DE3123382A1

DE3123382A1 - "verfahren und einrichtung zum uebertragen von daten zwischen zentraleinheiten oder prozessoren von mehrprozessorsystemen"

Info

Publication number: DE3123382A1
Application number: DE19813123382
Authority: DE
Inventors: Paavo 02400 Kirkkonummi Sääksjärvi
Original assignee: Elevator GmbH
Current assignee: Elevator GmbH
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1982-08-19
Anticipated expiration: 2001-06-13
Also published as: GB2078407A; FR2484669A1; FR2484669B1; FI66995B; DE3123382C2; FI801897A; HK5890A; BE889211A; FI66995C; GB2078407B

Description

Φ C

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWi IG · MÜNCHEN

7313

Kone Oy

Munkkiniemen Puistotie 25 Helsinki 33, Finnland

Verfahren und Einrichtung zum Übertragen von Daten zwischen Zentraleinheiten oder Prozessoren von Mehrprozessorsystemen

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Übertragen von Daten zwischen Zentraleinheiten oder Prozessoren bei einem Mehrprozessorsystem, zu dem eine oder mehrere Zentraleinheiten mit Speichern gehören.

Bei Mehrprozessorsystemen werden in den meisten Fällen zwei verschiedene Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen verschiedenen Prozessoren angewendet; hierbei handelt es sich einerseits um das sogenannte I/O-Verfahren und andererseits um das sogenannte DMA-Verfahren. Bei dem traditionellen I/O-Verfahren (Eingabe/Ausgabe-Verfahren) liest der Prozessor die durch einen anderen Prozessor übermittelten Daten jeweils Wort für Wort oder Byte für Byte und hält sie in seinem Speicher fest, bzw. er liest jeweils ein Wort oder ein Byte aus seinem Speicher aus und gibt es dem anderen Prozessor über eine die beiden Prozessoren verbindende Datenübertragungsleitung ein. Findet die ibertxagung von Daten mit hoher Geschwindigkeit statt, muß durch den Eingabeprozessor gewährleistet werden, daß dem Leseprczessor ausreichend Zeit zur Verfügung steht, damit er vorausgegangene Daten einwandfrei lesen kann, bevor die nächsten Daten geschrieben werden. Dieses Verfahren zum Übertragen von Daten beansprucht relativ viel Zeit, da die Prozessoren mehrere verschiedene Operationen auszuführen haben, um jeweils ein Wort oder Byte vom einen Prozessor zum anderen zu übertragen. Außerdem führt die Anwendung des I/O-Verfahrens zu einer Verlangsamung der Durch führung anderer Programme der Prozessoren, denn während der

Dauer der genannten Operationen muß die Durchführung anderer Programme unterbrochen werden, so daß man zusätzliche Speicher- und Rückmelc-eeinrichtungen für den Zustand der Prozessoren benötigt. Somit ist das I/O-Verfahren nur bei Datenübertragung^vorgängen anwendbar, die entweder langsam ablaufen oder be: dene η es sich um begrenzte Datenmengen handelt.

Bei dem zweiten ''erfahren zum Übertragen von Daten zwischen mehreren Prozessoren handelt es sich um das DMA-Verfahren (mit direktem Spuicherzugriff arbeitendes Verfahren), bei dem Daten von oder zu dem Speicher eines Prozessors übertragen werden, ohne daß der Prozessor selbst tatsächlich an der eigentlichen Datenübertragung teilnimmt. Dies geschieht in den meisten Fällen in der Weise, daß die an der Datenübertragung teilnehmenden Prozessoren während der Dauer der Datenübertragung außer Betrieb gesetzt werden. Hierdurch werden die zusätzlichen Speicher- und Abrufoperationen vermieden, die bei dem I/O-verfahren erforderlich sind, und außerdem spielt sich die Übertragung der Daten gegebenenfalls schneller ab, da sie mit Hilfe einer eigens für diesen Zweck vorgesehenen logischen Schaltung durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten, die logische Schaltung dient z.B. nicht zum Auslesen und Aufzeichnen, sondern sie bewirkt eine unmittelbare Speicherung der eintreffenden Daten im Speicher. Dieses Verfahren bedingt jedoch die Benutzung einer ziemlich komplizierten logischen Schaltung, und daher ist seine /nwerdunc; kostspielig. Wird eine hohe Da tenübertragungsl ei.stuni; benötigt, beginnt die logische Schaltung forner, den Betrieb ihv-Prozessors zu verlangsamen, denn die Länge der Unterbrechung=- zeiten vergrößert sich, oder sie wiederholen s.j": ,vit ei" höheren Frequenz. Das gleiche gilt für den Fall, da£ niei: ?".-Prozessoren mit dem gleichen Speicher zusammenarbeiten, us: Daten ein- oder auszugeben, denn eine solche Übertragung ist gewöhnlich jeweils nur zwischen zwei Prozessoren möglich.

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Bei der Anwendung des DMA-Verfahrens sind weiterhin Anordnungen angewendet worden, bei denen sich die Übertragung von Daten zwischen mehreren Prozessoren über einen gemeinsamen Speicher abspielt. In diesem Fall gehört zu dem System ein Speicher, dem Daten durch sämtliche Prozessoren eingegeben werden können und dem die Daten durch die Prozessoren entnommen werden können; jedoch kann dieser Speicher in jedem Zeitpunkt nur durch einen Prozessor genutzt werden, voraus folgt, daß man bei jedem Prozessor bzw. mindestens bei dem DMA-Verfahren die Beendigung der Datenübertragung durch die bzw. jede andere logische Schaltung bzw. d-;n bzw. jeden anderen Prozessor abwarten muß. Zwar kann man auf dieso Weise einen Teil der Unterbrechungen vermeiden, die beim DMA-Verfahren an den Schnittstellen von mehr als :^wei Prozessoren hervorgerufen werden, doch ist es immer noch möglich, daß ein Abwarten der eigentlichen Datenübertragung erforderlich ist. Zu den weiteren Kachteilen des DIIA-Verfahrens gehören die große Busbreite und die hohe Geschwindigkeit der Datenübertragungssignale, die zu einer hohen Störanfälligkeit führen. Das DMA-Verfahren läßt sich anwenden, wenn große Datenmengen zu verarbeiten sind und wenn nicht zu viele Vorrichtungen vorhanden sind, bei denen eine gleichzeitige Übertragung von Daten erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, die vorstehend geschilderten Nachteile bekannter "erfahren und Einrichtungen zu vermeiden und bei oinem Mehmrozessorsvstem eine zuverlässige und wirtschaftliche Übertragung von Daten zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung gelöst, boi denen die zwischen Zentraleinheiten zu Übertragendan Daten von der internen Datenübertragungsleitung durch vereinigte Speicher ferngehalten werden, wobei die Übertragung von Daten zwischen den

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vereinigten bzw. gemeinsamen Speichern mit Hilfe eine; Kopiereinrichtuni; durchgeführt wird. Hierbei ergibt sich dor Vorteil, daß die Daten zwischen den Zentraleinheiten b;;w. ihren Speichern übertragen werden, ohne daß sich hieraus eine Belastung der Zentraleinheiten ergibt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kopiereinrichtung den Schreibblock jeder Zentraleinheit gleichzeitig mit allen anderen dem äouivalenten Block einkopiert. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß die Synchronisation der Datenverarbeitungsvorgänge, die durch die Zentraleinheiten durchgeführt wei'den, welche an die gemeinsamen Speicher angeschlossen .«ind, erleichtert. wird, da die Kopiereinrichtung gleichzeitig die Daten in allen gemeinsamen Speichern aktualisiert.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung isi dadurch gekennzeichnet, daß die Kopiereinrichtung während des Betriebs des Systems die Datenübertragung ohne Unterbrechung durchführt.

Eine dritte vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aktualisierung der Baten zwischen den vereinigten Speichern durchgeführt wird, ohne daß die Zentraleinheiten auf irgendeine Weise belastet werden» Hieraus ergibt sich disr Vorteil, dnß s-.u einer Zentr.-il einheit mehrere Uatenleitungen für vereinigte Speicher gehören können und daß die Zentraleinheit hierdurch nicht belastet wird»

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Übertragung von Daten zwischen den verbundene:-; Speichern seriell mit l...n Bits parallel durchgeführt-

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierung der Daten beim

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Kopiervorgnng zwischen don vei*einigten Speichern mit Hilfe spezieller Adressenzähler durchgeführt wird, die durch die Kopiereinrichtung synchronisiert werden* Den beiden zuletzt genannten Ausführungsformen ist der Vorteil gemeinsam, daß man bei den vereinigten Speichern eine Datenleitung mit geringer Bandbreite verwenden kann, da keine Adressendaten übertragen zu werden brauchen. Die geringe Bandbreite der Datenleitung und ihre zulässige niedrige Arbeitsgeschwindigkeit bedeuten ferner, daß sich die Herstellungskosten verringern lassen und daß die daran anzuschließenden Zentraleinheiten ziemlich leicht galvanisch isoliert werden können, woraus sich eine weitere Verringerung der Herstellungskosten ergibt.

Ferner ist durch die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen worden, zu der eine oder mehrere Zentraleinheiten mit Speichern gehören. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß an die Datenleitung für den gemeinsamen Speicher eine Kopiereinrichtung angeschlossen ist und daß für jede Zentraleinheit ein gemeinsamer Speicher vorhanden ist, der durch eine örtliche Datenleitung mit der vorausgehenden Zentraleinheit verbunden ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß die Daten leitung für die gemeinsamen Speicher zu keiner Belastung der an sie angeschlossenen Zentraleinheiten führt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Zentraleinheiten mit Hilfe der gemeinsamen bzw. verbundenen Speicher die normalen Ein- und Ausgabevorgänge durchführen können. Auch in diesem Fall ergeben sich niedrige Herstellungskosten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Grundgedanken der Erfindung in einem Blockschaltbild;

Fig» 2 den Aufbau eines gemeinsamen Speichers mit ergänzenden Schaltkreisen in einem Blockschaltbild; und

Fig» 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Speicherkopiervorgangs.

Der Deutlichkeit halber beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung c er Erfindung auf die Übertragung von Daten zwischen Zentraleinheiten, jedoch läßt sich diese Beschreibung im wesentlichen ohne jede Änderung z.B. auch auf die Datenübertragung zwischen den inneren Prozessoren der Zentraleinheiten anwenden. Dort, wo z.B. von einer "Zentraleinheit" gesprochen wird, kann man sich diese Bezeichnung auch als durch den Ausdruck "Prozessor" ersetzt denken. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein sehr einfacher Prozessor benutzt, der im folgenden als Kopiereiarichtung 1 bezeichnet wird und dazu dient, die Daten zwischen den miteinander verbundenen Speichern 2 zu übertragen. Die Datenübertragung findet über eine den Speichern zugeordnete Dntenleitung 5 statt. Die· Vorbindungen zwischen der Speicherdatenleitung 5 und den Zentraleinheiten 3 werden durch den sogenannten gemeinsamen Speicher 2 der betreffenden Zentraleinheit und eine örtliche Datenleitung 6 hergestellt. Die Speicherdatenleitung 5 wird mit einer Frecmenz beirieben, die so niedrig und mit den Zentraleinheiten 3 synchronisiert ist, daß die Benutzung des gemeinsamen I peichers 2 der Zentraleinheiten ? keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der Speicherdatenleitung 5 hnt. Eine andere, etwas kostspieligere Möglichkeit, die gemeinsamen Speicher 2 der Zentraleinheiten 3 so zu betreiben, daß sich, keine Wirkung auf die Arbeitsweise der Speicherdatenleitung 5 ergibt, besteht darin, den Betrieb der Speiche: datenleitung 5 zeitlich mit den inneren Datenleitungen de Zentraleinheiten 3 so zu verzahnen bzw. au verschachtelt, daß die Datenspeicherleitung 5 die verbundenen Speicher 2 während derjenigen Zeitintervalle benutzt, während welcher die Zentraleinheiten 3 gegenüber den verbundenen Speichern 2

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nicht aktiv werden können. Die verbundenen Speicher 2 sind außerdem jeweils in mehrere Abschnitte A, B, C... N unterteilt. Die Kopiereinrichtung 1 kopiert den Inhalt des Eingabespeichers jeder Zentraleinheit 3, der in Fig. 3 als schraffierter Block dargestellt ist, um ihn gleichzeitig allen entsprechenden Blöcken zuzuführen.

Die Kopiereinrichtung 1 der Speicherdatenlcitung 5 ,ist als Taktgenerator ausgebildet, der mit den Zentraleinheiten 3 synchronisiert und mit der Speicherdatenleitung 5 so verbunden ist, daß sich Zeitintervalle ergeben, während welcher keine Änderungen in der Adressendatenleitung 18 irgendeiner Zentraleinheit 3 auftreten und während welcher die Adressenänderungen der Speicherdatenleitung 5 durchgeführt werden können. Die Zentraleinheit adressiert die verbundenen Speicher über die Adressendatenleitung 18. Die Kopiereinrichtung 1 erzeugt für die Datenspeicherleitung 5 mindestens die folgenden Arten von Signalen: einen Taktimpuls 7, mittels dessen die Adressenzähler 10 sämtlicher verbundenen Speicher 2 weitergeschaltet werden, sowie einen Synchronimpuls 8, mittels dessen sämtliche Adressenzähler ¹O während jedes Kopierzyklus mindestens einmal geprüft werden.

Die Basis für den Betrieb der verbundenen Speicher besteht darin, daß jeder Kopiervorgang bei der Speicherdatenleitung 5 hinreichend langsam abläuft, um es der Zentraleinheit 3 während eines Kopiervorgangs zu ermöglichen, dem gemeinsamen Speicher 2 Daten zu entnehmen oder einzugeben, ohne daß hierdurch der Betrieb der Speicherdatenleitung 5 gestört wird; dies bedeutet, daß die Zentraleinheit 3 den verbundenen Speichern 2 Zeit "stiehlt" bzw. daß der Batrieb in der vorstehend beschriebenen Weise zeitlich verzahnt wird. Der Adressenzähler 10 hat die Aufgabe, im Gleichtakt mit len Taktimpulsen 7 der Kopiereinrichtung 1 zu arbei ten u id di·; Adresse i'tir einen .Speicher 12 mit direktem Zugriff zu ζ ihlen. Die Synchronisation wird durch ein Synchronsignal 8 jewirlct. Die Einheit 11

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kann als Lese/Schreib-Wähleinheit bezeichnet werden. Hierbei handelt es sich um eine logische Einrichtung, die eine Wahl zwischen den beschriebenen Lese- und Schreibblöcken und ihrem zeitlichen Auftreten trifft. Die Einheit 13 zum Festhalten ausgehender Daten sorgt dafür, daß die Daten in der Datenleitung 5 unverändert bleiben, wenn die Zentraleinheit 3 beabsichtigt, von dem Speicher 12 mit direktem Zugriff Gebrauch zu machen, während der Datenleitung 5 Daten eingegeben werden. Es ist auch möglich, zu der Schaltung eine Schaltung Ii zum Festhalten der eintreffenden Daten hinzuzufügen. Dei Speicher mit direktem Zugriff weist Zugänge sowohl für die Datenleitung.6 der Zentraleinheit Π als auch für die Speicheidatenleitung 5 auf. Bei den Datenleitungsmiffern 14 handelt es sich um Schaltungen, mittels welcher der Speicher 12 mit direktem Zugriff und die Speicherdatenleitung 5 elektrisch miteinander kompatibel gemacht v/erden.

Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und da'?, man im 'Inhmen der beigefügten Patentansprüche die verschiedensten Abänderungen vorsehen könnte.

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Claims

Ansprüche

(Iy Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen Zentraleinheiten oiler Prozessoren bei einem Mehrprozessorsvstem, zu dem eine od.er mehrere Zentraleinheiten mit Speichern gehören, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Zentraleinheiten ode* Prozessoren zu übertragenden Daten von ihren inneren Datenleitungen mit Hilfe verbundener Speicher getrennt werden und daß die Übertragung der Laten zwischen den verbundenen Speichern mit TTiIfο einer gesonderten Kopier-»inrichtung durchgeführt viril.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopierein 'ichtung den Schreibblock jeder Zentraleinheit bzw. jedes Prozessors für alle übrigen bezüglich des gleichen Blocks gleichzeitig kopiert.

3. Verfahren nach Ansoruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopiereinrichtung die übertragung der Dat^n ohne Unterbrechung durchführt, während sich das System in Betrieb befindet.

Verfahren nach Ansoruch 1 bis :'., rtndurch gokt>nnzoio daß die Aktualisierung der Daten zwischen den verbünde-.,n Speichern vollständig durchgeführt, ohne die Zentraleinheiten oder Prozessoren zu belasten.

Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung zwischen den verbundenen Speichern in serieller Form mit l...n parallelen Bits erfolg

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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierung der Daten bei dem Kopiervorgang zwischen den verbundenen Speichern mit Hilfe gesonderter Adressenzähler erfolgt, die mit Hilfe der Kopiereinrichtung synchronisiert werden.

7. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch mit einer oder mehreren mit Speichern ausgerüsteten Zentraleinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Datenleitung (5) für die verbundenen Speicher eine Kopiereinrichtung (1) und mit jeder Zentraleinheit (3) bzw. jedem Prozessor ein verbundener Speicher (2) verbunden ist, welcher durch eine örtliche Datenleitung (G) außerdem an die Zentraleinheit oder den Prozessor angeschlossen ist.