DE2246251C2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung und Anpassung mehrerer Ein-/Ausgabegeräte - Google Patents

Description

einzelnen.

In F i g, 1 ist gezeigt, wie eine Steuerschaltung 1 die Operation verschiedener peripherer Einheiten 2, wie z, B, EingabeZ-Ausgabeschreibmaschinen, Matrixdrukker, Moderas und Magnetbandeinheiten, über seine Verbindungen steuert Die peripheren Einheiten selbst enthalten ein Minimum an Steuerschaltungen und Funktionen, wie die Erregung von Elektromagneten und die Abfühlung des Zustandes verschiedener Kontakte, die bisher von der Einheit und jetzt vom System ausgeführt werden.

Um diese Betriebsart zu ermöglichen, sind die peripheren Einheiten mit dem Steuergerät über zugehörige Eingabe/Ausgabemoduln 3 verbunden. Diese Moduln sind identisch und mit dem Steuergerät über eine serielle Sammelleitung 4, die eine Taktleitung 5, eine Reihenfolgeleitung '/ und eine Datenleitung 6 umfaßt, die Daten zwischen dem Steuergerät und einem Eingabe/Ausgabemodul mit einer Bitrate von 2,5 MHz übertragen kann.

Jedes Eingabe/Ausgabemodul nutzt. Standardschaltungen soweit wie möglich aus, so daß integrierte Schaltungen mit ihren Vorteilen der Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit benutzt werden können. Die Verbindungen eines jeden Moduls können in zwei Gruppen unterteilt werden:

a) Verbindungen zum Steuergerät über die Sammelleitung und

b) Verbindungen zu der (den) peripheren Einh<;it(en)

Wie bereits gesagt wurde, enthält die Sammelleitung eine Informationsleitung, eine Taktleitung und eine Reihenfolgeleitung, wobei die letztere zwei Leiter Pund Q zu jedem Modul erfordert Außerdem besorgt die Sammelleitung die Stromzufuhr zu den Moduln und daher enthalten Verbindungen in der Gruppe a auch eine Erdleitung und eine positive und negative Stromversorgungsleitung, insgesamt also sieben Leitungen. Wie bei jeder integrierten Schaltungsanordnung -to besteht eine der Konstruktionsbegrenzungen in der Anzahl von Steckstiften, die in dem Paket verfügbar sind, in welchem das Modul hergestellt wird, im System des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ein 28-Stift-Modul benutzt, in welchem 20 Stifte zur Verbindung mit den peripheren Einheiten, sieben für die Sammelleitung und einer für eine gemeinsame Verbindung benutzt wird, deren Funktion später beschrieben wird.

Daten werden auf die Informationssammelleitung in Form von Wörtern mit je ί 6 Bits seriell mit einer Bitrate von etwa 2,5 MHz gegeben. Das Steuergerät erregt die Taktleitung mit einem Impuls zu jeder Bitzeit, wobei jeder derartige Impuls durch jedes Eingabe/Ausgabemodul gemäß späterer detaillierter Beschreibung dazu benutzt wird, die Zeiteinteilung ihrer zugehörigen peripheren Einheiten auf einer Zeitskala zu regeln, die durch eine Zeiteinteilungsinstruktion bestimmt ist, welche am Anfang in ein Register im Modul geladen wurde. In der späteren Beschreibung der verschiedenen Einheiten des E/A-Moduls wird der Ausdruck Eingabe zur Beschreibung aller Information benutzt, die über die Informationssammelleitung zum Steuergerät läuft, während der Ausdruck Ausgabe sich auf die Information bezieht, die vom Steuergerät zu den E/A-Moduln geleitet wird.

Soweit Daten betroffen sind, sind die oben erwähnten Beschränkungen die einzigen, die dem Steuergerät durch das übrige System auferlegt werden. Dementsprechend kann das Steuergerät eine Vielzweckmaschine sein, an welche die Systemsammelleitung 4 als normales Eingabe/Ausgabegerät angeschlossen ist oder ein spezielles Steuergerät, das nur im vorliegenden System arbeiten kann. Eine weitere Forderung wird an das Steuergerät durch das jeweilige im vorliegenden Ausführungsbeispiel benutzte Unterbrechungssystem gestellt Dieses Unterbrechungssystem ist im einzelnen anderweitig ebenso beschrieben wie die im Steuergerät getroffenen Vorkehrungen für die Verarbeitung von Unterbrechungen. Daher werden diese Einzelheiten hier nicht näher beschrieben.

Fig.2 zeigt in Form eines Blockdiagrammes die genaue Struktur eines Eingabe/Ausgabemoduls. Wie bereits gesagt wurde, ist dieses Modul so angelegt, daß es leicht in integrierter Schalttechnik mit dem speziellen Ziel der Unterbringung aller Schaltungen auf einem einzigen Halbleiterplättchen ausgeführt werden kann. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Erreichung einer höheren Anwendungsbeweglichkeit z¹" :amme.n mit dem zuerst genannten ZieL Die verschiedenen Einheiten des Moduls werden anschließend beschrieben unter Verwendung der oben abgegrenzten Ausdrücke Eingabe und Ausgabe.

Eingabedaten für die Informationssammelleitung stammen von der peripheren Einheit und haben die Form paralleler Bits, die zu drei Eingabebytes zusammengesetzt werden, welche gemeinsam ein Wort bilden. Diese Bits werden über drei Leiu-ngssätze, einer für jedes Eingabebyte, an einen Parallel/Serienkonverter 8 geleitet, der aus drei Schieberegister besteht je eines für ein Eingabebyte. Die Register werden parallel einmal pro Wortperiode geladen und seriell in den Rest des Moduls ausgelesen.

Ausgabedaten für eine periphere Einheit werden über dieselben drei Leitungssätze geleitet durch eine Ausgabeverriegelungseinheit 9, die aus 20 Riegeln (Latches) besteht, welche in zwei Achtergruppen und einer Vierergruppe zur Aufnahme der entsprechenden Bits 1 bis 8, 9 bis 16 und 17 bis 20 eines Ausgabewortes angeordnet sind. Jede Gruppe wird parallel von einem entsprechenden Register in einem Seriell/Parallel-Ausgabekonverter und einer Puffereinheit 10 geladen.

Jedes Register in der Einheit 10 ist ein Umlaufschieberegister, welches seriell auf der Informatiunssammelleitung 11 ankommende Information empfängt.

Die seriellen Ausgänge der drei, die Einheit 8 bildenden Schieberegister werden logisch ODER-verknüpft und auf eine Leitung 13 geleitet, die dadurch Eingabeinformation von der peripheren Einheit auf die Informationssammelleitung 11 leitet.

Zum Empfang der Ausgabe des Registers in der Einheit B ist ebenfalls ein Eingabepuffer 14 geschaltet, der eine weitere Gruppe von drei Umlaufschieberegister enthält, von densn eines an jedes Schieberegister der Einheit 8 angeschlossen ist. Die Dateneingabe in die Register der Einheit 14 wird durch eine Zeiteinteilungsleitung 15 von einer Reihenfolgeeinheit 27 gesteuert. Information wird di.rch die Einheit 14 festgehalten, bis ein Signal für ihre Freigabe gegeben wird, wenn sie an die Informationssammelleitung über einen Lei'er 17 geleitet werden kann.

Im Modul ist eine Einrichtung vorgesehen, um bestimmte Änderungen und Muster in den Eingabesignalen von den peripheren Einheiten abzufohlen. Die Abfühlung erfolgt durch drei Abfühleinheiten 18,19 und 20, die entsprechend mit den Schieberegistern der

Ctnheit 8 verbunden sind, die zu dem Byte 1, Byte 2 und Byte 3 gehören.

Fig.4 zeigt in Form eines Blockdiagrammes die Abfühleinheit 18. Jede Abfühleinheit hat vier Bitinstruktionsregister 18a, die vom Steuergerät über die Informationssammelleitung und die zugehörigen Eingabe/Ausgabeleitungen 21, 22 und 23 geladen werden können. Diese Instruktion wird durch einen Decodierer 186 decodiert, um festzustellen, ob die Einheit Änderungen oder ein Muster abfühlen soll und welche Schritte zu unternehmen sind, wenn diese Änderung oder das Muster auftreten. Außer dem Instruktionsregister enthält jede Abfühleinheit auch zwei acht Bit große Register SA und SB, die ebenfalls von der Steuereinheit mit Einzelheiten der abzufühlenden Änderungen oder Muster geladen werden. Die Register SA und SB werden auf konventionelle Weise in Verbindung mit einer Maskenlogik durch den Decodierer 18/> als Maskcnrcgistcr beirieben und gesteuert, um verschieHpne Abfühl- und Maskierungsoperationen auszuführen. Wenn eine Abfühleinheit z. B. Änderungen in den Eingabebits abfühlt, zeigt eine 1 in einer S-4-Position an, daß die Einheit abfühlt, wenn das entsprechende Eingabebit im Byte, zu dem es gehört, von 0 nach 1 wechselt und eine 1 in einer Sß-Position zeigt an, daß die Einheit abfühlt, wenn das entsprechende Bit von 1 nach 0 wechselt. Um festzustellen, wann ein bestimmtes Bit in einer Richtung wechselt, werden die entsprechenden SA- und Sß-Bits beide auf 1 gesetzt.

Zum Abfühlen von Mustern wirkt SA als Maskenregister und gibt an, welche Bits in die Muster einzuschließen sind, und SB enthält das Muster selbst. Für Muster, die bis zu acht Bit enthalten, kann eine Abfühleinheit die notwendige Prüfung ausführen, wogegen bei größeren Mustern von bis zu 20 Bits zwei oder mehr Abfühleinheiten durch Abgabe einer entsprechenden Instruktion gekoppelt werden können. Eine gemeinsame Leitung 24 ist dafür vorgesehen, Abfühleinheiten von verschiedenen Moduln zusammenzukoppeln, wenn zwei oder mehr Moduln eine gemeinsame periphere Einheit bedienen, die größere Muster abgeben kann. Ein weiteres Register SC ist vorgesehen, um Daten aus der Maskenlogik zu empfangen, die angeben, welche Bits in einem Eingabebyte sich geändert haben.

Die Abfühleinheiten sind so angeordnet, daß sie Signale auf die Unterbrechungsleitungen 25, 26 geben und entsprechend anzeigen, daß das Steuergerät auf der Basis hoher oder niedriger Priorität zu unterbrechen ist aufgrund des Auftretens eines bestimmten Musters oder Signales. Die A:t, in welcher die beiden Unterbrechungssignalarten zu behandeln sind, ist in einer anderen Patentanmeldung beschrieben. Kurz gesagt muß das Steuergerät bestimmte Aktionen schnell ausführen, wenn z. B. eine Hochgeschwindigkeits-Übertragungsleitung zu bedienen ist wogegen andere Aktionen, wie z. B. die Antwort auf eine Anfrage von einer Tastatureingabe um einige hundert Millisekunden verzögert werden können, ohne daß dadurch ungewöhnliche Schwierigkeiten auftreten. Indem man so die Abfühleinheit in die Lage versetzt, festzulegen, welche der beiden Unterbrechungskategorien einzuleiten ist, kann man die Informationssammelleitung effektiver nutzen.

Die Abfühlung eines Signales oder Musters erfordert nicht immer eine Unterbrechung. Es gibt Situationen, in denen die Abfühleinheit dazu benutzt wird, eine Folge von Vorgängen im Modul selbst einzuleiten durch Abgabe eines Triggersignales auf eine Leitung 28 zur Betätigung der Reihenfolgeeinheit 27 (siehe unten). Dann stellt natürlich die Instruktion in der Abfühleinheit fest, ob eine Unterbrechung vorzunehmen ist oder nicht 5 oder das Triggersignal abgegeben werden soll, und wenn das der Fall ist, welche der Leitungen 26, 27 oder 28 zu erregen ist. Durch die Leitung 28 kann eine Abfühleinheit eine als übergebene Eingabe/Ausgabeoperation bezeichnete Operation aufgrund des Auftretens eines vorgegebenen Signales oder Musters einleiten in Zusammenarbeit mit Signalen, die durch die Reihenfolgeeinheit 27 an zwei Leitungen A 1 und A 2 abgegeben werden.

Die übertragenen und oben beschriebenen E/A-Operationen werden durch einfache Programme ausgeführt, von denen einige einen und andere zwei Schritte enthalten und von der in F i g. 6 gezeigten Reihenfolgeeinheit 27 gesteuert werden. Diese Einheit enthält ein acht Bit großes Instruktionsregister 43, eine Logikschaltung 44 und einen Torsatz 45, der die verschiedenen Ausgangsleitungen der Reihenfolgeeinheit entsprechend der gegenwärtig im Instruktionsregister stehenden Instruktion erregt. In der Reihenfolgeeinheit ist außerdem ein Register 46 enthalten, welches auf das Setzen von zwei der Tore 45 reagiert und die Art festlegt, in welcher die Schaltung 44 erregt wird. Register 46 registriert den laufenden Zustand der Einheit durch den Wert von zwei Bits, die (I.) einen »Standby«-Zustand (2.) einen Zustand »Warten auf Schritt 1« und (3.) einen Zustand »Warten auf Schritt 2« darstellen. Einige Programme enthalten einen oder beide Schritte umfassende Schleifen. Eine Reihenfolge wird eingeleitet durch einen Impuls auf einer Leitung 47 und nachfolgende Schritte werden durch Impulse Tauf der Leitung 28 getriggert. die von einer der Abfühleinheiten oder vom Zeitgeber kommen können. Diese Impulse öffnen die Tore 45 und verändern dadurch den Zustand der Einheit. Welche Einheit die Triggerimpulse zu senden hat, ist vorher durch die Reihenfolgeeinheit durch Abgabe eines Impulses auf die Sammelleitung A 1 oder A 2 festgelegt worden. Wenn die Reihenfolgeeinheit 27 einen Impu's auf die Sammelleitung A 1 gibt, triggert der resultierende T-Impuls den Schritt 1 der Reihenfolge und wenn der Impuls auf A 2 gesendet wird, triggert der Γ-Impuls den Schritt 2.

Die Operation der Reihenfolgeeinheit wird gesteuert durch eine acht Bit große Instruktion, die in das Instruktionsregister 43 aus dem Steuergerät geladen wird, welches die folgende Information enthält:

eine die zu verfolgende Reihenfolge bezeic^ iende vier Bit große Zahl;

zwei Bits, welche angeben, ob eine Unterbrechung stattzufinden hat und im positiven Falle, ob diese nach hoher und niedriger Priorität erfolgt;

c) zwei Bits, die die Anzahl der ein- oder auszugebenden Datenbytes definieren. Bei bestimmten Reihenfolgen wird diese Information benötigt, um zu wissen, ob eine Unterbrechung sicher abgebrochen werden kann. Um eine übertragene E/A-Operation vorzubereiten, hat das Steuergerät folgendes Verfahren durchzuführen:

1. Instruktionen und andere notwendige Information an die Einheiten senden, die die

Triggerimpuise zu liefern haben;

2. im Falle einer Ausgabeoperation die Ausgabeinformation an den Ausgabepuffer 10

senden;

3. eine Instruktion an die Reihenfolgeeinheit senden;

4. an die Schnittstellensteuereinheit eine Instruktion »Slartreihenfolge« senden. Diese startet die Reihenfolgeeinheit und veranlaßt sie zur Abgabe eines Impulses auf die Sammelleitung A 1 zur Vorbereitung des Schrittes 1 der Reihenfolge.

Die Reihenfolge, in welcher die Schritte 1, 2 und 3 ausgeführt werden, ist unwesentlich.

Die Zeitgebereinheit 16 ist im einzelnen in Fig.3 gezeigt. Sie kann für folgende Zwecke verwendet werden;

1. Erzeugung von Unterbrechungen nach einer vorgegebenen Zeit;

2. Triggerung der Reihenfolgeeinheit nach einer

ι 7oif.

3. Messung des Zeitintervalles zwischen zwei externen Vorgängen.

Der Zeitgeber hat mit den Abfühleinheiten verschiedene Merkmale gemeinsam. Wie sie, kann er zur Erzeugung von Unterbrechungen oder Triggerung übertragener E/A-Operationen instruiert werden und abhängig von der Ausführung der einen oder anderen Operation wird er entweder durch eine Schnittstellensteuereinheit 29 oder durch die Reihenfolgeeinheit 27 in Betrieb gesetzt. Die Einheit enthält folgende Funktionskomf .jnenten:

a) einen Zähler 130;

b) einen ImpulsfrequenzteMer 31, der das Intervall zwischen an den Zähler angelegten Impulsen bestimmt;

c) zwei Register 32 und 33, deren Inhalte U bzw. f2 Zeitintervalle darstellen. Diese Register werden vom Steuergerät geladen.

d) eine Vergleicherschaltung 34, die anzeigt, wenn der Wert des Zählers gleich t\ oder t₂ ist;

e) ein vom Steuergerät geladenes Instruktionsregister 35. Sein Inhalt bestimmt das im Pulsfrequenzteiler 31 benutzte Divisionsverhältnis, die Startbedingung für den Zeitgeber und die nach Ablauf des geforderten Intervalles zu unternehmenden Schritte.

Aus den oben beschriebenen Komponenten abgeleitete Signale sowie Eingabesignale für diese Komponenten werden durch eine Gruppe von Steuerschaltungen 36 geleitet, die die Aufgabe haben, Signale zum Anlegen an andere Punkte im System zu formen und zu regenerieren.

Normalerweise steht der Zeitgeber im »Standby«-Zustand, in welchem er nur auf bestimmte Instruktionen vom Steuergerät anspricht Wenn der Zeitgeber eine Instruktion zur Erzeugung einer Unterbrechung enthält, wird er durch die Schnittstellensteuereinheit 29 gestartet, wenn das Steuergerät eine entsprechende Zeitgeber-Startinstruktion abgibt (siehe unten). Dann wird der Zähler auf 0 zurückgestellt und zählt weiter, bis sein Inhalt gleich fi ist Die Unterbrechung wird dann erzeugt

Wenn die Instruktion eine Einzelunterbrechung fordert, kehrt der Zeitgeber dann in den Unterstützungszustand zurück; wenn sie wiederholte Unterbrechungen fordert, wird der Zähler auf 0 zurückgesetzt und das Zählen beginnt wieder und der Prozeß läuft weiter, bis das Steuergerät der Schnittstellensteuereinheit 29 eine Zeitgeber-Stoppinstruktion sendet.

Eine andere Instruktion veranlaßt den Zeitgeber zum Triggern der Reihenfolgeeinheit 27 aufgrund eines Impulses auf der Sammelleitung A 1 oder A 2 wie bei den Abfühleinheiten. Wenn der Zeitgeber den Schritt 1 der Reihenfolge triggern soll, wird er durch einen

ίο Impuls auf der Leitung A 1 gestartet, wenn er den Schritt 2 triggern soll, durch einen Impuls auf der Leitung A 2. Gleichzeitig mit den Impulsen A 1 oder A 1 kann die Reihenfolgeeinheit dem Zeitgeber einen Impuls auf der Leitung 30 senden. Tut sie das nicht, wird der Triggerimpuis nach einem Intervall f| erzeugt. Sendet sie diesen Impuls, wird der Triggerimpuls nach dem Intervall h erzeugt. Sobald der Triggerimpuls erzeugt wurde, kehrt der Zeitgeber in den »Standby«- Zustand zurück.

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Zcitgeber durch die Reihenfolgeeinheit gestartet. Am Anfang des zu messenden Intervalles sendet die Reihenfolgeeinheit einen Impuls über die Sammelleitung A 2. Dieser stellt den Zähler auf 0 zurück und die Zählung beginnt, wobei der Inhalt des Zählers kontinuierlich auf der Leitung 15 (F i g. 3) zur Verfügung steht. Am Ende des Intervalles besorgt die Reihenfolgeeinheit die Speicherung der auf der Leitung 15 verfügbaren Information in einem der Register im Puffer 14 (Fig.2), von wo sie durch das Steuergerät ausgelesen werden kann, die Zählung läuft aber weiter entweder

a) bis der Zeitgeber erneut durch einen weiteren Impuls auf der Sammelleitung A 2 gestartet wird oder

b) der Zähler überläuft.

Wenn somit das Steuergerät ein Zeitintervall von 0 ausliest, erkennt es, daß ein Überlauf stattgefunden hat und die Messung unzuverlässig ist

Die verbleibende Einheit im Modul ist die Schnittstellensteuereinheit 29, deren Struktur im einzelnen in F i g. 5 gezeigt ist. Diese Einheit hat mit allen Aspekten der Kommunikation zwischen dem E/A-Modul und dem Steuergerät zu tun. Ihre Aufgaben sind:

1. Decodierung und Ausführung von Instruktionen vom Steuergerät;
2. Ausführung von mit dem Unterbrechungssystem

verbundenen Operationen und
3. Festhalten der Modulstatusinformation.

Die in F i g. 5 im Detail gezeigte Einheit 29 enthält ein Instruktionsregister 37, ein Datenregister 38 und ein Identitätsregister 39, die alle so geschaltet sind, daß sie seriell auf die InformationssammeUeitung 11 gegebene Daten empfängt und die beiden Statusregister 43 und 44 sind so geschaltet, daß sie Daten auf diese Sammelleitung 11 liefern. Ein Decodierer 40 ist zur Decodierung von im Register 37 enthaltenen Instruktionen vorgesehen und entwickelt Steuersignale 40a zur Leitung und Steuerung von Vorgängen an anderen Punkten in der Einheit 29 und dem übrigen ModuL Diese Signale legen z. B. fest, wo Daten und Instruktionen auf der Sammelleitung 11 innerhalb des Moduls zu führen sind und ob die Eingangsinformation zu speichern ist oder nicht Außerdem ist in der Einheit 29 ein Vergleicher 41

zum Vergleich des Inhaltes der Register 38 und 39 vorgesehen und zum Setzen einer Wahl/Freigabeverriegelung 42 entsprechend dem Vergleichsergebnis.

Um ihre Funktion in Verbindung mit dem Unterbrechungssystem auszuführen, ist die Einheit 29 mit zwei ODER-Gliedern 48 und 49 ausgerüstet, die entsprechend an die Unterbrechungsleitung P für niedrige Priorität und die Unterbrechungsleitung Q für hohe Priorität angeschlossen sind, um diese Leitungen zur Einleitung einer Unterbrechungsfolge im Steuergerät zu erregen. Das ODER-Glied 48 empfängt Unterbrechungssignale mit niedriger Priorität von den drei Abfühleinheiten, dem Zeitgeber und der Reihenfolgeeinheit, während das ODER-Glied 49 in ähnlicher Weise die Signale mit hoher Priorität von diesen Einheiten empfängt. Außer der Ableitung der P- und Q-Signale von den durch die einzelnen Einheiten erzeugten Unterbrechungssignalen übernimmt die Schnittstellensteuereinheit auch die Buchführung über solche

im ahop.

ben durch Eingabe von Daten an einer entsprechenden Position in die Statusregister 43,44, wenn durch eine der genannten Einheiten ein Unterbrechungssignal abgegeben wird. Die genaue Schaltungsanordnung ist allgemein bekannt und wird daher nicht näher beschrieben, da sie keinen Teil der Erfindung bildet. Hierbei handelt es sich nur um ein Beispiel von Daten, die in den Statusregistern für nachfolgenden Zugriff vorgesehen sind, wenn diese durch das Steuergerät unter Steuerung einer an das Modul gelieferten Instruktion benötigt werden.

Das Steuergerät kann an die E/A-Moduln drei verschiedene Nachrichtenarten abgeben. In jeder Nachrichtenart werden durch den Decodierer 40 sechs Instruktionsbits decodiert und daraus die Steuersignale 40a entwickelt, die die vom Modul zu unternehmenden Schritte bestimmen. Die erste aus über sechs Instruktionsbits bestehende Nachrichtenart wird Schnittstelleninstruktion genannt und veranlaßt die Einheit 29 zur Ausführung einer Aktion, die keine Datenübertragung zwischen Steuergerät und Modul erfordert.

Beispiele für solche Instruktionen sind die unten aufgeführte Initialisieni.igsinstruktion und die bereits beschriebene Zeitgeberstartinstruktion.

Bei der zweiten Nachrichtenart folgen den sechs Schnittstelleninstruktionsbits acht Datenbits. Hier gibt die Schnittstelleninstruktion der Einheit 29 nähere Angaben über die Umstände in dem Modul, an welches die Daten zu senden sind und was sie darstellen. Beispiele für solche Instruktionen sind:

1. »Direkt Ausgangsbyte I«, worin die Datenbits auf das Register für Byte 1 im Puffer 10 und von dort auf die Ausgangsverriegelungen 9 (Fig. 2) gesendet werden.

2. »Laden Identitätsregister«. Die Datenbits werden in das Identitätsregister 39 zur Darstellung der Moduladresse geladen.

3. »Wählen«. Durch diese Instruktionen werden die acht Datenbits mit dem Inhalt des Identitätsregisters verglichen. Bei Übereinstimmung wird die Verriegelung 42 in den gewählten Zustand geschaltet, bei Nichtübereinstimmung und früherer Umschaltung dieses Moduls in den gewählten Zustand wird das Modul freigegeben.

4. »Zeitgeberinstruktionsregister laden«. Hier stellen die Daten die Zeitgeberinstruktion selbst dar und werden durch Steuersignale 40a an das Zeitgeberinstruktionsregister 35 (F i g. 3) geleitet.

Die dritte An von Nachrichten, die das Steuergerät an ein E/A-Modul senden kann, besteht aus einer Schnittstelleninstruktion von sechs Bits, wie vor, und fordert das Modul auf, acht Datenbits an das Steuergerät zu senden. Hier gibt die Instruktion das Register an, dessen Inhalt unter Steuerung der Signale 40a zu senden ist, z. B.:

1. »Direkte Eingabe — Byte 2«, worin der Inhalt des Registers für Byte 2 in der Einheit 8 (Fig. 2) gesendet wird.

2. »Eingangspufferregister lesen — Byte 1«. Dadurch wird der Inhalt des Registers für Byte 1 im Eingabepuffer (F i g. 2) gesendet.

3. »SC-Register in 53 lesen«. Der Inhalt dieses Registers gibt an, welche Bits im Byte 3 so verändert wurden, daß sie eine Unterbrechung verursachen. In ähnlicher Weise können mit dieser Instruktion Statusdaten aus dem Modul entfernt werden.

Nach der Beschreibung des Aufbaues des Moduls werden anschließend die verschiedenen Operationsarten beschrieben, die das Modul ausführen kann.

Direkte E/A-Operationen

Hierbei handelt es sich um Eingabe- und Ausgabeoperationen, die ausgeführt werden, sobald das Modul die entsprechende Instruktion vom Steuergerät empfängt.

Die Anzahl von Datenbits, die zwischen Steuergerät und Modul durch eine Instruktion übertragen werden können, ist auf acht begrenzt, und somit können bei direkten Operationen höchstens acht Bits in einem Gang eingegeben oder ausgegeben werden. Die direkten Eingabe/Ausgabeoperationen sind:

1. Direkte Eingabe — Byte 1

Hierdurch wird das Modul veranlaßt, die Bits 1

bis 8 zu prüfen und sie seriell über die Informationssammelleitung an dss Steuergerät zu übertragen.

2. Direkte Eingabe — Byte 2

Wie bei 1., jedoch mit den Bits 9 bis 16.

3. Direkte Eingabe — Byte 3

Wie bei 1., jedoch mit den Bits i 7 bis 20.

4. Direkte Ausgabe — Byte 1

Diese Instruktion wird benutzt, wenn bestimmte Bits im Byte auf 1 zu setzen sind und andere gleichzeitig auf 0. Mit dieser Instruktion werden die Bits 1 bis 8 in den Ausgabepuffer eines gewählten Moduls auf die Werte gesetzt, die im Datenteil der Instruktion angegeben sind, und dort festgehalten, bis sie

durch eine nachfolgende Instruktion geändert werden.

5. Direkte Ausgabe — Byte 2

Wie 4., aber mit den Bits 9 bis 16.

6. Direkte Ausgabe — Byte 3

Wie 4, aber mit den Bits 17 bis 20. 7. Direktes Setzen — Byte 1

In dieser Instruktion wird der Datenteil als Maske benutzt Wo eine 1 auftritt, wird das entsprechende Bit in den Bits 1 bis 8 auf 1

gesetzt, wo eine 0 auftritt wird das entsprechende Bit unverändert gelassen. Die Instruktion gestattet somit die Erregung einer

geforderten Kombination von Elektromagneten, wie z. B. in einem Matrixdrucker.

8. Direktes Setzen - Byte 2

Wie 7., aber mit den Bits 9 bis 16.

9. Direktes Setzen - Byte 3

Wie 7., aber mit den Bits 17 bis 20.

10. Direkte Ruckstellung - Byte 1

Wie 7., aber den Einsen entsprechende Bits im Datenteil der Instruktion werden auf 0 zurückstellt. Wie vorher bleiben die übrigen Bits unverändert.

11. Direkte Rückstellung - Byte 2

Wie 10., aber mit den Bits 9 bis 16.

12. Direkte Rückstellung - Byte 3

Wie 10., aber mit den Bits 17 bis 20.

Sobald Information zwischen zwei Einheiten, wie z. B. dem Steuergerät und einem asynchron arbeitenden Modul übertragen wird, müssen zwischen einer Einheit und der anderen zusätzlichen Signale zum Steuern des Informationsflusses gesendet werden. Hierzu sind drei Fälle zu berü. 'wichtigen:

1. Wenn der Empfänger Information schneller aufnehmen kann als der Sender sie liefern kann;

2. wenn der Sender Information schneller liefern kann als der Empfänger sie aufnehmen kann;

3. wo die Geschwindigkeiten von Sender und Empfänger mehr oder weniger übereinstimmen.

Im Fall I liefert der Sender ein Signal, welches so lange auf I gesetzt ist, wie die Information an den Senderanschlüssen gültig ist. Dieses Informations-Gültig-Signal wird während der Übergangsperiode zwischen einem Zeichen und dem nächsten auf 0 geschaltet. Das Steuersignal kann alternativ auch in der Mitte der Informations-Gültig-Periode geschaltet werden.

Im Fall 2 muß der Empfänger ein Signal an den Sender geben, welches diesem mitteilt, wann er das nächste Zeichen zu geben hat.

Fall 3 erfordert eine Kombination der oben erwähnten Verfahren. Ein Informations-Gültig-Signal vom Sender an den Empfänger und ein Signal »Nächstes Zeichen geben« vom Sender zum Empfänger sind zu kombinieren.

Bei niedrigen und mittleren Betriebsgeschwindigkeiten kann das E/A-Modul diese Steuersignale mit den oben beschriebenen direkten E/A-Operationen erzeugen und empfangen. Es gibt jedoch bestimmte Fälle, wo Zeichen so schnell eingegeben oder ausgegeben werden müssen, wie die Schnittstelle zwischen Steuergerät und Modul sie verarbeiten kann, wenn z. B. Information an ein Bildanzeigegerät gesendet wird. Die Hochgeschwindigkeitsausgabe — Fall 1 — kann mit den nachfolgend definierten Instruktionen 13 und 14 ausgeführt werden. Die Hochgeschwindigkeitseingabe — Fall 2 — wird in ähnlicher Weise durch die Instruktion 15 besorgt

13. Schalterbit 20 auf 0, dann direkte Ausgabe von Byte 1 ausführen und direkt anschließend Bit2C auf 1 zurückstellen.

In Moduln, wo diese Instruktion benutzt wird, wirkt Bit 20 als Informations-Gültig-Signal. In anderen Moduln kann Bit 20 auf normalerweise für allgemeine Eingabe/Ausgabe benutzt werden.

14. Schalterbit 20 auf 0, dann direkte Ausgabe von Byte 2 ausführen.

Diese Instruktion berücksichtigt den Fall, in welchem ein Zeichen mehr als acht Bits enthält. Die Instruktion 14 würde zuerst benutzt, um das Informations-Gültig-Signal auf 0 zu schalten und einen Teil des Zeichens zu geben. Anschließend folgt die Instruktion 13, um den Rest des Zeichens zu geuen und das Informations-Gültig-Signal auf 1 zurücksiellen. Wenn das Zeichen mehr als 16 Bits enthielt, werden gewöhnliche direkte Ausgabeinstruktionen von anderen Moduln zwischen die oben genannten beiden Instruktionen eingeschoben.

Schalterbit 20 auf 0, dann direkte Eingabe von Byte 1 ausführen; sobald Byte 1 geprüft wurde, Schalterbit 20 zurück auf 1.

Schalterbit 20 auf 1 wirkt als Signal »Nächstes Zeichen geben«. Wenn das Zeichen mehr als acht Bits enthält, wird die Instruktion 15 nur zum Lesen der letzten acht Bits benutzt. Für den Rest werden gewöhnliche direkte Eingabeinstruktionen benutzt.

Eine Grundforderung des Systems besteht darin, daß jedes E/A-Modul in der Lage sein muß, dem Steuergerät laufend Informationen über Änderungen der vom Modul empfangenen Signale von der peripheren Einheit mitzuteilen.

Zu diesem Zweck können die Moduln das Steuergerät unterbrechen, wenn sie etwas wichtiges mitzuteilen

haben. Nicht jede Änderung der Eingangssignale fordert eine Aktion durch das Steuergerät und so muß dieses jedem Modul vorher Instruktionen geben können, die die Umstände für eine notwendige Unterbrechung beschreiben. Das ist die Funktion der in den Abfühleinheiten enthaltenen Instruktionen.

Zur Erfüllung der Grundforderungen sind folgende Umstände möglich:

a) Ein Bit einer angegebenen Gruppe wechselt von 0 auf 1.

b) Ein Bit einer angegebenen Gruppe wechselt von 1 aufO.

c) Ein Bit einer angegebenen Gruppe ändert sich in irgendeiner Richtung.

Damit werden Vorgänge wie das Öffnen und Schließen von Kontakten in peripheren Einheiten, Übergänge der Zeitsignale usw. berücksichtigt

d) Eine angegebene Gruppe von Eingabebits entspricht einem gegebenen Muster.

Dadurch werden Geräte wie digitale Taktgeber und Signalcodierer berücksichtigt. Eine Unterbrechung muß z. B. zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugt werden oder wenn ein

Signal in der peripheren Einheit eine bestimmte Stellung erreicht

Andere Umstände, bei denen Unterbrechungen erzeugt werden müssen, sind nachfolgend beschrieben.

Oben wurden E/A-Operationen beschrieben, die stattfinden können, sobald das Modul die entsprechende Instruktion vom Steuergerät empfängt Oft darf eine E/A-Operation jedoch erst zu einem durch die periphere Einheit selbst bestimmten Zeitpunkt stattfinden, z. B. wenn ein Modul Zeichen von einer Tastatur empfängt, dann dürfen diese Zeichen erst eingegeben

werden, wenn von der Tastatur ein Prüfsignal kommt.

Bei anderen Anwendungen muß die E/A-Operation relativ zu einem bestimmten Signal von der peripheren Einheit verzögert werden. Ein einfaches Beispiel ist das Lesen von Magnetbändern. Jedes Bit muß in einem bestimmten Intervall nach der Flußänderung eingegeben werden, die die Zellengrenzen markiert.

Viele dieser Fälle können durch das Unterbrechungssystem behandelt werden. Bei der Tastatur beispielsweise kann das Prüfsignal eine Unterbrechung auslösen und das Steuergerät reagiert dann durch Abgabe einer direkten Eingabeinstruktion. Für Operationen mit Zeiteinteilung würde das System einen digitalen Taktgeber benötigen, der an sein eigenes E/A-Modul angeschlossen sein kann. In dem Beispiel des Magnetbandes kann das durch die Flußänderung erzeugte Signal eine Unterbrechung hervorrufen und das Steuergerät reagiert durch Lesen des Taktes, Feststellung, zu welchem Zeitpunkt die Eingabeoperation auszuführen ist, und teilt dem Taktmodul mit, wann der richtige Zeiipunki zur Unterbrechung gekommen ist. Das Steuergerät reagiert auf diese zweite Unterbrechung durch Abgabe einer direkten Eingabeinstruktion.

Die vom Steuergerät für die Antwort auf eine Unterbrechung benötigte Zeit beträgt mindestens 10 Mikrosekunden, bei starkem Nachrichtenverkehr auf der Schnittstelle auch mehr. Für viele Anwendungen ist das viel zu lang, für andere nicht. Wenn z. B. Daten über eine mit 9,6 KBd arbeitende Datenverbindung empfangen werden, müssen aufeinanderfolgende Bits in lintervallen von 104 Mikrosekunden eingegeben werden, die üblicherweise durch ein Zeiteinteilungssignal von einem Modem definiert sind. Wenn das Steuergerät zwischen 10 und 50 Mikrosekunden braucht, um auf das Zeiteinteilungssignal anzusprechen, kann es die Eingabeoperationen nicht genau genug zeitlich einteilen.

Diese Einschränkung wird überwunden durch Benutzung der übertragenen E/A-Operationen. Das Steuergerät sendet die entsprechende Instruktion »im voraus« an das Modul zusammen mit den Daten im Falle von Ausgabeoperationen. Das Modul bestimmt, wann der richtige Moment für die E/A-Operation gekommen ist, entweder durch Abfühlen eines Signales von der peripheren Einheit oder von seinem eigenen internen Taktgeber, und führt dann die E/A-Operation selbständig aus. Im Falle von Eingabeoperationen werden die Eingabedaten im Eingabepuffer 14 (F i g. 2) gespeichert und das Steuergerät liest sie im passenden Moment.

Übertragene E/A-Operationen sind auch anderweitig nützlich, weil sie zur Vereinfachung des Steuerprogrammes und Reduzierung des Nachrichtenverkehrs benutzt werden können, den die Schnittstelle zwischen Steuergerät und Modul zu führen hat

Die anschließende Liste zeigt Anwendungsarten für übertragene E/A-Operationen.

1. Eine E/A-Operation, Eingabe, Ausgabe, Setzen oder Rückstellen, die aufgrund eines externen Prüfsignales zu erfolgen hat. Die Operation kann einmal oder wiederholt nötig sein. Wiederholte Ausgabeoperationen werden benutzt, um Daten über eine Datenverbindung zu senden, wo das Modem die Taktsignale liefert

2. E/A-Operationen müssen nach einer bestimmten Verzögerung ablaufen, z. B. nach dem Abschalten des Stromes für einen Elektromagneten am Ende einer Betriebszeit

3. Wiederholte Ausgabeoperationen in vorgeschriebenen Intervallen, z. B. zum Aufzeichnen auf einem Magnetband oder Obertragen über eine Datenver bindung. Für einige Modems müssen Taktsignale mit den Daten geliefert werden.

4. Erregung von Elektromagneten zu einem Zeitpunkt und für eine Periode, die durch die periphere Einheit bestimmt werden.

5. Erregung von Elektromagneten zu einem Zeitpunkt der durch die periphere Einheit bestimmt wird, und ihr Abschalten nach einer vorgeschriebenen Verzögerung.

6. Lesen von Information von Magnetbändern. Das erfordert wiederholte Eingabeoperationen, von denen jede in einem bestimmten Intervall nach dem Empfang eines externen, die Zellengrenze markierenden Signales abläuft

7. Empfang von Information über eine Datenverbindung. Eine Folge von Eingabeoperationen ist erforderlich, von denen die erste eine Bitperiode nach der Vorderkante des ersten Impulses stattfindet und die übrigen in Intervallen von einer oder einer halben Bitperiode.

8. Messen der Bitperiode einer magnetischen Aufzeichnung. Dieses Verfahren wird unmittelbar vor dem Lesen angewandt wenn die langfristige Geschwindigkeitsstabilität der Bandeinheit unzureichend ist. In vielen derartigen Folgen muß jedesmal eine Unterbrechung erzeugt werden, wenn eine Eingabe- oder Ausgabeoperation stattfindet, um dem Steuergerät die Möglichkeit zu geben, das letzte Stück von Eingabedaten aufzusammeln oder das nächste Stück der Ausgabedaten

so zu liefern.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι 2

   Ausgabeeinheiten nicht zu groß ist, da die geforderten

   Patentanspruch: Adapter in Massenproduktion hergestellt werden

   können. Bei Anwendungen, wo jedoch sehr verschiede-

   Schaltungsanordnung zur Steuerung und Anpas- ne Eingabe/Ausgabeeinheiten, die selbst sehr einfach

   sung über Daten-und Steuerleitungen von mehreren 5 sind, an ein Datenverarbeitungssystem angeschlossen

   Ein-/Ausgabegeräten (2) unterschiedlicher Cha- werden müssen, hat diese Lösung jedoch Nachteile, da

   rakteristika mittels einer gemeinsamen Steuerschal- die Herstellungskosten für unterschiedliche Adapter für

   tung(l) für jeweils mehrere Schaltungsanordnungen die sehr unterschiedlichen Eingabe/Ausgabeeinheiten

   (3), außerdem mit Einrichtungen zur Pufferung und ein Hindeiungsgrund sein können.

   Umsetzung der zu übertragenden Daten, dadurch io Außerdem ist durch die DE-OS 19335.'? eine

   gekennzeichnet, daß Datenverarbeitungsanlage mit einer Steuerschaltung

   bekanntgeworden, bei der die Ein- und Ausgabeeinhei-

   a) die Schaltungsanordnung als kompakter Modul ten mit einer Steuerschaltung über je eine zugehörige (3) aufgebaut ist; Eingabe/Ausigabe-Anpaß- bzw. Interface-Schaltung ge-

   b) die interne Sammelleitung (11) jedes Ein-/Aus- 15 koppelt sind, wobei jede Anpaßschaltung durch die gabemoduls (3) direkt mit der gemeinsamen Steuerschaltung über Leitungen zum Empfang und Steuerschaltung (I) verbunden ist, daß Speichern von Daten gewählt werden kann, und bei der

   c) die Steuerschaltung (1) über eine durchge- die Anpaßschaltung zu einem bestimmten Zeitpunkt schleifte Leitung für Unterbrechungssignale (P, eine Eingabe- oder Ausgabeoperation durchführt. Diese

   " Q) mit allen Ein-/Ausgabemoduln seriell ver- 20 Schaltungsanordnung hat vor allem den Nachteil, daß

   || bunder» ist, daß ein Multiplexer vorhanden sein muß und daß die

   ψ d) ein aus mehreren Schieberegistern gebildeter Arbeitsweise des Multiplexers durch mehrere Zähler

   ff Parallel/Serienkonverter (8) angeordnet ist, gesteuert und überwacht werden muß.

   t* dessen disjunktiv verknüpfte Ausgänge mit Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

   ff einer Leitung (13) verbunden sind, die die 25 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und Anpas-

   If Eingabeinformationen von einem Ein-/Ausga- sung mehrerer Ein- und Ausgabegeräte zu schaffen, die

   ja begerät (2) auf eine Inforrnationssammelleitung als kompakter Modul aufgebaut ist und deshalb mit

   $. (11) leitet, daß einer begrenzten Anzahl von Anschlußstiften des

   Γι e) Abfühleinheiten (18 bis 20) mittels einer Moduls auskommen muß, die außerdem die Anschluß-

   i! Maskenlogik (ML) Signale, die von den 30 möglichkeit auch für schnelle Ein-/Ausgabegeräte

   t% Ein-/Ausgabegeräten geliefert werden, auswer- ermöglicht und dies trotz Vereinfachung der gemeinsa-

   ■:j; ten, woVei die Auswertung durch Instruktionen men Steuerschaltung.

   j ■ gesteuert wird, die von der Steuerschaltung (1) Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem

   % in ein Bitinstruktionsregister (18a^ geladen Kennzeichen des Patentanspruchs.

   ifr werden, daß 35 Der Vorteil des vorliegenden Gegenstands liegt

   j.; f) eine Reihenfolgeeinheit \27) zur Steuerung einmal in der modularen Bauweise und zum anderen,

   ihrer eigenen Funktion ein Instruktionsregister daß trotz Vereinfachung der gemeinsamen Steuerschal-

   ¹V (43) enthält, das von der Steuerschaltung (1) tung mit nur einer sehr begrenzten Anzahl von

   i* geladen wird und mit den Abfühleinheiten (18 Anschlußstiften des Moduls sogar noch erweiterte

   ¹A bis 20) dem Eingabepuffer (14) dem Ausgabe- 40 Anschlußmöglichkeiten im Verglc'ch zu den bisher

   ? puffer (10), einem Zeitgeber (16) und einer bekanntgewordenen Schaltungen ermöglicht werden.

   Schnittstellensteuereinheit (29) über entspre- Vor allem wird durch die erfindungsgerr.äße Schaltungs-

   f ■■ chende Leitungen (A 1, A 2; 28; 30; 12 Hund I.) anordnung erreicht, daß das Steuergerät die entspre-

   $! verbunden ist und sie steuert, und daß chende Instruktion im voraus an das Modul zusammen

   |ί g) eine bestimmte der Abfühleinheiten (18 bis 20) 45 mit den Daten im Falle einer Aus- und Eingabeopera-

   W. mittels der Leitungen (A 1, A 2) ausgewählt tion sendet, so daß das Modul bestimmt, wann der

   ; wird. richtige Moment für diese Ein- und Ausgabeoperation

   gekommen ist. Dies wird entweder durch das Abfühlen

   f. eines Signals von der peripheren Einheit oder von

   1 50 seinem eigenen internen Taktgeber erreicht. Im Falle

   '■:' von Eingabeoperationen werden die Eingabedaten im

   ■; Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Eingabepufferspeicher gespeichert und das Steuergerät

   : ^: Steuerung und Anpassung mehrerer Ein-/Ausgabegerä- liest sie im passenden Moment aus.

   ■ te gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den

   Mit zunehmender Leistungsfähigkeit von Datenver- 55 Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher

   arbeitungsgeräten wurde die Leistung des Abschnittes beschrieben. Es zeigen:

   eines Datenverarbeitungssystems, der mit der Organisa- Fig. 1 in einem Blockdiagramm des Systems die

   tion der Operation von Eingabe/Ausgabegeräten befaßt allgemeine Anordnung des Steuergerätes und der

   ist, immer kritischer. Eine Lösung dieses Problemes Eingabe/Ausgabemoduln,

   brachte die Verwendung einer Standard-Schnittstelle, 60 Fig. 2 die detaillierte Struktur und den Datenfluß

   die mit einem zentralen Verarbeitungsgerät direkt oder eines Eingabe/Ausgabemoduls,

   über ihre eigene Verarbeitungseinheit, den sog. Kanal, F i g. 3 im einzelnen den Zeitgeber, der einen Teil der

   in Verbindung steht, und an welche verschiedene in Fi g. 2 gezeigten Schaltung bildet,

   Eingabe/Ausgabeeinheiten über Adapter angeschlossen Fig. 4 eine der in Fig. 2 gezeigten Fühlereinheiten

   werden können, die die Bedingungen in der Eingabe/ 65 im einzelnen,

   Ausgabeeinheit an die Charakteristik des Kanales Fi g. 5 im einzelnen die in F i g. 2 gezeigte Schnittstel-

   anpassen. Diese Lösung ist wirkungsvoll, wo die lensteuereinheit und

   Unterschiedlichkeit von anzuschließenden Eingabe/ Fi g. 6 die in Fi g. 2 gezeigte Reihenfolgeeinheit im