DE2555434A1 - Rechenwerk - Google Patents
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- DE2555434A1 DE2555434A1 DE19752555434 DE2555434A DE2555434A1 DE 2555434 A1 DE2555434 A1 DE 2555434A1 DE 19752555434 DE19752555434 DE 19752555434 DE 2555434 A DE2555434 A DE 2555434A DE 2555434 A1 DE2555434 A1 DE 2555434A1
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- G06F12/08—Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
- G06F12/10—Address translation
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Description
•^Rechenwerk"
Die Erfindung betrifft ein Rechenwerk mit
einer zentralen Verarbeitungseinlieit für Daten, einem als
Hintergrundspeichereinheit (secondary storage) arbeitenden Peripheriegerät, in dem binäre Datenelemente in Speicherpositionen
gespeichert werden können, die jeweils in einem Speichersektor anschliessend angeordnet sind und wobei
SpeicherSektoren jeweils im unveränderlichen Abstand liegen
und durch eine Gruppe von Adressteilen adressierbar sind, unter deren Steuerung eine Anzahl von Speicherpositionen
sequentiell zugriffsbereit ist, weiter mit einer Steuereinheit
zum .Steuern der Erzeugung universeller logischer . Adressensignale in der zentralen Verarbeitungseinheit durch
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3.12.75.:
Programrasignale auf Basis von durch, die zentrale Verarbeitungseinheit empfangenen Anwenderadressensignalen für die
Speicher einheit. Derartige Systeme werden häufig angewandt. Die Steuereinheit kann beispielsweise eine Speichereinheit
(control store) enthalten, in der ein Maschinenprogramm gespeichert ist. Die Anwendeadressensignale können unter
der Steuerung eines Anwenderprogramms (Applikationsprogramm)
erzeugt werden. An der anderen Seite können sie auch von aussen her z.B. mit einem Tastenfeld erzeugt werden*. Die
Programmsignale können sich auf das Aufarbeiten eines Datenbestandes beziehen. Die von der Steuereinheit erzeugten
logischen Adressensignale müssen darauf in physikalische
Adressensignale umgewandelt werden. Unter logischen Adressensignalen
seien Signale verstanden, in denen sich die hierarchisch angeordneten Adressenelemente nur durch
ihren Platz in der Hierarchiesequenz voneinander unterscheiden,
ohne dass elektrische oder mechanische Eigenschaften der Speichereinheit Einfluss ausüben: namentlich
ist die logische Adresse vom zeitabhängigen Zugriffsverfahren des Speichers unabhängig. So entspricht die
logische Adresse gleichsam einer Zählerstellung. Die Anwenderadresse dagegen braucht keine Anzeige über eine
Reihenfolge, sondern kann aus einer Identifikation eines
Bestandes und eines Objekts in einem Bestand bestehen, also beispielsweise "Kunde .Peter". Diese Anwenderadresse
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wird be±sp±elswelse rait Hilfe einer Tabelle, die zur Dateniiberwachung
gespeichert ist, in zwei Adressen umgesetzt, die die Anfangsadresse des Bestandes "Kunde" bzw« die
relative Adresse in die Rangfolge der Kunden angeben. Die logische Adresse lässt sich daraus leicht formen und
gibt eine relative Adresse in der Rangfolge der Speicherstellen, wenn von der ersten Speicherstelle ab gerechnet
wird» So ist die Speichereinheit auf eine gleiche Weise wie ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (random access)
adressiert, von welchem Speicher das schlagende Beispiel ein aus Speichermatrizen aufgebauter Speicher ist. Die
physikalischen Adressen dagegen enthalten Teile, die in direktem Zusammenhang mit der räumlichen Organisation und
also auch mit dem Aufbau der Speichereinheit stehen. Teile davon können also Adressteile betreffen, die beliebig
zugriffsbereit, verzögert zugriffsbereit, bedingt zugriffsbereit,
usw. sind.. Beispiele davon sind der Adressteil, der aus den Scheiben eines Scheibenspeichers wählt, der
Adressteil, der sich auf die Winkelverdrehung eines Scheibenspeichers bezieht, der Adressteil, der sich auf die
Lage auf einem Magnetband oder auf die Lage eines bewegbaren Magnetkopfes eines Scheibenspeichers bezieht, bzw. ein
Adressteil, der sich auf Daten bezieht, die in einem gepufferten Sp"eicherteil gespeichert sind, so dass zunächst
der Puffer verfügbar sein muss. Namentlich wenn eine Anzahl
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von Speicherstellungen sequentiell zugriffsbereit ist,
nimmt die physikalische Adresse eine wichtige Stellung ein, weil das Austauschen von Daten mit der Speichereinheit
dabei strengen Synchronisationsanforderungen
entsprechen muss. An der anderen Seite sind derartige Speichereinheiten verhältnismässig preisgünstig und damit
also sehr vorteilhaft. Zum Umsetzen logischer Adressen in physikalische Adressen ist es bekannt, eine Umsetzeinheit
zu verwenden, die den Datenbestand überwacht und beispielsweise durch ein spezifisches Maschinenprogramm gesteuert
wird, das darauf wieder in einem Steuerungsspeicher gespeichert ist. Namentlich wenn auch der Datenbestand
durch dieses Maschinenprogramm überwacht wird, muss es viel Information über die Organisation der Datenspeicherung
in der Speichereinheit enthält-.en. Die USA-Patentschrift
3366928 gibt so ein Rechenwerk mit Bandspeichern als Hintergrundspeicher. In einem vorgesehenen (Haupt-)Speicher
ist eine Darstellungstabelle (mapping table) vorhanden,
wodurch eine Anzahl hierarchischer Adressenteile ableitbar sind. Der Hauptspeicher enthält dazu pro Datenbestand
eine Identifikation eines Bandspeichers, also eine physikalische Teiladresse, und weiters eine Folge logischer
Blocknummern mit einer Längenindikation jedes Blocks, Blocknummern sind also weder logische noch physikalische
Adressteile, weil sie erst durch die akkumulierte Länge
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der vorangehenden Blöcke eine Bedeutung gewinnen. Nach der bekannten Technik werden aus den erwähnten Daten die
physikalischen Adressen abgeleitet. Es zeigt sich für einen Entwerfer, der u.a.den Inhalt des erwähnten Hauptspeichers
feststellen muss, eine zusätzliche Belastung zu sein, dass der erwähnte Inhalt auch eine ausgedehnte
Information über die physikalischen Eigenschaften der
Datenspeicherung in der Hintergrundspeichereinheit enthalten muss. Im Zusammenhang damit bezweckt die Erfindung
diese Belastung herabzusetzen, so dass es genügt, wenn nicht mehr als nur logische Adressensignale einem Adapter
angeboten werden. Wenn in den bekannten Systemen die Speichereinheit geändert wird, muss auch das Adapterprogramni
(also der Inhalt des erwähnten Hauptspeichers) geändert werden. Diese Aenderung kann sich auf die Kapazität
beziehen, wodurch die Obergrenze einer physikalischen Teiladresse geändert wird. Es kann auch die Organisation
der Speichereinheit betreffen, so dass beispielsweise ein bis daher verzögerter zugriffsbereiter Adressteil jetzt
wahlfrei zugrif£sbereit wird. Beispiel·: ein magnetischer
Scheibenspeicher wird für jede Speicherspur mit einem Magnetkopf versehen. Auch wenn der Datenbestand in der
Speichereinheit eine andere Organisation bekommt, muss der Inhalt des erwähnten Hauptspeichers geändert werden.
Dies kann sich schon ereignen, wenn die Anzahl von
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Informationseinheiten in einem Bestand -wächst, so dass
mehr Speicherraum benötigt wird. Auch ist nach der bekannten Technik der Inhalt des erwähnten Hauptspeichers
nur für eine bestimmte Konfiguration brauchbar'und also
nicht universell anwendbar. Gleiches gilt auch, wenn die Bearbeitungen anlässlich des Inhalts des erwähnten Hauptspeichers
in spezifischen Anordnungen durchgeführt wird; bei der Aenderung in der Speichereinheit müssten auch
diese Anordnungen geändert werden« Die Erfindung erstrebt eine Speichereinheit durch Adressierung des Maschinenprogramms,
also wäre es ein Speicher mit beliebigem Zugriff. Die Erfindung erstrebt eine vom Maschinenprogramm zu
adressierende Speichereinheit ohne Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften der Speichereinheit. Die
Erfindung erstrebt eine leichte und rasche Austauschbarkeit von. Speichereinheiten unterschiedlicher Eigenschaften
dadurch, dass dabei keine Aenderung in der zentralen Verarbeitungseinheit erforderlich ist. Die Erfindung ist
zur Verwirklichung der Zielzetzungen dadurch gekennzeichnet, dass durch eine in logischer Struktur unveränderliche
Umsetzeinheit, mit Hilfe eines vorgesehenen Rechenelementes, spezifisch für die erwähnte Speichereinheit auf Basis
der erwähnten logischen Adressensignale eine Sektoradresse für die spezifisch der erwähnten Speichereinheit eigenen
SpeicherSektoren gleichen Länge formbar ist, welche
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Speichersektoren Teile jeder gleicher, spezifisch der
erwähnten Speichereinheit eigenen Anzahle von Speichersektoren enthaltenden Speicherblöcke sind, wobei die
erwähnte Sek^oradresse die erwähnten Adressteile explizit enthält, und dass die Spezifität der erwähnten Umsetzeinheit
für die betreffende Speichereinheit nur in einer Anzahl von Parametersignalen enthalten ist, die je eine
partielle Kapazitätsgrösse indizieren. Unter einer derartigen
GrSsse sei eine Grenze verstanden, z.B. eine Obergrenze für eine physikalische Teiladresse. Durch die
Einführung von Speichersektoren-mit-konstanter-Länge in Speicherblocke—mit-konstanter-Länge wird grosse Vereinfachung
erreicht, weil die Längen von Speichersektor und Speicherblock jetzt als zwei Parameter in der erwähnten
Umsetzeinheit auftreten: auf diese Weise ist ein hohes Mass von Modularität erreicht. Bei Aenderungen in der
Speichereinheit brauchen jetzt höchstens Parametersignale
geändert zu werden. Dia universellen logischen Adressen können dadurch ungeändert bleiben« Durch die Abwesenheit
einer ausgedehnten Darstellungstabelle ist Wiederprogrammierung überflüssig. Mit einer in der logischen Struktur
unveränderlichen Umsetzeinheit wird eine Anordnung gemeint, die bei jeder Adressierung nur eine Anzahl fester Datenoperatäionen·
durchführen kann, ohne dass die Natur dieser Operationen von au.s einer Speichereinheit anrufbaren Daten
abhängt.
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Es ±sx vorteilhaft, \vTenn die erwähnten
Speicherblöcke Teile jeder gleichen, der erwähnten Speichereinheit
spezifisch eigener Anzahle von Speicherblöcken enthaltenden Speicherbereiche sind, wodurch die erwähnten
Speichersektoren in einem dreidimensionalen Adressenraum adressierbar sind. Jede physikalische Adresse enthält
jetzt drei Adressteile, während für jeden Adressteil ein modularer Aufbau verwirklicht worden ist, so dass die
Umsetzeinheit eine einfache Struktur haben kann« Durch einen dreidimensionalen Adressenraum ist auch eine sehr
grosse Speicherkapazität verwirklichbar·
Es ist vorteilhaft, wenn die Speichereinheit eine Anzahl magnetisierbarer Scheibenoberflächen enthält,
auf denen die drei Adressteile Zylinderoberfläche, Magnetkopf
bzw. Spursektor identifizieren. Beim Entwerfen eines magnetischen Scheiberispeichers gibt es viele .AuswahlmSglichkeiten
und deshalb ist es gerade äusserst vorteil- . haft, wenn das Programm, das auf der Basis der Anwenderadressen
die Adressenkonversion durchführt, nichts über
die Kenngrössen des Scheibenspeichers weiss, wie Scheibenoder Spuranzahlen und sich das erwähnte Programm auf das
Erzeugen logischer Adressen beschränkt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Speichereinheit
Daten in Form magnetischer Domänen enthält. Eine physikalische
Adresse kann .dabei aus einer Anzahl von Adressteilen
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bestehen, welche Verteilung vom"ausgewählten Typ des
Speichers mit magnetischen Domänen abhängig ist» Es kann, insofern, es sich um die logischen Adressteile handelt,
auf genau dieselbe leise adressiert werden wie der früher erwähnte Scheibenspeicher. Auf gleiche Weise kann die
Speichereinheit auch eine Anordnung mit Schieberegisterelementen, enthalten oder sogar aus Speichermatrizen aufgebaut
sein} in diesem Falle ist die Erfindung vorteilhaft anwendbar, wenn eine Anzahl von Speicherwörtern sequentiell
adressiert wird, wobei es keinen Unterschied zwischen Speichereinheiten mit oder ohne wahlfreien Zugriff gibt,
insofern es sich um die logischen Adressen handelt.
. Es ist vorteilhaft, wenn das erwähnte
Rechenelement einen Teil der zentralen Verarbeitungseinheit bildet. Durch den Doppelgebrauch des erwähnten
Rechenelements, sowohl für Adressenberechnung als auch
für die "eigenen" Bearbeitungen, wird Materialersparung
bewirkt. Dabei wird das Rechenelement also zeitweise von der ausserhalb der zentralen Verarbeitungseinh^it
angeordneten Umsetzeinheit gesteuert,
■ Andererseits ist es vorteilhaft, wenn die
erwähnte Umsetzeinheit zusammen mit der erwähnten Speichereinheit mit gemeinsamen Empfangskiemmen für die erwähnten
logischen Adressensignale und gemeinsamen Verbindungski emmen für Datentransport ausgeführt ist,
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Dadurch genügt das Austauschen von Anschlussverbindungen schon zum Durchführen des Ersatzes der Speichereinheit
(plug to plug compatibility).
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in den Zeichnungen dargestellter Figuren näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Rechenwerk nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Rechenwerk nach der Erfindung,
Fig. 3 den Inhalt eines erfindungsgemässen Steuerspeichers,
Fig. h nähere Ausarbeitungen einer erfindungsgemässen
Schaltung, und
Fig. 5 die Organisation eines Speichers mit magnetischen Domänen.
Fig. 1 zeigt ein Rechenwerk nach dem Stand der Technik, namentlich nach Fig. 1 der erwähnten USA-Patentschrift
3366928. Das "Werk enthält eine Eingangsklemme 1 für Programmsignale. Es handelt sich hier um ein
sogenanntes Anwenderprogramm , das beispielsweise das Aufarbeiten eines Datenbestandes betrifft. Ein Auftrag
enthält beispielsweise in diesem Fall eine Identifikation des Bestandes, eine Identifikation eines Teils dieses
Bestandes, z.B. einer Nummer, und eine Aenderungsinformation. Die letzte Information wird nicht näher beschrieben, denn
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darauf bezieht sieb, die Erfindung nicht spezifisch. Nach
der bekannten Technik enthält der Hauptspeicher 2 eine Darstellungstabelle, die nach Aufruf mit der Identifikation
des Bestandes eine Identifikation eines der magnetischen Bandgeräte 10, 11. 12, eine Identifikation eines oder
mehrerer Blöcke darauf und die Längen der betreffenden Blöcke liefern kann» Der Hauptspeicher enthält also implizite
die vollständige Organisation des Inhalts der Bandgeräte, die also durch ihre physikalischen Eigenschaften mit
bestimmt ist, beispielsweise die Blocklänge pro Band, die Bandzahl und die Kapazität pro Band. Unter der Steuerung
des Taktgebers 5 wählen die Blockzugriffskontrolle 3 und
die Sektor(record)—Zugriffskontrolle h einen bestimmten
Sektor aus, mit durch den Vergleich der Nummer im Bestand, die im Speicher 2 gespeicherten Blocklängen und die
Stellungen des Blockzählers (7» 8, 9) deI>
ausgewählten Bandeinheit. Ist der erwünschte Sektor ausgewählt, öffnet sich das Gatter 6, wodurch die gelesene Information über
die Leitung 13 der zentralen Verarbeitungseinheit zugeführt
wird. Auf entsprechende Weise wird Information in eine Bandeinheit eingeschrieben, wobei im Falle von
Magnetband beim Rückschreiben von Information nahezu immer ein systematischer Stellenfehler auftritt, so dass nur
einige Male hintereinander ein Lese/Schreibzyklus durchgeführt werden kann, bevor unerwünschte Wechselwirkung
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zwischen der gespeicherten Information aufeinanderfolgender
Sektoren auftreten könnte. Wenn nun beispielsweise ein Bandgerät durch eines von einem anderen Typ
ersetzt wird, muss die Information im Hauptspeicher 2 vollständig aufgearbeitet werden. Dies erfordert eine
ausgedehnte Aufarbeitungsoperation, sowohl in bezug auf die Hinweistabelle im Hauptspeicher als auch in bezug
auf das Steuerprogramm, das auch im Hauptspeicher gespeichert ist und auf dessen Basis die Hinweistabelle
abgefasst wird.
Die erwähnte Aenderung kann auch eintreten, wenn die in den Bandeinheiten gespeicherten Daten durch
Daten ersetzt werden, die auf andere Weise organisiert sind. Derartige Aenderungen haben manchen Haken« Ein
weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist, dass bei der gegebenen Rangfolge einer Adresse in einem Bestand
von der Rangnummer aufeinanderfolgend alle Blocklängen
im Bestand abgezogen werden müssen, bis der Rest kleiner ist als die Blocklänge. Dafür kann eine grosse Anzahl
von Subtraktionen erforderlich sein, mit je anderen Subtraktionszahlen, so dass der Hauptspeicher 2 ebenso
Viele Male abgefragt werden muss.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemässes Rechenwerk, das ein Peripheriegerät 14, eine erste Umsetzeinheit 15»
eine zentrale Verarbeitungseinheit 16, eine zweite Umsetz—
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einheit IS, eine Armsteueranordnung 20, eine Scheibenstellungsdetektionseinheit
19i eine Scheibenantrxebseinhext 21,
eine Gattereinheit 17* vier Scheiben 22 ... 25 mit zugehörigen Magnetköpfen 26 ... 29 enthält, Das Peripheriegerät
kann von einem bekannten Typ sein, z.B. ein sogenanntes frei programmierbares Peripheriegerät,das mit .einem
Dateneingabeelement, z.B. einem Tastenfeld, einem Datenausgabeelement,
z.B. einem alphanumerischen Darstellungsgerät mit Fernsehmonitor, einem Steuerspeicher, z.B. einer
Anzahl von Registern für Aufträge, und einem Arbeitsspeicher
versehen ist». Auf gleiche ¥eise kann die Einheit 14
ein Speicher sein, in dem ein Anwenderprogramm gespeichert · ist» Wenn Information aus dem Scheibenspeicher aufgefragt
Airerden muss, wird diese Information identifiziert und der Einheit 15 zugeführt. Diese Identifikation ist beispielsweise:
"Kunde Peter". Durch diese Identifikation wird ein Speicher adressiert, als wäre er ein Speicher
mit wahlfreiem Zugriff. Die Einheit 15 enthält einen herkömmlichen Speicher, in dem mit dem Namen "Kunde"
(dessen Darstellung eine bestimmte binär kodierte Zahl ist, beispielsweise "01") ein bestimmtes Wort aufgerufen wird,
das die Basis des Bestandes gibt, also die erste Adresse davon sowie die Länge dieses Bestandes. Im Schema nach
Fig. 3 zeigt die Spalte 32 die Adresse des einem Bestand
zugewiesenen Wortes, Spalte 33 die Basisadresse dieses
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Bestandes, die Spalte 3k die Länge des Bestandes, Beim
Aufrufen der Adresse O 1 erscheinen also die Basisadresse
0 0 10 und die Bestandlange 0 10 0 an den Ausgängen des
betreffenden Speichers. Die Einheit 15 enthält einen
zweiten Speicher (der zusammen mit dem erstgenannten Speicher in einer einzigen physikalischen Einheit aufgebaut
sein kann), in dem mit dem Namen "Kunde Peter" auch ein bestimmtes Wort aufgerufen wird. Der Namen "Kunde Peter"
wird beispielsweise durch die Binärzahl von acht Bits (Spalte 25)01000101 dargestellt, wobei die zwei
bedeutsamsten Bits wie erwähnt aus der Anzeige "Kunde" herrühren. An der Speicherstelle des aufgerufenen Wortes
sind die relative Rangnummer im Bestand Kunde (in der Spalte 36 dargestellt), sowie die Länge der Information
über den erwähnten Kunden (in der Spalte 37 dargestellt). So ist die Rangnummer des "Kunden Peter" somit beispielsweise
0 0 1 1#t 0 0 0,0 1 0 t ·( 9Q1 in-Oeziiüaldär-Γ"
stellung) die Länge 0, was bedeutet, dass dem betreffenden Kunden ein einziger Speicher-Sektor zugewiesen ist.
Nach der gegebenen Ausführung sind höchstens zwei Sektoren einem selben Kunden zugewiesen. Der Vorteil des getrennten
Speicherns der Basis des Bestandes und der Rangnummer im Bestand liegt darin, dass ein Speicherbereich jetzt
leicht einer neu ankommenden Information durch eine einfache Aenderung des ersten Speichers (Spalten 32,33*3^)
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zugewiesen werden kann. Die Adressen und Längen in den
Spalten 33 und 3^- können jedoch auch, die bedeutsamsten
Adressteile identifizieren, so dass eine "Adresse" eine grosse Anzahl von Dateneinheiten enthalten kann. Wenn
beispielsweise die acht unbedeutsamsten Adressenbits nicht
gespeichert sind, ist die Länge 4x2 = 1024, so dass die
wirkliche letzte Adresse OlOi.iitiiif-f ist.'
In der Fig. 3 ist der Bestand 11 leer und der restliche Raum kann durch einen Bestand beliebiger Länge (wenn nur
kleiner als 0 1 1 θ) gefüllt werden. Wenn ein neuer Bestand
gespeichert werden muss, werden zunächst alle Adressen aus der Spalte 33 überprüft und bei einem leeren Speicherraumstück
untersucht, ob der Bestand darin passt. An sich sind derartige Operationen üblich, so dass sie nicht
weiter beschrieben werden. Die nach Fig. 3 gefundene oder gegebenenfalls direkt zugelieferte Nummer des Kunden
wird bei der Basisadresse addiert, bis eine logische Adresse gebildet wird, die keine Information über die
physikalische Stelle im Hintergrundspeicher oder über die physikalischen Eigenschaften dieses Hintergrundspeichers
enthält. Sie gibt nicht'mehr als die Rangfolge der adressierten Speicherstellung im Scheibenspeicher. ¥enn
alle Adressen zwölf Bits enthalten, ist die logische Adresse des "Kunden Peter" also 00 10.00000.0000
erhöht um 0 · 0 1 1.1 000.0 1 0 1 (<?01 zur Summe
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0101.100 0. 0101 (1413). Der Kunde "901" bedeutet
ja den 902. in der Rangfolge, weil der erste den Rang "0" hat. In diesem Beispiel kann der Speicher aus der Umsetzeinheit
15 also 4096 Sektoren indizieren (gegebenenfalls
können zusätzlich nicht angegebene Adressenbits in diesem Speicher für spätere Erweiterung des Hxntergrundspexchers
(22 ... 25) vorhanden sein.
Die Fig. h zeigt eine weitere Ausarbeitung einer Schaltung zur Verwendung in einem Speichersystem
nach der Erfindung. Die Einheit 15 enthält ein Eingangsadressenregister 153» in dem auf den Leitungen 157 öie
Eingangsinformation ("Kunde Peter") ankommt. N"ach obiger
Beschreibung wählen die zwei bedeutsamsten Bits der Eingangsinformation im Speicher 152 die Information 0 0
aus. Weiter wählt alle Eingangsinformation im Speicher I5I
die Information 00 1 1.1 00 0.0 10 1 (901). Diese
beiden Informationen erscheinen in den Ausgangsregistern 15^· und 155· Wenn das Anwenderprogramm schon direkt die
Kundennummer erzeugt, kann diese Information direkt nach dem Register 15^· abgehen, aber das ist einfachheitshalber
nicht angegeben.
Die Ausgänge der Register 15^ und 155 sind
über die Leitungen I56 und 158 mit zwölf bzw. mit den
vier bedeutsamsten Bitstellen dieser zwölf Bitstellen des Zählorgans 160 der zentralen Verarbeitungseinheit 16
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. 3. ".2.75. ·
verbunden. Im Akkumulatorregister 161 wird darauf nach
früher beschriebenen Grundsätzen die Summe der zwei Informationen der Einheit 15 gebildet. Das Zählorgan
kann gegebenenfalls auch andere Bearbeitungen für andere Aufgaben der zentralen Verarbeitungseinheit ausführen und
ist dazu in der Figur auch mit Ausgängen des Datenregisters 163 verbunden, das sich im oben beschriebenen
Verfahren nicht beteiligt, Ausgangsdatenleitungen vom Register 161 beispielsweise zum Arbeitspeicher der zentralen
Verarbeitungseinheit sind ausgelassen» Dies gilt auch für die Anordnung, die die Operationen der. Einheiten
und 16 synchronisierend steuert, und für den Schutz gegen das Indizieren einer "zu hohen" Kundennummer. An sich
sind derartige Schutzmassnahmen aus der
Dt - OS 23 00 853 der Anmelderin bekannt..- "■ J. ~- " _
Die Speicherscheiben 22-25 nach Fig. 2
(eine Scheibe kann ein oder zwei für Datenspeicherung wirksame Oberflächen besitzen) enthalten alle die gleiche
Spuranzahl für Datenspeicherung, beispielsweise 20, und jede Spur enthält die gleiche Anzahl von Sektoren, beispielsweise
50. Die Organisation kann auch 100 Spuren
von je zehn Sektoren pro Scheibe sein. Jeder Sektor bietet · Platz für eine gleiche Datenmenge, beispielsweise 256 Bytes
(2 "Bits). Die Scheiben werden zusammen durch die
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PHN. 72.56.
3.12.75· - 18 -
Scheibenantriebseinheit 21 mit Hilfe der als eine strichpunktierte
Linie dargestellten Achse 30 gedreht. Die
Rotation ist gleichmässig und die Scheibenstellungsdetektionseinheit
19 gibt ununterbrochen ein Signal zur Umsetzeinheit 18 zur Indikation der momentan vorhandenen Rotationsposition« Die Magnetköpfe 26 ..* 29 sind zusammen von. der
Ärmsteueranordnung 20 mit Hilfe des durch eine gestrichelte
Linie angegebenen Arm in radialer Richtung über die Scheiben 22 .. 25 bewegbar. Dadurch sind immer vier Spuren
auf gegenseitig gleicher radialer Stellung adressiert. Selbstverständlich kann die Organisation der Köpfe anders
sein, beispielsweise mit einem unbeweglichen Kopf für jede Spur oder mit mehrfachen beweglichen Köpfen pro
Scheibenoberfläche. Eine vorteilhafte Organisation ist,
dass die Sektoren einer Sptxr aufeinanderfolgende Sektornummern
aufweisen, beispielsweise von 0 bis 9» wobei alle Sektoren "0" auf gleicher tangentialer Position
liegen, usw« Die Scheibenoberflachen sind beispielsweise
von 0 bis 3 und die Zylinder von aus sen nach innen- von 0 bis 99 numeriert.
Die auf diese Weise erzeugte logische
Adresse wird jn Fig. 2 auf der Leitung 38 und in Fig.
auf der Leitung 165 der Umsetzeinheit 18 zugeführt, um
daraus die physikalische Adresse abzuleiten, namentlich also die Zylindernummer, die Scheibennummer und die Sektor-
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nummer. Je Zylinder gibt es 40 Sektoren, und deshalb
wird die logische Adresse durch vierzig geteilt (θ 0 0 0,0 0 1 0.1 0 0 θ), wobei der Quotient die Zylindernummer
bestimmt und der Rest gemerkt wird» Im Beispiel ist 1413 : 40 = 35 (θ 0 0 0.0 0 1 0.0 0 1 1 ) mit dem Rest
(OOOO .0 00 0.1 1 Öl), wobei die ersten sechs Bits
des Restes immer gleich Null sind, ,Unter der Steuerung
der Zahl 35 wird die Armsteueranordnung 20 aktiviert und
die Magnetköpfe 26 ... 29 werden gegenüber der Spur 35
positioniert (sie ist also die sechsunddreissigste Spur, weil es auch die Spurnumnier 0 gibt). Gleichzeitig damit
wird der Rest 13 (...00 1101) durch die Umsetzeinheit durch 10 geteilt (..,001010). Der Quotient 1 (. . 0 1)
gibt die Scheibennummer, in diesem Pail also die der
zweiten Scheibe 23, der Rest 2 (..0 1 θ) gibt die
Sektornummer, in diesem Fall also die Nummer des dritten Sektors, weil es auch die Sektornummer Null gibto
Wie in der Fig. 4 angegeben ist, wird die Information des Akkumulatorregisters 161 über die
Leitungen 165 dem Register für den Dividenden in der Umsetzeinheit' 18 zugeführt. Dieses Register 183 hat über
seinen Ausgang eine Verbindung mit der arithmetischen Einheit 184. Das Register 185 für den Divisor wird von
der statischen Merkschaltung 186 aus mit der Information tO 1 0 ... gefüllt, was die Darstellung der Sektoranzahl
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PIlK, 7856.
. 3.12.75. '
pro Zylinder (4o) ist. Das Subtraktionsorgan 184 zieht
den Inhalt des Registers' 185 vom Inhalt des Registers
ab und schreibt den Rest in das Register 183 zurück. Wäre der Dividend (Rest) grosser als der Divisor, wird
dies von der Steuereinheit 188 detelctiert und eine binäre "1"
wird über die punktiert gezeichnete Verbindung dem Quotientregister 182 zugeführt. Wäre der Dividend (Rest)
kleiner als der Divisor, wird der Divisor -wieder bei dem jetzt negativen Rest aufgezählt. In beiden Fällen empfangen
die Register 183 und 182 der Steuereinheit 188 ein Schiebeimpuls über eine einzige Bitstelle (in der Figur
nach links). In diesem Fall ist nach sieben Subtraktionen die Zylindemummer bekannt. Dabei wird das Register für
den Divisor 185 von der statischen Merkschaltung 187 aus
mit der Information 10 10 gefüllt, was die Darstellung
der Sektoranzahl pro Spur (1O) ist. Im Beispiel ist die Anzahl der Scheiben eine Potenz von 2(2) und dadurch sind
in diesem Fall die Informationen der statischen Merkschaltungen
186 und 187 gleich, aber das braucht gewiss nicht so zu sein. Die statischen MerkschaItungen können
beispielsweise durch die Stellungen einer Anzahl von Schaltern gebildet werden, die beispielsweise beim ,
Installieren eines Hintergrundscheibenspeichers von einem ·
bestimmten Typ· eingestellt werden. Nach zwei weiteren Subtraktionen ist in diesem Fall auch die Spurnummer bekannt.
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Die Zylindernummer wird aus dem Register 182 dem Register
190 zugeführt und vom Komparator 191 mit der Stellung des S pur en zähler s 192 verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs
wird dazu benutzt, über die Leitung 193 die Einheit so
zu steuern. Ein nicht dargestellter Spurendetektor erhöht bzw. reduziert die Stellung des Spurenzählers beim Passieren
einer Spur um jeweils eine Einheit. Die zwei nächst niedrigeren Bits im Register 182 werden im Dekoder 171
nach einem 1—aus-4~Kode dekodiert, wodurch nur eines der
vier Gatter 172 ... 175 deblolckiert wird. Diese Gatter sind
Teile der Gattereinheit 17» um von nur einem der Magnetköpfe
26 bis 29 die Information durchlassen zu können. Der im Register- 183 zurückgebliebene Rest gibt die Sektor—
nummer an und wird auf nicht dargestellte Weise mit der von der Einheit 19 detektierten Sektorstellung verglichen.
Gibt die Vergleichsanordnung 191 das Signal "gleich", erregt eine zentrale Steuereinheit während des betreffenden
Sektors (Sektornummer gleich der erwünschten) die Gatter 172 ... 175 (wodurch jetzt nur eins geöffnet wird), so dass
die Information über die Leitung 162 die zentrale Verarbeitungseinheit erreichen kann. Beim Schreiben wird der
betreffende Magnetkopf entsprechend den Gattern 172 .·.
erregt. Die Steuereinheiten 159 und 16^ können noch eine
Wechselwirkung aufweisen, um eine Priorität zwischen den
Anordnungen 15 und' 16 in bezug auf die Addiereinheit 160
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PKN.7856·
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zu bestimmen. Die Erfindung bezieht sich darauf nicht
spezifisch und dies wird daher auch nicht näher erläutert. Gegebenenfalls kann statt des Rechenorgans auch ein
Rechenorgan der zentralen Verarbeitungseinheit 16 verwendet werden. Die zentrale.Verarbeitungseinheit 16 kann ein-Arbeitsspeicher
haben, in dem die Information eines oder mehrerer Sektoren zeitweise aufgehoben werden kann. Dabei
ist der Scheibenspeicher also als ein Hintegrundspeicher
tätig, während weder die zentrale Verarbeitungseinheit noch die Einheiten lh und 15 eine Abbildung des Hintergrund-Speichers
zur Berechnung physikalischer Adressen zu enthalten brauchen.
In obiger Beschreibung gab es vier Scheiben mit zehn Sektoren pro Spur. Wenn diese Anzahlen geändert
werden, brauchen nur die Informationen in den statischen Merkelementen 186 und I87 geändert zu werden. Weiter
bleibt alles gleich, insofern es sich nicht um die Eingangs— signale des Sektorzählers handelt. Wird die Spuranzahl
von 100 beispielsweise auf 200 pro Scheibe vergrössert, so wird der Vergleich in der Einheit I9I anders:
es muss noch ein Bit höchster Bedeutsamkeit berücksichtigt werden« Wenn die Scheibenanzahl geändert wird, wird der
Dekoder I7I anders zusammen mit dem Divisor im Register 185»
Die Einheit 15 kann jedoch üngeändert bleiben, es sei denn dass der Wert der "möglichst, hohen Adresse in dieser Einheit
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passt. In obiger Beschreibung dient die Leitung 38 also
für den Transport von Adressen und die Leitungen 39 und ^O
dienen zum Transport von Datensignalen (Fig. 2),
Fig. 5 gibt im Rahmen der Erfindung die
Organisation einer Hintergrundspeichereinheit, in der die Datenelemente in Anwesenheit bzw. Abwesenheit magnetischer
Domänen verkörpert sind. Derartige Speichereinheiten sind aus der älteren niederländischen Patentanmeldung 7316107
der Anmelderin . bekannt« Die Speichereinheit enthält Domänenführungsstrukturen, die aus diskreten
Elementen beispielsweise in Form von "T-Bars" oder Chevronstreifen
aufgebaut sind und aus auf der Platte oder auf Platten aus magnetischem Material (Granat oder Orthoferrit)
aufgedampftem Permalloy bestehen, in welchen Platten Domänen geformt und durch ein quer darauf stehendes
Hauptmagnetfeld instandgehalten werden können. Die Speicher
sind nach dem Prinzip von Haupt— und Hilfsschleifen aufgebaut.
Nach dem einfachen Schema aus Fig. Z enthält·die
Hintergrundspeichereinheit zwei getrennte Speiehereinheiten
98 und 99 f von denen nur die Funkt ions elemente angegeben
sind und die auf einer oder auf zwei verschiedenen Platten aus magnetischem Material angeordnet sein können, sowie
die Umsetzeinheit 61· Unter der Steuerung einer Sequenz eines Drehmagnetfeldes in der Plattenebene werden die
Domänen längs den Domänenführungs struktur en angetrieben,
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PHN07856·
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deren Form einfachheitshalber nicht detailliert dargestellt ist» Wenn das Drehmagnetfeld in positivem Sinne ( im
Gegenuhrzeigersinn) rotiert, erzeugen die Quellen 43 und
in jeder Periode eine Domäne, Diese Domänen werden dann normalerweise bei den Wählweichen 44 und 64 abgelenkt
und in den Elementen 61A und 81 vernichtet. Unter der Steuerung einer ^spezifischen Drehfeldsequenz (die beispielsweise
eine Drehung von 7/4 Periode im negativen Sinne
enthält) können die Domänen geradeaus gehen» Die Abstände 43/44 und 63/64 sind ungleich, so dass die Wählweichen
separat steuerbar sind, weil möglicherweise Synchronisation
zwischen der spezifischen Drehfeldsynchronisation-zum-Geradeausgehen
und der örtlichen Anwesenheit einer Domäne auftritt. Die Anordnung kann weitere Wählweichen in Serienschaltung
enthalten, um ein" Zuführungskodekennzeichen von mindestens zwei Pegeln zu bilden. Ueber Sammelweichen 45
und 65 gelangen die durchgelassenen Domänen in die Hauptschleifen
96 und 97. Ueber Wählweichen 46, 48, 50, 66, 68,
und Sammelweichen 55t 57» 59, 75» 77» 19 erreichen sie
nach Bedarf die Hilfsschleifen 90 ... 95. Ueber die Wählweichen
56, 58, 60, 76, 78, 80 und Sammelweichen 47, 49, 51»- 67» 69, 71 erreichen sie wiederum die Hauptschleifen und
sie können in den Detektoren 52 und 72 detektiert werden.
Von Wählweichen 53 und 73 abgelenkt können sie in den Elementen 54 und 74 vernichtet werden. Die Wählweichen 53
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PJIN, 7856.
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und 73 sind verhältnismässig in bezug aufeinander verschoben, so dass durch möglicherweise auftretende Synchronisation
zwischen der spezifischen Drehfeldsequenz-zum~Ablenken und
der örtlichen Anwesenheit einer Domäne Daten selektiv au s t au s chbar s ind·
Muss ein bestimmtes Datenbit adressiert werdens
ist die physikalische Adresse durch die Identität des Detektors oder entsprechenden Hauptschleifen 96 und 97
durch die Identität der Hilfsschleife, in der dieses Bit
gespeichert ist, und durch die Position in der Folge der Domänenstellen in der betreffenden Hilfsschleife gegeben.
Die Einzelheit A in Fig. 5 gibt für drei Hilfsschleifen
(beispielsweise 93» 9^, 95) die entsprechenden logischen
Adressen, wobei Domänen durch einen Punkt und leere Domänenstellen durch einen Kreis angegeben sind. Domänen
mit entsprechender Position werden zusammen in die Hauptschleife gebracht, also beispielsweise die Domänen
6, 7» 8. Sie erreichen nacheinander nach progressiv ansteigenden
Verzögerungszeiten von beispielsweise 8, 10, 12 ., Perioden des Drehfeldes den Detektor. Von nur einem
Detektor wird die Information dann der zentralen Verarbeitungs· einheit zugeleitet. Es sei angenommen, dass es sechzehn
Domänenpositionen pro Hilfsschleife gibt, so zählt der
Zähler 100 algebraisch die Anzahl von Perioden der Drehfeldsequenz, die von der Drehfeldsteueranordnung
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ΓΗΝ.7356Ο
3.12.75ο
gesteuert ist. Der eigentliche Drehfeldgenerator ist
einfachheitshalber nicht dargestellt. Der Zähler 100 kann sowohl Perioden in positivem als auch in negativem
Sinne detektieren und ist also mit +) und -)-Aiisgängen der Anordnung 42 verbunden» Muss eine bestimmte Domänenstelle
adressiert werden, wird ihre logische Adresse den Klemmen 105j 11% und 118 zugeführt, und zwar an die
Klemmen 118 das bedeutsamste Bit, an die Klemmen 105 die nächst niedrigeren vier Bits und an die Klemmen 114 die
unbedeutsamsten Bits» Selbstverständlich können die Register 1θ4, 113» 11? zu einem einzigen Register vereint
sein. Die logische Adresse enthält an sich keine Information
über die Organisation der physikalischen Adressen in
der Speicher einheit, denn diese Information wird nur durch die interne Struktur der Umsetzeinheit 61 gegeben.
Dies gilt jetzt u.a* unabhängig von der Anzahl der Hauptschleifen usw. Gleichzeitig mit der Ankunft der logischen
Adresse empfängt die Klemme 102 einen positiven Impuls, der die Umkehrstufe 101 in die 1-Stellung bringt, was die
Vergleichseinheit 103 aktiviert. Wenn die Stellung des Zählers 100 der Information im Register 1θ4 entpsricht,
bringt ein Aus gangs signal aus der Vergleichsanordnung die Umkehrstufe 106 in die "1"-Stellung und die Umkehrstufe
101 in die "0"-Stellung .zurück. Das Ausgangs signal
der Vergleichsanordnung 103 aktiviert weiter die Drehfeld-
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3.12.75.
steueranordnung 42 und Zähler 108 zählt bis acht. Das
Uebertragungsausgangssignal des Zählers 108 bringt die
Umkehrstufe 109 in die »1 "-Stellung und die Umkehrstufe 106
in die Nullstellung zurück. Dadurch verbleibt der Zähler in der Nullstellung» Diese acht Perioden des Drehfeldes
bilden die Verzögerung, die die Domäne zwischen dem Ausgang
beispielsweise der Hilfsschleife 95 und des Detektors 72
erfährt, Anschliessend zählt jetzt der Zähler 111 die folgenden Perioden der Drehfeldsequenz, Dieser Zähler hat
drei Stufen und zählt also von 0 bis 7. Die Stellungen der obersten zwei Stufen werden mit der Information im
Register 113 verglichen. Der Komparator 112 ist vom Ausgangs signal der Umkehrstufe 109 aktiviert. Wenn Uebereinstimmung
eintritt, liefert der Komparator 112 ein Signal, das den Dekoder 115 aktiviert, die Umkehrstufe 109 in die
»O"-Stellung bringt und den Zähler 111 ind die "O»-Stellung
zurückstellt. So ist die Verzögerung in der Ankunft der Bits von 8, 10, 12, lh- Perioden implementiert (es ist
angenommen, dass es in diesem Falle vier Hilfsschleifen
pro Hauptschleife gibt). Der Dekoder 115 dekodiert die
Stellung des (Einbits-)Registers 117 «nd liefert einen
Impuls auf einer der Leitungen 116, so dass die Information auf einer der Leitungen 119 ^nd 120 der nicht dargestellten
zentralen Verarbeitungseinheit, über Gatter zuführbar ist, die den Gattern 172 ··· 175 nach Fig. h entsprechen.
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PHN.7356.
3.12.75. - 28 -
Nach dem Lesen kann die Information vernichtet werden.
Auch kann die Information an der alten Stelle zurückgeschrieben werden. Dies ist möglich, wenn der Zähler 108 eine
höhere maximale Zählstellung hat, beispielsweise 64;
der erste Ausgangsübertrag wird gemäss Fig. 5 verwendet; der Gesamtausgangsübertrag bringt dabei erst die Umkehrstufe
106 in die Nullstellung und gelangt weiter an die Drehfeld— sequenzsteueranordniuig 42, die auf gleiche Weise, wie
schon bei der Einheit 103 erwähnt wurde, jetzt die Wählweichen 46» 48, 50, 66t 68 und 70 aktiviert. Während der
erwähnten 64 Perioden durchläuft die Information einmal
die Hauptschleife und viermal die Hilfsschleife, so dass
die zurückgeschriebene Information an die gleiche Stelle zurückkehrt« Genauso wie bei der Organisation der Speicher—
einheit nach Fig. 5 hat dies keinen Einfluss auf die logische Adresse, sondern möglicherweise nur auf die
höchst zulässige logische Adresse» Aber alle anderen, die physikalische Adresse betreffenden Grossen, wie die Anzahl
vcn Detektoren, die Anzahl von Hilfsschleifen, die Bitanzahl
pro Hilfsschleife und die Initialverzögerung
(Zähler 108) können geändert werden, zusammen mit einer anderen Organisation in der Einheit 61·
Die Umsetzeinheit 6J, ist auf gleiche Weise
an die zentrale Verarbeitungseinheit anschliessbar wie die Einheit 18 nach Fig. 2, 4, so dass es "plug-'to-plugu-
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PHN.7B56»
3-12.75.
Kompatibilität gibt. Zum anderen kann die Anordnung 61 auch ein Rechenorgan allgemeiner Struktur enthalten,
wodurch eine Anzahl von Teilungen direkt durchführbar ist statt nach Fig. 5 mit Zählern. Aber auch diese Zähler
bilden an sich Rechenorgane mit einem besonderen Aufbau» Wird die Anzahl von Hilfsschleifen vergrössert, muss die
Vergleichseinheit 112 mehrere Bits empfangen, beispielsweise 3» dies ist durch Anschliessen des betreffenden
Registers, beispielsweise 113» a"· den Ausgang eines Multi~
plexers möglich, der die logische Adresse empfängt und durch einen speziellen Befehl leicht ausser Betrieb gesetzt
werden kann. In diesem Fall müssen dabei auch die Bits für die Registerteile 104 und 117 i*i der Eingangsadresse
einen Platz weiterschieben.
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Claims (1)
- PHN,7856.3.12.75· - 30 -PATENTANSPRÜCHE .Rechenwerk mit einer zentralen. Verarbeitungseinheit für Daten, einem als Hintergrundspeichereinheit (secondary storage) arbeitenden Peripheriegerät, in dem binäre Datenelemente in Speicherpositionen gespeichert werden können, die jeweils in einem Speichersektor anschliessend angeordnet sind, wobei Speichersektoren in jeweils festem Abstand angeordnet und durch eine Gruppe von Adressteilen adressierbar sind, unter deren Steuerung eine Anzahl von Speicherpositionen sequentiell zugriffsbereit ist, mit weiter einer Steuereinheit zum Steuern der Erzeugung universeller logischer Adressensignale in der zentralen Verarbeitungseinheit durch Programmsignale auf Basis durch die zentrale Verarbeitungseinheit empfangener Anwendeadressensignale für die Speichereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass von einer in logischer Struktur unveränderlichen TJmsetzeinheit, auch mit Hilfe eines vorhandenen Rechenelements, spezifisch für die erwähnte Speichereinheit auf Basis erwähnter logischerder Adressensignale eine Sektoradresse für die/erwähntenSpeichereinheit spezifisch, eigenen Speichersektorenerzeugt wirdgleicher Länge/ welche Speichersektoren Teile einer gleichen der erwähnten Speichereinheit spezifisch eigener Anzahl von Speichersektoren enthaltenden Speicherblöcke bilden, wobei die erwähnte- Sektoradresse die erwähnten Adressteile$09826/0906PHi* «.7856. 3.12.75.explizit enthält, und dass die Spezifität der erwähnten Umsetzeinheit für die betreffende Umsetzeinlieit nur' in einer Anzahl von Parametersignalen enthalten ist, die je eine partielle KapazitätsgrSsse indizieren.2. Rechenwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Speicherblöcke Teile je gleicher der erwähnten Speichereinheit spezifisch eigener Anzahl von Speicherblöcken enthaltenden Speicherbereiche bilden, wodurch die erwähnten Speichersektoren in einem dreidimensionalen Adressenraum adressierbar sind. 3· Rechenwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit eine Anzahl magnetisierbarer Scheibenoberflächen enthält, auf denen die drei Adressteile Zylinderoberfläche, Magnetkopf bzw. Spurensektor identifizieren.4. Rechenwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Speichereinheit Information in Form magnetischer Domänen enthält.5» Rechenwerk nach einem der Ansprüche 1 bis ^i,dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Rechenelement einen Teil der zentralen Verarbeitungseinheit bildet. 6. Rechenwerk nach einem der Ansprüche 1 bis K,dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Umsetzeinheit zusammen mit der erwähnten Spei.chereinheit mit gemeinsamen Empfangsklemmen für erwähnte logische Adressensignale und mit gemeinsamen Verbindungsklemmen für Datentransport ausgeführt ist. 609826/0906
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Owner name: DIGITAL EQUIPMENT CORP., MAYNARD, MASS., US |
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Free format text: BETTEN, J., DIPL.-ING. RESCH, M., DIPL.-PHYS., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |