DE3109705A1

DE3109705A1 - "datenverarbeitungseinrichtung"

Info

Publication number: DE3109705A1
Application number: DE19813109705
Authority: DE
Inventors: David John Stotfold Hitchin Herts Hunt
Original assignee: Fujitsu Services Ltd
Current assignee: Fujitsu Services Ltd
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1981-12-24
Also published as: AU6885281A; FR2479508B1; US4467422A; FR2479508A1; DE3109705C2; AU545068B2; ZA811458B

Description

^: -" - - *PAtfeMTAMWALTE
Dipl.-lng. A. Wasmeier J Dipl.-lng. H. Graf

Zugelassen beim Europäischen Patentamt · Professional Representatives before the European Patent Office Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1

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KÄf ^uoX'^l*^M 1% 11. März 1981 W/He

I/p 10.514-

Anmelder: INTERNATIONAL COMPUTERS LIMIOJED, ICL House, Putney, London SWI5 ISW, England

Titel: "Datenverarbeitungseinrichtung"

Priorität: Großbritannien - Nr. 80 10 574 - 28. März 1980

Erfinder: David John Hunt

13Ö052/079S

Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 839 300 Gerichtsstand Regensburg

11.I.1931 W/He - V - ty. I/p 10.514

"Datenverarbeitung^ e inrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf Datenverarbeitungseinrichtungen, die eine Vielzahl von Verarbeitungselementen besitzen, die logisch in Reihen und Spalten so angeordnet s.nd, daß jedes Element vier am nächsten benachbarte Elemente besitzt. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in den britischen Patentschriften l.W?«71^zl-, 1.526.933, 2.020.4-57, 2.019.620 und 2.037.042 beschrieben.

üei einer solchen Einrichtung ist es üblicherweise erwünscht, daß jedes Element Informationen an einen beliebigen der vier nächstliegenden Nachbarn sendet und Informationen von diesen aufnimmt. Im Falle der vorerwähnten Patente wird dies dadurch erreicht, daß jedes Element mit den vier Nachbarn über einen getrennten Verbindungspfad verbunden wird.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die Anzahl von Verbindungspfaden, die zur Informationsübertragung zwischen benachbarten Elementen erforderlich sind, zu verringern.

Dies wird bei einer Datenverarbeitungseinrichtung der/gattungsgemäßen Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im KaIIe der Erfindung wird eine Vielzahl von Os t-We st-Verb indungen zwischen Bauteilen eines benachbarten Paares von Gruppen durch eine einzige "diagonale" Verbindung zwischen dem am weitesten nördlich gelegenen Element einer Gruppe und dem am weitesten südlich gelegenen Element der westlich davon gelegenen Gruppe ersetzt. Die Verschiebung von Informationen nach Osten oder Westen wird durchgeführt, indem die Schaltungskreise in ihren zweiten Zustand gesetzt werden und indem eine Folge von Nord- oder Süd-Verschiebungen über die Diagonalverbindungen durchgeführt wird. Mit der Erfindung

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wird die Anzahl von Verbindungspfaden auf diese Weise wesentlich verringert.

Bei einer speziellen Ausfühiningsform der Erfindung weist die iiinrichtung eine Vielzahl von datenverarbeitenden Elementen und eine Vielzahl vnn einen Prüfcode verarbeitenden Elementen auf, und jedes einen Prüf code verarbeitende.· Element nimmt einen Prüf code (z.B. Paritätsbits) in Hinblick auf eine vorbestimmte Vielzahl von datenverarbeitenden Elementen auf. Bei der beschriebenen Ausfnhrungsform wird die Erfindung verwendet, um die Anzahl von Verbindungen zwischen den den Prüfcode verarbeitenden Elementen zu verringern. Die Datenverarbeitungselemente sind „iedoch in herkömmlicher !-/eise verbunden, d.h., daß ,jedes einen getrennten Verbindungspfad zu jedem der vier Nachbarn besitzt.

Der Ausdruck "logisch angeordnet" besagt, daß die Anordnung der Elemente in Reihen tfJiL Spalten nicht notwendigerweise der tatsächlichen räumlichen Anordnung entspricht. In der Praxis können die Elemente auf gedruckten Schaltungsplatten in beliebiger herkömmlicher räumlicher Konfiguration befestigt sein, wobei entsprechende elektrische Verbindungen die gewünschte logische Anordnung bilden. In ähnlicher Weise sollen die Ausdrücke "Nord", "Ost", "Süd" und "West" lediglich die logischen Beziehungen zwischen den Elementen beschreiben und nicht eine bestimmte räumliche Anordnung.

Nachstehend wird eine erfindungsgemäße Datenverarbeitungseinrichtung in Verbindung mit der Zeichnung in einem.Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein GesamtblockschalfcbiId der Einrichtung,

Fig. 2 die Verbindungen zwischen den Datenverarbeitungselementen, den Paritätsver&rbeitungselementen und den Paritätsprüfschaltungen,

Fig. 3 die Zwischenverbindungen zwischen den Datenverarbeitungselementen,

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Fig. 4 eine Schaltung in einer der datenverarbeitenden Elemente zur Auswahl von Dateneingängen aus benachbarten Elementen,

Fig. 5 die Zwischenverbindungen zwischen den p^itätsverarbeitenden Elementen,

Fig. 6 und 7 die zwei möglichen Zustände eines Schaltkreises,

Fig. 8 eine Schaltung in einem der Paritatsverarbeitungselemente zur Auswahl der Paritätbiteingänge aus benachbarten Elementen , und

Fig. 9 und 10 Möglichkeiten der Verbindung von Paritätsverarbeitungselementen, die aus LSI-Chips bestehen.

Fig. 1 zeigt eine Datenverarbeitungseinrichtung mit 4096 identischen Datenverarbeitungselementen D_t die in 64 Reihen und 64 Spalten angeordnet sind. Jedes Element kann die in den eingangserwähn ten Patentschriften gezeigte Form annehmen und wird deshalb nicht im einzelnen beschrieben. Jedes Element D enthält einen Datenspeicher mit einer großen Anzahl von individuell adressierbaren Bitplätzen, verschiedene interne Einzelbit-Register, einen Einzelbit-Binäraddierer und verschiedene Gatter zu-r Steuerung der Datenbewegung zwischen dem Speicher, den Registern und dem Addierer. Die Elemente D werden durch Signale gesteuert, die auf alle Elemente parallel übertragen werden, so daß alle Elemente im Prinzip die gleichen Arbeitsvorgänge, jedoch bei unterschiedlichen Daten durchführen .

Das Feld von Elementen D ist in 64 quadratische TJnterfelder IO eingeteilt dargestellt, von denen jedes 8x8 Elemente aufweist. Jedes Unterfeld besitzt eine Gruppe 12 von ihm zugeordneten acht Paritätsverarbeitungselementen P, und zwar eines für jede Reihe. VJi.o in der britischen Patentanmeldung 20 37 042 beschrieben, sind die Paritatsverarbeitungselemente P im wesentlichen identisch mit den Datenverarbeitungselementen D und werden von den gleichen Steuersignalen gesteuert, so daß jedes Paritätsverarbeitungseletnent grundsätzlich die gleichen Manipulationen an den Paritätsbits vornimmt wie die Datenverarbeitungselemente an den Daten. Wenn

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"beispielsweise ein Datenbit aus dem Speicher eines jeden Datenverarbeitunfrse lern ent es auf eines der internen Register übertragen wird, wird das entsprechende Paritätsbit aus dem Speichel* eines jeden Paritätsverarbeitun^selementes an das entsprechende interne Register in diesem Element übertragen.

Fig. 2 zeigt eine der Reihen von Datenverarbeitungselementen in einem Unterfeld und das entsprechende Paritatsverarbeitungselement. Ausgangsdatenbits aus den acht Datenverarbeitungselementen werden einer Paritätsprüfschaltung 14- zugeführt, wo sie gegen das entsprechende Paritätsbit aus dem Paritatsverarbeitungselement geprüft werden. Liegt ein fehler vor, erzeugt die Prüfschaltung IM ein Fehlersignal. Die Paritätsprüfung ist allgemein bekannt, so daß die Schaltung 14 nicht im einzelnen beschrieben wird.

Jig. J zeigt, wie die Datenverarbeitungselemente miteinander verbunden werden, damit eine Datenübertragung zwischen ihnen möglich ist. Jedes Datenverarbeitungselement D ist mit seinen vier nächsten Nachbarn in der Nord-, Ost-, Süd- und West-Richtung verbunden. Die Ausnahme hiervon besteht an den Grenzen des .Feldes, wo natürlich die Elemente weniger als vier Nachbarn haben. Die KLomente längs des Nordrandes des Feldes können jedoch mit denen am Südrand verbunden werden, so daß jede Spalte effektiv au-s einer Schleife von Elementen besteht. In ähnlicher Weise können die Reihen als Schleifen geschaltet sein.

Die Richtung der Übertragung von Daten zwischen den Elementen wird durch eine Kennzahl bestimmt, die an alle Elemente parallel übertragen wird. DieKennzahl besteht aus zwei Bits, deren Bedeutung folgende ist:

Kennzahl Richtung

00 Nord

01 Ost

10 - Süd

11 West

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Nach Fi-g. 4- weist jedes Datenverarbeitungselement einen Multiplexer 16 mit vier Eingängen O, 1, 2, 3 auf, die so geschaltet sind, daß sie Daten aus den vier benachbarten Elementen in der Süd-, West-, Nord- und Ostrichtung aufnehmen. Der Multiplexer 16 wird durch die Kennzahl gesteuert, so daß er einen der vier Eingänge in Abhängigkeit -von dem Binärwert der Kennzahl auswählt. Wenn beispielsweise die Kennzahl OO ist, wird der Eingang O ausgewählt, so daß jedes Element Daten von seinem Süd-Nachbarn aufnimmt. Dies ergibt, daß Daten nach Norden fließen.

j?ig. 5 zeigt, wie die Paritätsverarbeitungselemente P miteinander verbunden sind. Innerhalb jeder Gruppe 12 sind sie durch Nord-Süd-Verb indungen 18 miteinander verbunden. Es gibt jedoch keine Ost-West -Verb indungen. Stattdessen wird die Übertragung von Paritätsbits zwischen benachbarten Gruppen von Paritätsverarbeitungselementen in der Ost-West-Richtung durch diagonale Pfade 20 vorgenommen, die das nördlichste Element· in jeder Gruppe mit dem südlichsten Element in der benachbarten Gruppe nach Westen' " .

verbinden. Schaltkreise 22 sind vorgesehen, um festzulegen, ob die Paritätsbits zwischen benachbarten Gruppen in der Nord-Süd-Richtung oder über die diagonalen Side 20 verschoben werden sollen.

Jeder Schaltkreis 22 besitzt zwei Zustände und wird von dem zweiten Bit der Kennzahl gesteuert. Wenn die Kennzahl Nord oder Süd festlegt (d.h. das zweite Bit = 0), ergibt der Schaltkreis die Verbindung nach Fig. 6, d.h. er verbindet das nördlichste Element in jeder Gruppe mit dem südlichsten Element in der benachbarten Gruppe nach Norden. Wenn die Kennzahl Ost oder West angibt (d.h. das zweite iJit = 1), ergibteer Schaltkreis die Verbindung nach Fig. 7, er* verbindet die nördlichsten und südlichsten Elemente mit den entsprechenden Diagonalpfaden 20.

Obgleich die Schaltkreise 22 symbolisch in den Zeichnungen als mechanische Schalter dargestellt sind, sind sie in der Praxis elektronische Schalter, die in herkömmlicher Weise aus bekannten logischen Bauteilen aufgebaut sind.

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Nach Hg. 8 enthält jedes Paritätsverarbeitungselement P einen Multiplexer -4-0 mit vier Eingängen O, 1, 2, 3, der durch die Kennzahl in ähnlicher Weise wie der Multiplexer 16 in Fig. 4- gesteuert wird. In diesem Fall jedoch "besteht keine Verbindung von östlichen und westlichen Nachbarn. Stattdessen wird der Eingang von dem südlichen Nachbarn mit Eingängen O und 3 und der Eingang von dem nördlichen Nachbarn mit Eingängen 1 und 2 verbunden.

Wenn somit die Kennzahl West (11) angibt, werden die Paritätsbits nach Norden innerhalb der Gruppe von Elementen und über die Diagonalpfade 20 (wegen der Schaltkreisverbindungen nach Hg. 7) zwischen Gruppen verschoben. Nachdem acht solcher Verschiebungen durchgeführt worden sind, ist der Inhalt einer jeden Gruppe von Paritätsverarbeitungselementen nach Westen in die benachbarter Gruppe von Paritätsverarbeitungselementen entsprechend der West-Verschiebung von Daten aus einem der Unterfelder 10 (fig. 1) in das benachbarte Unterfeld verschoben worden.

Wenn die Kennzahl Ost (01) darstellt, werden die Paritätsbits nach Süden innerhalb der Gruppen und über die diagonalen Pfade 20 zwischen Gruppen übertragen, so daß nach acht solchen Verschiebungen der Inhalt einer je'den Gruppe von Paritätsverarbeitungselementen nach Osten in die benachbarte Gruppe von Paritätsverarbeitungselementen verschoben worden ist.

Zusammenfassend ergibt sich, daß dann, wenn Daten um ein Vielfaches von acht Stufen zwischen den Datenverarbeitungseleinenten D verschoben werden, die entsprechenden Paritätsbits zwischen den Paritätsverarbeitungselementen ^verschoben werden, so daß sie in der richtigen Beziehung zu den Baten gehalten werden.

Die Datenverarbeitungselemente und Paritätsverarbeitungselemente werden vorzugsweise in Form von LSI-Chips (large-scale integrated circuit chips) ausgebildet. Zweckmäßigerweise können vier Verarbeitungselemente in jedem LSI-Chip vorgesehen sein, was einen 2x2 Teil des Feldes ergibt. Aus i^fig. ^ ergibt sich jedoch, daß

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die Paritätsverarbeitungselemente linear statt in einem zweidimensionalen Feld verbunden werden müssen.

Wie dieses Problem gelöst wird, ist in Fig. 9 dargestellt. Die Fig. 9 zeigt zwei LSI-Chips 40 und 42, deren jedes eine 2x2 Konfiguration von Paritätsverarbeitungselementen enthält. Die Südverbindung 44 des Süd-West-El erneut es.: auf jedem Chip ist mit der Nordverb indurig 46 des Nord-Ost-Elementes auf dem gleichen Chip verdrahtet. Ferner ist die Südverbindung 48 von dem Süd-Ost-Element auf dem oberen Chip 40 mit der Nordverbindung 50 aus dem Nord-West-Element auf dem unteren Chip 42 verdrahtet. Dies ergibt, daß die acht Elemente über ihre Nord-Süd-Verbindungen in Reihe geschaltet sind, so daß eine der Gruppen 12 von Paritätsverarbeitungselementen nach Fig. 5 gebildet werden.

In der vorgenannten GB-PS 2.020.457 ist eine Möglichkeit der Verringerung der Anzahl von Anschlüssen an einen LSI-Chip beschrieben, indem benachbarte Paare von Anschlüssen kombiniert werden. Vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise unter Verwendung von Chips der in dieser Patentschrift erläuterten Form ausgeführt werden. Fig. 10 zeigt, wie zwei dieser Chips 52 und 54- miteinander verbunden sind, um den gleichen Effekt wie in Fig. 9 zu erhalten.

Bei der vorbescbxi ebenen Anordnung gibt es unterschiedliche Datenverbindungen mit den Kenn-Multiplexern in den Datenverarbeitungselementen und den Paritätsverarbeitungselementen, wie in den Figuren 4 und 8 gezeigt. Bei einer Ausführung mit LSI-Chips ist es jedoch unter Umständen zweckmäßig, diese Verbindungen identisch auszuführen (d.h. sie alle in der in Fig. 4 gezeigten Weise herzustellen) und !stattdessen die Adresseneingänge in die Kenn-Multiplexer zu verändern, so daß die Paritätsverarbeitungselemente nur "Nord"- und "Süd^Kennzahlen aufnehmen.

Bei einer anderen Variation der vorbeschriebenen Einrichtung kann das Feld in rechteckförmige Unterfelder statt in quadratische Unterfelder unterteilt werden. Bei einer solchen Anordnung ist

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klar, daß die Anzahl von Schritten, die benötigt werden, um die Paritätsbits in der Ost-West-Richtung zwischen benachbarten Gruppen über die diagonalen Pfade zu verschieben, verschieden von der Anzahl von ochribte-n ist, die notwendig sind, um die Datenbits zwischen benachbarten Uhterfeldern zu verschieben. Es ist dann des halb erforderlich, zusätzliche Steuerschaltunken einzuführen, um einige der l'aktimpulse zu den Paritätsverarbeitungselementen während der Ost-West-Verschiebungen zu sperren (oder einige geaondei'b Takt impulse für die Paritätsverarbeitungaeleinente au erzeugen), um sicherzustellen, daß die Paritätsbits in der richtigen Beziehung zu den Daten gehalten werden.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche:

Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Vielzahl von logisch in Reihen u-nd Spalten angeordneten Verarbeitungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß Jede Spalte in eine Vielzahl von Gruppen (12) aus Elementen unterteilt ist, wobei die Elemente (P) innerhalb jeder Gruppe (12) miteinander so verbunden sind, daß Informationen in Nordrichtung und in Südrichtung zwischen benachbarten Elementen innerhalb der gleichen Gruppe übertragen werden können, und daß eine Vielzahl von Sehaltkreisen (22) mit jeweils zwei Zuständen vorgesehen sind, wobei

a) im ersten Zustand die Schaltkreise (22) das am weitesten nördlich gelegene Element (P) einer jeden, Gruppe (12) mit dem am weitesten südlich gelegenen Element der benachbarten Gruppe in Nordrichtung verbinden, wodurch eine Information nach Norden und Süden zwischen benachbarten Gruppen in der gleichen Spalte übertragen werden kann, und wobei

b) im zweiten Zustand die Schaltkreise (22) das am weitesten nördlich gelegene Element (P) einer Gruppe (12) mit dem am weitesten südlich gelegenen Element der benachbarten Gruppe in Westrichtung verbinden, wodurch Informationen nach Osten und Weäben zwischen benachbarten Gruppen in unterschiedlichen Spalten übertragen werden können.

2. Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kennzahl mit vier Werten, die Nord, Süd, Ost und West darstellen, an alle Verarbeitungselemente (P) parallel übertragen wird.

5. Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verarbeitungselement (P) eine Auswahlschaltung (40) aufweist, die von der Kennzahl zur Auswahl von Informationen von seinem nördlichgelegenen Nachbarn gesteuert wird, wenn die Kennzahl Süd oder Ost darstellt, und von seinem südlich gelegenen Nachbarn gesteuert wird, wenn die Kennahl Ost oder West darstellt.

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11.3.1981 W/He - 2 - I:p 10.514

•V. Datenverarbeitningseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise (22) durch die Kennzahl so gesteuert sind, daß sie den ersten Zustand einnehmen, wenn die Kennzahl .Nord oder Süd darstellt, und den zweiten Zustand einnehmen, wenn die Kennzahl Ost oder West darstellt.

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