DE2227761B2 - Speichersystem - Google Patents

Description

Verzweigungsoperation — zum gleichen Zeitpunkt ein bestimmter alternativer EIementaropera*ionsbefehl zur Verfugung gestellt wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß im Falle einer bedingten Verzweigung der aus mehreren alternativ möglichen Befehlen ausgewähite Befeh! sofort nach seiner Ermittlung ausgeführt werden kann, ohne daß wie bisher eine Verzögerung durch einen sich an die Ermittlungsoperatior. anschließenden Speicherlesezyklus auftritt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert, die schematisch den Mikroprogramm-Speicher einer Datenverarbeitungsanlage mit zugehörigem Steuerteil zeigt.

Der Elementaroperations- oder Mikroprogramm-Speicher 10 enthält Wortspeicherzellen 12. ein Speicherdatenregister MDR. einen Adressendecodierer 14 und ein Speicheradressenregister MAR. Die Wortspeicherzellen 12 bilden im vorliegenden Fall beispielsweise Speicherzellen für acht Speicherwörter 1 bis 8. Die in den einzelnen Speicherzellen des Speichers 10 gespeicherten Speicherwörter enthalten jeweils vier Elementaroperations- oder Mikrobefehlswörter a bis d Die Anzahl (vier) von Mikrobefehlswörlern in iedem Speicherwort ist hier ebenfalls beispielsweise angegeben. Der Adressendecodierer 14 dient dazu, irgendeine gewünschte der acht Wortspeicherzellen 1 bis 8 zu wählen oder anzusteuern, um den Inhalt der gewählten Wortspeicherzelle zum Speicherdatenregister MDR zu übertragen. Das Speicherdatenregister MDR hat vier Teile 4 bis D zum Empfangen und Speichern der vier Mikrobefehlswörter eines angesteuerten Speicherwortes. Der Mikroprogramm-Speicher 10 ist vorzugsweise ein Halbleiter-Festwertspeicher (Auslese- oder Permanentspeicher) mit Speicherzellen für Hunderte von Mikrobefehlswörtern und einer Zugriffszeit in der Größenordnung von lOONanosekunden.

Das Speicheradressenregister MAR ist in zwei Teile aufgeteilt: für hochstellige Adressenbits A\ und für niedrigstellige Adressenbits A₂. Der Ausgangsteil für die Bits A\ des Speicheradressenregisters MAR ist über ein UND-Glied 16 (das eine Anordnung von mehreren UND-Gliedern darstellt) mit dem Eingang des Adressendecodierers 14 gekoppelt, um irgendeine bestimmte der acht Wortspeicherzellen anzusteuern. Der Teil des Speicheradressenregisters MAR für die Bits A2 ist über ein UND-Glied 18 (das ebenfalls eine Anordnung von mehreren UND-Gliedern darstellt) mit einem zweiten Decodierer 20 gekoppelt. Der Decodierer 20 hat vier Ausgänge, deren jeder ein entsprechendes UND-Glied /4 'bis D'(deren jedes ebenfalls je eine Anordnung von mehreren UND-Gliedern darstellt) auf tastet. Die UND-Glieder A'bis D'empfangen außerdem Eingangssignale von den entsprechenden Teilen A bis D des Speicherdatenregisters MDR. Die Ausgänge der UND-Glieder A'bis D'sind über ein ODER-Glied 22 auf ein Mikrobefehlsregister EOR geschaltet. Das Mikrobefehlsregister EOR hat einen Teil für hochstellige Adressenbits A\ eines nächsten aus dem Speicher 10 herauszuholenden Mikrobefehlswortes, einen Teil für niedrigstellige Bits A2 der nächsten Adresse und einen Teil für einen Elementaroperationscode OP.

Die Bits A\ des Mikrobefehlsregisters EOR gelangen über Leitungen 24 zum entsprechenden Teil des Soeicheradressenregisters MAR. Die Bits A2 des Mikrobefehlsregisters gelangen über Leitungen 26 zu einem Schaltwerk 30 für die Mikrobefehlsdurchführung. Die niedrigstelligen Bits der nächsten Adresse, dip im Schaltwerk modifiziert werden können, gelangen über Leitungen 26 zum Schaltwerk 30 und werden mit oder ohne Modifizierung über Leitungen 32 zum Teil der Bits A2 des Speicheradressenregisters MAR übertragen. Ein Schaltwerk 34 für die Makrobeiehlsdurchführung enthält Mittel für die Übertragung der Adresse eines ersten Mikrobefehlswortes über ein UND-Glied 36 zum Speicheradressenregister MAR. Die Schaltwerke 30 und 34 sind bekannte Einheiten, wie sie in mikroprogrammierten Rechenanlagen vorhanden sind, und brauchen daher hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Jedes der 32 Elementaroperations- oder Mikrobefehlswörter in den Speicherzellen 12 enthält Nächstadressenbits A\ und A₂ sowie einen Operationscode OP. wie im Mikrobefehlsregister EOR gezeigt. Bei dem hier erläuterten vereinfachten Ausführungsbeispiel enthält jedes Mikrobefehlsworl drei Binärbits Au um damit jede beliebige der acht Wortspeicherzellen 1 bis 8 zu adressieren, und zwei Binärbits 4?. mit deren Hilfe der Decodierer 20 jedes beliebige der vier UND-Glieder A ' bis D' auftasten kann. Der Operationscode OP jedes Mikrobefehlswortes enthält so viele Bits, wie gebraucht werden, um vom Schaltwerk 30 durchzuführende Elementaroperationen zu bestimmen.

Da jede der 32 Wortspeicherzellen 12 die Adresse des nächsten anzusteuernden Mikrobefehlswortes enthält, brauchen der Reihe nach anzusteuernde Mikrobefehlswörter nicht in sequentiellen oder nacheinander angeordneten Speicherzellen des Speichers 10 gespeichert zu sein, sondern sie können sich irgendwo im Speicher befinden. Jedoch soll ein Mikrobefehlswort, das im Operationsteil eine bedingte Verzweigung aufweist, ein nächstes Mikrobefehlswort und dessen Alternativen so spezifizieren, daß sie sämtlich im selben Speicherwort (d. h. in der gleichen Wortspeicherzelle des Speichers 10) enthalten sind, so daß sämtliche möglicher, nächsten Mikrobefehle oder Elementaroperationen enthaltende Speicherwort angesteuert, d. h. in das Register MDR übertragen werden kann, während eine Bestimmung des nächsten Mikrobefehls erfolgt.

Im Betrieb hat das Schaltwerk 34 für die Makrobefehlsdurchführung zu einem Zeitpunkt f₀ zunächst die Adresse einer ersten Elementaroperation oder eines ersten Mikrobefehls über das UND-Glied 36 zum Speicheradressenregister MAR geschickt. Der Teil A\ der Adresse durchläuft (bei Auftreten eines Impulses zum Zeitpunkt t + d) das UND-Glied 16. Folglich überträgt der Decodierer 14 das spezifizierte Speicherwort zum Speicherdatenregister MDR. Danach gelangen die Bits A₂ der Adresse durch das UND-Glied 18 (bei Auftreten eines Impulses zum Zeitpunkt t + D) zum Decodierer 20, so daß ein gewähltes der UND-Glieder Λ'bis D'voraktiviert oder ansprechbereit gemacht wird. Das voraktivierte der UND-Glieder A'bis D'überträgt eines der Mikrobefehlswörter (das uurch den Teil der Adresse mit den Bits A₂ spezifiziert worden ist) vom Speicherdatenregister MDR zum Mikrobefehlsregister EOR. Diese Übertragung erfolgt zum Zeitpunkt I. wenn ein Taktsignal über die Leitung 38 zu sämtlichen UND-Gliedern A'b\s D'gelangt.

Das erste für die Durchführung eines Makrobefehls benötigte Mikrobefehlswort befindet sich nunmehr zum Zeitpunkt t im Register EOR. Das Mikrobefehlswort enthält die Adresse des nächsten für die Durchführung

des Makrobefehls benotigten Mikrobcfehlswortes. Die hochstelligcn Bits Λ der nächsten Adresse werden unmittelbar über die Leitungen 24 zum entsprechenden Teil des Speicheradressenregisters MAR übertragen. Sodann gelangen nahezu sofort, zum Zeitpunkt t + d, j die Bits durch das UND-Glied 16 zum Decodierer 14, um die Ansteuerung desjenigen Speicherwortes einzuleiten, das das gewünschte nächste Mikrobcfchlswori enthält. Während der Zugriff zum Speicher erfolgt, führt das Schaltwerk 30 mit Hilfe des Operationscode OPdes Mikrobcfehlswortes im Register EOR die betreffende Elementaroperation durch.

Das System arbeitet zyklisch, wobei aufeinanderfolgende der oben erwähnten Taktimpulse t aufeinanderfolgende Zeitintervalle Γ festlegen. Während jedes Zeitintervall 7~wird eine enlsprechende aus einer Folge von Elementaropcralioncn durchgeführt. Jeder zum Zeitpunkt t + d auftretende der oben erwähnten Impulse ist um eine sehr kurze Zeitdauer d gegenüber dem entsprechenden Taktimpuls f verzögert. Die Verzögerung d ist auch sehr kurz gegenüber dem Zeitintervall 7* zwischen aufeinanderfolgenden Taklimpulsen I.

Jeder zum Zeitpunkt t + D auftretende der oben erwähnten Impulse ist um eine lange Dauer D gegenüber dem Taktimpuls des Zeitintervalle Γ verzögert. Diese Verzögerung ist auch fast so lang wie das Zeitintervall 7" zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen /.

Die erforderliche Zugriffszeit für die Einspeicherung eines bestimmten Speicherwortes aus dem Speicher 10 in das Speicherdatenregister MDR ist ungefähr der Zeit vergleichbar, die für die Durchführung der durch den Operationscode OP spezifizierten Elementaroperaiion erforderlich ist. Der Speicherzugriff für das nächste Mikrobefehlswon erfolgt gleichzeitig mit der Durchführung der dem jeweils im Register EOR enthaltenen Operationscode entsprechenden Elemenlaroperaiiun. Dieser Speicherzugriff erfolgt im Intervall zwischen 1 + dund r + Deines gegebenen Zeilintervalis 7^ Das nächste benötigte Mikrobcfehlswort kann daher sehr schnell dem Mikrobefehlsregister EOR angeliefert werden, ohne daß die für die Bewerkstelligung eines Speicherzugriffs erforderliche Zeit abgewartet werden muß.

Der Operationscode OPeines Mikrobefehlswories im Register EOR enthält Information darüber, ob entweder die niedrigstelligen Adressenbits A₂ der nächsten Mikrobefehlsadresse direkt verwendet werden sollen oder ob die niedrigstelligen Bits auf Grund von Prüfungen von Maschinenzuständen bei Beendigung der Durchführung der dem Operationscode OP entsprechenden Elementaroperation geändert werden können. Wenn Änderungen notwendig sind, erfolgen sie im Schaltwerk 30 für die Mikrobefehlsdurchführung bis zum Zeitpunkt t + D im oben erwähnten gegebenen Zeitintervall T. Wie erinnerlich, liegt der Zeitpunkt t + D unmittelbar vor dem Zeitpunkt, wo ein nächster Mikrobefehl im Register EOR gebraucht wird. Zum Zeitpunkt t + D werden die niedrigstelligen Adressenbits A2 (unverändert oder verändert) vom Schaltwerk 30 über die Leitungen 32 zum entsprechenden Teil des Registers MAR und von dort über das UND-Glied 18 zum Decodierer 20 geschickt. Diese /\₂-Bits bewirken die Übertragung (in der oben beschriebenen Weise) eines der vier verfügbaren Mikrobefehlswörter vom Speicherdatenregister MDR zum Mikiobcfehlsrcgister EOR. Bei dem übertragenen Mikrobefehlsworl handelt es sich entweder um den nächsten durch /42-Bils im Register EOR spezifizierten Mikrobefehl oder um einen alternativen Mikrobefehl, der durch im Schaltwerk 30 veränderte /42-Bits spezifiziert ist. In beiden Fällen wird das nächste Wort oder dessen Alternative in das Register EOR zum Zeitpunkt t + D desjenigen Zeitintervalls 7 übertragen, in dem im Schaltwerk 30 ein Mikrobefehl mit bedingter Verzweigung im Operationsteil OPdurchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist dann das zweite Mikrobefehlswort im Mikrobefehlsregistei EOR anwesend. Das zweite Mikrobefehlswort wird in der bereils beschriebenen Weise behandelt (einschließlich des Vorgangs der Einleitung der Ansteuerung eines dritten Mikrobcfehlswortes, das nach der Durchführung des zweiten Mikrobefehls benötigt wird). Der beschriebene Vorgang des Herausholens und Durchführens der einzelnen Mikrobefehle wiederholt sich solange, bis sämtliche für die Durchführung des anfänglichen oder Makrobefehls erforderlichen Elemenlaropeiationen oder Mikrobefehle durchgeführt sind. Das Schaltwerk 30 signalisier! dem Schaltwerk 34, daß der ursprüngliche Befehl durchgeführt ist. Daraufhin liefert das Schalt werk 34 das erste Mikrobefehlswort eines nächstfolgen den Befehls (Makrobefehls) an das Speicheradressen register MAR.

Das für die Durchführung jeder Llemcmaropei ation bereitgestellte Zeilintervall ist kür/er als die bei bekannten Anordnungen erforderliche Zeit, da das nächste Speicherwon während desselben Zeltintervalls angesteuert wird, wo die Operation durchgeführt und ermittelt wird, welches Mikrobefehlswort 1111 angesteuerten Speicherwort der als nächstes durchzuführenden Llememaroperaiion entspricht. Das fur die Durchführung von Elementaroperationen mit bedingter Verzweigung bereitgestellte Zeitintervall kann das gleiche sein wie das Zeitintervall für die Durchführung von Elemcniaroperationen ohne Unsicherheit bezüglich der Adresse des nächsten Mikrobefehls. Das heißt, für sämtliche Elemcntaroperationen kann die gleiche kurze Zyklus/eil verwendet werden, was an sich bereits vorteilhaft ist. Die erfindungsgemäß crzielbare prozentuale Einsparung bei der Durchführung eines Pro gramms hängt vom Prozentsatz der Elementaroperationen mit bedingter Verzweigung im Programm ab.

Da erfindungsgemäß nahezu 100% der sonst für die Durchführung einer Elementaroperation mit bedingter Verzweigung erforderlichen Zeit eingespart werden können, wird eine sehr erhebliche Zeitersparnis von ungefähr 10% erzielt, wenn 10% der auftretenden Elementaroperationen oder Mikrobefehle solche.mit bedingter Verzweigung sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Speichersystem für eine Datenverarbeitungsanlage mit einem Speicher für Speicherwörter, die Elementa.roperationsbefchle enthalten, von deneii jeder einen Adressencode des jeweils nächsten benötigten Speicherwortes bildende Bits und einen Operationscode bildende Bits hat, und von denen wenigstens einige Elementaroperationsbefehle in ihrem Operationscode bedingte Venrweigungsoperationen verlangen; mit einem Elementaroperationsregister zur Aufnahme von Elementaroperationsbefehlen; einer Zugriffsanordnung, die ein Speicheradressenregister zum Lesen des nächsten Speicherwortes mit darin enthaltenem Elementaroperationsbefehl aus dem Speicher in Abhängigkeit vom Adressencode des Elementaroperationsbefehls im Elementaroperationsregister und ein Speicherdatenregister zur Aufnahme jedes aus dem Speicher gelesenen Elementaroperationsbefehls enthält: einer Übertragungsanordnung zur Übertragung eines Elementaroperationsbefehls vom Speicherdatenregister zum Elementaroperationsregister; sowie einem Schaltwerk, das in Abhängigkeit vom Operationscode des jeweils im Elementaroperationsregister befindlichen Elementaroperationsbefehls eine logische Operation durchführt; wobei ohne bedingte Verzweigungsoperation IZIementaroperationsbefehle in einer gegebenen Programmfolge gelesen und ausgeführt werden können und der Zugriff zum nächsten Elementaroperatiombefehl im Speicher gleichzeitig mit der Ausführung des jeweils im Elementaroperationsregister enthaltenen Operationscodes erfolgt, während der Zugriff zu einem oder mehreren nicht in der gegebenen Programmfolge enthaltenen alternativen Elementaroperationsbefehlen erforderlich sein kann, wenn der im Elementaroperationsregister befindliche Elementaroperationsbefehl einen Code für eine bedingte verzweigte Operation enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jedes im Speicher (10) enthaltene Speicherwort zwei oder mehr Elementaroperationsbefehle (la, 16, ic, id) enthält; daß jedes Speicherwort, zu dem im Speicher (10) auf Grund eines vorhergehenden, einen Elementaroperationsbefehl. dessen Operationscode eine bedingte Verzweigungsoperation definiert, enthaltenden Speicherworles zugegriffen wird, nicht nur den Elementaroperationsbefehl (z. B. la) der gegebenen Programmfolge, sondern auch das bzw. die alternativen Elementaroperationsbefehle (ib, ic, id) enthält: daß alle in einem gelesenen Speicherwort enthalte nen Elementaroperationsbefehle von dem Speicherdatenregister (MDR)aufgenommen werden; daß die Übertragungsanordnung eine Torschaltungsanordnung (18, 20, 22, A' bis D') enthält, die in Abhängigkeit von Bits (Ai) des im Speicheradressenregister (MAR) enthaltenen Adressencodes einen der Elementaroperationsbefehle aus dem Speicherdatenregistcr (MDR)\n das Elementaroperationsregister (EOR)überträgt; und daß das Schaltwerk (30) in Abhängigkeit von einem Code für eine bedingte Verzweigungsoperation in dem im Elementaroperationsregiüter (EOR) befindlichen Elementaroperationsbefehl Adressencodebits (A₂), die dem Speicheradressenregister (MAR) zugeführt werden, modifiziert.

   Die Erfindung betrifft ein Speichersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

   !m Zentralteil von mikroprogrammierten digitalen Datenverarbeitungs- oder Rechenanlagen ist gewöhnlich ein kleiner, schneller Speicher für Elementaroperationsbefehle, der sogenannte Mikroprogramm-Speicher, vorgesehen. Jeder Mikro- oder Elementaroperationsbefehl enthält einen Operationscode sowie Speicheradressenbits eines nächsten anzusteuernden Befehlswortes. Ferner sind ein Steuerregister (Mikrobefehlsregister) für aus dem Speicher herausgeholte Mikrobefehlsworte, eine Speicheransteueranordnung mit einer Adressieranordnung, die unter Steuerung durch Adressenbits im Steuerregister ein nächstes Mikrobefehlswort aus dem Speicher in ein Speicherdatenregister einspeichert, eine die Mikrobefehlswörter vom Speicherdatenregister zum Steuerregister übertragende Übertragungsanordnung und ein Schaltwerk, das unter Steuerung durch den Operationscode des im Steuerregister anwesenden Mikrobefehlswortes eine Schaltoperation durchführt, vorgesehen. Bei einer sol.-hen Anordnung können Mikrobefehle zur Durchführung von Elementaroperationen in beliebiger Anzahl der Reihe nach gelesen und ausgefühii werden, womit die Ausführung eines übergeordneten Programmbefehls (Makrobefehls) bewerkstelligt wird.

   Wenn der Operationscode eines Mikrobefehls die Prüfung eines Zustande? in der Anlage und eine bedingte Verzweigung zu einem alternativen nächsten Mikrobefehlswort verlangt, kann die Zustandsprüfung erhebliche Zeit erfordern, besonders wenn der Prüfpunkt sich an elektrisch entfernter Stelle in der Anlage befindet, und wenn für die Prüfung die Durchführung einer rechnung oder eines Vergleichs abgewartet werden muß. Da andererseits auch der Zugriff /u einem nächsten Mikrobefehl aus dem Mikroprogramm-Speicher eine relativ lange Zeit beansprucht, ist es üblich, die Ansteuerung des nächsten Mikrobefehls so bald wie möglich einzuleiten. Wird jedoch ein bedingter Verzweigungs-Mikrobefehl durchgeführt, so bleibt der entsprechende nächste Mikrobefehl unbekannt, bis die betreffende Prüfung beendet ist. Man mußte daher bisher mit dem Zugriff zu dem nächsten Mikrobefehl warten, so daß sich seine Ausführung verzögerte.

   Es ist bekannt, aus einem Speicherwort nur einen Teil auszublenden, der für die Durchführung einer gewünschten Operation ausschließlich benötigt wird, z. B. unter Verwendung eines besonderen Maskierungsregisters (DT-AS 12 91 147). Daß es ferner bekannt ist, bei der Durchführung von Programmen, die auch Verzweigungen enthalten können, einen neuen Befehl aus dem Speicher gleichzeitig mit der Durchführung einer Rechenoperation zu übernehmen (DT-AS 1167 569 bzw. »Proceedings of the Eastern Joint Computer Conference«, 1959, S. 48 bis 58) wurde oben schon erwähnt. Die bekannten Systeme bieten aber keine Möglichkeit, die erläuterte Verzögerung bei einer bedingten Verzweigung zu vermeiden.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem anzugeben, bei dem ein wesentlicher Zeitverlust bei der Durchführung von bedingten Verzweigungsbefehlen dadurch vermieden wird, daß innerhalb der Zeit, die vom Schaltwerk zur Durchführung der Operationen gemäß dem Operationscode eines im Flementaroperationsregister enthaltenen Elementaroperationsbefehls benötigt wird, entweder ein Elementaroperationsbefehl aus der gegebenen Programmfolge oder aber — im Falle einer bedingten