsgemäße digitale Datenverarbeitungs-Einrichtung findet viele Anwendungen und kann beisplels-

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weise vorteilhaft bei der Verarbeitung von Daten von Navigationshilfen und Trägheits-Navigationssystemen sovie in der Maschinenraum-Steuerung von Navigationeausrüatungen in Schiffen verwendet werden. E» kann außerdem zur Verarbeitung und Weiterleitung von Nachrichten verwendet werden, die über ein Nachrichten-Netzwerk zu und von einem Nachrichten-Schaltrelais--2entrum Übertragen werden. Weiterhin kann die Erfindung auf "On L:ine"-Pro2eßsi;euerungen Übertragungs-Anschlußgeräte mit einen: größeren Rechner und auf ein Lufteinlaß-Steuersy3te® für eine Gasturbine angewandt werden, bei der die digitale Datenvsrarbeitungs-Einrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen für Einrichtungen verwendet wird, die zur Verhinderung des Lufteinlaeses an die Gasturbine betätagbar sind·

¥eitere Einzelheiten und Vorteile tier Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen«,

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der !Zeichnung zeigen}

Fig. 1 ein· schomatieche Dqreteilung einer typischen D&tenverarbeitunge-Einrichtung unter Verwendung von seriell verbundenen Schieberegistern*

Fig. 2 und 3 erläuternde Zeitsteuerdiagramme;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungegemäßen Schieberegistera;

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Fig. 5 «in ausführlichere» Schaltbild dee Register· nach Fig. 4}

Fig. 6 ein weiteres erläuterndes Zeitateuerdiagramm«

In Fig. 1 sind drei miteinander verbundene Schieberegister A, B und C vorgesehen» die jeweils eine Vielzahl von einzelnen Datenspeicherzellen aufweisen und durch drei Arten von Signalen gesteuert werden, nUuslich:

1. ein Haupt-Takt Steuersignal,' das aus einer sich wie*· derholenden Folge von Impulsen besteht, die auf die Anzahl der Speicherzellen in den Registern A, B und C bezogen istj

2. geeignete binäre Steuersignale A¹, B¹, C¹, die in einem Zustand den Durchgang der Haupt-Taktsteuerimpulse zu dem entsprechenden Register ermöglichen und die im anderen Zustand den Hindurchgang dieser Haupt-Takteteuerimpulse verhindern;

3« binäre Steuersignale Aa, Ab, Ac, Bb, Ba usw., die bei einem Zustand den Hindurchgang des Ausganges eines Registers z"u den verbleibenden Registern ermöglichen und im anderen Zustand diesen Hindurchgang von Baten verhindern·

Bei dieser Anordnung werden, wenn ein Steuersignal, beispielsweise das Signal A* einen Zustand synchron mit der Schwingung»form des Haupt-Taktsteuerimpulses ändert, die in den Zellen des Register» A gespeicherten Daten bei Auftreten jede» Takteteuerimpulses von einer Zelle zur

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nächsten verschoben. Wenn z. S. die Signale B' und Ab außerdem ihren Zustand iindern, so daß das Register B ebenfalls eine Folge von Haupt-Taktsteuerimpulsen empfängt und der Ausgang von dem Register B das Eingangssignal Cb für das Register C liefert, so wird die vorher in den Zellen des Registers B gespeicherte Information Zelle für Zelle in das Register A übertragen. Abi Ender-einer Folge von Haupt-Takts teuerinipul sen können die genannten Signale in den anderen Zustand eingestellt werden, um eine weitere Übertragung von Daten zu verhindern. Zu diesem Zeitpunkt könnten die in dem Register A gespeicherten Daten entweder eine genaue Nachbildung der vorher in dem Register B gespeicherten Daten oder eine logische oder arithmetische Funktion !irgendeines der Register oder einer Kombination hiervon aain, und zwar entsprechend der Bigenschaften dar zur Steuerung dez* Dateneingänge zu den verschiedenen Registern verwendeten Schaltungen.

Bei einen praktischen System erleiden die durch jedes der Gatterschaltungen a, b, c hindurchlaufenden Signale eine Zeitverzögerung, und in ähnlicher Weise kann die Änderung des Ausgangs von einer Speicherzelle relativ zu dem Taktsteuerimpuls verzögert warden. Wenn die Verzögerungen durch die verschiedenen Gatter a, b_t c ungleich und größer als die Verzögerung dar Speicherzelle sind, kann sich eine Fehlübertragring γοη Daten ergeben. Wenn beispielsweise, wi» es in Fig. 2 gezeigt ist, die Verzögerung durch die Gatterschaltung a größer ist als die Kombination d*r Verzögerung durch das Gatter b, t»in Gatter ab und den Ausgang der letzten Speicherzelle in

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dem Register B₁ 30 gehen Daten verloren, wenn die Steuersignale zur Übertragung von Daten von dam Register B zum Register A angelegt werden. -Dies ergibt sich daraus, daß zur Zeit t.. der Ausgang der letzten Speicherzelle des Registers B so geändert wird, daß er den vorhergehendes. Zustand der vorletzten Speicherzelle darstellt, und da£ zur Zeit t₂ der Eingang an das Register. A sich im vorhergehenden Zustand der vorletzten Zelle von B befindet. Diese Daten werden in das Register A übertragen, und der vorhergehende Zustand der letzten Speicherzelle des Registers B geht verloren. Diese fehlerhafte Zeitsteuerung der Tsktsteuerausgange von den Gattern a, b, c wird Taktateueriferzerruiig genannt. Im Idealfall sollte die Schwingungsform der Zeitsteuerung ao sein, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wobei das an das Register A angelegte Taktat euer signal erscheint, bevor der Ausgang von der letzten Speicherzelle des Registers B seinen Zustand aufgrund des Taktsteuer-Impulsaueganges von den Gatter b ändert.

In Fig. k ist ein erfindungogamä^ea serielles Schieberegister dargestellt, das eine Eingangs-Datenspeichezzelle Ä- und eine Auegangs-Datenspeicherzelle A umfaßt, die die Haupt-Taktsteuerimpulse gleichzeitig mit den Eingangs- und Ausgänge-Speicherzellen anderer zugehöriger Register empfangen, wie z. B. die Register, die den Registern B und C der Anordnung nach Fig. 1 äquivalent sind. Das Register umfaßt außerdem Puffereinrichtungen in Form einer Puffer-Datenspeicherze.tle Aq₀, deren Eingan; mit detn Ausgang der Eiiigangs-Speicherselle A_Q und deren Ausgang mit dem Eingang der ersten einer Vielzahl von zwi3chenllegenden Zellen A. ... A verbunden ist. Es sind Schaltungen zur Verar-

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beitung des Steuersignale β und der Haupt-Taktβteuer-Schwingungsform vorgesehen. Die Eingangs- und Ausgange» Speicherzellen A₀, A sind von einer derartigen Art, daß sich bei in einem Zustand befindlichem Steuersignal £ keine Wirkung ergibt und bei einem in dem anderen Zix~ 9tβ\id befindlichen Steuersignal s ein Taktsteuerimpuls bewirkt, daß die Speicherzellen auf den gleichen Zustand eingestellt verdau, wie ihr Eingang.

die Eingang·- und Ausgange£«11en Aq, A Haupt-Tmktsteuerimpitlss gleichzeitig mit den ersten und letzten Speicherzellen der anderen Register empfangen, kann sieh keine Fehltibortragung von Daten zwischen der letzten Speicherzelle eines Registers und dor ersten Speicherzelle sines anderen Registers ergeben. Die Puffer-Speieher stelle A-.- empfängt verzögerte Tak'tsteusrircpulsi» cder Taktβ teuerimpulse mit einem Zustand, der zu d«m der Eaupt-Taktstauerimptilse entgegengesetzt ist, oder iöt von einer Art, die auf den Zustand des Eingangs an sie eingestellt ist, und zwar durch Impulse mit einem Zustand, der zu denen, die dio erwte und letzte Speicherzelle A_Q, Λ an· steuern, entgegengesetzt sind. Die Zeitsteuerung der an die erste Zelle A_Q und an die Pufferzelie A₀₀ angelegten Schwingungsfoxmen ist derart, defl die Puff erzeile den Zustand der ersten Zelle für eine gewisse Zeit speichert, nachdem die ei stan Zelle ihren "Zustand geändert hat. Die dazwischenliegenden Speicherzellen A₁ bl* A empfangen Taktsteuerimpu3.se von den Gatterschaltungen, die seitlich relativ zu den Haupt-Taktsteuerimpulsen derart gesteuert sind, daiä öle in der Pufferzelle gespeicherten Daten in die Zelle A. zur gleichen Zeit übertreten werden, in der

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auch die Daten in der ZsIIe A „ ζητ Zeil® A ÜLhQ&tir^&em

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werden·

Die maximal zulässig® ¥±#der-JioIfröqia©aK das· Ite^ ■!;<*> Taktsteuerimpv.lse hängt von cl»a V©EⁱS58^e.ctssag©a isa ö®h B& ten-Übertragurigswtigeii zwischen d(m R^g¹Istora afe Ordnung der Puffer» fciifa is« Χηηβκ*βκ. der Se&±efe©3pcg3, statt außerhalb (in dea DAtenUbc^t.r-aguagswsg) wird Takteteuerungii-Veraet-rMögeprofeieis αίικ® der maximal i5tlä*ftigs»a ¥ied®3pholgijs fall gebrapbt, dia ohne #Äa T&i£tstarnet erzielt wird. Bie*® Wiedes'hd

Eigenschaften d&r Bauteil.« %1>₉ c-β mi.yde ^Θύ&οϊι mfn@ 8»M!3s-£upulsfol£:e verw«nd«t wad «in® Verweads^ssg- oäsaes? pulsfolge oberhalb tos t5 MHs ©s^acSaeiKt bei 8s®£E©&©a Wendungen möglich.

Fig* 5 κ«igt «ine p&nüctlaoaa Ausführmsts des Regieter n&cb Fiff· 4, und zwar unter YortMmdUsng; von TTL-C Tran si« etor"Transietcr«-LO(Sik)-Dautfe41?i«Jo file< erste; und letzt® Speicherselle A_Q, A weist die Fern «ines JK-Fllp»Plop F₀, F auf, die Puffer-SpeichersseH® A_QQ ist »iss swei UWD-G*ttern '», 2 und swei HOS-&att#r» 3, 4 gebildet _t und die swisehenliegenden Zellen A. .«. ^A _n«t ^{dee κ}·βΑβ^^βΣ>* umfassen D-Flip-Flops FF₁ ... FF_n-1. 2wei UND-Gatter 5» 6 sind zwischen der Ausgangszeile A_ un4 der vorletzten Zelle A_-1 eingefttgt, und zwei weitere UND-Gatter 7, 6 sind a» Eingang der ersten Zelle A. vorgesehen, we'o»! die Gatter 5t 6» ? und 8 jeweils ein Steuersignal über drei NAND-Gatter 9» 10 und It empfangen. Dle Haupt-TaktSteuerimpulse steuern die ersten und letzten Zellen A_Qt A_n direkt an, und die Haupt-Taktβteuerimpulaβ steuern die zwl-

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Di· l±geneeh*ft#ri-der O-Plip-Flope ₁ _η_^ mind derart_f d^ß ein Tektateuerimp^ls von dem G&tf©r bewirkt, daß der Q-Auageng m;f den gleichen Zuetand eingestellt wird, wie der D-Eingang* Bei der Fiafferselle bewirkt ein CLOCK«Inpule an den Eingängen an die Gatter 1 und 2, daß der Ausgang Q_QQ des Gatters 3 auf MULL durch eine BIKS am ^-Ausgang des FF₀ oder auf EINS durch einen BIMS-Aasfang des rF_o-Flip-Plops eingestellt wird.

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ORIGINAL INSPECtEO

Fig· 6 zeigt das entsprechende Zeitsteuerdiagraam. Das CLOCK-Signal isli eine kontinuierliche Impulsfolge, und das Haupt-Taktsteuersignal wird von dem CLOCK-Signal erzeugt, wobei die Verzögerung in dem Gatter i6 ausreichend ist, um sicherzustellen, daß das CLOCK-Signal auf NULL abfällt, bevor das Haupt-Taktateuersignal eine logisch· SZNS wird. Daher fällt das Signal CLOCK auf NULL ab, und der Puffer A₀₀ speichert den vorhergehenden,Zustand der Zelle A_Q, bevor der Haupt-Taktsteuerimpule wirksam wird, «a den Zustand der Zolle A_ zu lindern· Venn irgendeine« tor V«rechiebunga»Ausgangssignale eine logisohe ROLL wird, wird dor Ausgang von dem Gatter 11 eine SHfS, so des", wenn die Verechlebunge-Zei te teuer signale an der Leitung 17 auftreten, ein Versehiebungs-Steuersignal an die erste und letzte Zelle Aq, A angelegt wird und eine Folge von Taktsteuerimpulsesi an die Zellen A₁ ··· A * angelegt wird.

Somit verhindert die Pufferzelle A_Q0 wiederum ein« Taktsteuerungsverserrung ohne Verringerung der Datenverarbeitungsgeschwindigkeit der Einrichtung, wobei diese Datenverarbeitungsgeschwindigkeit ausschließlich durch dl· ligensohaften der verwendeten Bauteile bestimmt ist. Somit wird für eine festgelegte Art von logischen Elementen eine maximale Datenübertragungegeschwindigkeit, •in· minimal· Anzahl von logischen Elementen und ein· minimal« Anzahl von elektrischen Belastungen durch die Erfindung erreicht· Somit wird eine mit einem äquivalenten parallelen System vergleichbare Verarbeitungsgeschwin· digk*it erreicht, wKhrend gleichzeitig die Vorteile der geringeren Anzahl von Bauteilen und der geringeren GrBO* eines seriellen Systeme ausgenutzt werden.

Patentanspruchst

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Claims

Patentanspruch»

Datenverarbeitungs-Einrichtung mit einem Schieberegister, dadurch gekennzeichnet , daß das Schieberegister drei oder nehr Speicherzellen (A₀ ·.· A), von denen die ersten und letzten Speicherzellen (A-, A ), jedoch nicht alle Zellen von gemeinsamen Taktsteuerisipulsen angesteuert werden, sowie Puff er einrichtungen umfaßt, die mit dem Eingang zumindest einer der nicht von den gemeinsamen Taktβteuerimpulsen gesteuerten Speicherzellen (A₁) verbunden 1st, wobei die letzteren Speicher» zellen durch weitere Taktsteuerimpulse angesteuert werden, die auf die gemeinsamen Taktsteuerimpulse zeitlich oder logisch bezogen sind, und wobei die Puffereinrichtungen (A₀₀) von zeitlich oder logisch auf die gemeinsamen Taktet euerlnpulsen oder durch die oben genannten weiteren Takt·teuerimpulse angesteuert werden.

2· Datenverarbeitungs-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen TaktSteuerimpulse getrennt steuerbar sind, so daß keine Impulse an· gelegt werden, wenn sie nicht benötigt worden.

3. Datenverarbeitungs-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Jede von den gemeinsamen Taktsteuerimpulsen gesteuerte Zelle (A_Q, A) dl· Form elnss JK-Flip-Flopβ aufweist, und daß jede von den weiteren Takteteuerimpulsen ang«uteuerte Zolle (A* ... A_ die Form eines D-Flip-Flops aufweist.

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k, Datanvararbaitunfs-Xlnrlchtunf nach Anapruoh 3, dadurch gakanasaiahnat, dafi dia Puffarainrichtuacan ( swat UND-Gattar (1, 2) iurfaammn, dia j«walla »it ainaa ▼ob aval kraussakoppaltaa MOÄ-Gattam (3, k} varbundaa aind.

5· DatanTararbaitunfe-Binrichtung,. durch alna VialmahX von 9ehiabara^iatarn (A, B₍ C) mach ainaa dar Torharf*handan Anaprucha« vobai dia (A₁ B, C) in £aiha au«■—Tig:a«ahaltat »ind.

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