DE2554652C3 - Modulare Signalverarbeitungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine modulare Signalverarbeitungseinrichtung mit hierarchisch untereinander verbundenen speicherprogrammierten Steuereinheiten.

Signale müssen meistens eine Anzahl von Verarbeitungsschritten durchlaufen, bevor die Information am Bestimmungsort abgenommen werden kann. Ein solches, von einer Quelle abgegebenes Informationssigna! muß z. B. zuerst einmal der Charakteristik des Übertragungsmediums zwischen Quelle und Empfänger angepaßt werden und dann der Charakteristik des Empfängers selbst. Obwohl Quelle und Empfänger hier in breitem Sinne zu verstehen sind, kann man als Beispiel den Fall der Informationsübertragung erwähnen, für den eine Modulation auf der Sendeseite erforderlich ist und später eine Demodulation auf der Empfängerseite.

Die meisten bei der Signalverarbeitung durchzuführenden Verarbeitungsvorgänge bzw. zu lösenden Aufgaben weisen eine Anzahl von Ähnlichkeiten auf. Alle diese Aufgaben können gelöst werden, indem man einige relativ einfache mathemalische Grundoperationen anwendet. Außerdem ist die Datenmenge, die zur Ausführung eines jeden Verarbeitungsschrittes benötigt wird, im allgemeinen klein; diese Daten sollten aber immer erneuert werden. Daher muß man sie speichern, auch wenn es nur für sehr kurze Zeit ist.

Es wurden schon besondere Anordnungen für die Signalverarbeitung entwickelt, bei denen einerseits die Eigenschaften berücksichtigt wurden, welche den verschiedenen Signalverarbeitungsprozessen gemeinsam sind, aber andererseits auch diejenigen Eigenschaften, welche nur für je einen bestimmten Signalverarbeitungsprozeß charakteristisch sind. Jedoch sind die bisher bekannten Signalverarbeitungseinrichtungen

nicht vielseitig genug; auch erlauben sie nicht die Ausführung einer ausreichenden Anzahl verschiedener Funktionen.

Es ist auch bekannt, in universell einsetzbaren Datenverarbeitungsanlagen eine Hierarchie von speicherprogrammierten Steuerwerken vorzusehen, die verschiedenen Steuerzwecken dienen, wie z. B. zur Steuerung von Speicherwerken, Terminalgeräten oder Kanälen sowie zur Verarbeitungs- und Vorrangssteuerung \DE-OS 22 43 956). Diese Steuerwerke sind unterschiedlich ausgebildet und durch unterschiedliche Funktionseinheiten miteinander verbunden. Sie kommen unter der Wirkung eines oder mehrerer Programme zeitlich überlappt oder nacheinander zu Wirkung. Eine derartige Anordnung ist bei entsprechendem Programmieraufwand vielseitig einsetzbar. Durch die Verschiedenartigkeit der Steuer- und Verarbeitungseinheiten erfordert sie jedoch einen erheblichen Schaltungsaufwand und ist einer rationellen Großserienherstellung in Form monolithischer Schaltungen mit hohem Verdichtungsgrad nicht ohne weiteres zugänglich.

Die bekannte universelle Datenverarbeitungsanlage 1st auch nur in bestimmten Grenzen für eine effektive Signalverarbeitung, wie sie beispielsweise in der Telefonvermittlung notwendig ist, geeignet bzw. kostendeckend einsetzbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinrichtung anzugeben, die einen leicht überschaubaren Aufbau aufweist und mit geringem Aufwand an Signalverarbeitungsaufgaben unterschiedliche.· Komplexität angepaßt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Durch die modulare Struktur der erfindungsgemäßen Anordnung und durch die Verwendung von wenigen Typen von Moduleinheiten läßt sich die erfindungsgemäße Grundstruktur je nach Bedarf zur Lösung der verschiedensten Signalverarbeitungsaufgaben ausbauen. Durch Hinzufügen zusätzlicher Moduleinheiten, die zeitlich überlappt betrieben werden, kann die für bestimmte Funktionen erforderliche Verarbeitungsleistung gezielt vergrößert werden, wenn dies nötig ist.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Untersystems einer erfindungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungseinrichtung,

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäß ausgebildeten Signal Verarbeitungseinrichtung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Recheneinheit, wie sie in der Einrichtung von F i g. 2 verwendbar ist,

Fig.4a und 4b ein detailliertes Blockdiagramm der Recheneinheit von F i g. 3,

Fig. 5 und 5a Belegungsbeispiele für die Speicheranordnung der Recheneinheit von F i g. 3,

Fig.6 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Recheneinheit von F i g. 3,

F i g. 7 ein Blockdiagnu,: iner Steuereinheit, die zur Steuerung der Recheneinheit von F i g. 3 dient,

Fig.8 eine schematische Darstellung des einleitenden Selbstladens (IPL)eines Programms in den Speicher einer Steuereinheit,

Fig.9 und 10 eine schematische Darstellung der parallelen und alternierenden Verarbeitung je zweier Programme durch die Steuereinheit,

Fig. 11 ein Datenflußdiagramm für einen Teil der Steuereinheit,

Fig. 12 einen Eingabe-/Ausgabe-Anschlußmodul zur Verwendung in der Einrichtung von F i g. 2,

F i g. 13 eine Verbindungseinheit zwischen zwei Sammelleitungen als Teil der Einrichtung von F i g. 2,

F i g. 14 eine Blockdarstellung eines Telefon-Vermittlungssystems, das unter Benutzung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungseinrichtung aufgebaut ist,

ίο F i g. 15a —!5d verschiedene Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Telefon-Vermittlungssystems von F ig. 14,

F i g. 16—18 eine Blockdarstellung eines Modems, das unter Benutzung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungseinrichtung aufgebaut ist

Nach der Abtastung und Digitalisierung von Signalen erfordert ihre Verarbeitung die Ausführung mathematischer Operationen, insbesondere einer sehr einfachen Grundoperation, nämlich der Multiplikation zweier Zahlen mit anschließender Akkumulation (Addition von Zwischenergebnissen). Das beschriebene System enthält daher zwei Grundbausteine, deren erster die oben angeführten Rechenoperationen ausführt und deren zweiter die Ausführung der Operationen steuert. Die Rechen- und Steuereinheiten (Bausteine, Moduln) sind über eine Sammelleitung (/V-Leitung) miteinander verbunden, die mit Toren versehen ist (E/A-Anschlußeinheiten), die Zugang zu externen Geräten geben, die die Ausführung von Operationen anfordern und Daten abgeben oder empfangen. Diese Einheiten bilden nach Darstellung in Fig. 1 ein Untersystem (einen Zweig), in dem die Steuereinheit mit /S-E. die Recheneinheit mit PMAU und die E/A-Anschlußeinheiten mit 1/OP bezeichnet sind. Eine Verbindungseinheit IBA stellt die Verbindung zwischen zwei /V-Leitungen, d. h. zwischen zwei Untersystemen (Zweigen) her.

Durch Benutzung solcher modularer Einheiten (Moduln) im Signalverarbeitungssystem wird dieses besonders vielseitig. Das ganze System kann so

AO angeordnet sein, daß den Moduln eine Hierarchie zugeordnet wird. In einer solchen Hierarchie ist jeweils eine Leitsteuereinheit (oder kurz »Leiteinheil«) einer oder mehreren Sekundärsteuereinheiten (oder kurz »Sekundäreinheiten«) übergeordnet, wobei aiso die Sekundärsteuereinheiten von der zugeordneten Leitsteuereinheit abhängig sind. Jede Sekundärsteuereinheit kann ihrerseits die Leitsteuereinheit einer anderen Steuereinheit sein, und so erhält man eine Baumstruktur. Fig. 2 zeigt eine solche Baumstruktur. Oben im Baum

5u befindet sich eine Steuereinheit MA 1, die als absolute Leiteinheit arbeitet. Ein E/A-Anschlußmodul //OPl gestattet es, ein Terminal oder irgendeine andere externe Einheit mit der Leiteinheit über eine Sammelleitung B1 zu verbinden. In diesem Fall steuert die Leiteinheit eine Sekundäreinheit SL1 über eine Verbindungseinheit IBA 1, die auf der Sammelleitung vorgesehen ist. Die Sekundäreinheit SL 1 aber wirkt ihrerseits als Leiteinheit MA 2 über die drei Steuereinheiten SL 2, SL 2' und SL 2", die mit ihr über drei

bo weitere Verbindungseinheiten IBA verbunden sind. Die Steuereinheit SL 2' wiederum steuert drei Sekundäreinheiten SL 3, SL 3' und SL 3", die mit drei zugehöriger. C/A-Anschlußmoduln IOP2, IOP3 und IOP4 versehen sind.

b5 Die Leiteinheit MA 1 steuert die Verarbeitung des ganzen Systems: Sie überwacht die durch die Sekundäreinheit SL 1 durchgeführten Operationen und bewirkt die Verbindung mit der zum E/A-Anschlußmodul IOP1

gehörenden externen Einheit. SL 1 überträgt aber ihre eigenen Aufgaben den Sekundäreinheiten SL2, SL2' und SL 2" usw. Das System wird vervollständigt durch die nach Bedarf verteilten Recheneinheiten PMAU. Eine solche Konstruktion gestattet durch weitere Sekundäreinheiten die benötigte Verstärkung der Systemteile, die zur Ausführung der ihnen zugeordneten Operationen nicht stark genug sind. Die verschiedenen obenerwähnten Moduln werden später genauer beschrieben.

Die Recheneinheit PMAU könnte ein autonomer byteserieller Parallelmuitiplikator sein, der mit einem Anwendungsprogramm arbeitet. Es schien jedoch wirksamer, ihn in enge Abhängigkeit von der Steuereinheil zu setzen, die zu demselben Untersystem gehört. Dann besteht das Herz der Recheneinheit PMAU einfach aus einem Multiplizierer für die Zahlen a, und x, und einem Akkumulator. Der Multiplizierer ist eine Einheit bekannter Art und kann insbesondere unter den Geräten ausgewählt werden, die von O. Mac Sorley in dem Artikel mit dem Titel »High Speed Arithmetic in Binary Computers«, veröffentlicht in »Proceedings of the IRE« im Januar 1961 auf den Seiten 67ff. beschrieben sind.

Der Akkumulator kann aus einem einfachen Addierer bestehen, der ein Register speist. Verbindet man in einer Schleife den Ausgang des Registers mit dem zweiten Eingang des Addierers, so wird damit die Akkumulationsfunktion ausgeführt.

Der vom Multiplizierer gespeiste Akkumulator errechnet ein Resultat y nach folgender Gleichung:

+ U_n x„ =

Die Recheneinheit PMAU kann aber auch andere Operationen übernehmen wie:

Z = v_clx _ v/,_y

Y + jZ = Σ [(« + jh) [χ + 7'y)] .

Auf der Basis dieser Grundoperationen kann die Recheneinheit PMAU eine bestimmte Anzahl Funktionen oder Funktionskombinationen unter Mikroprogrammsteuerung ausführen. Sie empfängt von ihrer Steuereinheit ein Steuerwort CW, welches die ausführende Operation und damit das zu benutzende Mikroprogramm definiert. In dem gewählten Ausführungsbeispiel ist das Steuerwort vier Bytes lang, wobei drei dieser Bytes Adreßzeiger sind, die später noch beschrieben werden, während das vierte Byte (Op-Code) die Operationen bezeichnet Die Bits des Op-Code können beispielsweise definieren:

Bit 1: Art der Rechenoperation, d.h.

0 für Addition

1 für Subtraktion

Bits 2 bis 4: Angeforderter Funktionstyp, und zwar:
001 für Transversalfilter

010 für komplexes Transversalfilter

011 für Rekursivfilter

100 für lineare Korrektur einer Reihe
von Konstanten

101 Multiplikation mit einer Konstanten

Bits 5 bis 7: Sprungwert j

Das in Fig. 3 gezeigte PMA LZ-Blockdiagramm enthält den obenerwähnten Multiplizierer (MULT) und den Akkumulator (AKK), die die Operanden von einem Signalspeicher SiSerhalten. Dieser Speicher wird durch einen Satz von Adreßregistern AR adressiert. Die Adressen werden in einem Addierer ADD aufgebaut, der zu einem anderen Satz von Registern mit der Benennung Inkrementierregister und der Kurzbezeichnung IR gehört. Die externen Verbindungen werden durch eine Anschlußeinheit NBI hergestellt, die die /V-Leitung (Sammelleitung) mit dem Eingang und Ausgang des Speichers SiS und mit den Eingängen der Register JR und AR verbindet. Eine Steuereinheil CB steuert die Operationen der Recheneinheit PMAU.

Jeder Recheneinheit PMAU wird eine Adresse zugeordnet. Im Betrieb erkennt also der in der Anschlußeinheit NBl enthaltene Decodierer ein an ihn adressiertes Steuerwort ClV durch Decodieren des zugehörigen Adreßwortes.

Der Ausgabewert des Akkumulators wird immer an den Eingang des Speichers 5/5zurückgegeben, wodurch der logische Teil der Recheneinheit PMAU weniger zeitabhängig ist von der Multiplizierer-Akkumulator-Anordnung und daher von der zu deren Bau angewandten Technologie. Schließlich muß noch eine Einrichtung vorgesehen werden, die anzeigt, wann der letzte Operand verarbeitet werden soll, und die dem Speicher SiS anzeigt, daß das Ergebnis bei Beendigung der Berechnung zur Verfügung steht.

Das Auslesen aus dem bzw. Einschreiben in den Speicher 5/5 werden gesteuert durch die Anschlußeinheit NBI, welche die Daten überträgt, die die PMAUzu verlassen haben.

Fig.4 zeigt die Elemente der Recheneinheit PMAU im einzelnen. Die Anschlußeinheit zur /V-Leitung mit der Bezeichnung NBI in Fig.3 enthält eine adreßgesteuerte Decodiereinheit A CD mit zwei Eingängen. Der erste Eingang wird Personalisierungseingang genannt und gestattet die Zuordnung einer Adresse zur /W/4L/-Einheit beim Bau des Systems. Der zweite Eingang ist mit der /V-Leitung verbunden. Außerdem hat die ^CD-Einheit vier Ausgänge mit den Bezeichnungen RC. IRAC. OVC bzw. SiSC. Die Anschlußeinheit NBl enthält auch acht mit der /V-Leitung verbundene Register.

Vier dieser acht Register bilden eine Gruppe mit der Bezeichnung ClVT? (Steuerwortregister) und die anderen vier tragen die Bezeichnungen COM, IRA, Fund BOR. Der Eingang des Registers BOR ist mit der /V-Leitung über das Tor 24 und mit dem Ausgang des Speichers 5/5 über ein Tor 25 verbunden. Der Ausgang des Registers BOR ist mil der /V-Leitung (Ausgabe) über das Tor 1 sowie mit dem Eingang des Speichers SiSüber das Tor 2 verbunden. Der COM-Registerausgang ist mit einer Lese- oder Schreib-Vorbereitungssteuerleitung PRJW verbunden. Die anderen Register dienen hauptsächlich der Erstellung von Adressen zur Adressierung des Speichers SiS und sind daher mit den Inkrementierregistern JR, den Adreßregistern AR und dem Addierer ADD verbunden. Außerdem enthält die Anschlußeinheit NBI ein Kippglied L, dessen Eingang mit der Steuereinheit CB und dessen Ausgang mit einer Unterbrecfiungsleitung der /V-Leitung verbunden ist

Die PM/4LZ-Einheit ist also, wie aus der obigen Beschreibung zu entnehmen ist, um den Multiplizierer-Akkumulator MULT/AKK herum gebaut und wird mit Operanden aus dem Speicher SiS versorgt. Das Ergebnis aus dem Akkumulator wird im Speicher SiS

gespeichert. Die S/S-Adressiereinheit sollte daher sowohl die Adressen der Operanden als auch die Adressen für die Ergebnisse der von der Einheit MULT/AKK ausgeführten Berechnungen liefern. Später wird gezeigt, daß es keinen grundlegenden Unterschied zwischen diesen beiden Informationen gibt, und daß ein Operand selbst das Ergebnis einer früheren Berechnung sein kann. Die Adressiereinheit enthält den Satz von Adreßregistern AR, der aus dem Satz von Steuerwortregistern ClVT? und vom Ausgang des Addierers ADD geladen wird. Einer der Eingänge des Addierers ADD ist mit dem Satz von lnkrementierregistern TR verbunden. Der zweite Eingang des Addierers ADD ist mit den Ausgängen der Adreßregister AR über die Tore 17 bis 22 und das Register R 3 verbunden.

Die Register IR setzen sich aus zwei Registertypen zusammen. Die einen enthalten einen festen Wert 1 oder 0 und sind mit dem Eingang 1 des Addierers ADD über die Tore 3 oder 4 verbunden. Die anderen tragen die Bezeichnungen TJ und MOD und enthalten einen veränderlichen Wert. Der Eingang des Registers TJ ist mit dem Ausgang des Registers OP-CODE der Gruppe CWT? verbunden und hat drei Ausgänge mit den Bezeichnungen 5 (Vorzeichen), Typ und /. Der Ausgang J ist mit dem Eingang 1 des Addierers ADD über das Tor 5 verbunden. Der Eingang des Registers MOD ist mit der Ausgangsleitung des Speichers SAS verbunden. Sein Ausgang ist mit dem Eingang 1 des Addierers durch das Tor 6 verbunden.

Es gibt sieben /4/?-Register mit den Bezeichnungen A, B, C, D, E, Ri und R 2. Die Eingänge von A, Bund Csind über die Tore 7 bis 9 mit den Ausgängen der Register PTR 1, PTR 2 bzw. PTR 3 der Gruppe CWR verbunden. Die Eingänge für die Register D und E sind mit dem Ausgang des Addierers ADD verbunden, der außerdem an die Eingänge von A, B, Cund R 1 über die Tore 10 bis 13 angeschlossen ist. Der Ausgang des Registers IRA ist mit dem Eingang von R1 über das Tor 14 verbunden. Die Ausgänge von R 1 und R2 sind über die Tore 15 bzw. 16 und 17 und eine gemeinsame Leitung mit der Adressiersammelleitung des Speichers SiS verbunden. Die Ausgänge der Register A bis F sind mit derselben Adreß-Sammelleitung über die Tore 18 bis 23 verbunden. Diese Sammelleitung ist auch mit dem Eingang von R 2 sowie durch den Puffer R 3 mit dem Eingang 2 des Addierers ADD verbunden. Der Speicher SiS kann durch Signale auf dieser Leitung adressiert werden.

Die Steuereinheit CB enthält einen Festwertspeicher ROS, der mit einem Ausgangsregister ROR versehen ist. Der Ausgang des Registers ROR ist mit dem Eingang eines Puffers BiR verbunden, der drei Ausgänge hat Einer dieser drei Ausgänge ist an einen Decodierer angeschlossen, der zweite ist auf den Eingang des ÄOS-Speichers durch das Tor 27 zurückgeführt, und der dritte ist mit dem Eingang einer Verzweigungssteuerung BR verbunden, deren Ausgang durch den Puffer R und das Tor 26 auf den Eingang des ROS zurückgeführt ist Der Eingang des Registers BR empfängt auch den Ausgang »Typ« des Registers TJ (Bits 2 bis 4 des Op-Code-Byte des auszuführenden Steuerwortes CW) sowie ein Kennzeichen, das vom Speicher SiS abgegeben wird. Der Ausgang des Decodierers ist mit einem Eingang der Einheit MULT/AKK verbunden.

Schließlich enthält die Steuereinheit CB eine Ergebnisübertragungssteuerung 7?C7^ die das Schreiben der Akkumulatorergebnisse in den Speicher SiS steuert Sie kann aus einem Kippglied bestehen, dessen Ausgang mit einem Eingang des Speichers SiS verbunden ist. Dieser Speichereingang ist außerdem mit dem Ausgang PR/W des Registers COM verbunden. Diese Anordnung gestattet die Abgabe von Mikroinstruktionsroutinen an die Recheneinheit PMAU'zur Ausführung von Funktionen oder Funktionskombinationen der oben beschriebenen Art.

Die Recheneinheit PMA U arbeitet wie folgt. Wenn die Schaltung ACD ihre Adresse in den von der

K) N-Leitung genommenen Daten erkennt, weiß sie, daß sie die nächstfolgenden Daten von der /V-Leitung analysieren sollte. Mit diesen Daten kann die ACD bestimmen, welcher ihrer Ausgänge erregt werden sollte. Wenn sie eine Instruktion erkennt, die einen Zugriff zum Signalspeicher SiS fordert, wird der Ausgang SiSC erregt. Dadurch kann jetzt das nächste auf der /V-Leitung erscheinende Byte in das Register F geladen werden. Das ist die Adresse des Speichers SiS, deren Zugriff durch die Steuereinheit angefordert wurde. Das nächste Byte ist dann ein Steuerbyte, das an das Register COM gerichtet ist, das möglicherweise nur eine Bitposition enthält. Wenn dieses Bit gleich 1 ist, verlangt der entsprechende Befehl (PR) die Lesevorbereitung für den Speicher SiS, und es werden die Leseschaltungen des Speichers erregt. In diesem Fall wird die aus dem Speicher geholte Information über das Tor 24 im Register BOR gepuffert. Jetzt muß man warten, bis die ACD einen weiteren Lesesteuerbefehl decodiert und ihren Ausgang RC erregt, woraufhin der Inhalt des Registers BOR über das Tor 1 auf die /V-Leitung gegeben wird. Wenn andererseits das im COM-Register enthaltene Bit gleich 0 ist, betrifft der empfangene Befehl eine Schreiboperation in dem Speicher SiS. Durch Öffnen des Tores 24 können die am Eingang (/V-Leitung) vorliegenden Daten in das Register BOR geladen werden. Der Inhalt dieses Registers wird dann über das Tor 2 in den Speicher SiS an die Adresse geladen, die durch den Inhalt des Registers F bezeichnet ist, und das Laden erfolgt unter der Steuerung durch das komplementierte Ausgangssignal des Registers COM. Wenn ACD einen Befehl zum Laden des Registersatzes ClVT? decodiert, wird der Ausgang ClVC erregt. In diesem Fall wartet die ACD auf ein Steuerwort ClV, und die nächsten am Eingang (/V-Leitung) erscheinenden vier Bytes werden in die Register PTR 1, PTR 2, PTR 3 und OP-Code eingegeben.

Wenn die Einheit PMAU zur Ausführung des Steuerwortes bereit ist, gibt sie diese Information an die Steuereinheit durch Anlegen eines »1 «-Signales an das Kippglied L der Anschlußeinheit NBi durch den Eingang INT ■ RQ. Damit fordert sie ein neues Steuerwort von der Steuereinheit an. In der Zwischenzeit wurde der Inhalt von CWR in IR und AR übertragen. Der Op-Code geht nach TJ, und PTR 1, PTR 2 und PTR 3 werden in das Register A, B bzw. C geladen. Das Bit in der Position 1 von TJ gibt das Vorzeichen der durch die Einheit MULT/AKK auszuführenden Operationen an. Mit den Bits 5 bis 7 werden die Adressen für den Speicher SiS zusammengesetzt, während die Bits 2 bis 4 den Typ der von der PMA {/-Einheit auszuführenden Funktion definieren. Diese Bits gestatten der Verzweigungssteuerung BR der Steuereinheit CB ein Mikroprogramm aus den im ROS gespeicherten Programmen auszuwählen. Tatsächlich braucht man nur die erste Instruktion dieses Mikroprogrammes zu wählen; die anderen Instruktionen werden bestimmt durch ein in jeder (vom ROS an das BIR

übertragenen) Instruktion enthaltenes erstes Feld NIA oder durch ein zweites Feld, welches eine Verzweigung durch die Verzweigungseinheit BR festlegt. Der übrige Inhalt des DIR wird decodiert und damit die Ausführung der Operationen durch die Einheit PMAU gesteuert. Der Decodierer steuert insbesondere die Übertragung der Ergebnisse der Einheit AKK an die N-Leitung. Sobald der Akkumulator das Ergebnis erhalten hat, wird der Steuerung RCT diese Tatsache mitgeteilt und der Decodierer bewirkt dann die Übertragung.

Alle Übertragungen zwischen der Recheneinheit PMAU und der /V-Leitung laufen durch den Speicher 5/5. Die Ergebnisse aus der Einheit MULT/AKK müssen daher in diesen Speicher geschrieben werden. Die Bestimmung der notwendigen Adressen hängt von der auszuführenden Funktion ab. Ihr Prinzip wird daher durch den Decodierer festgelegt entsprechend den Typenbits, die ihm vom Op-Code des verarbeiteten Steuerwortes geliefert werden. Es wurden zwei Grundprinzipien gewählt. Wenn die jeweils neu zu erzeugende Adresse von dem vorhergehenden Rechenergebnis unabhängig ist, erfolgen die Eintragungen im Speicher SiS sequentiell. Die Initialisierung der Folge erfolgt durch die Abgabe einer Instruktion von der Steuereinheit IS-E, deren erstes Byte durch ACD so decodiert wird, daß der Ausgang IRAC erregt wird, wodurch das Laden des Registers IRA mit dem zweiten Byte derselben Instruktion bewirkt wird. Die so initialisierte Folge läuft weiter bis zum Empfang einer neuen Initialisierungsinstruktion von der Steuereinheit IS-E. Bei dieser Art der Adressierung wird die Adresse jeweils in das Register R 1 eingegeben und später vom Addierer um eine Einheit erhöht.

Das zweite Prinzip zur Bestimmung der Adresse, an welche die Rechenergebnisse im Speicher SiS geschrieben werden sollen, wird angewandt, wenn die Einheit PMA U die Adresse nach der ausgeführten Operation selbst initialisiert. In diesem Fall wird die Adresse nach jeder Operation errechnet. Um diese Adressen nicht einzeln errechnen zu müssen, kann man mehrere Adressen zusammen errechnen und sie in eine Warteschlange in das Register R 2 einsetzen.

Zum besseren Verständnis dieser Adressierprobleme sei angenommen, daß man eine gegebene Tabelle mit Einträgen konstanter Länge zu benutzen hat, die zwischen den Adressen ζ und z+n im Speicher SiS stehen und deren Inhalt nach jedem Lesen progressiv erneuert wird. Insbesondere wird die Position des jeweils zu lesenden Eintrags angegeben durch einen Zeiger EP, der sich progressiv weiterbewegt. Zu diesem Zweck hat die Steuereinheit CB an die Adresse z+n+\ ein »Modifizierer« (MOD) genanntes Wort gesetzt, das ein bestimmtes Kennzeichen Fl (siehe F i g. 5) sowie die erste Adresse FA der Tabelle enthält. Das Lesen der Tabelle beginnt an der durch den Zeiger in R 2 angegebenen Position; der Inhalt dieser Position wird durch neue, in die Tabelle einzugebende Daten ersetzt Der Zeigerwert wird durch den Addierer ADD um eine Einheit geändert und wieder in das Register R 2 gesetzt Das Lesen der Tabelle wird weitergeführt durch Erhöhen der Leseadresse um jeweils eine Einheit, bis das Kennzeichen Fl abgefühlt wird, woraufhin der Inhalt des Feldes FA für die nächste Leseadresse eingesetzt wird. Dann wird das sequentielle Lesen wieder aufgenommen bis zum Zeiger oder bis zu einer Tabellenendadresse.

Das erste Verfahren ist besonders nützlich bei einer von der Einheit PMA U auszuführenden Filterfunktion.

In diesem Falle enthält die Tabelle Daten x, des zu filternden Signales und simuliert die Funktionen der in der Filteroperation gebrauchten Verzögerungsleitung.
Bei manchen Anwendungen braucht man nur bestimmte ausgewählte Einträge der Tabelle, beispielsweise nur jeden zweiten oder dritten Eintrag. Beim Lesen der AVTabelle muß man daher wiederholt springen: In diesem Fall werden die Bits 5 bis 7 des vierten Byte des Steuerwortes CW, d. h. die Sprungbits

ίο (J) benutzt, und die X-Adresse wird nach jedem Lesen von 5/5um den Betrag /erhöht.

Wenn dieselbe Funktion mehrmals mit verschiedenen Datengruppen wiederholt werden soll (dasselbe Steuerwort CW), müssen die Operationen verkettet werden.

Mit dem Kennzeichen Fl wird das Ende einer jeden Datengruppe markiert. Ein Feld des Modifäzicrcrs, dessen Inhalt als Verschiebung (DIS) bezeichnet wird, wird ebenfalls verwendet. Der Z?/5-Wert wird vom Speicher in das Register MOD übertragen. Durch Addition des Verschiebungs-Wertes D/5 zur Adresse des Zeigers einer Gruppe erhält man die Adresse des Zeigers der nächsten Gruppe. Um eine solche Funktionsverkettung zu zeigen, wird auf die Darstellung der Fig. 19 bezug genommen werden, die ein Beispiel für den Inhalt des Speichers 5/5zeigt.

Es wird angenommen, daß es drei Datengruppen x, y und ζ und drei Koeffizientengruppen a.bund cgibt Die Koeffizienten sind sequentiell angeordnet, und die Koeffizientengruppen sind voneinander durch je ein Wort getrennt, das durch ein Kennzeichen Fl markiert ist. Die Bedeutung des Kennzeichens kann sich von einer Funktion zur anderen ändern, sein Vorhandensein bei den Koeffizienten bezeichnet jedoch immer das Ende eines Koeffizientensatzes. Die Datensätze x, yund ζ stehen an verschiedenen Stellen des Speichers. Innerhalb desselben Satzes werden Daten mit dem oben beschriebenen Verfahren sequentiell gelesen und erneuert. Um die Operationen beim Übergang von einem Satz zum anderen jedoch zu verketten, wird das Feld D/5benutzt, dessen Inhalt zur Adresse des Zeigers des benutzten Satzes addiert wird, um die Adresse des Zeigers des nächsten Satzes zu erhalten.

Fig. 5 und 5a zeigen drei Felder für jeden Modifizierer: Ein Feld FA zur Bezeichnung der ersten Adresse der Gruppe, ein Verschiebungsfeld D/5 und ein Kennzeichenfeld Fl. Zwei weitere Felder zur Steuerung der Vorzeichenänderung und der Rückstellung des Akkumulators können vorgesehen werden.
Wie oben gesagt wurde, ist die Recheneinheit PMA U

so so ausgelegt, daß sie bestimmte mathematische Operationen ausführen kann, die alle auf der Grundoperation Y= V ax basieren. Damit können die meisten zur Signalverarbeitung nötigen Funktionen ausgeführt werden. Einige wurden bereits angegeben, dazu gehören die Filterfunktionen, die anschließend genauer beschrieben werden, um die Aibeitsweise der Einheit PMA Uτα zeigen.

Die Transversalfilterfunktion wird hauptsächlich durch Ausführung der Grundoperation Y= Σ ax erfüllt Im allgemeinen gestatten die Rechenkapazität der PMA£/-Einheit und ihre Arbeitsgeschwindigkeit, die wesentlich höher liegt als die Datenrate am Eingang eines angeschlossenen Systems, die verschachtelte Ausführung verschiedener Filterfunktionen in einer Kette. Es muß dann eine Anordnung zum Speichern der Daten in den Speicher SiS vorgesehen werden. Es sei angenommen, daß die drei folgenden Filterfunktionen auszuführen sind:

'.,Λ Λ

ί= 1

/= 1

i = 1

oder: 2.

"' = Σ C

ί = I

ν =

oder: 3.

ί = ι

i= I

I= 1

I= I

und

K) In diesem Fall wird das Datenkennzeichen 01 Γ) (Satzende) an das Ende der Gruppen χ und x'und das DaterikcTiriZcichen 10 (Ende des letzien Satzes) an das Ende der Gruppe x" gesetzt. Das Kennzeichen der Koeffizientensätze a und b ist 01 und das Kennzeichen des Koeffizientensatzes eist 11.

Wie oben gezeigt wurde, kann die Recheneinheit PMAU auch Operationen mit komplexen Zahlen der Art:

25 Y+JZ= Σ [(α+jb)(x+Jy)]

ausführen und rechnet dann

/= ι

V" -

30

und

Es sollten zur Berechnung der Werte von Y, Y' und Y" je ein Satz von η Koeffizienten der Typen a, b und c sowie von je η Datenwörtern x, x' oder x" zur Verfügung stehen.

Dann ist das oben beschriebene Funktionsverkettungsverfahren anzuwenden und in diesem Fall haben die Kennzeichen F i folgende Bedeutung:

Y = Σ (αχ + by)

Z = Σ (ay + bx}

35 separat im sequentiellen Betrieb nach der obigen Beschreibung. In diesem Fall müssen natürlich die Bedeutungen der beiden als Kennzeichen verwendeten Bits sowie die Zuordnung der Zeiger des Steuerwortes CVV geändert werden. Die Kennzeichen werden folgende:

Datenkennzeichen:

Koeffizientenkennzeichen:

Daten

00 kein Kennzeichen 45

01 Satzende Zuordnung

10 Letzter Satz

00 kein Kennzeichen

01 Verkettung eines weiteren Koeffizientensat- 50 _T, ~-

_zes Koeffizienten

IQ Kette benutzt denselben Koeffizientensatz

11 Ende der Ausführung

Code	Bedeutung
00	kein Kennzeichen
01	Satzende
00	kein Kennzeichen
01	Ende des Koeffizienten
	satzes a
10	Ende des Koeffizienten
	satzes b

Das Kennzeichen gibt an, ob der Koeffizientensatz und/oder der Datensatz abhängig von der gerade laufenden Funktion gewechselt werden muß.

Am Anfang geben die drei Zeiger des Steuerwortes CW an: 1) Die Adresse der neuen einzuführenden Daten, 2) die Lage des Zeigers des ersten Datensatzes, und 3) die Adresse des ersten Koeffizienten. Die Bits 2 bis 4 des Qp-Code sind 001 und definieren für die Steuereinheit CB den Typ der Transversalfilterfunktion.

Es wird angenommen, daß die drei Koeffizientensätze 2, b und c zu benutzen sind. Zuerst errechnet die PMA i/-Einheit die Serie 1, nämlich:

55 Der Modifizierer befindet sich an derselben Adresse

wie das Datenkennzeichen und enthält die erste

□0 Datenadresse, den Verschiebungswert, eine Anzeige zur Rückstellung des PM/4£/-Akkumu]ators sowie eine Anzeige für Vorzeichenwechsel.

Der erste Zeiger gestattet den Abruf neuer Daten aus

dem Speicher SiS, der zweite wird zum Laden der neuen Daten in die entsprechende Tabelle des Speichers SiS benutzt, und mit dem dritten wird die Lage des ersten zu benutzenden Koeffizienten im Speicher S/Sdefiniert.

Die Bits 2 bis 4 des vierten Bvte des Steuerwortes

CW, die in diesem Fall den Operationscode in der Form 010 definieren, geben die Komplexe Transversalfilterfunktion an.

Die PMA £/-Eini,eit kann auch die Rekursivfilterfunktion ausführen, bei der bekanntlich die in der Einheit errechneten Daten hinterher als Eingangsaaten benutzt werden. Dann muß eine andere der oben beschriebenen Möglichkeiten zur Adreßbestimmung benutzt werden.

Die Rekursivfilterfunktion kann von verschiedenen Formeln abgeleitet werden, und in diesem Fall wurde die sogenannte kanonische Form für die Ableitung ausgewählt Abhängig von der Benutzung der direkten kanonischen Form oder der Kaskadenform sind zwei Fälle möglich. Im ersten Fall wird ein Abtastwert Y* des

gefilterten Signales abgeleitet von einer Summe von gewichteten Zwischensignalen der Funktion Z.

Die den Wert für Z* ergebende Formel zeigt, daß zur Berechnung dieses Abtastwertes π vorher errechnete Abtastwerte Ζ*_ι, Ζ*_₂,... Z_t_ „benötigt werden.

Für die Kaskadenform ergeben sich folgende Formeln:

Y_k =

= «(Γ¹

«r ZJ-, + α? ζ;·.,.

+ α{'¹ Ζ{Ζ\ + «Γ¹ Z]-I + b(ZU + biZi_₂

Ζ\ = X_k+ b\

Der Unterschied zwischen der direkten Form und der Kaskadenform resultiert aus der Benutzung der folgenden Kennzeichen:

Zuordnung	Code	Bedeutung
Daten	00	kein Kennzeichen
	01	Ende des Datensatzes
	10	Ende des Satzes, Ver
		ketten mit nächstem
		Filter
Koeffizienten	00	kein Kennzeichen
	01	denselben Datensatz
		benutzen
	10	Datensalz wechseln
	1 1	Ende der Koeffizienten-
		sätze

Mit dem ersten Zeiger des Steuerwortes CVKwerden die nächsten Daten Xk bezeichnet. Der zweite Zeiger bezeichnet die ersten Daten des ersten Satzes und der dritte Zeiger den ersten Koeffizienten.

Im Betrieb initialisiert die Recheneinheit PMAUdie Ergebnisadresse durch Übertragen des Inhaltes von R 1 nach R 2. Dann holt sie die ersten Daten aus dem Speicher SiS und benutzt diese Stelle im Speicher für das Teilergebnis Z. Sie holt die Koeffizienten und Daten, während sie die Kennzeichen beachtet. Sobald ein Datenkennzeichen 01 erkannt wird, holt sie die ersten Daten der Tabelle, rettet den Modifizierer und beginnt wieder von vorn. Wenn sie ein Koeffizientenkennzeichen findet, behält sie denselben Datensatz bei oder holt einen neuen Datensatz abhängig davon, ob dieses Kennzeichen 01 oder 10 ist, und beginnt wieder von vorn. Wenn sie das Koeffizientenkennzeichen 11 erkennt, lädt sie die neuen Daten Xk in den Multiplizierer und stoppt. Wenn eine Filteroperation mit der vorhergehenden zu verketten ist, löst die Erkennung des Datenkennzeichens 1 0 den Beginn eines speziellen Schleifenbetriebes aus, während auf das letzte Koeffizientenkennzeichen überwacht wird. Dann lädt sie die neuen Daten in den Multiplizierer und fährt mit der nächsten Filteroperation fort.

In einer anderen Funktion kann die PMy4i/-Einheit eine Reihe von Zahlen linear korrigieren. Hierfür berechnet sie jie folgende Gleichung:

Cn= Cn-\ + K,X+K₂Y.

Cn ist der neue, zu berechnende Ausdruck. Er geht hervor aus dem vorhergehenden Ausdruck C/v-i. K\ und K.2 sind Konstanten und X und Y Daten. In diesem Fall ersetzt das Ergebnis Cn den alten Wert, d. h. C_n. ι im Speicher SiS. Im Speicher sind die Werte wie folgt angeordnet. Der erste Zeiger des Steuerwortes CW bestimmt die Adresse eines Modifizierers, und die

J5 Koeffizienten K 1 und K 2 werden in die Speicherplätze unmittelbar hinter den Modifizierern für X und Y geladen.

Im Betrieb (Fig.6) holt die PMALZ-Einheit den Modifizierer aus dem Speicher, um den für den Schritt - 40 vom A'-Satz zum y-Satz und zurück zu benutzenden Verschiebungswert kennenzulernen (Schritt 1). Sie hält den Modifizierer fest (Schritt 2). Dann holt die PMAU-Einheh den Wert Gv-1 aus dem Speicher (Schritt 3). Wenn ein Koeffizientenkennzeichen erkannt wird (CFl #0), ist die Operation beendet. Wenn nicht (CFl=O), wird Cn-ι mit 1 multipliziert und in den Akkumulator gegeben (Schritt 4). Die PM4t/-Einheit holt dann K\ aus dem Speicher (Schritt 5), dann X (Schritt 6), während sie nach einem Daienkennzeichen

so sucht (Schritt 7). Wenn sie kein Datenkennzeichen erkennt (DFl =0), holt sie im Schritt 8 den Wert K₂ und im Schritt 9 den Wert Y aus dem Speicher. Mit dem nächsten Koeffizienten Cv wird dieselbe Schleife wieder durchlaufen. Sobald sie ein Koeffizientenkennzeichen erkennt, ist das Verfahren vorüber.

Im Ablaufdiagramm der Fig.6 werden folgende Bezeichnungen verwendet:

A = Register Λ (bzw. B. C, etc.)

(A) = Inhalt des Registers A

[(A)] - Inhalt der Position im Speicher SiS, die durch den Inhalt des Registers A adressiert wird

CFl = Koeffizientenkennzeichen

DFl = Datenkennzeichen

MAC = Multiplikator/Akkumulator

SOR = Ausgaberegister des Speichers SiS

DIS = Verschiebungswert

/ = Sprungwert

Die Recheneinheit PMAU kann auch bestimmte einfachere Funktionen wie Multiplikationen mit einer Konstanten ausführen. Außerdem kann sie Kombinationen der oben beschriebenen Funktionen ausführen durch Anwenden ähnlicher Verfahren, wie sie oben ί beschrieben wurden.

Jede Recheneinheit PMAU wird, wie oben beschrieben, durch eine Steuereinheit (IS-E) gesteuert, die jeweils ein Steuerwort CW für diesen Zweck bereitstel't. Die PAMi^-Einheit signalisiert durch Abgabe i< > einer Unterbrechungsinformation der Steuereinheit IS-E, daß sie mit der Ausführung der angeforderten Operation beginnt und zum Empfang eines weiteren Steuerworts CW bereit ist. Die CW-Ausführungen sind also verkettet, und die Ergebnisse werden in den r> Speicher SiSgeschrieben, der durch die Einheit /5-Efür Lese- und Schreiboperationen direkt adressiert wird. Die Steuereinheit entnimmt dem PMA fZ-Spcicher die Ergebnisse der ausgeführten Berechnungen, die sie vorher angefordert halle. Die Steuereinheit hat daher 2» keine rein mathematischen Berechnungen mehr auszuführen; dies wird durch die Recheneinheit PMAU erledigt. Sie muß jedoch die Steuerung aller mit der Sammelleitung verbundenen Einheiten sicherstellen, nämlich einer oder mehrerer Recheneinheiten PMAU, 2ϊ über E/A-Anschiußmoduln (I/PO) angeschlossener externer Einheilen, sowie anderer Untersysteme (Sekundäreinheiten), die über eine Verbindungscinheit IBA angeschlossen sein können.

Die Steuereinheit ist deshalb ein intelligentes Modul, su Nachdem sie sich in ihren Speicher die auszuführenden Programme selbst geladen hat, erfüllt sie die Forderungen der verschiedenen von ihr gesteuerten Moduln. Zu diesem Zweck arbeitet sie auf Prioritätsbasis und sucht unter den an die /V-Leitung angeschlossenen Einheiten r> diejenige mit der höchsten Priorität heraus. Diese Suche wird nach der Ausführung einer jeden Instruktion durch die Steuereinheit durchgeführt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Sleucreinheil einen Speicher IS und einen logischen -m Teil E. Letzterer besieht gemäß Darstellung in F i g. 7 hauptsächlich aus einem Instruktionsregister IRM. das jeweils zwei Wörter vom Speicher /S empfangen kann, zwei Blöcken von Operandenregistern 54 und 55, einem Rechenwerk ALU. einem Adreßgcnerator AdF <r> und weiteren Registern, deren Funktion später beschrieben wird. Nimmt man jetzt an, daß der Speicher /5 das Programm der von der Steuereinheit 7U steuernden Operationen enthält, so wird zunächst eine Adresse in das Adreßregister ISAR geladen, um eine Instruktion w aus dem Speicher /5zu holen.

Diese Adresse wird durch einen Block von Inslruktionsadreßregistern NIAR geliefert. Die NIAR-Emrich tung verfügt über soviele Register, wie Prioritätsslufen vorhanden sind. In jedes Register wird nach der Ausführung einer Instruktion die Adresse der nächsten Instruktion des Programmes mn der betreffenden Priorität eingeschrieben. Bevor eine Instruktion ausgeführt wird, fragt also die Steuereinheit alle Einheiten ab, die unter ihrer Steuerung laufen und mit der betreffenden /V-Leitung verbunden sind, um nur eine Instruktion für diejenige mit der höchsten Prioritälsstu· fe zu verarbeiten. Bei den Prioritätsstufen handelt es sich daher eigentlich um Unterbrechungsstufen, da jedes Programm nach der Ausführung einer seiner Instruktio- μ nen unterbrochen wird.

Jede aus dem Speicher /5geholte Instruktion wird in das Instruktionsregister IRMgeladen, das in diesem Fall zwei Wörter WO und Wi speichern kann. Das erste Wort stellt die Adressen der in einem der Register SA und 55 enthaltenen Operanden dar, mit denen im Rechenwerk ALU eine Operation auszuführen ist. Das Wort Wl kann auch direkte Operanden darstellen, die nach Verarbeitung im Rechenwerk ALUm die Register SA oder SB gesetzt werden. Der Betrieb des Rechenwerks wird gesteuert durch das Feld ALUSTRG von W_x. Das Verarbeitungsergebnis kann entweder durch ein Register ALUREC laufen und in eines der Register SA oder SB und zur N-Leitung übertragen werden, oder es kann in den Adreßgenerator /tDFgesetzt werden, um dort unter Steuerung eines anderen Feldes von Wi die Adresse der nächsten Instruktion zu generieren, welche Adresse dann in eines der /VMÄ-Register eingegeben wird.

Andere Daten können mit der N-Leitung ausgelauscht werden, entweder in Eingaberichiung, d. h. von der Sammelleitung zur Steuereinheit E, oder in Gegenrichtung. In Eingaberichtung laufen die Daten durch ein Register REG IN, welches entweder die Registergruppe SB oder das Eingangsregistcr A der ALU speist. In Ausgaberichiung besieht außer der obengenannten die Möglichkeil, die Ausgangssignale der Registurgruppe SB direkt auf die yV-Leitung zu übertragen. Die Übertragungen erfolgen durch Tore G.

Der Betrieb der Steuereinheit beginn", mil einer Initialisierung, während der die ersten Adressen eines jeden Programmes, das von der !Einheit ausgeführt werden kann, in die /VA4/?-Linheil geraden werden. Die mit der /V-Leitung verbundenen Einheiten werden dann abgefragt. Wenn eines von ihnen Bedienung durch die Steuereinheit wünscht oder zur Ausführung einer Operation unter deren Konirolle bereil ist. gibt es ein Anforderungssignal ab. Die Anforderung kann jedoch nur erfüllt werden, wenn die betreffende Einheil unter den anfordernden Einheiten die höchste Priorität hat. Um die Vielseitigkeit des Systems /u verbessern, wurde nicht nur jedem Eingang zur /V-Leitung eine Priorität zugeordnet, sondern es besteht auch die Möglichkeit, durch den Programmierer definierte Prioritäten einzuführen.

Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Programmierer eine normale Unterbrechung mit der höchsten Prioritätsstufe (Stufe 0) mit der Geschwindigkeit eines in F i g. 7 mit rAKTbczeichnclen Taktgebers einführen kann, oder daß er Prioritätsstufen zur Begünstigung tieferer Stufen durch eine Maskierungseinrichtung maskieren kann, oder schließlich Unterbrechungsstufen durch eine /Vftfl-Einrichtung erzwingen kann. Die Maskierungs- und die P//?/?-Einrichlung können Register mit so vielen Bitpositionen sein, wie Unterbrechungsstufen möglich sind. Der Programmierer lädt eine Eins oder eine Null in die Bitposilion, die der zu maskierenden oder der zu zwingenden Stufe entspricht.

Wie oben ausgeführt wurde, kann die Steuereinheit die Programme, die sie zur Steuerung der von ihr abhängigen Moduln ausführen muß, in ihren Speicher IS selbst laden. Die Konstruktionsart dieser Einheit gestattet die Durchführung dieser Funktion zu niedrigen Kosten. Der Zusatz eines einfachen Registers mit der Bezeichnung IPL in F i g. 8 bietet die Möglichkeit, die Steuereinheit zu personalisieren. Zu diesem Zweck enthält der Speicher /5 einen Festspeichertei! ROS, der ein Ladeprogramm enthält, und einen Schreib-Lesespeicherteil RAM, in den die Anwendungsprogramme der Steuereinheit geschrieben werden, die durch eine mit der A/-Leitung über einen E/A-Anschluß 1/OP verbun-

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dene Einheit v47Tgeliefert werden. Diese Einheit kann z. B. ein Kartenleser sein. F i g. 8 zeigt in Form eines Blockdiagramms das Ladesystem. Der Inhalt des Festspeichers ROS läuft durch das Register IRM und beginnt die Ladeoperation. Die Stufe mit der höchsten Priorität (Stufe 0) wird der Einheit ATT zugeordnet, indem man eine Eins in die Nullstufenzelle des Registers PIRR setzt. Alle Register der MAÄ-Einheit werden zurückgestellt, außer demjenigen mit der höchsten Prioritätsslufe, in welches die Adresse der ersten Instruktion des Ladeprogrammes (Adresse 00001 für dieses Beispiel) eingegeben wird.

Das Vorhandensein einer binären Eins in der der Unlerbrechungsstufe 0 entsprechenden PIRR-TeWs, verlangt die Ausführung des Ladeprogrammes. Die Adresse 00001 wird in die /S/4ß-Cinheit gegeben, wonach iias Lesen der entsprechenden Position des Speichers IS erfolgt, wo eine ΛΤΤ-Leseinstruktion gefunden wird. Eine Instruktion und eine Adresse werden aus dem /17Tüber die /V-Leitung herausgeholt, und das ganze in eines der Sß-Register geladen. Dann wird die Instruktion durch die Steuereinheit in das /PL-Register übertragen, während der Wert der /MM-Speicheradresse, die die aus dem ATT geholte Instruktion empfangen sollte, in die ISAR-E'mheh gegeben wird, wozu der Inhalt des Registers IPL in die RAM Einheit geschrieben wird. Das ganze wird in der nachfolgenden Beschreibung »IPL-Verfahren« genannt.

Zur Beschreibung des Datenflusses sei zuerst angenommen, daß die Ausführung nur einer Instruktion betrachtet wird. Wenn eine mit der A/-Leitung verbundene Einheit eine Bedienung durch die Steuereinheit wünscht, gibt sie eine Unterbrechungsanforderung ab, die durch die INTER-Emhcil (siehe Fig. 7) erkannt wird. Dadurch kann der Inhalt desjenigen Λ/ΜΛ-Registers, welches der Unterbrechungsstufe der anfordernden Einheit entspricht, herausgezogen werden, nämlich die Adresse des Platzes im Speicher /5. wo die durch die Steuereinheit auszuführende Instruktion gespeichert ist. Durch das Adreßregister ISAR wird somit eine Instruktion adressiert, die in das Register IRM übertragen wird. Diese Instruktion enthält die beiden Abschnitte IVi und W,. IV₀ enthält entweder die Adressen der Register SA und SB, welche die im Rechenwerk AL i/zu benutzenden Operanden abgeben, oder direkt die in die Λ Ll/-Einheit einzugebenden Werte. IVi gestattet die Operationssteuerung des Rechenwerks ALLJ. Das gelieferte Ergebnis kann an die Register SA oder Sßoder an beide übertragen werden, und zwar in die bereits durch Wi definierten Adressen.

Die Adresse der nächsten, auf derselben Prioritätsstufe auszuführenden Instruktion wird durch die VER-ZWi7(7-An/eige in IVi oder auch mit Hilfe des Rechenwerks AIII erzeugt. Die neue Adresse wird in das NIAR Register geladen, welches der verarbeiteten Prioritütsstiife entspricht. Wenn die verarbeitete Instruktion sich auf eine Einheit bezieht, die mit der N Leitung verbunden ist, ist ihre Adresse in W» enthalten.

Zur I rhöhung der Verarbeitungsleistung arbeitet die Steuereinheit tatsächlich gleichzeitig an zwei Instruktionen, die zu zwei verschiedenen Programmen gehören (Gerade —Ungerade). Die /v"M/?-Register sind dann in zwei Gruppen angeordnet, von denen die eine die geraden Unterbrechungsstufen und die andere die ungeraden Unterbrechungsstufen verarbeitet. Wenn zwei Unterbrechungsanforderungen, eine ungerade (U) und eine gerade (G) gleichzeitig getätigt werden,

arbeitet die Steuereinheit wie folgt. Die Prioritätseinheii holt den NIAR-\nhah der G-Stufe heraus, der dann nach ISAR übertragen wird. Diese Instruktion wird in der Steuereinheit ausgeführt, während das ungerade NIAR-Register U adressiert wird und ISAR speist, wodurch wiederum der Speicher IS adressiert und IRM geladen wird usw.

Die Steuereinheit arbeitet daher mit zwei Programmsätzen, von denen jeder seine eigene Prioritätseinrichtung hat. Wie in Fig.9 gezeigt ist, wird gemäß Prioritäten die Verarbeitung der Stufe 6 unterbrochen, nachdem die Ausführung der Instruktion 103 beendet wurde, um zur Stufe 4 zu gehen (neuanfordernde Einheit mit einer höheren Priorität als die Stufe 6). Die Instruktionen 200 und 201 werden ausgeführt Dann geht die Verarbeitung zur Stufe 6, Instruktion 104 zurück, und läuft weiter. Ein ähnlicher Prozeß läuft zwischen den Programmen ab, die zur ungeraden Stufe gehören. Gerade und ungerade Programme werden somit paralle/ verarbeitet. Um das möglich zu machen, müssen natürlich die Elemente der Steuereinheit in besonderer Art so angeordnet werden, daß sie bestmöglich genutzt werden, während der Verlust oder die Vermischung von Daten vermieden wird.

Die zur Ausführung einer Instruktion benötigte Zeit wird in vier gleiche Teile Cn, G, C? "ind Ci unterteilt. Nach Darstellung in Fig. 10 wird während des Zyklus Ci, soweit die geraden Stufen betroffen sind, eine halbe Instruktion aus dem Speicher IS geholt und in das Register IRM geladen, und die vorhergehende Instruktion wird in die Sätze SA und SB geschrieben. Das Rechenwerk ALU arbeitet für die ungeraden Stufen. Während C> wird für die geraden Stufen der zweite Teil der Instruktion aus IS geholt, und die Register SA und SB werden gelesen. In der Zwischenzeit werden die Adreßdecodiereinrichtung zum Decodieren der Adresse der nächsten Instruktion (N. INST. AD) und die Unterbrechungseinrichtung (UNTERBR.) den ungeraden Stufen zugeteilt. Während G wird das Rechenwerk /\Li/den geraden Programmen zugeteilt, während für die ungeraden Programme die erste Hälfte einer Instruktion geholt und in die Register SA und SB geschrieben wird. Während Gi schließlich wird für die geraden Programme die Adresse der neuen Instruktion decodiert und die neue Unterbrechungsstufe verarbeitet; bei den Programmen der ungeraden Stufen wird die zweite Hälfte der Instruktion aus IS geholt, und die Register .54 und SB werden gelesen. In gleicher Weise wird fortgefahren mit G, C> usw.

Das Rechenwerk ALU kann von bekannter Bauart sein. Es sollte in der Lage sein, Additionen, Subtraktionen, UND-Verknüpfungen, ODER-Verknüpfungen, Antivalenzverknüpfungen, Rechts- und Linksverschiebungen aus/uführen. Seine beiden Eingangsregistcr A und B können Daten aufnehmen und halten, während eine ALU Operation läuft. Diese Register verfügen über die Abschnitte PA und PBfür Paritätsbits. Ein Ausgaberegistcr AUS(IRlXi. empfängt das Ergebnis vom Rechenwerk ALU. Nach Darstellung in Fig. 11 ist eine !'anlasssteuerung vorgesehen. Der Inhalt von PA bzw. PB wird je einer Pantätssteuereinheit PAR1T.-STRG. zugeführt und zur Erstellung eines Ergebnisses PP benutzt, das durch eine Paritätsvoraussageschaltung PARIT.-VORAUSSAGE geliefert wird. Der Vergleich von PP mit den Paritätsbits PR, erzeugt vom Paritätsgeneratoir PARIT.-GEN., dem das Ergebnis aus dem Rechenwerk AL U zugeführt wird, ergibt die Fehleranzeige. Das Ergebnis wird im Register AUSG.-

REG. gepuffert.

Nach diesen Erläuterungen sollte es leichter sein, die Zusammenarbeit der Recheneinheit PMAU mit der Steuereinheit IS-E zu verstehen. Die Recheneinheit PMAU ist, wie oben ausgeführt, von derjenigen Steuereinheit abhängig, weiche cue N-Leitung steuert, an die sie angeschlossen ist. Sobald die PAiAiZ-Einheit zur Ausführung eines durch die Einheit JS-E gelieferten Steuerwortes CW bereit ist, leitet sie eine Unterbrechungiänforderung ein, indem sie z. B. eine binäre Eins in das zugehörige Kippglied L setzt. Die Zweirichtungs-Sammelleitung enthält Leitungen für die Datensignale (Datenleitung) und eine andere Leitung für die Unterbrechur.gssignale (Unterbrechungsleitung). Wenn die PMA LZ-Einheit eine binäre Eins auf die Unterbrechungsleitung der ihr zugeordneten Sammelleitung gibt, wird die Steuereinheit davon informiert, daß die Ausführung des Steuerwortes begonnen wurde und die PM/tL/-Einheit ein neues Sleuerwort empfangen kann. Die Ergebnisse werden automatisch in den Speicher SiS 2u gespeichert, der von der Steuereinheit zum Lesen oder Schreiben adressiert wird. Diese Zugriffe werden nach dem prioritätsgestcuerlen Zykluszuordnungsverfahren ausgeführt, und so müssen jeder PMA LZ-Einheit zwei Adressen zugeordnet werden, nämlich eine für die ΡΛ/4 i/Einheit und die zweite nur für den Speicher SiS. Tatsächlich genügt ein zur PMA (/-Adresse zusätzliches Bit.

Das Steuerwort CW enthält vier Bytes. Um es in die Recheneinheit PMAUeinzugeben, führt die Struereinheit eine Instruktion »vier Byte schreiben« aus. Mit einer weiteren Schreibins;ruktion stellt die Steuereinheit eine Folge von Adressen des PMAt/Speichers SiS bereit, die nach dem oben beschriebenen Verfahren verarbeitet werden soll. An diese Adressen werden die J5 Ergebnisse der von der PMAUausgeführten Operationen abgegeben.

Durch Ausführen von Lese- oder Schreibinstruktionen kann also die Steuereinheit entweder Daten an eine an die /V-Leitung angeschlossene Station senden oder Daten von einer Station holen.

Die beiden für das Signalverarbeitungssystem wesentlichen Moduln, nämlich die Steuereinheit IS-E und die Recheneinheit PMAU, arbeiten mit von dem zu verarbeitenden Signal abgeleiteten Daten. Die Verbindung mit jeder Datenquelle ist durch je ein E/A-Anschlußmodul I/OP sichergestellt. Nach Darstellung in Fig. 12 ist dieses relativ einfach aufgebaut. Obwohl es in dieser Figur die Verbindung eines Analog-Digital-Umsetzers AD mit der ΛΖ-Leitung herstellt, ist es ein Standardanschlußmodul und deshalb nicht von dem angeschlossenen Gerät abhängig. Dieses Modul besteht hauptsächlich aus einem Adreßdecodierer AD-DEC, der mit dem Datenteil der /V-Leitung verbunden ist, einem Register R und einem Kippglied Lo.

Wenn der /4D-Umsetzer oder ein anderes externes, mit dem E/A- Anschlußmodul (I/OP) verbundenes Gerät eine Information für das Steuergerät hat, lädt es diese in das Register R, während das Kippglied Lo auf »1« geschaltet wird. Da d;.s "ippglied mit derjenigen ω Unterbrechungsanforclerungsleitung der /V-Leitung verbunden ist, die zu der diesem E/A-Anschlußmodul zugeordneten Prioritätsstufe gehört, wird die Steuereinheit von dieser Unterbrechungsanforderung unterrichtet. Wenn die Steuereinheit zu einem gegebenen Zeitpunkt bereit ist, diese Bedienungsanforderungen zu erfüllen, sendet sie die Adresse des betroffenen E/A-Anschlußmoduls über die /V-Leitung, und das E/A-Anschlußmodul entlädt dann bei Erkennen der eigenen Adresse den Inhalt seines Registers R auf die Datensammelleitung und setzt das Kippglied LO auf 0 zurück. Um die Steuereinheit und die an das Ξ/A-Anschlußmodul angeschlossene externe Einheit in beiden Richtungen miteinander verbinden zu können, kann man das Register R als Eingabe- und Ausgaberegister benutzen.

Ein Modul mit der Bezeichnung Verbindungseinheit IBA ist vorgesehen für die Verbindung zwischen zwei Untersystemen (Zweigen), von denen eines als Leitsteuereinheit (Leiteinheit) und das andere als Sekundärsteuereinheit (Sekundäreinheit) arbeitet. Man kann fast sagen, daß die Schaltung aus zwei gegensinnig verbundenen E/A-Anschlußmoduln I/OP besteht, wie in Fig. 13 gezeigt Wenn die Leiteinheit M Verbindung mit der Sekundäreinheit E\ aufnehmen will, sendet sie die Adresse der Verbindungseinheil IBA auf die /V-Leilung und gleichzeitig einen Schreib- oder Lesebefehl. Wenn die Adresse einma/ von der Einheit AD-DEC decodiert wurde, veranlaßt die Leiteinheit Aidas Laden des Registers R. Gleichzeitig ruft die Leiteinheit Λ/über eine Steuerschaltung CTl. die Sekundäreinheit £Ί durch Abgabe einer Unterbrechungsanforderung auf der höchsten Prioritätsstufe, indem sie ein entsprechendes Signal auf die Leitung UNT.O der /V-Leitung 2 sendet. Nach der Ausführung der laufenden Instruktion adressiert die Sekundäreinheit die /ß/4-Einheit und veranlaßt das Entladen des Inhaltes von R₁ auf die TV-Leitung 2. Mit Ausnahme der Prioritäten läuft die umgekehrte Operation von E\ nach Λ/ genauso. In diesem Fall hat die Sekundäreinheit natürlich nicht die höchste Priorität, und ihre Prioritätsstufe hängt von der allgemeinen Konstruktion des gesamten Systems und der Aufteilung der Arbeitsbelastungen aut die verschiedenen Untersysteme ab.

Die Verbindungseinheit IBA kann fast symmetrisch sein, man kann aber auch einen einzigen Adreßdecodierer für beide Richtungen verwenden.

Aus den oben beschriebenen Moduln können Signalprozessoren aufgebaut werden. Grundsätzlich muß bei jeder Anwendung zunächst einmal eine Liste der auszuführenden Funktionen aufgestellt werden, und dann müssen zur Optimierung der ganzen Anlage die Funktionen auf die verschiedenen Untersysteme verteilt werden. Die vorliegende Erfindung wird anschließend anhand eines Beispieles aus dem Telefonbereich und eines anderen Beispieles aus dem Modembereich gezeigt. Diese Auswahl von Beispielen schränkt jedoch den Anwendungsrahmen der Erfindung, die ebensogut auf andere Arten von Signalprozessoren anwendbar ist, in keinei Weise ein.

Ein Telefonsystem sollte folgende Funktionen ausführen: Dauernde Abfrage der verbundenen Teilnehmeranschlüsse zur Ermittlung ihres Belegungs- bzw. Freizustandes, Übertragung der Töne, Erkennung der gewählten Nummern, Aufbau der Verbindung zwischen rufendem und gerufenem Anschluß, Rufzeichen für den gerufenen Anschluß usw. Das hier belrach'.ete Telefonsystem arbeitet im Zeitmultiplexverfahren. Ein derartiges System ist beschrieben in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 24 05 401.

Zuerst werden die Grundprinzipien erklärt: Alle an das System angeschlossenen Teilnehmeranschlüsse werden in diesem Fall periodisch abgefragt, um Zustandsänderungen zu erkennen. Wenn ein Zustand »abgehoben« erkannt wird, wird die zugehörige Teilnehmeranschlußnummer aufgezeichnet und ein

Wählton an den rufenden Teilnehmeranschluß gegeben, der dann weiß, daß er die Nummer des verlangten Teilnehmers wählen kann. Sobald diese feststeht, wird ein Ruf an den verlangten Teilnehmeranschluß abgesandt. Dann wird der Zustand des Gabelschalters (aufgelegt/abgehoben) festgestellt, und die Verbindung hergestellt dur. h Zuordnung des gleichen Zeitabschnittes im Multiplexzyklus zu den beiden Anschlüssen. Das bewirkt jeweils ihren gleichzeitigen Zugang zur Zeitinulliplexleilung zur Datenübertragung.

Fig. 14 zeigt ein Telefonsystem, welches NTeilnehmeranschlüsse bedient, die in drei Gruppen K 1, K 2, K 3 unterteilt sind. Jede Gruppe ist mit einem Unlersystem verbunden, das eine Steuereinheil IS-E enthält, die an eine mit einer Recheneinheit PMAU und zwei E/A Anschlußnioduin ausgestattete Λ'-Lcitung angeschlossen ist. Das erste E/A-Anschlußmodul SB sorgt für die Verbindung der Zeilmultipiexleitung mit den Anschlüssen 70. Fl₁... Tn über die Leitungsanschlußleitungen LA 0. LA 1 LAn. Kede Leitungsanschlußschaltung enthält eine Konventionelle Leitungsschaltung sowie einen AD- und DA-Umsetzer. Das zweite E/A-Anschlußmodul (CSB)sorgl für die Verbindung mit einer der Tclefonsteuerung zugeordneten Leitung. Dieses L/A-Anschlußmodul sichert die Abfrage- und Rufoperationen, das Erkennen von Zustandsänderungen usw.

Die Aufteilung der Anschlüsse in verschiedene Gruppen bietet eine Lösung für Probleme, die durch räumliche E'.nlfcrnungen zwischen den Anschlüssen entstehen. Die Anschlüsse derselben Gruppe können durch ein Untcrsystem behandelt werden. Die Gesamisteucrung verlangt die Benutzung einer Leitsteuercinheii M, die eine Leitfunktion über andere Steuereinheiten SI, S2. S3 ausübt. Die /V-Leitung 0, die mit der Lei'Steuereinheit verbunden ist, ist daher auch mit der A/-Leitung 1, /V-Leitung 2 und /V-Leitung 3 der Sekundärsteuereinheiten über die Verbindungseinheiten IBA 1 bis IBA 3 verbunden. Ein E/A-Anschlußmodul SBO gestattet die Verbindung einer Zeitmulliplexsammellcitung 0 mit der /V-Leitung 0. Jede Zeitmultiplexsammelleilung eines Unlersyslems ist mil SBOüber eine Zeitmultiplexverbindungsschaltung verbunden, die bezeichnet ist mit TBI.

Im Betrieb können die Operationen wie folgt ablaufen: Jede der Steuereinheiten £2, £3 und £4 fragt dauernd die Schaltungen LA. die mit der ihr zugeordneten K-Gruppe verbunden sind, durch sequentielle und zyklische Adressierung besagter Schaltungen ab, indem ihre Adresse zusammen mit einem Lesebefehl durch das Anschlußmodul CSB gesandt wird. Nimmt man an. daß die Schaltung I.AO der Gruppe K3 mit einem rufenden Telefonapparat verbunden ist, so empfängt die adressierende Steuereinheit £4 von LAO eine Information, welche die Zustandsänderung (Abheben des Hörers) anzeigt. Die Steuereinheit S3 hat die Adresse des Anschlusses TO aufgezeichnet und wird von dem Ruf informiert Sie sendet durch das E/A-Anschlußmodul SB3 den konventionellen Wählton an LA O und somit an den rufenden Teilnehmer TO. Der erwähnte Ton muß zuerst einmal erzeugt werden. Deshalb veranlaßt S3 die Recheneinheit PMAU3 zur Durchführung dieser Tonerzeugungsoperation (die im einzelnen später beschrieben wird) durch Abgabe eines Steuerwortes ClVan die Recheneinheit welches die Art des benötigten Tones (Wählton) angibt. Der rufende Teilnehmer am Anschluß TO wird durch Empfang des Wähltones davon informiert, daß er die Telefonnummer des zurufenden Anschlusses wählen kann. Die Steuereinheil S3 sammelt die gewählten Ziffern durch das E/A-Anschlußmodul IBA 3 an die L.eiteinheit M nach der oben beschriebenen Technik, um die Verbindung ^r> zwischen Leiteinheit und Sekundäreinheit herzustellen. Es kann z. B. angenommen werden, daß der gerufene Anschluß der Anschluß Tn in der Gruppe K 1 ist. Die Leiteinheit identifiziert diesen Anschluß und stellt fest, mit welcher Steuereinheit zu verbinden ist. Dann fordert

ίο sie von Sl den Zugang zu dem Anschluß Tn, der zu dieser Gruppe gehört. Die Sekundäreinheit Sl sendet über CSB1 einen Rufsteuerbefehl an Tn. Während Tn gerufen wird, informiert S1 die Leiteinheit, die dann S3 auffordert, ein Rufrückmeldesignal an den rufenden

r> Anschluß TO über das E/A-Anschlußmodul Sß3 zu

anderen Ton, der von der Einheit PMAlI3 erzeugt wird (von S3 angefordert), indem an die Einheil PMAU3 das den geforderten Funktionen entsprechende Steuerwort gegeben wird. Der Belegungszustand des gerufenen Anschlusses Tn wird von Sl während der sequentiellen Abtastung der K 1-Anschlüsse erkannt. Diese Steuereinheit liefert dann an Tn einen Befehl zur Rufbeendigung über CSSl und LAn. Die Verbindung kann durch die Leiteinheit M hergestellt werden. Zu diesem Zweck wird derselbe Zeitabschnitt Ti zum Abfragen der Zeitmultiplexleilung 0 von der l.eiteinheit M beiden Zeitmultiplexverbindungsschaltungen TBI \ und TBI3 zugeordnet. Diese Zeiimulliplexverbindungsschaltungen vervollständigen durch die Zuordnung der Zeitabschnitt die Verbindung zwischen der Zcitmulliplexleitung 0. der Zeitmultiplexleilung 3 und der Zeitmultiplexleilung 1. Das bedeutet, daß der Inhalt der Zeitmultiplexleitung 1, der während des Zeitabschnittes err > scheint, der im Abfragezyklus der Gruppe K 1 dem Anschluß Tn zugeordnet ist, in ein Register der Zeitmultiplexverbindungsschaltung TBI1 gespeichert wird, daß der Inhalt dieses Registers die auf der Zeitmultiplexleitung 0 während der Zeit Ti zu übertragenden Daten darstellt, und daß der Inhalt der Zeitmultiplexleitung 0 während dieses Zeitabschnittes 77 auf die Zeitmultipiexieitung 3 gegeben werden sollte, während des Zeitabschnittes, der für die Abfrage von TO der Gruppe K 3 vorgesehen ist.

Die auf diese Weise aufgebaute Verbindung wird nur unterbrochen, wenn die Sekundäreinheiten S1 oder S3 erkennen, daß einer der Teilnehmer (Anschluß Tn oder TO) aufgelegt hat. Sl oder S3 zeigen diesen Zustand natürlich der Leiteinheit an, die den betreffenden Zeitabschnitt der Zeitmultiplexleitung 0 dann wieder freigibt.

Dieses Verfahren ist in einem Programm enthalten, das im Speicher IS der Leiteinheit oder der Sekundäreinheit gespeichert ist. Es kann z. B. beim Aufbau des Systems durch Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens in diesen Speicher eingegeben worden sein.
Es wurde oben gezeigt, daß Tonsignale zu einem bestimmten Zeitpunkt im Vermittlungsprozeß an die Anschlüsse gegeben werden müssen. Diese Tonsignale werden durch die PMA i7-Einheit bei Empfang eines entsprechenden Steuerwortes CWerzeugt Bekanntlich werden Tonsignale verschiedener Frequenzen und Amplituden in Telefonsystemen benötigt Alle diese Frequenzen werden in diesem Fall aus einer Grundsinuswelle abgeleitet (siehe Fi g. 15a), wobei Abtastwerte ihrer Halbschwingungen im Speicher SiS der Recheneinheit PMAUgespeichert sind. Aus diesen Abtastwerten kann die Recheneinheit harmonische Sinusschwin-

gungen aufbauen. Im vorliegenden Fall sind Tonsignale lineare Kombinationen der Frequenzen Sp und Sq, die der folgenden Formel entsprechen:

S= OiSp + β Sq

worin λ und β konstant sind.

Das Signal kann also durch die PMAU-Einheit synthesiert werden. Die Steuereinheit JS-E zeigt der Recheneinheit PMAUdie Art des zu einem gegebenen Zeitpunkt gewünschten Tones an. Die Werte der ι ο Parameter oc und β sind damit ebenso definiert wie die Charakteristik von Spund Sq.

Fig. 15b zeigt die Anordnung der benötigten Daten im Speicher SiS. Die Koeffizienten α und β sind zweimal gespeichert, nämlich α und β in den Adressen B und B + 1 und -α. und β in den Adressen Cund C + i. Die Daten X stellen die Abtastwerte AO bis X_n der Grundsinusschwingung der Frequenz /dar, gespeichert in den Adressen A bis A + n. Eine der Tonerzeugung entsprechende Routine ist im Steuerspeicher CB der PMAU-Einheit enthalten. Sp und Sq stellen Abtastwerte der Sinuswellen der Frequenzen l/p und f/q dar, wobei ρ und q ganze Zahlen sind. Fig. 15c zeigt das Format des Steuerwortes CW, das von der Einheit IS-E an die Einheit PMA U gesendet wird als Aufforderung zum Aufbau eines Tonsignals. Byte 4 gibt den Op-Code an. Die Bits 2 bis 4 stellen ein Codewort dar, das dem angeforderten Ton entspricht, dessen Charakteristik dann in der Steuereinheit Cb der Recheneinheit PMAU definiert wird. Die Bytes 1 bis 3 geben die Zeiger PTR 1 bis PTR 3 an. Die PMAU-Einheit benutzt den Zeiger PTR 1, um α oder — α aufzusuchen. Der entsprechende 0-Wert steht in der nächsten Adresse. Ein Kennzeichen (Fi) erscheint an der jeder Koeffizientengruppe {ex., β) folgenden Adresse. PTR 2 und PTR 3 definieren Sp und Sq. Die Ergebnisse der von der PMA [/-Einheit ausgeführten Operationen werden in eine Tabelle geschrieben (»RESULT«), die für diesen Zweck im Speicher SiS vorgesehen ist, und werden von der Recheneinheit PMAUan die Steuereinheit gegeben und dann an den D/A-Umsetzer übertragen, der zu dem den Ton anfordernden Telefonanschluß gehört.

Fig. 15d zeigt ein Betriebsablaufdiagramm für die Sekundärsteuereinheit. Wenn die Steuereinheit IS-E zu arbeiten beginnt, wird das Steuerwort CW in ein Register geladen (Schritt 1) und ist dann zur Übertragung bereit

Dann wird das erste Steuerwort an die Einheit PMA U gesendet (Schritt 2) und die gerade laufende PMA £/-Unterbrechungsstufe wird auf Null zurückgestellt Das Programm wartet dann auf den Unterbrechungsbefehl (Schritt 3) von der Einheit PmAU. Bei Empfang dieses Befehles wird die entsprechende Stufe in der PIRR-Einheit auf Eins gesetzt (Schritt 4). Das Berechnungsergebnis wird durch IS-E in den Speicher SiS der PMA [/-Einheit gelesen und an die Anschlußschaltung LA gesendet (Schritt 5), die den Ton anfordert, wo es dann von Digital- in Analogdarstellung umgesetzt wird. Im Schritt 6 wird das neue Steuerwort vorbereitet durch Addition von ρ und q zu PTR2 bzw. PTR3. Das Programm der Steuereinheit prüft, ob die neuen Zeiger den Wert A + η nicht überschreiten. Wenn das der Fall ist, werden sie durch ihren Modulo-/! Wert ersetzt und das entsprechende Vorzeichen wird verändert Dann sendet die Steuereinheit das neue Steuerwort, wie oben beschrieben, und die Reihenfolge beginnt wieder von vorne.

Die vorliegenden Ausführungen zeigen die Vorteile der Erfindung im Telefonbereich. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt. Jedesmal wenn eine Signalinformation verarbeitet werden soll, um von ihrem Empfänger interpretiert werden zu können, kann diese Erfindung angewandt werden. Jedesmal ändern sich zwar die Funktionskombinationen in der Recheneinheit PMAUebenso wie die Programme und die Prozesse, die Grundprinzipien bleiben jedoch dieselben.

Nimmt man z. B. an, daß ein Datenübertragungssystem aufgebaut werden soll, so kann das Informationssignal an den Adressen erst abgeliefert werden, nachdem es eine Anzahl von Prozessen einschließlich insbesondere einer Modulation an der Senderseite und einer Demodulation an der Empfängerseite unterworfen wurde. Die diese Operationen ausführende Einheit ist als Modem bekannt. Mehrere Beschreibungen analoger oder digitaler Modems finden sich in der Fachliteratur, insbesondere im Artikel von M. Choquet und H. Nußbaumer im IBM Journal of Research and Development, Band 15, 1971, S. 364-377. Eine Ausführung ist auch beschrieben in der DE-OS 21 46 752.

Auf der Empfängerseite muß das Eingangssignal geprüft, gefiltert und abgeglichen werden, bevor man die Daten bekommt. Diese Operationen müssen mit der richtigen Taktrate und der richtigen Anfangsphase ausgeführt werden.

Nach Darstellung in Fig. 16 enthält ein Empfänger einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC), in dem das Analogsignal φ) von der Leitung mit der Frequenz des durch CK erzeugten Taktsignales abgetastet wird. Die so erhaltenen Abtastwerte ru werden an einen Hilberi-Transformator (H) übertragen, der einen Entzerrer EQ treibt, welcher einen Detektor D speist Die genaue Beschreibung dieser Funktionseinheiten findet sich in DE-OS 2416 058, DE-OS 24 20 831 und DE-OS 22 58 383.

Ein diese Erfindung benutzendes Modem ist in Fig. 17 gezeigt. Es enthält eine als Leiteinheit arbeitende Steuereinheit M, deren N-Leitung O über IBA\ und IBAi an die /V-Leitung 1 und die N-Leitung 2 angeschlossen ist, die zu den Sekundäreinheiten S1 bzw. S 2 gehören. Die Sekundäreinheit Si steuert eine Recheneinheit PMAU und ein E/A-Anschlußmodul I/OP\, verbunden mit einer analogen Eingangsschaltung. Dieser Teil des Modems führt in Verbindung mit der Leiteinheit die Empfangsfunktion aus. Die Sekundäreinheit Si ist mit einer analogen Ausgangsschaltung verbunden (ANALOG AUS). Die Leitsteuereinheit M und die Sekundärsteuereinheit S2 mit den zugehörigen Verbindungseiiiheiien führen die Absendefunkticr. aus. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird angenommen, daß ein 8-Phasen-Modem betrachtet wird, in dem jede Phaseninformation drei Bits benötigt Es wird außerdem angenommen, daß die A/D-Umsetzung und die Taktinformations-Wiedergewinnung (mit den Bezeichnungen ADCund CKm F i g. 16) auf konventionelle Weise durch Analogschaltungen in der Eingangsschaltung (ANALOGEIN) der Fig. 17 durchgeführt werden. Diese Schaltung liefert daher Abtastwerte r* an das E/A-Anschlußmodul LOPu Das Untersystem (1) mit Si, der Recheneinheit PMAUund dem E/A-Anschlußmodul //OPi führt die Hilbert-Funktion, die Entzerrung und die Detektorfunktion der Fi g. 16 aus. A/D-Umsetzung und Taktrückgewinnung können natürlich auch durch ein von Si gesteuertes Untersystem ausgeführt werden.

₁g. 18 ist ein Funktionsablaufdiagramm für die Anordnung der F i g. 17 gezeigt, welches die Verteilung der Aufgaben unter den verschiedenen Elementen des Untersystems (1) der Fig. 16 wiedergibt. Dieses Untersystem liest Abtastwerte r* in das Register des E/A-Anschlußmoduls //OPi und schreibt diese Abtastwerte in den Speicher S/Sder Einheit PMAU. Mit diesen Abtastwerten führt die Recheneinheit PMAU die Hilbertfunktion und die Entzerrerfunktion durch. Wie bereits in der DE-OS 24 16 058 beschrieben ist, werden diese Funktionen von Transversalfiltern mit den Koeffizienten A,, B,, Cj, D, und von Addierern Σ I und Σ 2 wahrgenommen. Die Abtastwerte r* werden in ein erstes Schieberegister dl\ gesendet, das von den beiden Trans versalfiltern AiA Γ und HIL benutzt wird und die Koeffizienten A₁ und ß,hat.

Die von diesen beiden Filtern abgegebenen Abtastwerte X und Y werden in die Schieberegister di2 bzw. c/13 eingeführt, von denen jedes ein Transversalfilter mit den Koeffizienten Q und D, bildet. Die Ausgänge dieser Filter liefern die Signale U und V. Die Recheneinheit PMAU übernimmt gemäß obiger Beschreibung alle diese Funktionen vollständig. Die Steuereinheit liefert daher ein Steuerwort und die Abtastwerte r_k an die PMAU-Einheit, und die PMAU-Einheit liefert die Wörter entsprechend i/und Vzurück an die Steuereinheit, nachdem sie die Transversalfilterfunktionen ausgeführt hat und die Summen dieser Funktionen gebildet hat. In der digitalen Phasenmodulation stellt jedes U- V-Paar die kartesischen Koordinaten dar, die die verlangte Information Da definieren. (Siehe oben zitierten Aufsatz von Choquet und Nußbäumen) Aus ihnen bestimmt die Einheit IS-E im Falle eines Achtphasen-Modems den Wert des empfangenen Byte durch Tabellensuche. Die Bits werden dann zur Verbindungseinheit IBA gesendet, um an die Leiteinheit übertragen zu werden, die ihre Verarbeitung fortsetzen sollte. Außerdem sollten die Werte der Koeffizienten C, und Di des Entzerrers von Zeit zu Zeit modifiziert werden. Die Steuereinheit IS-E errechnet einen Fehlerausdruck (Er), dessen kartesische Komponenten lauten DU= U₀- £7und DV" = V₀ - V, worin JJq und Uv die idealen Werte und U und V die effektiv empfangenen Werte sind. Die Informationen DU und DVwerden an die Recheneinheit PMAUgegeben, die mit einem konventionellen Algorithmus die Abweichungen 4 C, und Δ Di errechnet, die auf die Koeffizienten Q und Di anzuwenden sind, um den Fehler bei U und V möglichst klein zu halten. In diesem Fall gibt die Steuereinheit der PM4£/-Einheit Steuerwörter zur Ausführung dieser Algorithmen ab.

Wie oben beschrieben wurde, liefert die Sekundäreinheit Si der Leiteinheit MBytes von 3 Bit Länge, die aus dem auf der Leitung L\ empfangenen Signal herausgezogen wurden (Fig. 17). Diese Bits bilden jedoch nicht die benötigte Endinformation. Zuerst sollte die Ldileinheit die Bytes dechiffrieren. Bevor die Datenbits an der Absendeseite in die Leitung gegeben werden, werden sie nach einem vorher definierten Algorithmus modifiziert. So wurde z. B. systematisch in langen Folgen von Einsen eine Null eingegeben, bevor diese Folgen auf die Leitung gesendet werden. Diesen Vorgang nennt man »Verwürfelung«, und dadurch wird die Übertragung über die Leitung und die Wiedergewinnung der Taktinformation im Empfänger leichter.

Um diese »Verwürfelung« rückgängig zu machen, braucht man nur logische Funktionen auszuführen, und das geschieht durch die Leitsteuereinheit. Diese führt z. B. Modulo-2-Additionen mit den empfangenen Bits aus.

Aus der dechiffrierten Bitfolge ergibt sich eine zweite Folge, die von der Leiteinheit in Wörter aufgeteilt wird. Die Aufteilungsphase läuft unter der Steuerung der leiteinheit, welche die Bits dann sortiert, um nur die benötigten zurückzuhalten.

Auf der Empfängerseite führt die Leiteinheit komplementäre Operationen aus. Sie gibt daher Gruppen von 3 Bits an die Sekundareinheit S2. Bei der Phasendigitalmodulation stellt jedes 3-Bit-Byte einen Phasenwert dar, und ein Signalelement entspricht jedem Phasenwert. (Eine genaue Beschreibung der digitalen Übertragung ist den oben angeführten Referenzen zu entnehmen.)

Für ein Achtphasen-Modem gibt es nur acht mögliche Signalelemente. Jedes Signalelement ist selbst durch eine gegebene Anzahl von Abtastwerten definiert, die zusammen ein Wort bilden. Die acht Phasen sind daher durch acht Wörter dargestellt, die am Anfang in den Speicher IS der Sekundäreinheit 52 im IPL-Verfahren geladen werden.

Wie in der zuletzt erwähnten Offenlegungsschrift gezeigt wird, sollten Additionen der Signalelement-Abtastwerte entsprechend dem letzten von der Leiteinheit M empfangenen Biyte und einer gegebenen Zahl (z. B. 5) der vorhergehenden Signalelemente ausgeführt werden. Diese Operationen können von der Sekundäreinheit S? ausgeführt werden. Die aus dem Speicher /5 bei jeder Ankunft eines Byte geholten Signalelemente werden in Register geladen, die zum Block SB von E 2 gehören. Wenn zur Zeit /ein neues Byte ankommt, wird ein neues Wort S_el in den Registerblock SB eingeführt und das Wort Se,-6 wird ausgeschoben. Die vor der Ankunft eines neuen Byte in S2 auszuführenden Operationen sind nur Additionen und Akkumulationen, die hauptsächlich mit dem Rechenwerk ALU und dem Registerblock SB ausgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Akkumulationen sind Wörter, die an die Ausgangsschaltung ■»AN.ALOG AUS« durch ein E/A- Anschlußmodul I/OP2 gegeben werden. Diese Schaltung führt die D/A-Umsetzung durch und bei Bedarf auch Ausgabefilteroperationen, bevor die Signale auf die Ausgangsleitung gegeben werden.

Hierzu 17 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung mit hierarchisch untereinander verbundenen speicherprogrammierten Steuereinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (MA bzw. SL) als selbständige mit Speicher- und Rechenwerk (IS, ALU) ausgestattete, zur Entgegennahme, Verarbeitung und Abgabe von Ruf-, Prioritäts-, Adressier-, Steuer- und Datensignalen ausgebildete Prozessoren sind, daß jede Steuereinheit über eine zur Signalübertragung in beiden Richtungen geeignete Sammelleitung (51, 52) an einen Verbindimgsmodul (IBA) angeschlossen ist, der jeweils zwei in hierarchischer Beziehung stehenden Steuereinheiten gemeinsam ist und zwischen diesen einen bevorrechtigten Signalaustausch in beiden Richtungen gestattet, daß an wenigstens eine der beiden Sammelleitungen (S 1 oder 52) ein Eingabe-/Ausgabemodul (I/OP) und an wenigstens eine der beiden Sammelleitungen (51 oder 52) wenigstens ein Rechenmodul (PMAU) angeschlossen ist, daß jeder Ein-/Ausgabemodu! (UOP) bzw. Rechenmodul (PMA U) von der an die gleiche Sammelleitung angeschlossenen Steuereinheit adressierbar ist für einen selektiven Signalaustausch und daß der Verbindungsmodul nur im adressierten Zustand Signale zur anderen Sammelleitung überträgt.

2. Modulare Signalverarbeitungs-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuereinheiten (MA) zur Modulation bzw. Demodulation als Leitsteuereinheit über einen ersten Verbindungsmodul (IBA 1) an einen Empfangszweig mit mindestens einer Sekundärsteuereinheit (SL I), einem Rechenmodul (PMALJ) und einem Eingabe/Ausgabemodul (//OPl) sowie über einen zweiten Verbindungsmodul (IBA 2) an einen Sendezweig angeschlossen ist, der mindestens eine Sekundärsteuereinheit (SL2) und mindestens einen Eingabe/Ausgabemodul (//OP 2) aufweist (F i g. 17).

3. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuereinheiten (MA) als Leitsteuereinheit verwendet ist und dieser erste Sekundärsteuereinheiten (5/- 2, SL 2', SL 2") über ihre Sammelleitungen und je einen Verbindungsmodul (IBA) mit der Sammelleitung einer weiteren Sekundärsteuereinheit (SL 1 = MA 2) verbunden sind, die als Leitsteuereinheit (MA2) der ersten Sekundärsteuereinheiten dient (F i g. 2).

4. Modulare Signalverarbeilungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenmodul (PMAlI) einen Multiplizierer (MULT) mit angeschlossenem Akkumulatorregisler (AKK). einen Speicher (SiS) zur Aufnahme von Signalwertblörken und/oder Koeffizientenwerten sowie von Ergebniswerten, des weiteren Adreßregister (AR)zur Speicherung der Bestandteile eines von der zugehörigen, an die gleiche Sammelleitung angeschlossenen Steuereinheit (SL) empfangenen Steuerwortes sowie Addier/Inkrementiereinrichtungen (ADD, IR) zur Speicherung und Veränderung von Adreßwerten aufweist (Fi g. 4a und 4b).

5. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Steuereinheiten (MA oder SL) eine Programmumschalteinrichtung (IN TER) aufweist, durch die Programme verschiedener Kategorie parallel, aber bezüglich der einzelnen Programminstruktionen phasenverschoben ausführbar sind und durch die für jedes der beiden Programme Unterbrechungen zum Übergang auf andere Programme der gleichen Kategorie ausführbar sind (F i g. 7).

6. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuereinheit (SL) Schaltungen (PIRR, MASKE) zur mehrstufigen Programmunterbrechung sowie mehrere in ihrer Anzahl den Unterbrechungsstufen entsprechende Instruktionsadreßregister (NIAR) aufweist (F ig. 7.8).

7. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (MA, SZ^direkten Zugriff zum Speicher (SiS) in jedem des an die gleiche Sammelleitung angeschlossenen Rechenmoduls (PMAU) hat.

8. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuereinheit (MA, SL) einen Festwertspeicher (ROS) zur Aufnaiime eines Selbstlad.iprogramms enthält, das die Eingabe der für die Signalverarbeitung benötigten Programme von der Sammelleitung in einen Schreib/Lese-Speicher (7?/lM;steuert(Fig.8).