DE2722775A1

DE2722775A1 - Datenverarbeitungssystem

Info

Publication number: DE2722775A1
Application number: DE19772722775
Authority: DE
Inventors: Robert H Douglas; Robert J Handly
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1976-05-25
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1977-12-08
Also published as: DE2722775C2; US4084233A; JPS52144244A; FR2353100B1; CA1130462A; GB1581597A; FR2353100A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungssystem mit wenigstens einer Verarbejtungceinheit, die über eine Datenschiene mit weiteren Modulen des Systems in Nachrichtenverbindung gebracht v/erden kann.

Auf dem Gebiet der Computer-Technologie ist bislang von Systemen Gebrauch gemacht worden, die einen hierarchischen Aufbau aufweisen^^, bei denen die Operationen auf verschiedene Systemkomponenten verteilt sind. Solche bekannte Systeme weisen im allgeminen einen Hauptspeicher sowie mehrere Verarbeitungseinheiten auf. Die Verarbeitungsoinlieiten stehen mit dem Hauptspeicher bzw. mit verschiedenen Speichereinheiten sowie mit anderen Verarbeitungseinheiten über eine dem Nachrichtenaustausch dienende Datenschiene in Verbindung. Die Verarbeitungseinheiten führen verschiedene Operationen, wie beispielsweise eine Befehlsdecodierung, arithmetische Berechnungen usw. aus. Ferner bilden sie Schnittstellen in Bezug auf Ein/Ausgabegeräte. Diese bekannten Verarbeitungseinheiten können jedoch nur unter Benutzung der Datenschiene eine Information verarbeiten. Wenn daher bislang ein Nachrichtenaustausch oder eine Informationsverarbeitung erforderlich war/ so mußte die Verarbeitungseinheit eine Zugriffsanforderung ausgeben, der stattgegeben werden mußte, bevor irgendeine weitere Aktion erfolgen konnte. Diese Wartezeit führte zu einer Verringerung der Datenverarbeitungsgeschwindigkeit der Anlage.

Ausgehend von diesem bekannten System ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Datenverarbeitungssystem anzugeben, das eine erhöhte Verarbeitungsgeschwindigkeit aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. ■

Gemäß der Erfindung weist das Datenverarbeitungssystem eine Verarbeitungseinheit auf, die eine eigene Mikroprogramm-Steuereinheit enthält. Die Mikroprogramm-Steuereinheit enthält Ihrerseits einen

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Speicher zur Speicherung von Operationsbefehlen für die Verarbei-tungseinhcit sowie Einrichtungen zur Ausgabe der Befehle in einer gewünschten Reihenfolge. Die Verarbeitungseinheit umfaßt ferner eine Anzahl taktgesteuerter funktioncller Elemente sowie eine Einrichtung für eine Zugriffsanforderung an die Datenschiene. Eine Taktsignale erzeugende Einheit wird durch Signale der Mikroprogramm-Steuereinheit gesteuert.

Wenn eine Anforderung einen Zugriff zur Datenschiene verlangt,so setzt die Vcrarbeitungseinhe.it ihren Betrieb bis zu einem Punkt fort, an dem der Zugriff zur Datenschiene ausgeführt v/erden muß, um den Betrieb der Verarbeitungseinheit fortsetzen zu können. Die mikroprogrammierte Steuereinheit gibt hierbei ein Steuersignal aus, durch welches der Betrieb der takterzeugenden Einheit solange angehalten wird, bis die Zugriffsroutine zu der Daten-· schiene ausgeführt worden ist. Die Erzeugung von Taktsignalan wird fortgesetzt, wenn die Zugriffsoperation ausgeführt worden ist.

Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden die Erfindung näher erläutert.

Eine dem Nachrichtenaustausch dienende Datenschiene 2 stellt einen Nachrichtenkanal zwischen einer Datenschiene-Steuereinheit 4, einem Datenspeichermodul 1 und irgendeiner von mehreren Datenverarbeitungseinheiten 6 dar. Die Verarbeitungseinheit 6 kann beispielsweise eine Befehlsverarbeitungseinrichtung sein, welche ihrerseits ein Rechenwerk ALU 8 und eine mikroprogrammierte Steuereinheit MPU-10 umfaßt. Die mikroprogrammierte Steuereinheit MPU-10 stellte eine firmware-gesteuerte Zentrale der Verarbeitungseinheit 6 dar. Die mikroprogrammierte Steuereinheit MPU-10 weist eine Steuerspeichereinheit 11 und ein Befehlsregister 13 auf. In der Steuerspeichereinheit 11 ist eine Gruppe von Mikrobefehlen für die Operationssteuerung der Verarbeitungseinheit gespeichert. Das Befehlsregister 13 gibt die Befehle an die Komponenten der Verarbeitungseinheit 6 aus.

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Die Verarboitungseinhoit G umfaßt ferner mehrere funktionell© Komponenten, wie ein Datenschienen-Adressregister 12, ein Daten-Ausgangsregister 14, ein Daten-Eingangsregister 16 und ein Datenschienen-Oporationsregister 18. Jedes dieser Register ist über geeignete nicht-dargestellte Gatter an die Datensehiene 2 angeschlossen. Über geeignete Verbindungsmittel sind die Register 12,14 und 16 an das Rechenwerk ALU-8 angeschlossen. Jedes der Register 12,14,16 und 18 wird durch Befehle betätigt, die von der niikroprogranuniorten Steuereinheit MPU-10 ausgegeben werden. Beispielsweise wird ein Befehl "Ladeadresse" von der Steuereinheit 10 über ein UND-Gatter 20 an das Datenschienen-Adressregister 12 gegeben, um dier. entsprechend zu setzen. Ein Befehl "Laden Datenausgang" wird von der Steuereinheit 10 über ein UND-Gatter 22 auf das Daten-Ausgangsregister geschaltet. In gleicher Weise wird das Daten-Eingangsregister von der Steuereinheit 10 durch einen Befehl "Lade Lesen" gesteuert, der über ein UND-Gatter 24 angelegt wird. Das Datenschienen-Operationsregister 18 wird durch einen von der Steuereinheit ausgegebenen Befehl "Lesen/Schreiben" gesteuert, der über ein UND-Gatter 26 angelegt wird. Jedes der Gatter 20,22,24 und 26 wird durch Taktsignale eines Taktschaltkreises 28 betätigt. Somit werden die Register jeweils nur dann geladen, wenn das Taktsignal auftritt.

Der Taktschaltkreis 28 umfaßt einen steuerbaren Oszillator in Festkörper-Schaltkreistechnik der aus einem UND-Gatter 30, einer Rückkopplungs-Verzögerungseinrichtung 32 und einem Steuer-NAND-Gatter 34 besteht. Das NAND-Gatter 34 ist mit einer Eingangsklemme an die mikroprogrammierte Steuereinheit MPU-10 angeschlossen, welche ein Signal "Warten" ausgibt, wenn eine Synchronisierung mit der Datensehiene verlangt wird. Die andere Eingangsklenune des NAND-Gatters 34 ist an einen Ausgang der Datenschienen-Steuereinheit 4 angeschlossen.

Es sei nunmehr die Wirkungsweise des vorstehend in seinem Aufbau beschriebenen Systems erläutert. Hierbei sei vorausgeschickt, daß

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eine Verarbeitungseinheit wie die Einheit G, intern mit einer sehr viel höheren Geschwindigkeit als da.s aus Datenschiene und Speicher bestehende System arbeiten kann. Wie eingangs erläutert, sind bei den bekannten System die Verarbeitungseinheiten von der Datenschienensteuerung abhängig und ihre Verarbeitungsgeschwindigkeit ist demgemäß durch das Syπtem, bestehend aus Datenschienen-Steuereinheit und Speichereinheit, beim Zugriff auf dieselben abhängig. Beim vorliegenden System ist die örtliche mikroprogrammierte Steuereinheit MPU-10 in der Lage, die Synchronisation mit der Datenschiene zu steuern, so daß die Verarbeitungseinheit 6 mit der ihr eigenen Verarbeitungsgeschwindigkeit solange asynchron im Hinblick auf die Datenschiene 2 betrieben werden kann, bis eine Synchronisation erforderlich ist. Da im Hinblick auf einige Funktionen eine Bezugnahme auf die Datenschiene 2 erforderlich ist, kann ein Teil des von der Steuereinheit MPU-10 ausgegebenen Befehls beispielsweise mittels des Datenschienen-Operationsregisters 18 eine Zugriffsanforderung zu dem Datenspeichermodul 1 oder zu einer anderen Verarbeitungseinheit 6 ausgeben, wobei dieser Zugriff über die Datenschiene 2 erfolgt» Wenn eine solche Zugriffsanforderung an die Datenschiene durch die Verarbeitungseinheit bei den bekannten Systemen ausgegeben wird, so wird bei diesen bekannten Systemen, wie bereits erwähnt, jegliche Aktion der Verarbeitungseinheit angehalten, bis dieser Zugriff erfolgt und die Zugriffsroutine vollständig ausgeführt ist. Im vorliegenden System kann aufgrund der internen, durch die Steuereinheit MPU-10 ausgeführten Steuerung die Zugriffsanforderung an die Datenschiene in einem relativ frühen Zeitpunkt während der Bearbeitung einer Routine ausgegeben werden, wobei die Verarbeitungseinheit 6 weiterhin all jene Funktionen ausführt, die sie aufgrund ihrer Auslegung ausführen kann. Wenn sodann der Zugriff auf die Datenschiene für die weitere Datenverarbeitung notwendig wird, so wird die Aktivität der Verarbeitungseinheit angehalten, bis der Zugriff zu der Datenschiene ausgeführt worden ist.

Um diese Funktion zu gewährleisten, werden die verschiedenen Komponenten der Verarbeitungseinheit 6 durch Taktsignale der Takt einheit 28 angesteuert. Die Takteinheit 28 bildet mit dem

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Gatter 30 und dem rückgekoppelten Verzögerungsglied 32 einen anhaltbarcn freischwLngendon Oszillator, der mit einer vorgegebenen Taktfrequenz arbeitet. Die von der mikroprogreimmierten Steuereinheit MPU-10 ausgegebenen Befehle umfassen ein Signalbit "Warten", day einer Eingangs:klemme des Steuer-NAND-Gatters 34 zugeführt wird, bevor die Steuereinheit MPU--10 zum nächsten Befehl fortschreitet. Wenn eine Zugrifisanforderung an Speichermodul 1 ausgegeben worden ist und diese Anforderung noch nicht behandelt worden ist, so gibt die Datencchienen-Steuereinheit 4 ein Signal "Datenschiene belegt." aus, welches der anderen Eingangsklemme des Steuer-NAND-Gatters 34 zugeführt v/ird. Das gemeinsame Auftreten dieser beiden Signale an den Eingangsklemmcn des NAND-Gatters 34 schaltet den Ausgang desselben auf den Viert "0" um, wodurch die Erzeugung von Taktsignalen durch die Takteinheit 28 angehalten v/ird. Dementsprechend wird die weitere Operation der normalerweise getakten Komponenten solange angehalten, bis der Zugriff zu der Datenschiene ausgeführt worden ist.

Wenn im Laufe der Ausführungen des vorangegangenen Befehls der mikroprogriimmierten Steuereinheit MPU-10 eine zweite Zugriffsanforderung an die Speichereinheit 1 über die Datenschiene 2 auftritt, so wird diese zweite Anforderung selbstverständlich gespeichert, bis die erste Anforderung vollständig bearbeitet worden ist. Bei angehaltenem Takt und im Wartezustand der Verarbeitungseinheit 6 wird bei der Beendigung der ersten Zugriffsanforderung die Takteinheit 2 8 erneut gestartet. Der erneute Start der Takteinheit bewirkt seinerseits die sofortige Ausgabe der zweiten Anforderung. Unterdessen setzt die Verarbeitungseinheit 6 ihre interne Datenverarbeitung fort, bis sie erneut zu dem Punkt gelangt, an dem keine weitere Datenverarbeitung ohne Ausführung des angeforderten Zugriffes möglich ist. In diesem Zeitpunkt wird die Takt einheit 28 wie zuvor erneut solange angehalten, bis der Zugriff vollständig durchgeführt worden ist.

Wenn das Signal "Warten" von der mikroprogramraierten Steuereinheit MPU-10 ausgegeben worden ist, so führt dies nicht zur Sperrung der» Taktausgabe durch die Takteinheit 28, wenn keine Zugriffsanforde-

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rung ausgegeben worden ist oder wenn - obgleich eine solche Anforderung ausgegeben worden ist - diese bereits bearbeitet worden ist. Die Verarbeitungseinheit 6 kann in diesem Fall ohne jegliche Unterbrechung der nächsten von der Steuereinheit MNPU-10 ausgegebenen Befehl bearbeiten.

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Claims

HONEYWELL INC. 20. Mai 19 77

Honeywell Plaza 04-4091 Ge

Minneapolis, Minn., USA

Datenverarbeitungssystem

Patentansprüche:

Datenverarbeitungssystem mit wenigstens einer Verarbeitungseinheit, die über eine Datenschiene mit weiteren Modulen des Systems in Nachrichtenverbindung gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (6) asynchron zu dem Datenschiene/Modul-System (1,2) eine Mikrobefehlsbearbeitung solange durchführt, bis eine Synchronisation erforderlich ist.
2. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chne t, daß die Verarbeitungseinheit (6) mikroprogrammiert ist und folgende Komponenten umfaßt: mehrere funktionelle Komponenten (8,12,14,16,18); eine mikroprogrammierte Steuereinheit (10) mit einem Speicher (11) zur Speicherung von Operationsbefehlen für die Verarbeitungseinheit (6) und eine Einrichtung (13) zur Ausgabe der Operationsbefehle in einer gewünschten Folge, wobei die funktioneilen Komponenten (8 - 18) durch die mikroprogrammierte Steuereinheit (10) gesteuert werden;

eine Takteinheit (2 8) zum Takten der Komponenten (8 - 18) und der Steuereinheit (10); und

ein auf ein erstes und zweites Steuersignal ansprechendes Element (34) zur Betriebsunterbrechung der Takteinheit (28).

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3. Datenverarbeitung.ssystein nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine den Zugriff der Verarbeitungseinheit (6) auf die Datenschiene (2) steuernde Datenschiene-r.teuereinhoit (4) .
4. Datenvorarbeitungr.system mich Anspruch 3, dadurch gekenn zei chnet, daß die mikroprogranunierte Steuereinheit (10) das erste und die Datenschiene-Steuereinheit (4) das zweite Steuersignal für das Unterbrechungselement (34) liefert.
5. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chne t, daß die Takteinheit (28) aus einem freischv/ingendon anhailtbaren Oszillator in Festkörperschaltkreisteehnik besteht.
6. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 5, d adurch gekenn zei chnet, daß die Takteinheit (28) aufweist:

ein erstes Gatter (30) mit zwei Eingängen und einem Ausgang; ein Signalverzögerungsglied (32) , das zwischen einen Eingang und den Ausgang des ersten UND-Gatters (30) geschaltet ist;und ein zweites Gatter (34) mit zwei Eingängen und einem Ausgang, wobei der Ausgang auf den anderen Eingang des ersten Gatters (30) geschaltet ist und den beiden Eingängen die beiden Steuersignale zugeführt v/erden.
7. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzei chnet, daß als erstes Gatter ein UND-Gatter (30) und als zweites Gatter ein NAND-Gatter (34) angeordnet ist.
8. Datenvorarbeitungssystcm nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuersignal durch ein "Warte"-Signal der mikroprogrammiertcn Steuereinheit (10) gebildet wird, das vor der

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vollständigen Ausführung eines jeden Befehles wirksam ist und daß das zweite Steuersignal von der Datenschiene-Steuereinheit (4) ausgegeben wird, wenn ein angeforderter Zugriff zu der Datenschiene (2) von der Verarbeitungseinheit (6) nicht ausgeführt worden ist.
9. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zei chne t, daß die funktionellen Komponenten ein Rechenwerk (8) sowie mehrere Register (Datenschienen-Adressregister (12), Datenschienen-Ausgarigsregister (14)/Datenschienen-Eingangsregister (16), Datenschienen-Operationsregister (18))umfassen.
10. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekenn zei chne t, daß das Rechenwerk (8) mit den Registern (12 - 18) verbunden ist und direkt von den Takt·- Signalen beaufschlagt wird und daß die Register (12 - 18) über Gatter (20 - 26) angesteuert werden, die einerseits von den Taktsignalen und andererseits von in dem Befehlsregister (13) enthaltenen Befehlen angesteuert werden.

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