DE2215066B2 - Schaltungsanordnung zum schnellen Austausch von Informationen zwischen Schieberegistern und Einheiten einer Datenverarbeitungsanlage - Google Patents
Schaltungsanordnung zum schnellen Austausch von Informationen zwischen Schieberegistern und Einheiten einer DatenverarbeitungsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Schiebespeicher in Form von hintereinandergeschalteten Schieberegistern aus Speicherzellen mit bipolaren
Transistoren bzw. Feldeffekttransistoren sind prinzipiell bekannt. So ist z. B. in der deutschen Auslegeschrift
98 599 ein Schieberegister beschrieben, das eine Parallelverschiebung einer mehrstelligen Information
um mehr als eine Stelle in mehreren Einzelschritten vornehmen kann. Der Nachteil eines derartigen
Schieberegisters besteht jedoch darin, daß es die gespeicherten Informationen entweder nur nach links
oder nach rechts verschieben kann und daß zu einer gespeicherten Information bei einer großen Anzahl von
hintereinandergeschalteten Schieberegistern nur ein sehr verzögerter Zugriff möglich ist.
Durch die deutsche Auslegeschrift 11 79 399 ist eine
weitere Anordnung von magnetischen Schieberegistern bekannt geworden, die so miteinander verbunden sind,
daß mit ihnen gleichzeitig stellenverschiebende, rechnende und speichernde Funktionen durchgeführt
werden können. Gekennzeichnet ist diese Anordnung dadurch, daß die Schieberegister mit Magnetkernen
derart zu einem Netzwerk vereinigt sind, daß sie sich mit verschiedenen Koordinateneinrichtungen in den
einzelnen Registerstufen kreuzen und daß steuerbare 'o Schaltglieder solcherart vorgesehen sind, daß eine
Information aus einer Registerstufe in einer wählbaren Koordinateneinrichtung zur nächstfolgenden Registerstufe
weitergegeben wird.
Dabei sind insbesondere die Schieberegister der Zeilen und/oder der Spalten je für sich zu geschlossenen
Ringen zusammengeschaltet. Obwohl durch diese Anordnung gezeigt ist, daß mehrere Schieberegister
miteinander verbunden werden können, so daß sowohl horizontale als auch radikale Verschiebungen möglich
sind, hat diese Anordnung jedoch den Nachteil, daß zur Verwirklichung Matrizen erforderlich sind, die sich
schaltungstechnisch und im Aufbau völlig von den dazwischenliegenden logischen Elementen unterscheiden,
daß sie wenig flexibel ist und außerdem einen geringen Sicherheitskoeffizienten aufweist Hinzu
kommt noch, daß bei der Speicherung großer Datenmengen mit einem derartigen Speicher der
Zugriff zu den gespeicherten Daten relativ lange dauert,
da die Schieberegister ihre Informationen nur schrittweise weitergeben können und somit auch nur
schrittweise am Ende der Schieberegisterkette bzw. des Schieberegisterrings ausgelesen werden können.
Außerdem ist in der DE-AS 11 78 623 eine Schaltungsanordnung
für eine programmgesteuerte Daten-Verarbeitungsanlage gezeigt, die mehrere Befehlsregister
und eine Vorrangsteuerung aufweist, mit dem Merkmal, daß die Befehle in einzelnen Schieberegistern
bzw. Umlaufregistern gespeichert sind, die zu einer geschlossenen Schleife zusammengeschaltet werden
und einzeln gelesen werden können. Diese Schaltungsanordnung eignet sich jedoch nur zur Speicherung
weniger Befehle in einem Steuerwerk einer Rechenmaschine.
Aus der DE-AS 11 79 399 ist eine Anordnung von
Aus der DE-AS 11 79 399 ist eine Anordnung von
magnetischen Schieberegistern bekannt, bei der die Register so miteinander in Wirkverbindung gebracht
sind, daß mit ihnen gleichzeitig stellenverschiebende, rechnende und speichernde Funktionen durchgeführt
werden können. Das wird dadurch erreicht, daß die Schieberegister derart zu einem Netzwerk vereinigt
sind, daß sie sich mit verschiedenen Koordinateneinrichtungen in den einzelnen Registerstufen kreuzen und daß
steuerbare Schaltglieder solcher Art vorgesehen sind, daß eine Information aus einer Registerstufe in einer
wählbaren Koordinatenrichtung zur nächstfolgenden Registerstufe weitergegeben wird. Obwohl hier gezeigt
ist, daß die Schieberegister mit Ein- und Ausgangsschaltungen versehen sind, um die Informationen wahlweise
auf andere Eingänge geben zu können, eignet sich diese Anordnung jedoch nicht für die reine Datenübertragung
innerhalb von Datenverarbeitungsanlagen. Eine Verbindung der einzelnen Einheiten über in einer Matrix
angeordnete Schieberegister ist technisch zu aufwendig und steuerungsmäßig viel zu langsam, weil die einzelnen
Schieberegister innerhalb der Matrix von außen ausgewählt werden müs»n.
Desweiteren wurde eine hierarchische Speicheranordnung zum Aufbau eines Speichers mit sehr großer
Speicherkapazität und geringer Zugriffszeit in der DE-PS 21 63 342 vorgeschlagen, die aus vielen in Teilen
einer Matrix zugeordneten Schieberegistern besteht Zum Zwecke der Verkürzung der Zugriffszeit wurde
insbesondere vorgeschlagen, in einer Zeile ein Schieberegister mit sehr kleiner Speicherkapazität und äußerst
geringer Zugriffszeit und ein Schieberegister mit großer Speicherkapazität und längerer Zugriffszeit so miteinander zu koppeln, daß die Zugriffszeit für diese
Kombination äußerst gering wird. Obwohl hier bereits
ein Weg gezeigt wurde, die Zugriffszeit für einen Speicher, der aus Schieberegistern besteht, zu verkürzen, hat diese Anordnung den Nachteil, daß die
Informationseinheiten in feststehender Reihenfolge gespeichert sind und daß gewünschte Daten irgendwo
in den Registern stehen, wodurch die durchschnittliche Zugriffszeit die halbe Anzahl notwendiger Verschiebungen um die am meisten entfernte Seite zur Zugriffsposition zu bringen, beträgt Da erfahrensgemäß die
Zugriffsanforderungen zu einem Speicher in einer gewissen Ordnung und die Adressen, zu denen Zugriff
gewünscht wird, nicht zufällig verteilt sind, wurde festgestellt, daß in einem Programm die Wahrscheinlichkeit groß ist, daß der Zugriff zu gewissen Adressen
einer bestimmten Klasse oder bestimmter zusammenhängender Klassen häufig wiederholt wird. Außer der
technologisch völlig unterschiedlichen beiden Register hat diese Zusammenkopplung auch noch den Nachteil,
daß die Zugriffszeit von der Länge des kleineren und schnelleren Schieberegisters bestimmt wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum schnellen Austausch
von Informationen mit Hilfe von zu einem Ring geschlossenen Schieberegistern zu schaffen, wobei die
Informationen zwischen den an den Schieberegisterstufen angeschlossenen Einheiten einer Datenverarbeitungsanlage ausgetauscht werden.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe gelingt anhand der durch den kennzeichnenden Teil des
Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale.
Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
beschrieben.
Um die Wirkungsweise des in der Zeichnung dargestellten Systems besser verstehen zu können, soll
zunächst auf die allgemeinen Aspekte des dargestellten Systems eingegangen werden.
In der Zeichnung ist eine Gruppe von Registern 10 bis 17 gezeigt, die miteinander zu einem Ring verbunden
sind. Verarbeitungseinheiten, Speichereinheiten oder andere Einheiten 28 bis 31 und 35 bis 38 einer
Datenverarbeitungsanlage sind durch diese Ringschaltung miteinander verbunden. Die detailliert dargestellte
Schieberegisterstufe 17 ist mit den andeien nicht detailliert dargestellten Schieberegistern ident'sch. Die
Ein- und Ausgänge der einzelnen Register bzw. Stufen sind mit Pfeilen gekennzeichnet, die die jeweilige
Richtung des Informationsflusses anzeigen. Zum Beispiel kann eine Nachricht vom Register 17 über die
Leitung 24 zum Speicher 38 oder vom Register 17 zum Register 16 übertragen werden. Genauso kann eine
Information in das Register 17 vom Speicher 38 her eingetragen werden. Es ist auch niöglich, eine Nachricht
vom Register 17 auf das in Schieberichtung niedrigst liegende Register 10 zu übertragen, in dem die
Information über die dazwischenliegenden Register in der Folge 16,15,14,13,12 und 11 läuft. Die Verbindung
der einzelnen Register 10 bis YJ zu einem Ring ist dabei
völlig konventionell ausgeführt.
Jede Registerstufe 10 bis 17 in der Zeichnung besteht aus einem Eingaberegister 40 und einem Ausgaberegister 41. Das Register 40 erhält Informationen am
Eingang aus Leitung 22 von der davorliegenden Registerstufe, z.B. 10 und das Register 41 gibt
Informationen über den Ausgang auf die Leitung 23 ab, die ihrerseits den Eingang des Registers zur Registerstufe 16 bildet Ein Torglied 42 verbindet die Ausgangsleitung 43 vom Register 40 mit der Eingangsleitung 44 des
Registers 41.
Eine Schiebeoperation wird gleichzeitig in jeder Stufe der Ringschaltung in zwei Schritten vorgenommen. In
dem einen Schritt wird das Register 40 der Stufe 17 vom Register 41 der Stufe 17 getrennt und erhält eine
Information auf der Leitung 22 vom Ausgangsregister der vorhergehenden Registerstufe 10. Außerdem wird
in diesem Schritt eine Information vom Register 41 zum Eingangsregister der nächsten Registerstufe 16 gegeben. In dem anderen Schritt arbeitet jede Stufe
unabhängig von den anderen Stufen und die Register 40 und 41 der Stufe arbeiten entweder zusammen oder mit
der zugehörigen Einheit 38 des Datenverarbeitungssystems, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Die Nachricht bzw. die Information im Register 40 besteht aus einem Datenteil, der z. B. durch die
angeschlossene Einheit 38 des Datenverarbeitungssystems zu verarbeiten ist, sie besteht weiterhin aus
Steuerbits, die eine Adresse zur Einheit 38 abgeben, weiterhin aus Steuerbits, die anzeigen, welches der
Register eine gültige Nachricht besitzt und andere Steuerbits, die nicht für die Verbindung der einzelnen
Stufen bzw. des Systems nach der Erfindung erforderlich sind. Im nachfolgenden Beispiel wird angenommen,
daß die Einheit 38 nur den Datenteil der Nachricht und die logischen Schaltkreise der Registerstufe 17 nur die
Steuerbits bekommen. Um den Datenteil der Nachricht von der Leitung 43 zum Puffer 48 zu übertragen, wird
das Torglied 46 aufgesteuert. Der Puffer 48 überträgt seinerseits die Nachrichten zu der ihm zugeordneten
Einheit 38. Außerdem überträgt das Torglied 49 über die Leitung 44 Nachrichten zum Puffer 50, der seinerseits
Nachrichten von der Einheit 38 akkumuliert Eine logische Schaltung 52 steuert die Torglieder 42,46 und
49 in Abhängigkeit von Steuerbits in der Nachricht des Registers 40 und in Abhängigkeit von Bedingungen der
Puffer 48 und 50. Die Steuerbits werden über die Leitung 53 an die logische Schaltung 52 angelegt Ein
Register 54 hält die Adresse der Einheit 38, die der Stufe 17 des Rings zugeordnet ist. Die logische Schaltung 52
vergleicht die Adresse im Register 54 mit der Adresse auf der Leitung 43, um festzustellen, ob das Register 40
eine Nachricht für die Einheit 38 enthält. Im nachfolgenden wird die Wirkungsweise der logischen
Schaltung 52 beschrieben.
Wenn die Adresse auf der Leitung zur Verriegelungs-Schaltung 52 nicht koinzident mit der Adresse im
Register 54 ist oder wenn die Adresse auf der Leitung 53 mit der Adresse 54 koinzident ist, aber der Puffer 48
schon gefüllt ist und deshalb keine Nachricht vom Register 40 mehr aufgenommen werden kann, dann
schließt die Schaltung 52 die Torglieder 46 und 49 und öffnet das Torglied 42, um die Nachricht vom Register
40 zum Register 41 zu übertragen.
Wonn der Puffer 50 signalisiert, daß er bereit ist, eine
Nachricht zum Register 41 zu übertragen und wenn das Register 40 eine Nachricht für die Einheit 38 enthält und
der Puffer 48 nicht gefüllt ist, dann wird das Torglied 42
geschlossen und das Torglied 49 geöffnet, um die Nachricht vom Puffer 50 zu dem Register 41 zu
übertragen. Nach Beendigung dieser Operation enthält das Register 41 entweder die Nachricht vom Puffer 50
oder eine Nachricht vom Register 40 oder eine Nachricht, die aus der Übertragungsoperation der
Nachricht in das Register 40 zum Puffer 48 resultiert. Das Torglied 42 wird geschlossen, wenn das Torglied 46
geöffnet ist oder wenn festgestellt wird, daß der Inhalt des Registers 41 als eine Lücke oder Leerstelle
aufgefaßt wird.
Im nachfolgenden sollen nun die Verbindung einer Einheit eines Datenverarbeitungssystems mit dem Ring
beschrieben werden.
In der Zeichnung sind die Einheiten 35 bis 38 jeweils mit nur ihnen rdgehörigen Registerstufen verbunden.
Die Zusammenarbeit der Register mit den zugeordneten Einheiten wird im nachfolgenden nur anhand der
Registerstufe 17 und der Einheit 38, die im vorliegenden
Fall ein Speicher ist, beschrieben. Die anderen dargestellten Einheiten 28 bis 31 sind mit den
Registerstufen so verbunden, daß sie Nachrichten in die einzelnen Stufen in Umlaufrichtung eingeben können
und Nachrichten entgegengesetzt des Umlaufs empfangen können. Zum Beispiel ist die Verarbeitungseinheit
28 mit dem Register 12 verbunden, um Nachrichten in diese Registerstufe eintragen zu können, das mit dem in
Schieberichtung liegenden Register 11 verbunden ist Die Verarbeitungseinheit 28 empfängt von der Registerstufe 10 Nachrichten, die außerdem mit der
Registerstufe 11 verbunden ist Das heißt also, daß eine Nachricht von der Verarbeitungseinheit 28 zum
Speicher 35 über die Registerstufe 12 unter Verwendung des zugehörigen Pufferspeichers 50 übertragen
würde und zwar über das Torglied 49, die Leitung 44 und das Register 41, wie aus der detailliert dargestellten
Registerstufe 17 hervorgeht In der Registerstufe 11 wird die Nachricht als zum Speicher 35 gehörend
identifiziert und sie wird demzufolge zu dem Speicher 35 über das Register 40, die Leitung 43, das Torglied 46
und den Puffer 48 der Registerstufe 17 übertragen. Eine Nachricht vom Speicher 35 zur Verarbeitungseinheit 28
würde über die Leitung 19 zur Registerstufe 10 und von da aus über die inneren Logik- und Torschaltungen, die
die Adresse feststellen können, auf die Verarbeitungseinheit 28 übertragen. Wie man daraus sieht, sind die
Verarbeitungseinheit 28 und der Speicher 35 miteinander in beiden Verschieberichtungen zur Übertragung
von Nachrichten verbunden. Außerdem haben sie durch
ίο ihre Verbindung mit dem Registerstufenring die
Möglichkeit, mit anderen Einheiten des Systems in Kommunikation zu treten. Soll z. B. eine Nachricht von
der Verarbeitungseinheit 28 zum Speicher 37 übertragen werden, dann wird die Nachricht über die
ι s Registerstufe 12 in den Ring eingegeben und nacheinander über die Registerstufen Ii, 50,17 und 16 sowie die
Registerstufe 15 auf den Speicher 37 übertragen. Eine Nachricht vom Speicher 37 zur Verarbeitungseinheit 28
würde dadurch erfolgen, daß die Nachricht in die
Ringstufe 15 eingegeben würde und dann nur die
Ringstufen 14,13, 12, 11 und 10 zu der Verarbeitungseinrichtung gelangen würde. Obwohl hier zusätzliche
Verzögerungen, hervorgerufen durch die einzelnen Registerstufen, auftreten, ist die Verzögerung bei der
Übertragung zwischen der Verarbeitungseinheit 28 und dem Speicher 38 nur unwesentlich größer als bei einer
konventionellen Ringverbindung der einzelnen Einheiten des Datenverarbeitungssystems. Das jeweilige
Optimum für eine Konfiguration, insbesondere der
3n Länge des Rings und der Anzahl der Speicher sowie der
Zusammenschaltung der einzelnen Verarbeitungseinheiten und der Speicher kann nach den jeweiligen
Erfordernissen ohne weiteres festgestellt werden.
Eine Alternativkonfiguration kann auch noch darin
bestehen, daß anstelle der Speicher 36 und 37 in der
Zeichnung eine Verarbeitungseinheit angeschlossen sein könnte, die über die Ringstufe 15 Nachrichten an
den Ring abgeben könnte und über die Ringstufe 13 Nachrichten vom Ring empfangen könnte.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum schnellen Austausch von Informationen zwischen an Schieberegisterstufen
angeschlossenen Einheiten einer Datenverarbeitungsanlage, wobei die zirkulierenden Informationsworte mit einem Datenteil, einem Adreßteil und
einem Kontrollteil versehen sind und das Informationswort, gesteuert durch ein- einem jedem
Schieberegister zugeordnete logische Schaltung, die den Adreßteil mit einer gespeicherten Adresse und
den Kontrollteil überprüft, zu einer Ausgangsleitung und/oder über eine Eingangsleitung aufgenommen
wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe von Einheiten (35 bis 38) mit den Ein-
und Ausgangsleitungen derselben Schieberegisterstufe (11,13,15 und 17) verbunden sind, daß zweite
Einheiten (28 bis 31) mit der Eingangsleitung einer ersten Schieberegisterstufe und mit der Ausgangsleitung
einer zweiten in Zirkulationsrichtung folgenden Schieberegisterstufe verbunden sind, wobei zwischen
einer ersten und einer zweiten Schieberegisterstufe mindestens eine der ersten Einheiten (35 bis
38) liegt
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Registerstufen
(z. B. 11 oder 13) durch die an den Registerstufenring
angeschlossenen zweiten Einheiten (z. B. 28 oder 29) des Datenverarbeitungssystems umschaltbar
überbrückt sind.
3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Registerstufe
(z. B. 17) des Schieberinges aus einem Eingangsregister (40) und einem Ausgangsregister
(44) besteht, die über die logische Schaltung (52) mit angeschlossenen Torgliedern (42, 46 und 49) sowie
Pufferspeichern (48 und 50) Informationen direkt oder indirekt miteinander oder mit den ersten bzw.
zweiten Einheiten (z. B. 38 und 31) des Datenverarbeitungssystems austauschen können.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Eingangsregister
(40) einer Registerstufe (z. B. 17) mit dem Ausgangsregister (41) der vorhergehenden Registerstufe (10)
und das Ausgangsregister (41) der gleichen Stufe (17) mit dem Eingangsregister (40) der nächstfolgenden
Registerstufe (16) des Schieberinges verbunden ist.
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