DE2916658A1

DE2916658A1 - Selbstprogrammierbarer mikroprozessor

Info

Publication number: DE2916658A1
Application number: DE19792916658
Authority: DE
Inventors: Michel Ugon
Original assignee: CII HONEYWELL BULL
Current assignee: Bull CP8 SA
Priority date: 1978-04-25
Filing date: 1979-04-25
Publication date: 1979-10-31
Also published as: DE2916658C2; JPS63145531A; FR2461301B1; JPS54154954A; JPS6122828B2; JPH0227687B2; DE2954731C2; GB2022884B; US4382279A; JPH02132520A; FR2461301A1; GB2022884A; JPH06223206A; HK25687A

Description

Dipl.-Ing. RUDOLF SEI BERT 29166S8

Rechtsanwalt υ. Patentanwalt

Tattenbachstraße 9

8000 MÖNCHEN 22

Anwaltsakte 3371

Compagnie Internationale Pour L'Informatique CII-Honeywell Bull

F - 75960 Paris Cedex Frankreich

Selbstprogrammierbarer Mikroprozessor

9098U/0977

Dipi.-Ing. RUDOLF SEI BERT 29 Ί 6 65

Rechtsanwalt u. Patentanwalt
Tattenbachstraße 9
8000 MÖNCHEN 22

Anwaltsakte 3371

Titel: Selbstprograinmierbarer Mikroprozessor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen neuartigen Aufbau eines Mikroprozessors oder Mikrorechners, bei welchem in einfacher Weise die in Verbindung mit der Selbstprogrammierung bzw. automatischen Programmierung auftretenden Probleme beseitigt sind.

Unter Selbstprogrammierung wird die Gesamtheit der Möglichkeiten verstanden, welche bei einem Programm zur Modifizierung eines anderen gegeben sind. Wenn man ein Programm P₁ an eine Gesamtheit von Punktionen f.r wie

angleicht, wird Selbstprogrammierung realisiert, wenn f. eines unter zur Veränderung des Unterprogramms f. geeignetes Programm ist. Auf diese Weise wird das Programm P₁ transformiert in ein Programm P„ des Aufbaus wie P₉ = (f.., f„, ... f. ... g.). Diese Eigenschaft kann schrittweise mit Hilfe einfacher Funktionen erwei tert werden, um das vollständige Programm zur Durchfüh

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rung vorgesehener Abläufe zu modifizieren, welche grundverschieden von den aufgrund der ursprünglichen Funktionen definierten Abläufe sind. Das Programm verwandelt sich dabei in der Zeit abhängig von seinem eigenen Werdegang.

Selbstprogrammierung kann extrem komplexe Probleme aufwerfen, da im voraus alle möglichen Entwicklungen des Programms von diesem selbst vorausgesehen werden müssen, jedoch sind bei vielen Anwendungsfällen die möglichen Entwicklungen des Programms als Funktion des Ablaufes sehr gut voraussehbar.

In großen Informationssystemen mit großen Recheneinheiten kann die Selbstprogrammierung unter Verwendung von Speicherzwischenräumen durchgeführt werden, die in dem Maße, wie die Entwicklung in der Zeit des Ausgangsprogramms fortschreitet, vergrößert werden könne. Bei gewissen Anwendungen des Mikroprozessors, in welchem die Speichergröße reduziert ist, ist es wünschenswert,daß die Entwicklung des Ausgangsprogramms nicht mehr Speicherplatz einnimmt, als das Originalprogramm. Um dieses Resultat zu erreichen, besteht eine Lösung zur Durchführung der Änderung des Inhaltes von Instruktionen oder Daten mit den spezifischen Adressen des Ausgangsprogrammes. Diese Änderung könnte beispielsweise den Inhalt der Zone des Operationscodes von einem speziellen Befehl des Ausgangsprogramms wirken. Auf diese Weise könnte ein Ausgangsprogramm P₁, welches in der

Adresse 10A einen Additionsbefehl in einem Operationscode enthält, vorsehen, seinen Operationscode umzuformen in eine Subtraktion, ohne daß insoweit die Dimension des Ausgangsprogrammes modifiziert wird. Ebenso kann ein unmittelbarer Operant modifiziert werden, um einen

^OJ neuen Wert aufzunehmen in Funktion von einem Ereignis. Es sei daran erinnert, daß der Operantenbereich von einem Befehl unmittelbar einen Operanten enthält, wenn sein Inhalt eine Information einschreibt und nicht eine

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Adresse. Dieser Operant kann wegfallen in einen unmittelbaren Befehl, er kann aber gleichzeitig Teil von Festdaten des Beginns des Programms sein. Auf diese Weise werden abhängig von den durchgeführten Modifikationen auf einen unmittelbaren Operanten die durch das Programm übernommenen Aktionen unterschiedlich, wie im folgenden gezeigt.

Die Technik der Selbstprogrammierung kann sehr unterschiedliche Anwendungen bei Systemen haben, welche dem Ersatz von Papiergeld dienen, wie beispielsweise Scheckkarten ,Geldstücke, Systeme, in welchen die Intigrität und die Vertraulichkeit der in den Karten enthaltenen Information gesichert werden soll, sowie bei Informationssystemen, wo es notwendig ist, zu sichern die Unantastbarkeit von einem Programm durch externe Ereignisse zur Realisierung von spezifischen Funktionen auf verschiedenen, programmierbaren Maschinen,vorzugsweise auf Datenverarbeitungs- oder kleinen Entwicklungsrechnern oder in Systemen, wo eine Ermächtigung und eine Zugriffskontrolle notwendig ist. Dabei kann es bei einer Anwendung für Banken notwendig werden, die aufeinanderfolgende Speicherung der durchgeführten Transaktionen über einen Zähler durchzuführen, als Selbstschutz gegen betrügerischen Zugriff zu den Daten der gespeicherten Rechnung, um den Zugriff zu der Speichereinrichtung zu kontrollieren, wo sich diese Daten unter Vergleich eines Codes mit nicht durch einen Betrüger auffindbaren Daten befindet, und gegen Änderung des Ver-

haltens dieser Speichereinrichtung gegenüber der äußeren Umgebung in Funktion des Ablaufes der Ereignisse, welche während der gesamten Zeit der Benützung stattgefunden hatten.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung erlaubt die Lösung dieses delikaten Problems der Speicherung der zu registrierenden Programme in einem kleinen programmierbaren Rechner. Man kennt in der Tat Ausführungsformen von

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durch den Anwender programmierbaren Kleinrechnern,aber dessen grundsätzlicher Mangel besteht darin, daß das eingespeicherte Programm nicht in Abwesenheit einer Versorgungsspannung konserviert werden kann. Es ist deshalb notwendig, mit diesen Rechnern im Moment ihrer Anwendung den Aufzeichnungsträger, wie beispielsweise Magnetkarten oder Schmelzspeicher, wo allein ein Lesen der Informationen, welche sie enthalten, möglich ist, zu verbinden. Diese Speicher sind bekannt im Stand der Technik unter der Bezeichnung "ROM", einer Abkürzung aus dem angelsächsischen "Read Only Memory" oder als "CMOS-Speicher" mit schwacher Stromaufnahme, als Abkürzung des angelsächsischen Ausdrucks "Complementary Metal Oxide Semi Conductor". Diese Aufzeichnungsträger sind unhandlich, wenig praktisch und relativ teuer. Die Einrichtung gemäß der Erfindung beseitigt diese Probleme. Ein Teil der Programme,nämlich die Grundfunktionen (Arithmetische Funktionen und Klassische Rechenfunktionen) des kleinen Rechners sind fest gespeichert.

Ein zweiter Teil des Programms ist bestimmt zur Übernahme der Speicherprogrammierung von über eine Tastatur des Kleinrechners durch den Anwender eingegebenen Funktionen. Schließlich enthält der dritte Teil des Speichers die verschiedenen, durch den Anwender als Funktion von seinem Bedarf und der zeitlichen Entwicklung eingegebenen, verschiedenen Programme.

Bei gewissen Anwendungsfällen ergibt sich, daß die entsprechenden Speichereinrichtungen einerseits sehr redu- ™ zierte, räumliche Abmessungen haben müssen und andererseits Speichereinrichtungen enthalten müssen, um die eingegebenen Informationen dauerhaft zu erhalten. Die bekannten Mikroprozessoren, welche in LSI-Technik (Abkürzung des angelsächsischen Ausdrucks "Large scale integration") aufgebaut sind, erfüllen gut das erste Kriterium des geringen Raumbedarfs, wie es in den vorgenannten Anwendungen gefordert wird. Umgekehrt enthält die monolitische Struktur nur die Recheneinrichtungen,

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welche die Durchführung der arithmetischen und logischen Funktionen übernehmen, sowie die Steuereinrichtungen. Keine von diesen Strukturen umfaßt Speichereinrichtungen, die grundsätzlich zu einer anderen monolitischen Struktur gehören, welche sich an die externen Anschlüsse des Mikroprozessors anpaßt. Ausführungsbeispiele von solchen Mikroprozessoren finden sich in dem Buch mit dem Titel "Les microprocesseurs, Techniques et applications par RODNAY ZAKS et PIERRE LE BEUX", welches erschienen ist bei "SYBEX", 313 rue Lecourbe, 75015 Paris. Die Ausführung einer selbstprogrammierbaren Speichereinrichtung benötigt deshalb bei Anwendung klassischer Mittel mindestens einen Halbleitership, auf welchem die Strukturen einer logischen Recheneinheit und der Steuereinheit realisiert sind und ein anderes Chip, auf welchem die Speichereinrichtung untergebracht ist. Die Verbindungen zwischen diesen beiden Chips setzen Schaltverbindungen voraus, deren Dimensionen nicht vernachlässigbar sind, relativ zu den Dimensionen jedes einzelnen Chips, was auch dem weiter oben getroffenen Kriterium eines geringen Raumbedarfs zuwiderläuft. Herkömmlich verwendete Speicher sind zur Aufnahme eines oder mehrerer Programme ebenso wie zur Aufnahme von Daten bestimmt, wobei der Zugriff zu diesen Programmen und Daten mit Hilfe eines Adressenregisters für das Aufsuchen von einem Befehl oder einer Größe im Speicher erfolgt. Dabei ist allgemein ein Ausgangsregister vorgesehen, in welchem der Befehl oder die Information übernommen wird,welche in dem Speicher mit der durch das

3" Adressenregister angezeigten Adresse gelesen wurde.

Bei den oben diskutierten Anwendungsfällen ist es wichtig, die gespeicherten Informationen auch bei Abschaltung der Spannung der Speichereinrichtung erhalten zu können. Andererseits setzt die Notwendigkeit, schon ge-

^OJ speicherte Informationen (Befehle und Daten) ändern zu können, die Existenz von einschreibfähigen Permanentspeichern voraus. Tatsächlich kann ein in einem nicht einschreibbaren und nicht löschbaren Speicher vom Typ

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ROM (Abkürzung des angelsächsischen Ausdrucks "Read only Memory") eingeschriebenes Programm nicht von derselben Beschaffenheit sein, wie bei einem Speicher, welcher modifiziert wird. Umgekehrt eignet sich ein einspeicherbarer Speicher vom Typ PROM (Abkürzung des angelsächsischen Ausdrucks "Programmable read only Memory") für die weiter oben angesprochenen, verschiedenen Anwendungen, denn dieser Speicher ist nicht löschbar und man kann jederzeit seinen Inhalt ändern.

Es sei daran erinnert, daß ein PROM-Speicher ein ROM-Speicher ist, welcher unmittelbar durch den Anwender programmiert werden kann. Jede Zelle von diesem Speicher ist ausgerüstet mit einer Schmelzsicherung und ein Programmieren erfolgt durch Abschmelzen der Sicherungen in diesem Speicher. Von anderen programmierbaren Speichern des Typs EPROM, welche mit Hilfe der MOS-Technik (Abkürzung des angelsächsischen Ausdrucks "Metal Osyde Semiconductor") können ebenfalls angewendet werden. Die PROM- und EPROM-Speicher haben allerdings zwei Arten von Einschränkungen bei den vorgenannten Anwendungen.

Die Verbindung von diesen beiden Speichertypen bei herkömmlichen Mikroprozessoren erfordert ein Anschließen aller Elemente im Pausenzustand des Mikroprozessors, während die Schreibspannung an einen von diesen Speichern angelegt wird. Diese Spannung kann nur von außen von dem Mikroprozessor geliefert werden, was zur Folge hat, daß nicht jedes Programm abgewickelt werden kann, während dieser Phase, was die Selbstprogrammierung von

diesem Speicher durch den Mikroprozessor unmöglich macht, denn der der Ordnungszahler, welcher die Adressierung des genannten Speichers sichert, kann nicht auf einmal eine Adresse A. des Speichers, dessen Inhalt zu modifizieren ist, und eine andere Adresse A. desselben

³

Speichers markieren, um eine Schreibsequenz in der mit der Adresse A. festgelegten Speicherzone zu eröffnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen, monolitxsch

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aufgebauten Mikroprozessor vorzuschlagen, mit welchem die nichtlöschbare Selbstprogrammierung möglich ist durch Weiterbildung seiner Funktionen durch Einsatz eines Zählers unterschiedlicher, früherer Versorgungen im Hinblick auf eine vorbestimmte Situation.

Diese Aufgabe wird mit einem selbstprogrammierbaren Mikroprozessor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

.

Der Mikroprozessor gemäß der Erfindung umfaßt elektrisch Wort für Wort einschreibfähige Permanentspeicherglieder, wobei diese einen doppelten, gleichzeitigen Zugriff zu Speichergliedern, welche mit den Vorteilgliedern der Schreibspannung verbunden sind und das normale Funktionieren des Mikroprozessors ebenso wie das Lesen und Schreiben der Daten im Inneren der Speichermittel nicht stören.

Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen besser verständlich.

In den Zeichnungen zeigen:
25

Fig. T ein Prinzipschema der Adressierung, des Speichers des seibstprogrammierbaren Mikroprozessors gemäß der Erfindung, 30

Fig. 2 eine Ausführungsvariante von dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau,

Fig. 3 eine komplette Ausführung des selbstprogrammierrtc.
^OJ baren Mikroprozessors gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein Zeitdiägramm über die verschiedenen, während eines Schreibvorganges auftretenden Span-

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nungen im Speicher M„,

Fig. 5 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm der durchgeführten Verarbeitungsstufen durch ein Schreibunterprogramm PROG,

Fig. 6 eine Ausführungsvariante des selbstprogrammierbaren Mikroprozessors gemäß der Erfindung und
10

Fig. 7 eine Ausführungsform von dem in der Ausführungsform des Mikroprozessors nach Fig. 6 verwendeten Schreibautomaten.

Bei dar Ausführungsform nach Fig. 1 wird der PROM- oder EPROM-Speicher 101 durch die Register A. 102 und A₃ 103 adressiert. Der Speicher 101 kann eine beliebige Kapazität haben. In dem angenommenen Beispiel sei die Kapazität 4 K Bytes, wobei jedes Byte einen Umfang von 8 bits aufweist. Bei einem solchen Aufbau müssen die Register A₁ und A2 mindestens 12 bits aufnehmen. Es sei daran erinnert, daß die Bezeichnung bit die Zusammenziehung der englischen Worte "Binary digit" ist und an-

^ΑΌ gewendet wird, um eine Binärziffer 0 oder 1 zu kennzeichnen, die in beliebiger Darstellung im Inneren einer Datenverarbeitungsanlage realisiert sein kann. Das Register A₁ 102 wird einmal als Zwischenregister für eine Adresse des Speichers 101 oder als Ordnungszähler verwen-

det, wobei es im letzteren Fall dazu dient, den Fortgang der Adressen im Speicher 101 zu sichern. Auch das Register Ap 103 wird als Adressenregister verwendet und enthält immer die Adresse, deren Inhalt verändert werden soll. Selbstverständlich kann die Rolle der Register A₁

und A₂ ausgetauscht werden. Die Register R₁ 105 und R_? 106 sind Datenregister, die eine beliebige Länge von 4,8 oder 16 bits haben können, was von der Wortlänge in dem Speicher 101 abhängt, die ihrerseits durch den

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jeweils angegebenen Anwendungsfall bestimmt wird. Die Register R₁ 105 und R„ 106 sind jeweils mit den Ädressenregistern A.. 102 und A₂ 103 verbunden. Eine Information, welche in dem Speicher 101 gelesen werden soll und welche durch das Register A₁ adressiert ist, wird von dem Speicher 101 in das Register R₁ 105 übertragen, ebenso wie eine zu schreibende Information in das Register R₁ 105 übertragen und in dem durch das Register A₁ 102 bestimmten Adresse eingeschrieben wird. Dieselbe Qualität besteht zwischen den Registern A„ und R„. In der Fig. 1 ist der Ausgang 2 des Registers A₁ über den Bus A₁ mit dem Eingang 1 des Speichers 101, der Ausgang des Registers A~ mit dem Eingang 2 des Speichers 101 über den Bus A„ verbunden. Die in dem Speicher 101 zu lesenden oder zu schreibenden Daten werden entweder von der Eingangs-/Ausgangsklemme 3 des Speichers 101 über dem Bus D₁ dem Eingang 1 des Registers R₁ 105 oder über den Bus D₂ von der Eingangs-/Ausgangsklemme 4 des Speichers 101 dem Eingang 1 des Registers R- 106 zugeführt.

Die Eingangs-/Ausgangsklemme von jedem der Register R₁ und R„ sind an den Bus D angeschlossen, der zu den Eingängen 1 von den beiden Registern A₁ und A_? führt. Die Steuereinheit 104 sichert die Synchronisation des Austausches der Informationen über den Bus D und die

■" Adressierung des Speichers 101. Die Ausgänge 2 und 3 dieser Einheit steuern das Lesen oder das Schreiben der Informationen in den Registern A₁, A₂ und R , R₃. Jeder Eingang 3 von diesen vier Registern kann getrennt durch

. die Verarbeitungs- und Steuereinheit 104 angesteuert

werden. Die Einheit 104 arbeitet über den Eingang 101 mit der Eingangs-/Ausgangssammelleitung der Daten, welche von dem Mikroprozessor über externen Anschlüssen kommen. Die Eingangs-/Ausgangsklemme führt zu Bus D und kann Daten oder Informationen in einem von den

vier vorgenannten Registern übertragen oder Daten von einem der beiden Registern R₁ oder R₃ empfangen. Beim Schreiben einer Information im Speicher 101 wird die Programmierung V über externe Organe dem Mikroprozes-

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sor zugeführt.

Die Arbeitsweise des Mikroprozessors ist wie folgt. Das Verarbeitungsprogramm steht in dem Speicher 101. Die zu modifizierenden Daten oder Befehle von diesem Programm werden in das Register R_ durch das Verarbeitungsprogramm über die Verbindung der Register A₁ - R₁ eingegeben. Die entsprechende Adresse wird in das Register A₂ eingegeben. Das Programm verzweigt sich dann auf eine Schreibsequenz mit der entsprechenden Adresse aus dem Register A₁ und prüft anschließend, ob einwandfreie Schreibbedingungen vorlagen. Das Schreiben im Speicher vom Typ PROM und EPROM benötigt eine gewisse Verzögerung. Es ist deshalb notwendig, die Adresse und die zu schreibenden Daten stabil am Eingang des Speichers während des gesamten Schreibzyklus anliegen zu lassen. Folglich müssen die vier Register die Informationen, die sie enthalten, während mindestens einem Schreibzyklus gespeichert behalten können,was mit Anwendung von "Latchs" (Verriegelungen) oder Sperren erfolgen kann, welche bestimmt sind zu erhalten die Informationen vorübergehend auf den Sammelleitungen, mit denen sie verbunden sind, da ja im allgemeinen die an einem Bus anliegenden Daten

sich plötzlich ändern.
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In der Fig. 2 ist eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Ausführung eines Mikroprozessors dargestellt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besitzt zwei Besonderheiten:

1) Die Zugriffskreise zu dem Speicher müssen komplex sein, da ein- und dieselbe Speicherquelle

gleichzeitig und unabhängig voneinander zwei Zugriffen ausgesetzt sein kann und

2) der Aufbau erlaubt das Selbstlöschen von einem

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Programm, da ja zu einem gegebenen Augenblick die Adresse A₁ gleich sein kann mit der Adresse A» und diese Eigenschaft kann nützlich bei Anwendungen sein, bei welchen der Schutz von be^ stimmten Informationen notwendig ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist einfacher. In der Fig. 2 ist der Speicher PROM oder EPROM 101 in zwei Speicherbereiche M₁ und M„ unterteilt, wobei der Speicherbereich M₁ durch das Register A₁ 102 und der Speicherbereich M₉ durch das Register A₀ 103 adressiert wird. Die Unterteilung des Speichers in zwei Speicherbereiche ist die einzige Besonderheit in dem Ausführungsbeispiel,

T5 wie es in Fig. 2 gezeigt istj die übrigen Elemente sind unverändert gegenüber den in Fig. 1 gezeigten Elementen. Die Programmierspannungen von jedem Speicherbereich M₁ und M„ sind unabhängig, um einen Bereich durch ein in dem anderen befindliches Programm programmieren zu könne. Dieser Aufbau besitzt die folgenden Vorteile:

Bei vielen Anwendungen ist es möglich, die Programme so aufzubauen, daß der Bereich M₁ des Speichers alle nicht evolutiven Programme oder alle Teile von solchen Programmen enthält und der Bereich M„ die evolutiven Programme oder Teile von diesen Programmen. In diesem Anwendungsfall kann der Speicherbereich M₁ in Form eines ROM ("Reed only Memory") - Speichers erfolgen, um die Herstellkosten und die Fläche von diesem Speicherteil zu reduzieren; in diesem Fall verschwindet die Schreibspannung V₁. Hingegen ist es notwendig, den zweiten Bereich durch einen PROM- oder EPROM-Speicher zu realisieren. Es ist ersichtlich, daß in diesem Fall die Adressierprobleme leicht gelöst werden, da ein Adressenregister

^OJ eines Speicherbereiches nicht einen Speicherplatz des anderen Speicherbereiches adressieren kann.

Die Fig. 3 zeigt eine komplette Ausführungsform eines

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selbstprogrammierbaren Mikroprozessors gemäß der Erfindung. Sämtliche den Mikroprozessor realisierenden Elemente werden über einen Bus D (BUS D) gesteuert. Wie vorstehend erläutert, ist die Speichereinheit 101 unterteilt in zwei Bereiche M₁ und M„. M enthält die nichtevolutiven Teile des Programmes und M„ enthält die evolutiven Teile des Programmes.Der Bereich M₁ wird durch das Adressenregister A₁ 102 adressiert, welche die Rolle des Ordinalzählers, wie es sich in herkömmlichen Mikro-Prozessoren findet, übernimmt. Dieses Adressenregister 102 ist verbunden mit dem Datenregister IR 105. Der Bereich M„ wird über das Adressenregister A₂ 103 adressiert und ist mit dem Datenregister D 106 verbunden. Ebenso wie in dem vorstehendem Beispiel sind die Speicherbereiehe M₁ und M„ aus permanent- bzw. energieabhangigen Speicherzellen vom Typ ROM, PROM oder EPROM. Die Programmierspannung PG wird von der Kippstufe P 113 geliefert. Die übrigen Elemente in der Fig. 3 entsprechen den Aufbauelementen herkömmlicher Mikrorechner. Das Register PSW 112 ist ein Spezialregister, wobei der Begriff von der Abkürzung des angelsächsischen Wortes "Programm Status Word" (Programmstatuswort) kommt. Dieses Register enthält alle für die Durchführung eines Programmes notwendigen Informationen. Die Speicherung eines Programmstatuswortes erlaubt, einen gewissen Arbeitszustand des Mikroprozessors aufrecht zu erhalten, also gewisse Zugriffe zu Informationen des internen Programmes im Mikroprozessor, dem Benutzer zu untersagen durch bevorzugte Bitanordnungen im Inneren des Wortes PSW. Ebenso wie klassische Ausführungen enthält der Mikroprozessor eine logische Recheneinheit 107, die über ihre Eingänge 1 und 2 mit einem Akumulator 108 und mit einem Zwischenspeicherregister 109 verbunden ist, die ihrerseits eingangsseitig am Datenbus (BUS D) ebenso wie der Ausgang 3 der logi-^OJ sehen Recheneinheit 107 liegen. Der Mikroprozessor weist auch eine Registereinheit 111 auf, die aus Arbeitsregistern R_Q_₇ und Batterie besteht, welche durch das Adressenregister RAM 110 adressiert wird, dessen Eingang eben-

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falls mit dem Bus D verbunden ist. Mit diesem Aufbau kann ein Programm, welches in den Bereichen M₁ und M„ des Speichers 101 durchgeführt wird, modifiziert werden mit den im Bereich M„ enthaltenen Informationen. Genauer ausgedrückt heißt dies, wenn das Programm den Speicherinhalt mit der Adresse 2FOH (dies sei das 752 Wort des Speichers) durch das Ergebnis einer Operation, welche sich in dem Akumulator befindet, modifizieren soll, dann könnte dieses Programm rangieren zuvor die Adresse 2 FO in die Arbeitsregister R_Q und R₁.

Die Selbstprogrammierung wird durch ein Unterprogramm, genannt "PROG",erhalten, welches ordnungsgemäß in dem Speicherbereich M₁ enthalten ist. Dieses Programm soll nun alle notwendigen Funktionen zum Schreiben im Speicher, vorzugsweise unter Anwendung kompatibler Sequenzen mit der angewendeten Technologie realisieren. Da die programmierbaren Speicher in einer Technologie "FAMOS" realisiert sind, wird der Zeitablauf in der Fig. 4 gezeigt, welche dem Verlauf des Taktsignals, die Haltezeit der Daten in dem Register 106 und der Einsatz der Anwesenheit des durch die Kippschaltung P 113 übertragenen Schreibsignals PGwiedergibt. Dabei ist festzustellen, daß die Daten und die Adresse in den Registern D 106 und A„ 1Q3 gehalten werden während einer sehr erheblichen Zeit im Vergleich zur Zykluszeit des Mikroprozessors, und zwar tatsächlich _r wenn die Zykluszeit 5 μβ ist, müssen Adressierung und die Daten stabil während der Schreibphase, also 50 ils gehalten werden.

Die Ablaufphasen des Programms PROG sind in der Fig. 5 gezeigt. Während des Abschnittes 500 wird der Inhalt des Akumulators 108 in das Register D 106 geladen, was die Einführung der Daten oder der zu ändernden Informationen in das Register D zur Folge hat. Im Abschnitt 501 wird der Inhalt der Register R_Q, R₁ übertragen in das Adressenregister A„ 103, was die Einführung der Adresse der Daten oder der zu modifizierenden Informationen in das

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Register A₂ 103 zur Folge hat. Im Abschnitt 502 gibt die Kippschaltung P 113 das Schreibsteuersignal PG der in den Speicherbereich M„ zu schreibenden Daten. Während des Abschnittes 503 wird ein Zähler zur Kontrolle der zum Schreiben einer Information oder von Daten in dem Bereich 2 notwendigen Zeit eingeschaltet. Die Kontrolle erfolgt im Abschnitt 504. In dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß diese Zeit 50 us sein soll. Am Ende dieser Verzögerung ist das Schreiben mit dem Abschnitt 505 beendet und eine Rückführung wird im Abschnitt 506 durchgeführt per Programm, das Unterprogramm PROG genannt wird, durch Aufsuchen der notwendigen Informationen für diese Rückführung in den batteriegespeisten Registern. Die Liste der Mikrobefehle, welche die Durchführung des Unterprogramms PROG ermöglichen, ist im folgenden dargestellt;

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PROG

MIKROBEFEHLE

KOMMENTAR

25 30 35

MOVD,A
MOVA,R.

MOVA₂H, Ä

MOVA, R
M0VA2L, A
MOVA, #FFH
MOVR₁, A
MOVA, 28H
MOVR₂, A
MOVA, #1H
OUTLP, A

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Übernahme des Akumulators in D Übernahme R_Q in den

Akumulator

Laden des Akumulators in den oberen Teil des Registers ^A2

Übernahme R. in A Laden der notwendigen Parameter für die Zählzeit von 50 US

Schreibsteuersignal PG

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COMT

	, Compt.	Aufbau	2916658
DJNZR	, Compt.	^R1 Aufbau	des Registers
DJNZR₂		des Registers
CLRA		^R2 Schreibende·

DUTPA
RET

Der Einfall des prinzipiellen Programmablaufes besteht im Laden der für den Aufruf des Programms PROG notwendigen Parameter. Die Liste der Mikrobefehle ist dann:

MIKROBEFEHLE KOMMENTAR

MOVA,# 02H Laden von der Adres MOVR₀, A
MOVA,# FOH

MOVR₀,A se in R_, R.

MOVR₁ , A

MOVA,#data Laden der zu modifi

zierenden Daten in den Akumulator A.

CALL PROG

Hieraus ist ersichtlich, daß die Register A„ und D verriegelt bleiben während der gesamten Schreibphase (Sig- _ nal PG), während der Bus die zum Ablauf des Schreibprogramms PROG notwendigen Befehle zum Transfer erhält.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, das Schreibprogramm PROG durch ein vollständig oc mit Hilfe logischer Schaltkreise realisierten Schreibautomaten zu ersetzen. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zeigt den Aufbau eines entsprechenden Mikroprozessors, welcher die nichtlöschende Selbstprogrammierung erlaubt, bei welchem das Schreibprogramm PROG ersetzt

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ist durch einen Schreibautomaten 114. Der vorstehend beschriebene Mikroprozessor realisiert die Funktion der nichtlöschenden Selbstprogrammierung dank der Anwendung eines doppelten Zugriffes gleichzeitig zu dem Speicher PROM und EPROM durch vier Register, welche paarweise durch ein entsprechendes Programm PROG verbunden sind. Diese Funktion kann auch realisiert werden durch einfachen Zugriff zu den nichtlöschenden/selbstprogrammierbaren Speichern mit Hilfe von einem einzigen Andressenregister 102, einem Datenregister 105 und dem Schreibautomaten 114. Der Schreibautomat ist verbunden mit dem Bus D, welcher angeschlossen ist, wie vorstehend an die Verarbeitungseinheit 104 mit dem Adressenregister A 102 und dem Datenregister R 105. Er steuert die Verriegelung der Register A 102 und R 105 durch Aussenden des Schreibsteuersignals an den Speicher 101. Dieser Automat wird gesteuert durch einen Schreibbefehl W, welcher durch die Verarbeitungseinheit 104 ausgesendet wird. Wenn der Schreibzyklus in dem Speicher PROM oder EPROM 101 beendet ist, gibt der Schreibautomat ein Quittungssignal

A an die Verarbeitungseinheit, welche das Programm wiecq

der aufnimmt, das im Laufe des Schreibzyklus unterbrochen wurde. Dieser Automat erlaubt deshalb eine Verteilung der Schreibspannung (Signal PG), ohne die normale Funktion des Mikroprozessors zu stören. Das Datenregister R 105 arbeitet bidirectional, d.h., es kann gelesene Daten aus dem Speicher übernehmen oder zu schreibende Daten in den Speicher PROM geben. Das Register A 102 führt in einer Vielfachschaltung über den Bus D zu dem Schreibautomaten 114 und der Verarbeitungseinheit 104. In der Bearbeitungsphase wird das Register A von dem Ordinalzähler der Verarbeitungseinheit 104 geladen und das Register R wird insofern als Leseregister der Befehle

und der Daten von dem Speicher PROM 101 verwendet. 35

Während der Selbstprogrammierung wird die Steuerung durch die Verarbeitungseinheit mit dem Schreibautomaten gegeben über die Aussendung des Mikrocodewortes W. Dieser

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Automat erzeugt dann die erforderliche Schreibsequenz, welche kompatibel mit der Technologie des verwendeten Speichers PROM ist. Die Daten, wo die Befehle modifiziert werden, werden durch das Register R 105 eingegeben. Am Ende der Schreibsequenz wird die Steuerung an die Verar-. beitungseinheit zurückgegeben, welche wieder den normalen Ablauf des somit modifizierten Programmes übernimmt. Der Inhalt des Registers A wird dann wieder hergestellt, sei es durch den Schreibautomaten, sei es durch die Verarbeitungseinheit.

Die Fig. 7 zeigt ein Realisationsbeispiel des Schreibautomaten. In dieser Ausführung werden die Mikrocode-Schreibsignale 101 am Eingang 1 des Kodierers 701 eingeführt, welcher an seinem Ausgang 2 ein Gültigkeitssignal VAL zum Eingang 14 des Zählers 702 aussendet, um dessen Weiterlauf im Ryhtmus der Taktsignale H des Mikroprozessors, welcher an seinem Eingang 15 anliegen, zu ermöglichen. Wenn, wie in dem Beispiel nach Fig. 4 die Zykluszeit des Mikroprozessors 5 με und der Schreibzyklus 50 HS beträgt, muß der Zähler 14 Kippstufen umfassen, um die Zykluszeiten des Mikroprozessoren während 50 ils aufzunehmen, also mehr als 10 000 Zyklen abzählen. Der Zähler 702 ist verbunden mit einem Dekodierer 703, dessen Ausgang 14 das jeweilige Steuersignal an den Eingang K der Kippschaltung 704 gibt, wenn die 10 000 Zyklen abgezählt sind. Der Ausgang Q der Kippschaltung 704 liefert das Schreibsteuersignal PG. Diese Kippschaltung wird in dem binären Zustand "EINS geführt, wenn das Signal VAL an-

liegt und in den binären Zustand "NULL", wenn die Zählkapazität 10 000 erreicht ist. Das Zyklus-Quittungssignal wird durch den invertierenden Verstärker 705, dessen Eingang mit dem Ausgang Q der Kippschaltung 704 verbunden ist, ausgesendet.

Die Ausführung, welche vorstehend an Hand einer bevorzugten Realisierung gegeben wurde, ist nicht auf diese Ausführungsart beschränkt. Vielmehr sind eine Reihe von

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Abwandlungen für den Fachmann im Rahmen fachmännischen Könnens möglich, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen würde.

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ι ^λ^

Leerseite

Claims

Dipl.-ing. RUDOLF SEIBERT

Rechtsanwalt u. Patentanwalt
Tattenbachstraße 9
8000 MÜNCHEN 22

Titel: Selbstprogrammierbarer Mikroprozessor

PATENTANSPRÜCHE

(λ . Mikroprozessor, bestehend mindestens aus
v. s-

a) einem programmierbaren Permanentspeicher für die Informationsspeicherung,

b) einem Datenbus,

c) einer Verarbeitungseinheit für die in dem programmierbaren Permanentspeicher enthaltenen

Informationen zum Programmieren des genannten

Mikroprozessors, welcher mit Informationsempfangs- oder Übertragsorganen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß weiter

d) durch die Verarbeitungseinheit (104) gesteuerte Steuerglieder (102 bis 106) vorgesehen sind, welche das Einschreiben von Informationen im Inneren des programmierbaren Permanentspeichers (101) ermöglichen.

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2. Mikroprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schreiben von Daten oder Informationen im Inneren des programmierbaren Permanentspeichers ermöglichenden Glieder gleichzeitig Adressenglieder (102, 103) umfassen zum Adressieren des zu modifizierenden Datenwortes oder einer zu modifizierenden Information in dem programmierbaren Permanentspeicher und einer gespeicherten Befehlssequenz im Inneren des programmierbaren Permanent-Speichers, um das Schreiben in dem programmierbaren Permanentspeicher von eines zu modifizierenden Datenwortes oder Information zu ermöglichen.
3. Mikroprozessor gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Glieder zum gleichzeitigen Adressieren sich zusammensetzen aus einem ersten Adressenregister zum Adressieren der zu modifizierenden Daten oder der Informationen und aus einem zweiten Register, welches den Fortgang der Adresse der Schreibsequenz sichert, um das Schreiben der zu modifizierenden Daten in dem programmierbaren Permanentspeicher ermöglicht.
4. Mikroprozessor gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitigen Adressierglieder weiter ein erstes Speicherregister für die zu modifizierenden Daten und ein zweites Register zur vorübergehenden Speicherung der für die Durchführung der Schreibsequenz der zu modifizierenden Daten

3V notwendigen Informationen oder Daten enthalten.
5. Mikroprozessor gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schreiben der Daten oder Informationen im Inneren des programmierbaren Speichers erlaubenden Glieder darüberhinaus einen Schreibspannungserzeuger für die für das Schreiben der genannten Daten oder Informationen in dem programmierbaren Permanentspeicher notwendigen Spannung auf-

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weist, welcher die Schreibspannung während der zum Schreiben der Daten oder Informationen notwendigen Dauer abgibt.
6. Mikroprozessor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schreiben der Daten oder Informationen im Inneren des programmierbaren Permanentspeichers erlaubenden Glieder einen durch die Verarbeitungseinheit gesteuerten Schreibautomaten, Adressenregister und Datenregister umfassen, welche untereinander über einen Datenbus einerseits mit der Verarbeitungseinheit und andererseits mit dem Schreibautomaten, die Adressenregister und Datenregister verbunden sind, wobei diese Glieder jedesmal verriegelt werden, wenn der Schreibautomat durch die Verarbeitungseinheit gesteuert wird.
7. Mikroprozessor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schreibzyklusende des programmierbaren Speichers angezeigt wird durch ein Zyklusquittungssignal, welches durch den Schreibautomaten an die Verarbeitungseinheit übertragen wird, um diesen in die Lage zur Weiterführung des unterbrochenen Programms zu setzen.