DE2742035A1 - Rechnersystem - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT J Unser Zeichen

Berlin und München J] ρ 7 12 9 BRD

Rechnersystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rechnersystem, bei dem eine Anzahl von Einzelrechnern über eine Systemschiene, bestehend mindestens aus zwei Schienensystemen, nämlich eine Adressen- und Steuerschiene, und mindestens einer Datenschiene, an einen Steuerrechner koppelbar sind.

Ein Rechnersystem der eingangs genannten Art ist bekannt (DT-OS 25 46 202). Bei diesem Rechnersystem verteilt der Steuerrechner die Daten, indem er nacheinander das Arbeitsergebnis eines jeden Einzelrechners auf die Systemschiene legt und in die restlichen Einzelrechner einschreibt, unabhängig davon, wieviele Einzelrechner das Ergebnis brauchen. Für den gesamten Datenaustausch sind damit soviele Austauschzyklen nötig, wie Ergebnisse zu verteilen sind.

Der Wirkungsgrad von Rechnersystemen der eingangs genannten Art ist stark abhängig von der Dauer des Informationsaustausches zwischen den Einzelrechnern. Ziel ist dabei, eine möglichst kurze Austauschdauer zu erreichen.

Bei zahlreichen zu bearbeitenden Problemen besteht eine begrenzte Nachbarschaftskopplung, d.h. daß nur Informationsaustausch zwischen benachbarten Elementaraufgaben notwendig ist. Für die Behandlung in Rechnersystemen der eingangs genannten Art bedeutet das, daß ein Austausch nur zwischen solchen Einzelrechnern nötig ist, die in einem begrenzten Abstand voneinander angeordnet sind.

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Ed 1 Sti/16.9.77

Begrenzte Nachbarschaftskopplung zwischen Einzelrechnern eines Rechnersystems ist von Feldrechnern her bekannt (siehe beispielsweise G.H. Barnes, R.M. Brown, M.Kato, D.J. Kuck, D.L.Slotnüc, R.A. Stokes:"The ILLIAC IV Computer ", IEEE Trans, on Comp., Vol. C-17, Nr. 8, Aug. 68). Die Einzelrechner sind dort fest miteinander verkoppelt, z.B. jeder Einzelrechner mit vier Nachbarrechnern. Diese starre Kopplung ist jedoch nur bei wenigen angepaßten Problemen vorteilhaft; bei Problemen, deren Kopplung nicht mit der Rechnerstruktur übereinstimmt, wie dies z.B. bei Kopplungen höherer Ordnung oder bei unregelmäßiger Kopplung der Fall ist, kompliziert und verlangsamt sie den Datenaustausch erheblich, wodurch lange Austauschdauern hervorgerufen werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rechnersystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei der sich die begrenzte Nachbarschaftskopplung zu einer Verkürzung der Austauschphase ausnutzen läßt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Systemschiene durch ein oder mehrere in ihr angeordnete Schienenschalter in Abschnitte unterteilt ist, daß jeder Schienenschalter die folgenden Eigenschaften aufweist:

a) die beiden Schienensysteme sind durch ihn gesteuert unterbrechbar,

b) seine Durchlaufrichtung ist für jede der Schienensysteme getrennt umschaltbar und

c) er ist durch den Steuerrechner direkt adressierbar,

und daß ein oder mehrere Datenaustauschrechner an verschiedenen Stellen an die Systemschiene angeschlossen sind.

Mit diesem Rechnersystem können bei Problemen mit starker oder unregelmäßiger Kopplung sämtliche Schienenschalter geschlossen und die Ergebnisse zwischen allen Einzelrechnern ausgetauscht werden. Bei Problemen mit begrenzter Nachbarschaft skopplung läßt sich die Systemschiene durch Unterbrechung von Schienenschaltern in mehrere Abschnitte aufteilen, innerhalb derer der Datenaustausch gesteuert von je einem Datenaustauschrechner simultan und unabhängig voneinander

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erfolgen kann.

Durch diesen parallelen Austausch kann die Austauschdauer bei vielen Problemen wesentlich verkürzt werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist so ausgebildet, daß zwischen je zwei benachbarten Anschlußstellen eines Einzelrechners an die Systemschiene ein Schienenschalter angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß bei jeder zweiten Anschlußstelle ein Datenaustauschrechner angeschlossen ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist so ausgestaltet, daß eine oder mehrere Gruppen, die jeweils zwei oder mehrere benachbarter Schienenschalter auf der Systemschiene umfassen, durch je einen weiteren Schienenschalter gesteuert überbrückbar sind und daß jeder weitere Schienenschalter die folgenden Eigenschaften aufweist:
d) seine Durchlaßrichtung ist umschaltbar,

^e) der Schalter stellt auf Durchlaß um, wenn alle Schalter der Gruppe, die er überbrückt, auf Durchlaß geschaltet sind und unterbricht gleichzeitig einen an einem Ende liegenden Schalter der Gruppe und

f) er unterbricht, wenn zumindest einer der übrigen Schalter der Gruppe unterbrochen wird.

Dieses Rechnersystem ist vorteilhafterweise so weitergebildet, daß ein mehrstufiges Überbrückungssystem vorliegt, derart, daß in jeweils einer Stufe, mit Ausnahme der höchsten Stufe, ein oder mehrere Gruppen, die jede zwei oder mehrere weitere Schienenschalter umfaßt, durch je einen weiteren Schienenschalter der nächsthöheren Stufe überbrückbar sind, wobei die unterste Stufe aus den weiteren Schienenschaltern besteht, durch die die Schienenschalter auf der Systemschiene überbrückbar sind, und daß jeder weitere Schienenschalter, der eine Gruppe weiterer Schienenschalter überbrückt, bezüglich dieser Gruppe die Eigenschaften d) bis f) aufweist.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren im folgenden näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das Schema einer Rechnerstruktur, Figur 2 das Schema eines zweistufigen Überbrückungssystems, Figur 3 ein zweidimensionales Gitternetz, Figur 4 ein lineares Diagramm,
Figur 5 das Ausführungsbeispiel eines Schienenschalters bzw. weiteren Schienenschalters,

Figur 6 die Ausführung eines Zweiweg-Schienentreibers, Figur 7 die Ausführung der Steuerungslogik des Schienenschalters nach Figur 5,

Figur 8 die Ausführung der Auswahllogik für den Schienenschalter nach Figur 5,

Figur 9 die Ausführung der Freigabelogik für den Schienenschalter nach Figur 5,

Figur 10 die Ausführung einer Überbrückung einer Gruppe von

schaltern bzw. weiteren Schienenschaltern durch einen weiteren Schienenschalter,

Figur 11 zwei Datenflußdiagramme für eine Überbrückung, Figur 12 ein Ausführungsbeispiel für die Verschaltung der

benachbarter Schienenschalter, Figur 13 ein Ausführungsbeispiel für das Prinzip der Rich-

tungsumschaltung,

Figur ^J\k ein Datenflußdiagramm für das zweistufige Überbrückungssystem nach Figur 2.

In der Figur 1 sind an die Systemschiene 1 an Stellen m^ - mg Einzelrechner M₁ bis Mg angeschlossen. Jeweils zwischen zwei benachbarten Anschlußstellen m. und m. ^ ist ein Schienenschalter S. in der Systemschiene angeordnet. Es sind danach fünf Schienenschalter S^ bis S,- vorhanden. Durch die Schienenschalter wird die Systemschiene in Abschnitte a- bis ag unterteilt. An den Stellen mp» nu und mg der Systemschiene ist jeweils ein Datenaustauschrechner ATR-, ATR₂ und ATR, daran angeschlossen.

Die Systemschiene mündet links in den Steuerrechner STR. An der rechten Seite kann man sich das System sinngemäß fortgesetzt denken. Vorzugsweise wird ein solches Rechnersystem mittels Mikroprozessormoduln aufgebaut.

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In der Figur 2 ist schematisch ein zweistufiges Überbrückungssystem dargestellt. Auf einer Systemschiene 2 sind Schienenschalter Sg bis Sp₀ angeordnet. Die Schienenschalter Sq bis 3.. sind durch einen weiteren Schienenschal ter Sp.., die Schienenschalter S.ρ bis S,, durch einen weiteren Schienenschalter Spp und die Schienenschalter S.,- bis S.y durch den weiteren Schienenschalter Sp, überbrückbar.

Die weiteren Schienenschalter Sp^ bis Sp, bilden dabei die erste Stufe des Uberbrückungssystems. Sie sind wiederum durch einen weiteren Schienenschalter Sp/ überbrückbar, welcher die zweite Stufe des Überbrückungssystems bildet. Jeder der weiteren Schienenschalter muß folgende Aufgaben erfüllen können: Seine Durchlaufrichtung muß umschaltbar sein, er muß auf Durchlaß schalten, wenn alle Schienenschalter oder weiteren Schienenschalter der nächstniederen Stufe, die er überbrückt, auf Durchlaß geschaltet sind und gleichzeitig einen an einem Ende liegenden Schalter dieser Gruppe unterbrechen, und er muß unterbrechen, wenn zumindest einer der übrigen Schalter dieser Gruppe unterbrochen wird.

Eevor nun auf den konkreten Aufbau eines Rechnersystems nach den Figuren 1 oder 2 näher eingegangen wird, sei anhand der Figuren 3 und 4 gezeigt, wie bei der hier angegebenen Rechnerstruktur die Austauschbreite an .'ie Kopplungsbreite des behandelnden Problems angepaßt werden kann. Es wird dabei der Einfluß der Kopplungsmethode auf die Dauer des Datenaustausches an einem Beispiel untersucht. Als Beispiel ist eine zweidimensionale Problemstruktur, wie sie in der Figur 3 dargestellt ist, zugrundegelegt. Solche Strukturen treten bei der Lösung partieller Differentialgleichungen nach der Methode der finiten Differenzen auf, die beispielsweise bei Feldberechnungen oder bei der Wetterprognose angewendet wird. Datenaustausch ist hier nur zwischen unmittelbar benachbarten Gitternetzpunkten notwendig. In der Figur 3 ist diesam Beispiel des Netzpunktes i hervorgehoben, der nur mit seinen vier nächsten Nachbarn i-1, i-n, i+1 und i+n Daten austauscht. Eine Abbildung des Problems auf die hier an-

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gegebene lineare Rechnerstruktur, beispielsweise nach den Figuren 1 oder 2, wo jeder Einzelrechner einen Gitternetzpunkt behandelt, ist so möglich, daß Datenaustausch nur innerhalb einer bestimmten Bandbreite notwendig ist. Von dem Einzelrechner, der dem Gitternetzpunkt i zugeordnet ist, müssen dessen Ergebnisse den Einzelrechnern, die den Punkt i-n, i-1, i+1 und i+n verteilt werden. Die Bandbreite beträgt also 2n +1. Der auf eine Dimension projizierte Sachverhalt ist in der Figur 4 dargestellt.

Auf dieses Problem kann das vorgeschlagene Rechnersystem vorteilhafterweise angepaßt werden, indem man die Systemschiene in Abschnitte der Länge 2n+1 unterteilt. Zur Unterteilung dienen die Schienenschalter. Innerhalb dieser Abschnitte wird das Ergebnis des jeweils mittleren Einzelrechners verteilt. Im nächsten Schritt werden die Abschnitte der Systemschiene um einen Schienenschalter verschoben und die Ergebnisse der jetzt in der Abschnittsmitte liegenden Einzelrechner verteilt und so fort. Da in allen Abschnitten simultan ausgetauscht wird, sind nur zwei n+1 Aus-

tauschschritte notwendig, um die η Ergebnisse zu verteilen. Damit ergibt sich eine Verkürzung der Datenaustauschphase um einen Faktor, der gleich dem Verhältnis Anzahl der Gitternetzpunkte/ Bandbreite ist. Bei einem zweidimensionalen Problem mit η = 100,

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welches eine Gitterpunktzahl von 10 und einer Bandbreite von 201 entspricht, verkürzt sich die Anzahl der Austauschschritte um etwa das 1/50 der Anzahl der Gitternetzpunkte. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das vorgeschlagene Rechnersystem nicht nur auf dieses Beispiel beschränkt ist, sondern daß es auch auf andere Problemstrukturen vorzüglich angepaßt werden kann. Grundlage dafür sind aber die genannten Eigenschaften a) bis c), die die Schienenschalter aufweisen müssen.

In der Figur 5 ist nun eine besonders zweckmäßige Ausführungsform eines Schienenschalters dargestellt. Diese Ausführungsform ist so ausgebildet, daß sie sich gleichzeitig auch als weiterer Schienenschalter verwenden läßt. Nach der Figur 5 besteht dieser Schienenschalter aus einer Auswahllogik SSL, einer Freigabelogik SEL, zwei in die Systemschiene geschaltete Zweiweg-Schienentreibern, BD1 bzw. BD 2 mit zugehörigen Steuerungslogiken BC1 bzw. BC2,

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wobei BD1 in die Datenschiene und BD2 in die Adressenschiene geschaltet ist und aus einem Betriebsartenumschalter S. Über den Betriebsartenumschalter S kann zwischen zwei Betriebsarten umgeschaltet werden, wobei in der einen Betriebsart, die hier mit A bezeichnet ist, der Schienenschalterzustand durch die Freigabelogik SEL bestimmt wird, also durch den Steuerrechner adressiert und damit gesteuert wird. In der anderen Betriebsart, die hier mit B bezeichnet ist, wird der Betriebszustand über einen AKTIVIEREN -Eingang festgelegt, der mit einem AXTIVIERT-Ausgang eines anderen in gleicher Weise aufgebauten Schienenschalters verbindbar ist, wodurch der Schienenschalter den Betriebszustand des anderen übernehmen kann. Bei Einsatz des Schienenschalters als weiterer Schienenschalter in einer Stufe eines ein- oder mehrstufigen Überbrückungssystems sind die AK-TIVIERT-Ausgang der überbrückten Schalter der nächstniedrigeren Stufe über ein UND-Glied mit dem AKTIVIEREN-Eingang dieses weiteren Schienenschalters verbunden, wodurch bei diesem die Eigenschaften e) und f) realisiert sind. Zwischen dem Ausgang AKTIVIERTunci dem Betriebsartenumschalter S ist noch ein Treiber 50 mit offenem Kollektorausgang geschaltet, der eine verdrahtete UND-Verknüpfung der AKTIVIERT-Ausgänge mehrerer Schienenschalter ermöglicht.

In der Figur 6 ist die Ausführung der beiden identisch aufgebauten bidirektionalen Schienentreiber BD1 bzw. BD2 dargestellt. Es handelt sich um einen Schienentreiber für bitparallele Übertragung eines Bytes, der aus zwei 4-bit-parallelen Zweiweg-Schienentreibern SAB 8216 besteht (siehe ausführliche Beschreibung in Mikroprozessor-Bausteine "Datenbuch¹¹ 1976/77, System SAB 8080 von der Siemens AG, Bereich Bauelemente, Balanstr. 73, 8000 München 80). Hier und im folgenden sind die Ein- und Ausgänge von den Baustein= η wie in der dafür angegebenen Literaturstelle bezeichnet. Über die Eingänge CS der beiden Bausteine, die mit einem gemeinsamen Eingang es verbunden sind, kann der Schienentreiber gesperrt werden. Über die Eingänge DIEN," die mit einem gemeinsamen Eingang dien des Schienentreibers zusammengefaßt sind, liegt die Richtung des Datenflusses fest. Näheres ergibt sich aus der angegebenen Literaturstelle. Die Anschlüsse DI, DO bzw. DB stehen stellvertretend für die dortigen Eingänge

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DI₀ bis DI₃, DO₀ bis DO₃ bzw. DB_Q bis DB^.

In der Figur 7 ist der Aufbau der Steuerungslogik BC1 bzw. BC2 im Detail dargestellt. Für die drei UND-Glieder 81, 82 und 83 mit je zwei Eingängen ist der Baustein 74-08, für das NOR der Baustein 7427, für die Inverter 85 und 86 der Baustein 74-04 und für das NAND-Glied 87 mit drei Eingängen der Baustein 7422 mit offenem Kollektor der Fa. Siemens AG (siehe "Digitale Schaltungen", Datenbuch 1976/77 der Fa. Siemens AG, herausgegeben vom Bereich Bauelemente, Vertrieb, 8000 München 80, Balanstr. 73) geeignet. Über den Eingang DIR CTRLREIN 1, der mit dem Eingang DIR CTRL 1 bzw. 2 verbunden ist, ist die Richtung des letzteren bestimmbar. Dieser Eingang ist einesteils über den Inverter 85 mit je einem Eingang des NAND-Gliedes 87 und des UND-Gliedes 81, andererseits direkt mit je einem Eingang des UND-Gliedes 83 verbunden. Zudem besteht eine Direktverbindung des genannten Eingangs mit dem Ausgang 702, der mit dem Eingang dien des zugehörigen Zweiweg-Schienentreibers verbunden ist. Der Eingang enable 1 bzw. enable 2 ist einerseits mit dem Ausgang 53 des Betriebsartenumschalters und andererseits mit dem zwei ten Eingang des UND-Gliedes 83 sowie einem zweiten Eingang des Gliedes 87 und einem Eingang des NOR-Gliedes 84 verbunden. Die wesentliche Aufgabe des Eingangs enable 1 besteht darin, über den Ausgang 701, der einerseits mit dem Ausgang des NOR-Gliedes 84 und andererseits mit dem Eingang c"¥ des Zweiweg-Schienentreibers BD1 bzw. BD2 zu verbinden ist, letzteren zu sperren oder freizugeben. Wenn der betreffende Schienentreiber über den Eingang enable 1 bzw. enable 2 der Steuerungslogik freigegeben ist, kann die Richtungsinformation an den nächsten Schienenschalter weitergegeben werden. Diese Information wird über die Eingänge DIR CTRL RIiIN 1 bzw. 2 (siehe Figur 5) in den Schienenschalter eingegeben. Der Eingang DISL der Steuerungslogik ist mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 81 und der Eingang DISR 1 bzw. 2 mit einem Eingang des UND-Gatters

S5 82 verbunden. Der Ausgang jedes dieser UND-Gatter ist mit einem zweiten bzw. einem dritten Eingang des NOR-Gliedes 84 verbunden. Der eine Eingang des UND-Gliedes 82 ist über den Inverter 86 mit dem dritten Eingang des NAND-Gliedes 87 und der zweite Eingang des UND-Gliedes 82 mit dem ersten Eingang des NAND-Gliedes ver-

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bunden. Über die Eingänge DISR 1 bzw. 2 oder DISL kann der Schienentreiber BD1 bzw. 2 wahlweise für die Datenflußrichtung nach rechts oder links gesperrt werden. Der Ausgang des UND-Gliedes 83 bildet den Ausgang DISR RAU3ibzw. 2 des Schienenschalters. Letzterer Ausgang wird bei dem ein- oder mehrstufigen Überbrückungssystem benötigt. Der Ausgang des NOR-Gliedes 87 bildet den Ausgang DIR CTRL KAUS 1 bzw. 2 des Schienenschalters.

In der Figur 8 ist die Schalterauswahllogik SSL im Detail dargestellt. Es finden dafür zwei nebeneinander angeordnete 4-bit-Komparatoren 81 und 82 (Baustein 7485 in "Digitale Schaltungen", S. 122 und 123) Verwendung. Die wie dort bezeichneten Eingänge 2 (A^ B), 3 (A = B) bzw. 4 (A^ B) des !Comparators 82 sind mit den entsprechenden Ausgängen 7 (A<_B), 6 (A = B) bzw. 5 (A ^* B) desKomparators 81 parallel verbunden. Die 4-Bit-Anschlüsse A bzw. B sind mit den Anschlüssen Aq bis A bzw. B₀ bis B^ in der Literaturstelle identisch. Die Anschlüsse A der beiden Komparatoren 81 und 82 bilden zusammen einen Byte-Anschluß, der mit der Adressenschiene zu verbinden ist. Die ^-Bit-Anschlüsse B der beiden Komparataren sind parallel mit einem 8-fach-Kodierschalter mit "pull-up"-Widerstand verbunden. Der Eingang 3 (A = B) des !Comparators 81 ist über einen Widerstand 84 mit der Versorgungsspannung, die der logischen "1" entspricht, verbunden, während der Ausgang 6 (A = B) des !Comparators 82 mit dem Eingang selected der Freigabelogik SEL verbunden ist. Mit dem schematisch dargestellten Kodierschalter 83 kann der Schienenschalter mit einer festen Schalternummer versehen v/erden. Stimmt die über die Eingänge A eingegebene Adresse mit der Schalternummer überein, so wird der Ausgang 6 (A=B) auf logisch "1" gelegt.

In der Figur 9 ist die Freigabelogik SEL im Detail dargestellt. Sie enthält vier ODER-Glieder 91 bis 94 mit jeweils zwei Eingangen, zwei UND-Glieder mit jeweils drei Eingängen, ein D-Flipflop 97 und einen Inverter 98. Der Eingang selected ist

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über den Inverter 98 mit einem Eingang des ODER-Gliedes 91 verbunden. Der Ausgang dieses ODER-Gliedes ist einerseits mit einem Eingang des UND-Gliedes 95 und mit einem Eingang des UND-Gliedes 96 verbunden. Der Ausgang des UND-Gliedes 95 ist mit dem Eingang D und der Ausgang des UND-Gliedes 96 mit dem Eingang T des D-Flipflops 97 (Baustein 7474 aus "Digitale Schaltungen", S. 190 - 191» Eingänge und Ausgänge wie dort bezeichnet) verbunden. Der Eingang R des Flipflops ist mit dem RJCKSETZ-Eingang des .C-chionenschalters verbunden.

Der Eingang S des Flipflops ist andauernd auf logisch "1" gelegt. Der Ausgang Q des Flipflops ist mit einem Eingang des ODER-Gliedes 94, mit den Ausgängen EN RECHTS RAUS und EN LINKS RAUS des Schienenschalters verbunden (siehe Figur 5). Der Ausgang des ODER-Gliedes 94 bildet den Ausgang enabled der Freigabelogik, der mit dem Eingang 51 des Betriebsartenumschalters verbunden ist, dessen anderer Eingang 52 mit dem Eingang AKTIVIEREN des Schienenschalters verbunden ist. Der Eingang SCHIEBEN

RECHTS des Schienenschalters ist einmal mit einem zweiten Eingang des UND-Gliedes 96 und mit einem Eingang des ODER-Gliedes 93 verbunden. Ähnlich ist der Eingang SCHIEBEN LINKS des Schienenächalters mit dem dritten Eingang des UND-Gliedes 96 und mit einem Eingang des ODER-Gliedes 92 verbunden. Der Eingang AUSWAHL-MODUS ist mit dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 94 der EingangAUSWAiIjJ'.STB mit dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 91 und der Eingang EN MNKS REIN mit dem zweiten Eingang des ODJER-Gliedes 92 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes 92 ist an einen zweiten Eingang und der Ausgang des ODER-Gliedes 95 mit dem dritten Eingang des UND-Gliedes 95 verbunden. Das D-Flipflop, das als sogenanntes Markierungs-Flipflop dient, kann durch drei verschiedene Signale gesetzt werden: Falls der Schienenschalter ".ausgewählt ist (ausgewählt¹1 "), wird mit einem Impuls anAUSWAIlLESTB das Markierungs-Flipflop auf logisch "0" gesetzt, d.h. der Ausgang Q liegt auf "0". Mit einem Impuls an SCHIEBEN LiNKb wird das Flipflop mit dem Zustand des Eingangs EN LINKS REIN, bei SCHIEBEN RECHTS mit dem des Eingangs EN RECHTS REIN, der mit dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 93 verbunden ist, geladen. Die hier beschriebene vorteilhafte Schaltung mit SCHIEBEN LINKS bzw. SCHIEBEN RECHTS hat den Sinn, ein einfaches Verschieben einmal unterteilter Schienenabschnitte durch Anlegen eines Impulses

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an SCHIEBEN LINKS bzw. SCHIEBEN KKCIlTS zu ermöglichen wodurch das Rechnersystem besonders vorteilhaft auf Problemstrukturen, wie sie in den Figuren 3 und 4 beschrieben sind, anwendbar ist.

Wenn der Eingang AUSWAHLi-iüJJUS auf logisch "0" gelegt wird, liegt am Ausgang enabled der jeweilige Binärwert am Ausgang Q des Flipflops an. Dabei unterbricht der Schienenschalter, wenn enabled auf "0" liegt. Andernfalls ist er geöffnet. Liegt der Eingang TTUSV/AHLMODUS auf logisch "1", so liegt auch enabled auf diesem Wert, was bedeutet, daß der Schienenschalter geschlossen ist. Damit kann ohne großen Zeitverlust zwischen einer in Abschnitte unterteilten Systemschiene und einer durchverbundenen Systemschiene umgeschaltex werden. Über den RUCK-SETZ- -Eingang kann man das Markierungs-Flipflop auf die Grundstellung Q = "1" zurückgesetzt werden. Der Sinn des Markierungs-Flipflops ist dabei folgender: Es soll die Schienenschalter "markieren", die bei dem Betriebsmodus "Selection Mode" unterbrechen sollen. Diese Markierung kann, wie vorstehend bereits beschrieben, auf drei Arten erfolgen. Der Schienenschalter bleibt jedoch geschlossen, falls am Eingang AUSWAHLMODUS eine "1" anliegt. Dadurch können Informationen vom Steuerrechner aus weiter an alle im System vorhandenen Rechner, Datenaustauschrechner und auch Schienenschalter ausgesandt werden. Damit ist die Reihenfolge bei der Markierung der Schienenschalter beliebig. Würde dagegen der Schienenschalter sofort unterbrechen, könnten alle hinter diesem Schalter liegenden Komponenten vom Steuerrechner nicht mehr angesprochen werden. Man müßte also zuerst die weiter weg liegenden Schienenschalter unterbrechen. Liegt der Eingang ÄUSWAHLHOnus ' auf "0" wird die Systemschiene an den markierten Stellen unterbrochen.

Während des Datenaustausch mit unterteilter Systemschiene kann es kurzzeitig und vorübergehend notwendig werden, vom Steuerrechner aus auf alle oder einige weiter weg liegende Komponente zuzugreifen, beispielsweise um die Programme in den Datenaustauschrechnern zu ändern. Dazu ist das zeitsparende Umschalten zwischen unterteilter und durchverbundener Systemschiene und kann mit Hilfe

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des Flipflops in sehr einfacher Weise realisiert werden.

In der Figur 10 ist eine Überbrückung von vier Schienenschaltern S^₀₁ bis S_10Z+ durch einen weiteren Schienenschalter S₂₀₁ dargestellt. Jeder der Schalter ist aufgebaut, wie der in der Figur 5 dargestellte. Die AKTIVIERT-Ausgänge der vier Schienenschalter sind über eine verdrahtete UND-Schaltung mit dem ENABLE-Eingang des weiteren Schienenschalters und mit dem DISL-Eingang des Schienenschalters S₁₀₁ verbunden. Die Ausgange DISR 1 RAUfr-und DISR 2 RAUS des weiteren Schienenschalters sind mit den entsprechenden Eingängen DISR 1 und DISR 2 des Schienenschalters S_1Q, verbunden. 3ei allen anderen Schienenschaltern und dem weiteren Schienenschalter sind diese Eingänge auf Masse gelegt. Bis auf den Schienenschalter S₁₀₁ sind beim weiteren Schienenschalter und allen anderen Schienenschaltern die Eingänge DISL ebenfalls auf Masse gelegt. Die Eingänge DIR CTRL 1 und DIR CTRL 2 sind über Kontroileitungen DIR CTRL 1 + 2 mit dem Steuerrechner verbunden. Alle übrigen Ein- und Ausgänge der Schienenschalter sind über eine Kontrollschiene SCHALTSTEUER-SCHIENE ebenfalls mit dem Steuerrechner verbunden. Die Wirkungsweise dieser Verschaltung ist so, daß, wenn alle Schienenschalter freigegeben sind, auch der weitere Schienenschalter freigegeben wird. Gleichzeitig wird über den Eingang DISL der linke Schienenschalter S₁₀₁ für Datenflußrichtung nach links und über die Eingänge DISR 1 und DISR 2 der rechte Schienenschalter S₁₀₁ für Richtungen nach rechts gesperrt.(eine Ausnahme bildet die Überbrückung von Zweigen mit Datenquellen, die später noch beschrieben wird). Damit werden die in der Figur 11 skizzierten Datenwege 101 und 112 realisiert.

Die dargestellte Überbrückung kann für jede Uberbrückungsstufe eingesetzt werden. Das bedeutet, daß die Schalter S₁₀₁ bis S_1Q, ebensogut weitere Schienenschalter der ersten oder einer höheren Stufe eines Überbrückungssystems sein können. Es läßt sich auf diese Weise jedes beliebige mehrstufige Überbrückungssystem realisieren.

In der Figur 12 ist der in der Figur 10 gestrichelt umrahmte Bereich 120 in allen wesentlichen Einzelheiten dargestellt.

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Es sind dabei die Ein- und Ausgänge, deren Verwendung vom Einsatz des Schalters abhängt, mit einem Sternchen markiert. Beim Einsatz der Schalter als Schienenschalter in einem System ohne Überbrückungen werden alle drei Eingänge DISR 1 DISR 2 und DISL auf Masse gelegt. Mit Überbrückungen läßt sich die Verschaltung der vier oberen Ausgänge aus der Figur 10 entnehmen. Das gleiche gilt, wenn der Schalter S._Q2 als linker Endschalter bzw. der Schalter S*q? ein rechter Endschalter wäre. Die Verdrahtung der übrigen Ein- und Ausgänge der beiden Schalter, also derjenigen, die nicht mit einem Sternchen markiert sind, ergibt sich selbstredend aus der Figur 12.

In der Figur 13 sind vier Schienenschalter 3.₂-i ^bi^s S.p, auf einer Datenschiene 125 eines Rechnersystems dargestellt. Mit dieser Figur soll die Richtungsumschaltung erläutert werden. Jeweils zwischen zwei benachbarten Schienenschaltern ist ein Einzelrechner oder Datenaustauschrechner als Quelle GL bis CU von Informationen an die Datenschiene angeschlossen. Die Schienenschalter sind aufgebaut, wie der in Figur 5 dargestellte mit dem einen Unterschied, daß die Auswahllogik BC 1 bzw. BC 2 ersetzt wird durch eine vereinfachte extra dargestellte Logik mit je einem Treiber und je einem Widerstand. Die Funktion dieser vereinfachten Logik stimmt mit der nach der Figur 7 überein, wenn dort die Eingänge DISR 1 bzw. DISR 2, DISL, DIR CTRL REIN^{1 bzv}· ^DIR CTRLREIN2 auf "0" und enable 1 bzw. enable 2 auf "1" gelegt werden. In der Figur 13 ist jeweils der Eingang dien von BD 1 eines jeden Schienenschalters an eine Steuerleitung DIR CTRL angeschlossen. Jeweils zwischen zwei benachbarten Anschlußstellen ist ein Treiber mit offenem Kollektorausgang in der Steuerleitung angeordnet und außerdem ist jeder dieser Abschnitte über einen Widerstand mit an die Versorgungsspannung anschließbar. Die Treiber sind mit den Bezugszeichen 131 bis 134 und die Widerstände mit den Bezugszeichen 135 bis 138 versehen. Jede Quelle weist einen Ausgang q,, q~ oder q^ auf, der mit der Steuerleitung DIR CTRL verbunden ist. Dieser Ausgang wird auf "0" gelegt, wenn die Quelle sendet, d.h. wenn der Einzelrechner bzw. der Austauschrechner Daten abgibt. Für die Eingänge dien der Zweiweg-Schienentreiber BD 2 kann zusätzlich eine identisch

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aufgebaute Anordnung mit Steuerleitung vorgesehen sein, an welche Quellen angeschlossen sind.

Mit der Anordnung nach Figur 13 ist das Prinzip der Richtungsumschaltung realisiert. Dieses geht von folgender Überlegung aus: In Jedem Schienenabschnitt gibt es in jedem Austauschzyklus für jedes Schienensystem nur eine sendende Quelle. Für die Steuer- und Adressenschiene kann dies der Steuerrechner oder ein Austauschrechner, für die Datenschiene ein bestimmter Einzelrechner sein. Diese Quelle sendet Informationen zu den restlichen Elementen eines Schienenabschnitts; das bedeutet, daß die Schienentreiber in Richtung von der Quelle weggeschaltet werden müssen.

Das Prinzip der Richtungsumschaltung ist für beide Schienensysteme identisch; daher ist in der Figur 13 nur das Datenschienensystem dargestellt. Die Schienentreiberrichtung wird nach Figur 13 üteer die Steuerleitung DIR CTRL gesteuert. Sendet keine Quelle, liegt sie auf "1", was durch die Widerstände bewirkt wird. Dadurch sind die Treiber in Richtung nach rechts geschaltet. Will nun eine Quelle Informationen aussenden, legt sie an den zugehörigen Abschnitt der Steuerleitung eine "0" an. Dieser Wert wird den links von der Quelle liegenden Treibern mitgeteilt und sie kehren dadurch ihre Richtung nach links um. Dadurch kann die Quelle ihre Informationen strahlenförmig aussenden.

Bei überbrückten Zweigen eines Überbrückungssystems muß die Quelle in gleicher Weise solche Steuerleitungen DIR CTRL der weiteren Schienenschalter auf "0" legen. In der Figur 14 ist als Beispiel der Datenfluß bei Quellen innerhalb überbrückter Abschnitte eines Überbrückungssystems nach Figur 2 dargestellt. Die von der Quelle ausgesandten Informationen werden danach über den äußerst rechten Schienenschalter des überbrückten Abschnitts, an dem die Quelle angeschlossen ist, zu einem überbrückten Abschnitt der nächsthöheren Stufe weitergeleitet. Das gleiche gilt dann für die Weiterleitung von Stufe zu Stufe. Daher wird in

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diesem Fall für jede Stufe der äußerst rechte Schienentreiber eines Abschnitts, der Information von der nächst niederen Stufe her empfängt, nicht für Datenflußrichtung nach rechts gesperrt, auch wenn alle Schienenschalter dieses Abschnitts freigegeben sind. Der Ausgang DISRKAUS ^_es% überbrückenden Schienenschalters ist inaktiv, weil dessen Datenflußrichtung nach links zeigt.

Abschließend sei noch die Funktion der Datenausxauschrecnner beschrieben. Wenn die Systemschiene in Abschnitte unterteilt worden ist, sind diese Abschnitte selbständige Rechnersysteme und brauchen einen "zentralen" Rechner, der das Verteilen der Ergebnisse innerhalb des selbständigen Abschnittes übernimmt. Dabei hat er die beiden folgenden Aufgaben zu erfüllen: 1) Schalten eines Datenweges, auf den Daten übertragen werden sollen,

2) Übertragung von Daten auf diesem Weg.

Dies kann im Grunde von jedem geeignet programmierten Rechner getan werden. Es sind aber auch schon allein für diesen Zweck zugeschnittene Datenaustauschrechner vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 26 41 741.4 (VPA 76 P 7119)), die auch für das hier angegebene Rechnersystem besonders geeignet sind.

14 Figuren
4 Patentansprüche

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Leerseite

Claims (4)

1. Patentansprüche

   ί1.) Rechnersystem, bei dem eine Anzahl von Einzelrechnern über eine Systemschiene, bestehend aus mindestens zwei Schienensystemen, nämlich einer Adressen- und Steuerschiene und mindestens einer Datenschiene an einen Steuerrechner koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Systemschiene durch ein oder mehrere in ihr angeordnete Schienenschalter (S₁ bis S=, Sg bis S₂₀ in Figur 5, S^₀₁ bis S_10Zf in Figur 11 und S₁₂₁ bis S_12Z+ in Figur 13) in Abschnitte (a. bis ag) unterteilt ist, daß jeder Schienenschalter die folgenden Eigenschaften aufweist:

   a) die beiden Schienensysteme sind durch ihn gesteuert unterbrechbar ,

   b) seine Durchlaßrichtung ist für jede der Schienensysteme getrennt umschaltbar und

   c) er ist durch den Steuerrechner direkt adressierbar

   und daß ein oder mehrere Datenaustauschrechner (ATR,. bis ATR,) an verschiedenen Stellen an die Systemschiene angeschlossen sind.
2. 2. Rechnersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei benachbarten Anschlußstellen (m^ bis mg) eines Einzelrechners an die Systemschiene ein Schienenschalter angeordnet ist.
3. 3. Rechnersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder zweiten Anschlußstelle (nu, m, und m,-) ein Datenaustauschrechner angeschlossen ist.
4. 4. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Gruppen, die jeweils zwei oder mehrere benachbarte Schienenschalter auf der Systemschiene umfassen, durch je einen weiteren Schienenschalter gesteuert überbrückbar sind und daß jeder weitere Schienenschalter die folgenden Eigenschaften aufweist:

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   d) seine Durchlaßrichtung ist umschaltbar,

   e) er stellt auf Durchlaß um, wenn alle Schalter der Gruppe, die er überbrückt auf Durchlaß geschaltet sind und unterbricht gleichzeitig wenigstens den an einem Ende liegenden Schalter der Gruppe und

   f) er unterbricht, wenn zumindest einer der übrigen Schalter der Gruppe unterbrochen wird.

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