DE2215066C3

DE2215066C3 - Schaltungsanordnung zum schnellen Austausch von Informationen zwischen Schieberegistern und Einheiten einer Datenverarbeitungsanlage

Info

Publication number: DE2215066C3
Application number: DE2215066A
Authority: DE
Inventors: George Piermont N.Y. Radin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-03-31
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1982-02-04
Also published as: DE2215066A1; DE2215066B2; JPS5126213B1; US3713096A; GB1327731A; FR2131349A5

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 •5 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

'" 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

¹"> 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 schritt-

³⁽¹ weise 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 3ine 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 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 müssen.

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 Zugr ffszeit wurde insbesondere vorgeschlagen, in einer Zeile ein Schiebe- =■ register 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 i< > 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 erfahreusgemäß die Zugriffsanforderungen zu einem Speicher in einer _m 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 zusammen- 2^r< hängender 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. so

Der Ei findung 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 Schieberegisterstu- i> fen angeschlossenen Einheiten einer Datenverarbeitungsanlage ausgetauscht werden.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe gelingt anhand der durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale. w

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 anderen nicht detailliert dargestellten Schiebeiegistern identisch. 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 möglich, eine Nachricht vom Register 17 auf das in Schieberichtung niedrigst liegende Register 10 zu übertragen, in dem die < >5 Information über die dazwischenliegenden Register in der Folge 16,15,14,13,12 und 11 läuft. Die Verbindung der einzelnen Register 10 bis 17 zu einem Ring ist dabei völlig konventionell ausgeführt.

Jede Registerstufe 10 bis 17 in der Zeichnung besteht aus einem Eingaberegister 40 und einem Ausgaberegister 4S. Das Register 40 errnlt 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 7ur 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 Sleuerbits 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 koinzidenl 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.

Wenn 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 4t 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 zugehörigen Regisierstufen 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 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

: Registerstufe 12 in den Ring eingegeben und nacheinander über die Registerstufen Ii, 10,17 und !6 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 ι 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

λ 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 fiber die Ringstufe 13 Nachrichten vom Ring empfangen könnte.

Hierzu 1 Biatt zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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. da3 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 'st