DE2744886B2 - Schaltungsanordnung zum Umschwenken einer Binärdatenmatrix - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Umschwenken einer BinärdatenmatrixInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umschwenken einer ßinärdatenm-itrix mit einer Mehr
zahl von ic aus einer Bitkettc bestehenden /.eilen,
insbesondere als SDcichereinheii i-iner elektronischen
Rechenanlage.
Eine Bjnärdatenmatrix kann bekanntlich so betrachtet
werden, als seien die Bitketten nach Zeilen oder nach Spalten der Matrix geordnet
In jedem Verarbeitungsvorgang kann es bekanntlich erforderlich sein, im Speicher einer Digitalrechenanlage
über eine Datenmatrix zu verfügen, die aus Bitketten in Zeilen- oder aber in Spaltenanordnung besteht. Dies ist
beispielsweise der Fall bei durch verJkale Ablesefenster erfolgenden optischen Aufnahmen, die nach etwaigen
Verarbeitungen zu Datenmatrizen mit spaltenweise angeordneten Bitketten führen, welche für eine durch
waagerechte Abtastung erfolgende Fernsehwiedergabe ungeeignet sind.
In solchen Fällen ist ein sogenanntes Umschwenken der Datenmatrix notwendig, indem die in der Speichermatrix
ursprünglich in einer Richtung geordneten Bitketten in eine andere Richtung geschwenkt werden,
insbesondere von einet* Zeüenanordnung in eine
Spaltenanordnung oder umgekehrt
Es sind bereits verschiedene SchaUungsanordnungen
zum Umschwenken einer Binärdatenmatrix bekanntgeworden, die jedoch aufwendig und im Betrieb langsam
sind.
So ist beispielsweise im IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 17, Nr. 10, März 1975. Seiten 3026-3028,
eine solche Schaltungsanordnung beschrieben, bei der Schieberegister Anwendung finden und deren Wirkungsweise
auf der jeweiligen Auswahl eines Schieberegisters beruht, in das eine ankommende Information
eingebracht oder aus dem eine gewünschte Information entnommen werden soll. Das Umschwenken der
Ausgangsmatrix wird dadurch erreicht, daß bei der Datenentnahme die Reihenfolge der Auswahl der
Schieberegister entsprechend verändert wird.
Die Auswahl erfolgt dabei mit Hilfe eines Schalters, der seitens einer Hauptsteuereinrichtung verstellt wird.
Diese bekannte Schaltungsanordnung ist weder imstande, Umschwenkungen in beliebiger Schwenkrichtung
und um andere Schwenkwinkel als 90° auszuführen, noch wahlweise eine Umschwenkung der ankommenden
Bitketten vorzunehmen oder nicht vorzunehmen.
Ihre Verwendungsmöglichkeit ist demnach beschränkt
Autgabe der Erfindung ist es somit, eine Schaltungsanordnung
zum Umschwenken von Binärdateiimatrizcn,
insbesondere zur Verwendung als Speichereinheit in einer elektronischen Digitalrechenanlage zu schaffen,
die eine den komplizierten Programmiertechniken gerecht werdende Vielseitigkeit im Einsatz gestattet
einen einfachen Aufbau besitzt und einen raschen Arbeitsablauf gewährleistet
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch das Kennzeichen des Patentanspruches gelöst.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung stützt sich im wesentlichen auf die Kombination der
zyklischen Bitumsetzung, der die Bitketten vor dem Einbringen in den Digitalspeicher unterworfen werden
und der vorgesehenen Art der Adressierung der Speicherzellen in der Ablesephase.
Die zyklische Umsetzung der Bits hat zur Folge, daß die eine Spalte der ursprünglichen Matrix bildenden
Bits, d. h. diejenigen Bits, welche dazu bestimmt sind, in der umgeschwenkten Matrix eine Zeile zu bilden, in
verschiedene Spalten des Speichers eingereiht w-iden.
Die darauffolgende Adressierung einer einzigen Zelle je Spalte der Matrix beim Ablesen kann demnach zu dem
gewünschten Ergebnis führen, die Parallelablesung (mittels eines einzigen Zugangs, beispielsweise zufolge
der Steuerung seitens einer entsprechenden Information der Rechenanlage und somit in äußerst kurzer Zeit)
sämtlicher Bits einer modifizierten Bitkette zu ermöglichen, welche völlig einer Zeile der umgeschwenkten
Matrix entspricht, mit Ausnahme der Reihenfolge der Bits, weiche sodann durch die nach der Ablesung
durchgeführte Bitumsetzung zweckmäßig abgeändert wird. Auf diese Weise ist die Umschwenkung der ι ο
Datenmatrix (beispielsweise Austausch der Zeilen durch Spalten oder umgekehrt, mit Rechts- oder Linksschwenkung
um 90°) unter Niedrighaltung der Verarbeitungszeiten und Verwendung üblicher, wenig kostspieliger
Schaltungsgruppen möglich gemacht. ι ί
Mit Hilfe der Schaltungsanordnung nach der Erfindung lassen sich Datenmatrizen jeder beliebigen Art
umschwenken. Die einzige Einschränkung ist die, daß die umzuschwenkende Matrix aus einer oder mehreren
Einheiten bestehen muß, die die gleiche Anzahl (n) von Zeilen und Spalten besitzen müssen, so daß jede
Matrixeinheit für sich umgeschwenkt werden kann. Allgemein gesehen muß die Matrix eine Zeilenanzahl
N = c ■ η besitzen, wobei c eine beliebige ganze von Null verschiedene Zahl sein kann.
Während in der vorliegenden Beschreibung ausdrücklich auf die Verarbeitung von Bitketten bezug
genommen wird, die Zeilen der Matrix entsprechen, so versteht es sich doch, daß kein grundsätzlicher
Unterschied dann besteht, wenn man Bitketten in jo Betracht ziehen würde, die Spalten der Matrix
entsprechen. Dieselben wären lediglich nach Verarbeitung als Spalten anstatt als Zeilen der umgeschwenkten
Matrix zu betrachten.
Die Schaltungsanordnung ist ferner grundsätzlich ü auch dann anwendbar, wenn man mehrdimensionale
Matrizen umschwenken wollte, d.h. solche, in denen jedes Datum durch Ar ^ 2 Bits kodiert ist In diesem Fall
liegt in jeder Kodestufe (deren Anzahl k ist) eine normale Umer-Matrix vor. Indem man die k Untermatrizen
parallel umschwenkt, läßt sich die Umschwenkung von mehrdimensionalen Daten erzielen.
Der allgemeine Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
F i g. 1 zeigt das allgemeine Blockschema der
Schaltungsanordnung als Speichereinheit einer elektronischen Rechenaniage,
F i g. 1 zeigt eine aus ü-vei Einheiten mit je vier Zeilen w
und vier Spalten bestehende Binärdatenmatrix in grafischer Darstellung, die der Umschwenkung unterworfen
werden soll,
Fig.3 veranschaulicht eine Zwischenstufe des Umschwenkungsvorganges
nach zyklischer Umsetzung der Bitketten zum Einbringen in den Digitalspeicher,
Fig.4 zeigt grafisch die Logik der Ableseadressierung
des Digitalspeichers,
Fig. 5 —8 zeigen Beispiele von erhaltenen umgeschwenkten
Matrizen und μ
Fig.9 ist ein Blöcksehema eines Atisführungsbeispiels
einer in der Schaltungsanordnung verwendbaren Bitumsetzeinrichtung.
Die in F1 g. 1 gezeigte Schaltungsanordnung 22.
welche insbesondere eine Speichereinheit einer eiektro- *~>
nischen Digitalrechenanlagc darstellen kann, besteht
aus folgenden SdialtUitrstcilen: eine, mit einer Steuereinheit
1 ? versehene, erste zyklische Bitumset/cinrichtung 12, der Bitketten zugeführt werden, die Zeilen der
umzuschwenkenden Matrix darstellen and die in der Zentraleinheit der Rechenanlage bzw, in einem anderen
Informationsgeber 11 erzeugt werden: ein matrixförmiger
Digitalspeicher 14, bestehend aus Zeilen und Spalten von Zellen, die einzeln adressierbar sind; eine,
dem Digitalspeicher 14 zugeordnete Steuereinrichtung 15 zur Abgabe von Schreib- bzw. Ablesesteuersignalen;
ein Adressenmodifikator 17, dem von der Zentraleinheit der Rechenanlage bzw. von einem anderen Adressengeber
!S Adressen zugeführt werden und dem eine Steuereinrichtung 18 zugeordnet ist; eine, ebenfalls mit
einer Steuereinheit 20 versehene, zweite Bitumsetzeinrichtung 19.
Es ist zu bemerken, daß die beiden Bitumsetzeinrichtungen 12 und 19 eine einzige Einheit darstellen können,
sofern bei der Ausführung der Schaltungsanordnung geeignete Schaltungsmaßnahmen getroffen werden.
Die Auswerteeinrichtung 21 der umgeschwenkten Matrix kann die Zentraleinheit der Rechenanlage oder
ein anderes Verarbeitungsgerät seilt.
Es sei nun angenommen, man verfüge über eine
Matrix M bestehend aus zwei Einheiten M' und M" (Fig.2), die je vier Zeilen und vier Spalten von Bits
bo—bi umfassen, weiche Matrix um 90° in Umschwenkrichtuvig
nach links umgeschwenkt werden soll, um die in F i g. 5 gezeigte Gestalt anzunehmen.
Um dies zu erreichen, wirkt man auf die Steuereinheiten 13, 18 und 20 (die in einer einzigen allgemeinen
Steuereinheit zusammengefaßt sein können) derart ein, daß die nachfolgend erläuterte Datenverarbeitung
stattfindet
Der Schaltungsanordnung 22 werden von der Zentraleinheit der Rechenaniage (bzw. vom Informationsgeber
16) der Reihe nach die acht in Fig.2 gezeigten Bitketten Wo—wj zugeführt Die umzuschwenkende
Matrix ist somit in eine Mehrzahl von Bitketten unterteilt, die je einer Zeile der Matrix
entsprechen. Durch geeignete Einstellung der Steuereinheit 13 wird erreicht, daß die zyklische Umsetzeinrichtung
12 eine zyklische Umsetzung der Bits einer jeden Bitkette ausführt, wobei sicherzustellen ist, daß in
jeder Einheit der Matrix die Umsetzung um eine Anzahl von Bitstellen erfolgt, welche Anzahl von jeder Bitkette
zur folgenden um eine Stelle zunimmt. So werden die Bits der Bitkette wo um keine Stelle umgesetzt, jene der
Bitkette wt um eine Stelle, jener der Bitkette w2 um zwei
Stellen und jene der Bitkette w} um drei Stellen, die Bits
der Bitkette wt wieder um keine Stelle, jene der Bitkette
Wi um eine Stelle, jene der Bitkette Wt um zwei Stellen
und jene der BitkeU'e w? um drei Stellen.
Zufolge der Steuerung der Steuereinrichtung '.5, welche in dieser Phase das Einschreiben bzw. Eintragen
der umgesetzten Bitketlen n*»'— w/, die aus der
zyklischen Bitumsetzeinrichtung 12 austreten, in den Digitalspeicher 14 steuern, sowie unter der Kontrolle
des Adressengebers 16 (mit dem Adressenmodifikator 17, der beispielsweise aus einem programmierbaren
ROM-Speicher besteht, in Ruhezustand) werden die besagten umgesetzten Bitketten in entsprechende
Zellenzeilen des Speichers 14 eingetragen, wobei sieh ein vorläufiges Bild gemäß der F i g. 3 ergibt.
Durch zweckmäßige Steuerung des Adressenmodifikators 17 seitens der Steuereinrichtung 18 kann nun je
Spalte des Speicher. 14 eine Zelle adressiert werden, so
daß der Speicher parallel abgelesen wird: es wird dabei eine Folge von modifizierten Bilketten \\n" — w-"
abgelesen, welche Bitketlen den Zeilen der gewünsch
ten umgeschwenkten Matrix /Wr entsprechen, die durch
zwei, getrennt um 90° links umgeschwenkte Matrixeinheiten A/* und M"' gebildet ist (siehe F i g. 5).
Dies wird insbesondere durch Adressierung der verschiedenen Zellen des Speichers 14 gemäß der in
F i g. 4 grafisch dargestellten Logik erreicht.
Für die Bitkette w0" werden im Speicher 14 die Zellen
entsprechend dem Bit bn der Zeile I (F i g. 3), dem Bit b\
der Zeile 2, dem Bit b2 der Zeile 3 und dem Bit f>) der
Zeile 0 adressiert, für die Bitkette w\" die Zellen entsprechend dam Bit bn der Zeile 2. dem Bit 6, der Zeile
3. dem Bit bider Zeile 0 und dem Bit b, der Zeile I usw.
Diese modifizierten Bitketten wn" - w7" sind wie folgt
zusammengesetzt:
IVn" | = 0.3 | 3.3 | 2.3 | 1.3 |
IV1" | = 1.2 | 0.2 | 3.2 | 2.2 |
W2" | = 2.1. | 1.1. | 0.1 | 3.1 |
rr Ϊ | t η | 1 Λ | η α | |
W," | = 4.3 | 7.3 | 6.3 | 5.3 |
ivs" | = 5.2 | 4.2 | 7.2 | 6.2 |
iv,," | = 6.1 | 5.1 | 4.1 | 7.1 |
Wj" | = 7.0 | 6.0 | 50 | 4.0 |
Mittels der zweiten zyklischen Bitumsetzeinrichtung 19 werden die Bits in den sieben modifizierten Bitketten
wn" - W-;" sodann derart zyklisch umgesetzt, daß die
korrekte Bitaufeinanderfolge wiederhergestellt wird, die z. B. für die Bitkette hy/' die folgende ist: 3.3. 2.3, 1.3,
0.3. Die Anzahl der Bitstellen, um die die Umsetzung erfolgt, verändert sich zyklisch in der in Fig.4 in der
Spalte ROT angegebenen Weise.
Die aus der zyklischen Bitumsetzeinrichtung 19 austretenden umgesetzten Bitketten w0'" - W1'" werden
als entsprechende Zeilen der unigeschwenkten Matrix gemäß Fig. 5 der Auswerteeinrichtung 21 zugeleite'
Die umgeschwenkte Matrix M' weist nun die in der Ursprungsmatrix Min Zeilenanordnung aufscheinenden
Bitketten wn— w: in Spaltenanordnung auf (siehe die in
F i g. 5 mit ivnr- HVbezeichneten Bitketten).
Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung lassen sich Umschwenkungen der Ausgangsmatrix nicht nur
urr, 90° in Schwenkungsrichtung nach links, sondern
durch zweckmäßige Änderung der den Bitumsetzeinrichtungen 12 und 19 und dem Adressenmodifikator 17
erteilten Steuerungen auch Umschwenkungen in anderer Richtung und um andere Winkel, z. B. um 90c in
Schwenkrichtung nach rechts und um 45° in Schwenkrichtung nach links oder nach rechts, wie in den F i g. 6,7
bzw. 8 schematisch dargestellt ist. durchführen.
Ferner ist es möglich, die eine oder die andere der zyklischen Umtotzeinrichtungen 12 und Ϊ9, oder beide,
jnwirksam zu machen, gegebenenfalls bei gleichzeitiger
Unwirksammachung des Adressenmodifikators 17.
Auf diese Weise läßt sich die Schaltungsanordnung für die unterschiedlichsten derartigen Verarbeitungen
verwenden, um Grenzfall auch für solche, die weder eine Umschwenkung der Matrix noch eine zyklische
Umsetzung der einzelnen Bitketten vorsehen. So wird z. B. für Umschwenkungen der Matrix um 45° nur eine
ausgangsseitige zyklische Bitumsetzung mittels der Ein ichtung 19 durchgeführt, während die Bitumsetzeinrichtung
12 unwirksam gemacht wird.
Es wurde der besondere Anwendungsfall in Betracht gezogen, in dem die Schaltungsanordnung die Speichereinheit
einer Digitalrechenanlage bildet, welche somit die Möglichkeit erhält, auf zwei verschiedene Arten,
nach Zeilen oder nach Spalten, an den Speicher heranzutreten. Die Schaltungsanordnung kann jedoch
gerade so gut für sich allein verwendet werden, sofern sie an zweckmäßige Informations- und Adressengeber
sowie an eine Auswerteeinrichtung der erzeugten Information angeschlossen wird.
Die im Blockschema der Fig. 1 dargestellten Schaltungsteile, wie der Adressengeber 16 (beispielsweise
die Zentraleinheit einer Rechenanlage), der Adressenmodifikator 17 (beispielsweise «.in zweckmäßig
programmierbarer ROM-Speicher) usw. sind als
ι", dem Fachmann bekannt zu betrachten.
Ein Ausführungsbeispiel einer zyklischen Bitumsetz· einrichtung, wie sie in der Schaltungsanordnuni:
Verwendung finden kann, isi in F i g. 9 gezeigt.
Die Einrichtung umfaßt vier Multiplexschaltungen 31 —34 je mit vier Eingängen I, - U und einem einzigen
Ausgang U. Den Eingängen werden, mit unterschiedlicher Anordnung für die verschiedenen Multiplexschaltungen.
die der Umsetzung zu unterwerfenden Bits A-D zugeführt. An den Ausgängen der Multiplexschal-
r> tungen wird abwechselnd eines oder ein anderes der eingegebenen Bits zur Verfügung gestellt, und zwar in
Abhängigkeit einer, allen Multiplexschaltungen gemeinsamen
Auswahlsteuerung über die Eingänge S'und S".
Zur Auswahlsteuerung der Multiplexschaltungen
Zur Auswahlsteuerung der Multiplexschaltungen
in 31—34 dient eine Gruppe logischer Elemente, welche
zwei logische UND-Glieder 35, 36. sechs logische NICHT-UND-Glieder 37-42 und zwei logische
NICHT-Glieder 43, 44 umfaßt. Ferner sind Eingänge
3o— a\ für Bitpaare zur Angabe des Umsetzungsgrades
(die z. B. aus den beiden weniger bedeutsamen Bits der seitens des Adressengebers 16 der F i g. 1 erzeugten
Adressensignale bestehen können), zwei Eingänge D und S zur Steuerung der Rechts- bzw. Linksumsetzung
(welche Steuerungen von den Steuereinheiten 13 und 20
■in der F i g. I abgegeben werden) und ein Eingang R für die
Umsetzsteuerung (die ebenfalls seitens der Steuereinheiten 13 und 20 abgegeben werden) vorgesehen.
Die Wirkungsweise der zyklischen Umsetzeinrichtung nach F i g. 9 ist folgende.
Wenn am Steuereingang R eine niedrige logische Stufe vorliegt, was bedeutet, daß keine Umsetzung
durchgeführt werden soll, dann weisen die Ausgänge der UND-Glieder 35, 36 beide eine niedrige logische
Stufe auf. dann sind die Multiplexschaltungen 31—34 in
so ihren unwirksamen Ruhezuständen und in ihren Ausgängen scheint die gleiche Bitfolge ABCD wie an
ihren Eingängen auf.
Wenn an den Steuereingängen R und D oder S eine
hohe logische Stufe vorliegt, und die Kombination der Steuerbits ao und a, gleich 10, 01 oder 11 ist, dann
ergeben sich an den Eingängen S'. S" verschiedene Kombinationen von logischen Stufen, welche entsprechende
Umschaltungen der Multiplexschaltungen 31—34 zur Erzeugung verschiedener Ausgangsbilder
herbeiführen, wie z. B. für Linksumsetzungen BCDA,
CDAB und DABC Auf diese Weise wird jeweils die gewünschte zyklische Umsetzung der Eingangsbits
erreicht
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. eine, mit Steuermitteln (13) versehene erste zyklische Bitumsetzeinrichtung (12), der von
einem Informationsgeber (11) aufeinanderfolgend Bitketten zugeführt werden und die eine
zyklische Umsetzung der Bits einer jeden Bitkette um eine Anzahl von Bitstellen durch- H
führt, die von jeder Bitkette zur folgenden um eine Stelle zunimmt;
2. einen aus Zeilen und Spalten einzeln adressierbarer Zellen bestehenden, matrixförrnigen Digitalspo'cher
(14), dessen Dateneingang mit dem Ausgang der ersten Biturosetzeinrichtung (12)
verbunden ist;
3. eine, dem Digitalspeicher (14) zugeordnete Schreib- bzw. Ablesesteuereinrichtung (15), zum
Steuern des Einschreiben der Buketten mit zyklisch umgesetzten Bits ir den Speicher bzw.
des Ablesens von modifizierten Bitketten aus dem Speicher;
4. einen, dom Digitalspeicher (14) zugeordneten
Adressengeber (16), zur Adressierung ausge- w wählte/ Zellen des Speichers;
5. einen, zwischen den Adressengeber (16) und den Digitalspeicher (14) geschalteten Adressenmodifikator(17);
6. eine, dem Adressenmodifik<itor(17)zugeordne- }->
te Steuereinrichtung (18), zur Umsteuerung der Adressierung des Digitalspeichers (14) seitens
des Adressengebers (16) von einem Einschreibzustand, in welchem sämtliche Zellen einer
Speicherzeile des Digitalspeichers (14) bei jeder « Schreibsteuerung gleichzeitig adressiert werden,
um das parallele Einschreiben der Bitketten mit umgesetzten Bits in entsprechende
Zellenzeilen des Speichers zu gestatten, in einen Ablesezustand, in welchem bei jeder Ablese- «
Steuerung eine Zelle jeder Speicherspalte adressiert wird, um das parallele Ablesen der
modifizierten Bitketten zu gestatten, die je alle in einer entsprechenden Zeile der gewünschten
umgeschwenkten Matrix enthaltenen Bits um- w fassen;
7. eine, mit Steuermittel.n (20) versehene zweite zyklische Bitumsetzeinrichiung (19), der vom
Digitalspeicher (14),,aufeinanderfolgend die modifizierten Bitketten zugeführt werden und *fi
die eine zyklische Umsetzung der Bits einer jeden modifizierten Bitkette ausführt, um die
Bitaufeinanderfolge entsprechend jener der betreffenden Zeile der umgeschwenkten Matrix
zu verändern. w>
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