DE3245579A1

DE3245579A1 - Datenverarbeitungsanordnung

Info

Publication number: DE3245579A1
Application number: DE19823245579
Authority: DE
Inventors: Christopher Philip Alderley Edge Cheshire Burton; Kenneth Charles Cheadle Cheshire Johnson
Original assignee: Fujitsu Services Ltd
Current assignee: Fujitsu Services Ltd
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1983-06-30
Also published as: US4523192A; ZA828913B; AU549167B2; AU9160782A

Description

.•PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. A. Wasmeier DipL-lng. H. Graf

Zugelassen beim Europäischen Patentamt · Professional Representatives before the European Patent Office

Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1

Seu?sche Patentamt Zweibrückenstraße 12

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I/p 11.003 Tag
DaIo

8. Dezember 1982 W/Ja

Anmelders International Computers Limited

ICL House, Putney, London SW15 ISW, England

Titel:

Datenverarbeitungsanordnung

Erfinder: 1. Christopher Philip Burton, England 2. Kenneth Charles Johnson, England

Priorität: Großbritannien Nr. 81 38 099 vom 17. Dezember 1981

Datenverarbeitunqsanordnunq

Die Erfindung bezieht sich auf Datenverarbeitungsanordnungen mit einer Vielzahl won Datenverarbeitungsstationen, die miteinander über eine gemeinsame Vielfachleitung verbunden werden können.

Eine derartige Anordnung ist z.B. in der US-PS 4 063 220 beschrieben, in der die gemeinsame Vielfachleitung ein Koaxialkabel ist, und in der Verbindungen mit der Vielfachleitung dadurch hergestellt sind, daß T-Verbindungen im Kabel ausgebildet werden. Eine weitere derartige Anordnung ist in der US-PS 4 199 663 beschrieben, in der die Vielfachleitung ein verdrilltes Leiterpaar ist und Verbindungen induktiv mit Hilfe von Magnetkernen hergestellt sind, die durch das verdrillte Leiterpaar gefädelt sind. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, die Vielfachleitung zu durchtrennen oder eine Isolierung von den Leitungen bei der Herstellung einer Verbindung zu entfernen.

Ein Problem bei der induktiven Kopplung besteht darin, daß es schwierig sein kann, sicherzustellen, daß die Kerne mit der Vielfachleitung im richtigen Sinne verbunden sind. Wenn sie im falschen Sinne verbunden sind, werden die übertragenen Signale invertiert, und dies kann eine einwandfreie Übertragung der Daten verhindern. Ein weiteres Problem besteht darin, daß dann, wenn das Signal auf der Sammelleitung eine Nutz-Gleichstromkomponente hat, diese Komponente zu einem unerwünschten Spannungsaufbau führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beheben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Datenverarbeitungsanordnung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Da das übertragene Signal aus Impulspaaren entgegengesetzter Polarität besteht, spielt es keine Rolle, in welchem Sinne der Kern mit der Vielfachleitung verbunden ist, da eine Umkehr des Sinnes lediglich eine Umkehr der Reihenfolge von positiven und negativen Impulsen zur Folge hat, und dies als der gleiche Bitwert zur Anzeige gebracht wird.-Da Impulse entgegengesetzter Polaritäten stets in Paaren auftreten, ist keine Nutz-Gleichstromkomponente im Signal vorhanden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltdiagramm der Anordnung nach der

Erfindung,
Fig. 2 die Form der Kodierung, die zur Übertragung von Daten verwendet wird,

Fig. 3 eine Senderschaltung, und
Fig. 4 eine Empfängerschaltung.

Allgemeines

Die Datenverarbeitungsanordnung nach Fig. 1 weist eine Datenübertragungs-Vielfachleitung 10 auf, die mit einer Anzahl von Datenverarbeitungsstationen 11 mit Hilfe von Sende-Empfangs-Geräten 12 verbunden ist. Die Vielfachleitung 10 besteht aus einem verdrillten Leiterpaar(d.h. einem Paar von isolierten Drähten, die miteinander gleichförmig verdrillt sind) und ist an jedem Ende durch einen Abschlußwiderstand 13 abgeschlossen. Wenn das verdrillte Paar eine charakteristische Impedanz von 100 Ohm hat, haben die Abschlußwiderstände 13 vorzugsweise beide einen Wert von 100 0hm.

Die Datenverarbeitungsstationen 11 können z.B. zentrale Verarbeitungseinheiten, Datenspeichereinheiten oder Datensichtanzeigeterminals sein. Beispielsweise kann die Vielfachleitung eine Länge von bis zu 1 km haben.

Jede beliebige Station 11 kann eine Nachricht über die Vielfachleitung an eine beliebige andere Station senden. Jede Nachricht enthält die Adresse der beabsichtigten Bestimmung, und jede Station vergleicht die Adressen von Nachrichten, die auf der Vielfachleitung auftreten, mit der eigenen Adresse, um zu entscheiden, ob die Adressen angenommen «/erden. Bevor eine Nachricht gesendet wird, fragt die Station zuerst die Vielfachleitung ab, um festzustellen, ob sie frei oder besetzt ist. Ist die Vielfachleitung frei, beginnt die Station die Nachricht zu senden. Es ist jedoch möglich, daß zu/ei Stationen mit der Übertragung von Nachrichten zum gleichen Zeitpunkt beginnen, und daß diese Nachrichten sich gegenseitig auf der Vielfachleitung beeinflussen. Dieser Fall wird durch eine Kollisionsanzeigevorrichtung (nicht dargestellt) in jeder Station angezeigt, die die abgehende Nachricht mit dem tatsächlich auf der Vielfachleitung erscheinenden Signal vergleicht. Jede Diskrepanz zwischen diesen beiden Signalen zeigt an, daß eine Kollision aufgetreten ist. Wird eine Kollision angezeigt, löscht die Station die Übertragung der Nachricht und macht einen u/eiteren Versuch später, vorzugsweise nach einer willkürlichen Zeitdauer, um die Wahrscheinlichkeit weiterer Kollisionen zu verringern.

Diese Technik zur Steuerung der Verwendung der Vielfachleitung und zur Behandlung von Kollisionsfällen ist in der vorerwähnten US-PS 4 063 220 beschrieben, und wird in vorliegender Anmeldung nicht weiter erläutert.

: 7

Im Falle vorliegender Erfindung wird die Übertragungsgeschwindigkeit, mit der Daten über die Vielfachleitung gesendet werden, mit 1 MHz gewählt, so daß jedes Bit eine Bitdauer von 1 Mikrosekunde einnimmt. Die Zeitsteuerung erfolgt durch exakte Takte in jeder Station.

Datenübertraqunqscode

Figur 2 zeigt schematisch die Form der Signale auf der Vielfachleitung „ Wie sich aus dieser Darstellung ergibt, wird eine binäre "0" durch einen positiven Impuls dargestellt_p auf den ein negativer Impuls des gleichen Bereiches folgt. Eine binäre "1" wird durch das Fehlen eines Signales dargestellt. Natürlich kann auch die entgegengesetzte Festlegung verwendet werden, wobei die "1" durch ein positives/negatives Impulspaar dargestellt wird.

Dies Codeform hat den Vorteil, daß sie keine Gleichstromkomponente besitzt. Darüber hinaus spielt, wenn Signale durch Feststellen lediglich ihrer positiven Anteile angezeigt werden, die Polarität der Verbindung der Sender-Empfänger-Geräte mit der Vielfachleitung keine Rolle, da ein invertiertes Iuipulspaar immer in der gleichen Weise angezeigt wird (obgleich eine Anzeige um eine halbe Bitdauer verzögert wird). Dies ist des-halb zweckmäßig, weiles auf diese Weise leichter möglich ist, die Sende-Empfangs-Geräte mit der Vielfachleitung zu verbinden.

Ein weiterer Vorteil dieses Codes besteht darin, daß - da keine Leistung für eine "1" übertragen wird - es für eine Station möglich ist, eine "0" von einer anderen Station anzuzeigen, während die erste Station eine "1" überträgt. Dies vereinfacht die Kollisionsanzeige.

Jedes Sende-Empfangs-Gerät 12 weist eine Senderschaltung und eine Empfängerschaltung auf, die nachstehend in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben sind. Die Sender- und Empfän-

gerschaltungen sind mit dem verdrillten Paar 10 mit Hilfe zweier getrennter Ferritkerne gekoppelt, die als die Sende- und Empfangs-Kerne bezeichnet «/erden. Jeder Kern besteht aus einem E-förmigen Teil, dessen Mittelschenkel durch das verdrillte Paar 10 geführt ist, und einem I-förmigen Teil, der mit dem E-förmigen Teil so zusammenwirkt, daß der magnetische Kreis vervollständigt vi/ird. Der Mittelschenkel eines jeden Kernes nimmt eine oder mehrere Wicklungen auf.

Die Kerne und ihre Wicklungen sind eingekapselt, damit sie geschützt sind, und sind in einem Schirmgehäuse aufgenommen, das mit Nullpotential in Verbindung steht. Das Gehäuse nimmt auch die Sender- und Empfänger-Schaltungen auf.

Senderschaltung

Figur 3 zeigt den Senderkern 20 und die Senderschaltung 21. Der Senderkern nimmt zwei Senderwicklungen 23, 24 mit jeweils zwei Windungen und eine Kleinmwicklung 25 mit acht Windungen auf.

Die Senderwicklung 23 ist am einen Ende über einen Widerstand mit einer + 5 V Speisespannung, sowie mit einem Anschluß eines 100 Mikrofarad Kondensators 27 verbunden, dessen anderer Anschluß an Erde gelegt ist. Das andere Ende dieser Wicklung 23 ist mit dem Kollektor eines Schalttransistors 28 verbunden, dessen Emitter an Erde gelegt ist. Die andere Sendervi/icklung 24 ist mit einem Ende an Erde und mit dem anderen Ende an einen Anschluß eines 1 Mikrofarad Kondensators 29 gelegt, dessen anderer Anschluß mit dem Kollektor des Transistors 54 verbunden ist. Die entgegengesetzten Enden der Wicklung 23, 24 sind über eine Diode 30 geschaltet.

Im Ruhezustand, d.h., wenn keine Impulse übertragen werden, ist der Transistor 28 abgeschaltet, somit sind beide Kondensatoren 27, 29 auf +5 \l aufgeladen. Um einen positiven Impuls zu senden, wird der Transistor 28 angeschaltet, und dies bewirkt, daß ein

Strom von etwa 5 mA durch beide Wicklungen 23, 24 fließt. Da das Übersetzungsverhältnis 2 : 1 ist_} wird dieser Impuls auf dem verdrillten Leiterpaar 10 in einen Impuls von etwa 20 mA umgewandelt. Der Strom wird hauptsächlich aus den beiden Kondensatoren 27_S 29 entnommen. Dabei wird die Diode in Sperrrichtung betrieben und ist somit nicht stromleitend.

Am Ende des positiven Impulses wird der Transistor 28 abgeschaltet und es tritt nunmehr ein Unterschwingen auf, das einen negativen Impuls erzeugt, wie dies erforderlich ist (vgl, Fig„ 2). Während des Unterschwingens erzeugt die im Kern gespeicherte magnetische Energie eine elektromotorische Kraft an den Senderwicklungen, die dahin tendiert, den Strom am Fließen zu halten= Dies bewirkt, daß die Diode 30 in Vorwärtsrichtung betrieben wird, so daß sie nunmehr Strom aus der Wicklung 23 in den Kondensator 29 und von der Wicklung 24 in den Kondensator 27 leitet, wobei beide Kondensatoren wieder aufgeladen werden» Auf diese Weise wird Energie aus dem Unterschwingen eines jeden Impulses zurückgewonnen und zum erneuten Laden der Kondensatoren verwendet, anstatt daß diese Energie verlorengeht,, Dies trägt dazu bei, den Energieverbrauch des Senders zu reduzieren.

Ein 150 Picofarad Kondensator 31, der an den Transistor 28 gelegt ist, wirkt als Randmoderator, um Hochfrequenzkomponenten in dem übertragenen Signal zu reduzieren.

Die beiden Enden der Klemmwicklung 25 sind über Dioden 32, 33 mit der 5 V Speiseleitung sowie mit einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) 34 verbunden, dessen Tor an ein Paar von Transistoren 35, 36 geschaltet ist. Wenn im Betrieb die Senderschaltung ein Signal überträgt, schalten die Transistoren 35, den Feldeffekttransistor 34 ab und bewirken, daß die Klemmwicklung 25 im offenen Stromkreis liegt. Wenn der Sender jedoch im Ruhezustand ist, oder wenn die 5 \l Leistungsquelle abgeschaltet ist, wird der Feldeffekttransistor 34 angeschaltet und bewirkt,

BAD ORIGINAL

ίό."^:.:^:::""> 32 A 5579

daß die Klemmvi/icklung effektiv/ kurzgeschlossen wird. Dies stellt sicher, daß die Senderschaltung nicht zu viel Energie aus der Vielfachleitung entnimmt, Kenn sie nicht sendet.

Typische Werte für die verschiedenen Widerstände nach Fig. 3 sind folgende:

Widerstand Wert (kOhm)

26 0,01

37 22

38 10

39 1

40 0,047

41 100

Empfängerschaltung

Figur 4 zeigt den Empfängerkern 50 und die Empfängerschaltung 51. Der Empfängerkern nimmt eine Empfängeru/icklung 52 mit acht Windungen auf. Ein 33 Nanofarad Kondensator 53, der an diese Wicklung gelegt ist, wirkt als Hochfrequenzfilter, um Hochfrequenzkomponenten in dem empfangenen Signal zu reduzieren.

Ein Ende der Emp f ängeru/icklung 52 ist über einen 33 Nanofarad Kondensator 54 mit dem Eingang eines Verstärkers 55 verbunden, um das Ausgangssignal für den Empfänger zu erzeugen. Dieser Verstärker kann beispielsweise ein Betriebsverstärker vom Typ LM311 der Firma National Semiconductor sein. Der Vorspannstrom für diesen Verstärker u/ird durch eine Stromspiegelanordnung gespeist, die aus zu/ei angepaßten Transistoren 56, 57 besteht, u/elche auch eine erste Verstärkungsstufe ergeben.

Typische Werte für die verschiedenen Widerstände nach Fig. 4 sind folgende:

Widerstände Wert (kOhro)

58 0,005

59

60 1,5

61 6 2 63

Machrichtenpräambel

Wenn eine Station eine Nachricht sendet, beginnt sie mit einer Präambel, die aus sechs Bytes mit acht Bits besteht« Die ersten drei Bytes sind folgende:

0000 0001

1110 0011 1100 0000

Jedes der letzten drei Bytes hat eine der folgenden Forsr.sn;

1111 1110 1111 1011 1110 1111 1011 1111

Die ersten drei Bytes ergeben ein Synchronisationsschema, das ermöglicht, daß eine Aufnahmestation ihren inneren Takt auf die Phase der aufgenommenen 5ignale verriegelt und die Bytebegrenzungen der Nachricht festlegt.

Die letzten drei Bytes der Präambel ergeben eine "Kennung" für die Nachrichten. Jede dieser letzten drei Bytes besteht aus einer einzelnen "0" in einer von vier möglichen Plätzen (sie können nur in abwechselnden Bitplätzen auftreten). Somit gibt es 4x4x4 = 64 unterschiedliche Möglichkeiten der Kennungen. Es ist

deshalb möglich, eine unterschiedliche Kennung für jede Station vorzusehen, wenn man annimmt, daß weniger als 64 Stationen in der Anordnung vorhanden sind.

Der Zweck der Kennung besteht darin, sicherzustellen, daß eine Kollision selbst in dem Fall angezeigt wird, daß zufällig eine ankommende Nachricht genau synchron mit einer abgehenden Nachricht eintrifft. Weil die Kennungsmuster der beiden Nachrichten unterschiedlich sein müssen, ergibt sich, daß mindestens einer der "0" Impulse der Kennung der ankommenden Nachricht in einen Spalt ("1") in der Kennung der abgehenden Nachricht fällt. Ferner kann, «/eil die "0" Impulse in dem Kennungsmuster nur bei abwechselnden Bitpositionen auftreten, die Kollision angezeigt werden, obgleich der Empfänger eine Totperiode einer Bitdauer im Anschluß an eine Übertragung eines Impulses, während der ankommende Impulse nicht angezeigt werden können, besitzt.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann jede Station so ausgelegt werden, daß sie willkürlich für jede Nachricht, die von ihr gesendet wird, eine Kennung erzeugt, anstatt daß eine feste Kennung für jede Station vorgesehen wird. Dies kann zweckmäßiger sein, da es dann nicht erforderlich wird, den Stationen feste Kennungen zuzuordnen. Es besteht dann natürlich eine Möglichkeit, daß zwei Nachrichten, die genau synchron ankommen, identische Kennungen haben, so daß eine Kollision in der Präambelstufe nicht angezeigt würde. Die Wahrscheinlichkeit hierfür ist jedoch außerordentlich gering.

Es läßt sich zeigen, daß das vorbeschriebene Präambelformat ermöglicht, daß Kollisionen für einen beliebigen Grad der Überlappung zwischen ankommenden und abgehenden Nachrichten vom -19 bitfachen bis zum +46 bitfachen angezeigt werden. Dies bedeutet, daß dann, wenn eine ankommende Präambel einer abgehenden Präambel mit einer Fehlausrichtung innerhalb der angegebenen Grenzen überlagert wird, mindestens ein Impuls ("0") aus der Präambel der ankommenden Nachricht in einen Spalt (¹¹I") der

1 Jm a e & ρ

abgehenden Nachricht außerhalb der Ein-Bit-Totperiode fällt, die sich an einen abgehenden Impuls anschließt. Dieser Bereich der anzeigbaren Überlappung ist größer als der Bereich,, der tatsächlich in der Praxis auftreten kannj deshalb gewährleistet dieses Präambelformat, daß sich überlappende Nachrichten stets durch Kollisionen zwischen ihren Präambeln angezeigt werden»

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Ι» Datenverarbeitungsanordung, gekennzeichnet durch

a) eine Vielzahl von Datenverarbeitungsstationen (11),

b) eine gemeinsame Sammelleitung (10), die die Stationen (11) miteinander verbindet,

c) eine Vorrichtung (12) zum induktiven Koppeln jeder Station (11) mit.der Sammelleitung (JO),- damit die Stationen miteinander über die Sammelleitung (10) in Verbindung stehen,

d) eine Sendevorichtung (20-29) in jeder Station (11) zum Übertragen von Daten über die Sammelleitung (10) in einer binärkodierten Form, in der ein Bitwert durch einen Impuls dargestellt ist, auf den unmittelbar ein Impuls entgegengesetzter Polarität folgt, und der andere Bitwert durch Fehlen eines Impulses dargestellt ist.
2. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (12) zum induktiven Koppeln einer Station (11) mit der Sammelleitung (10) einen Magnetkern (20) mit zwei Übertragerwicklungen (23, 24) besitzt, und daß die Sendevorrichtung (20-29) aufweist: ■■ .

a) zwei Kondensatoren (27, 29) in Serie mit den entsprechen den Übertragerwicklungen (23, 24),

b) eine Vorrichtung zum Aufladen der Kondensatoren (27, 29),

c) eine Schaltvorrichtung (28) zum Schließen erster Stromkreispfade, um die Kondensatoren (27, 29) über die entsprechenden Übertragerwicklungen (23, 24) zu entladen, wodurch ein Ausgangsimpuls aus der Sammelleitung (10) erzeugt wird., und

d) eine Diode (30), die zwischen die beiden Übertragerwicklungen (23, 24) so geschaltet ist, daß sie nicht stromleitend ist, wenn die Kondensatoren (27, 25?) entladen werden, wobei dann, wenn die Schaltvorrichtung (28) abge-

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schaltet ist, die induzierte EMK in den beiden Übertra gerwicklungen (23, 24) bewirkt, daß die Diode (30) leitend v/ird, wodurch die zweiten Stromkreispfade geschlossen werden, was zur Folge hat, daß die Kondensatoren (27, 29) durch Ströme aus den Übe'rtragerwicklungen (23, 24) aufgeladen werden können.
3. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (12) zum induktiven Koppeln jeder Station mit der Sammelleitung (10) zwei getrennte Magnetkerne (20, 50) zürn Übertragen und Empfangen aufweist.
4. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (20) zum Übertragen eine Klemmwicklung (25) mit einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor (34), der an die Wicklung angeschlossen ist, sowie eine Vorrichtung (32, 33) aufweist, die wirksam wird, wenn die Sendevorrichtung (21) in Ruhe ist, damit der Feldeffekttransistor (34) leitend wird, wodurch die Klemmwicklung (25) kurzgeschlossen wird.
5. Datenverarbeitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (10) ein verdrilltes Leiterpaar aufweist.
6. Datenverarbeitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Station (11) so ausgelegt ist, daß sie zu Beginn einer jeden Nachrich, die von ihr über die Sammelleitung (10) gesendet wird, eine Präambel enthält, die ein für alle Stationen gleiches Synchronisierschema und ein von einer Station zur anderen unterschiedliches Signaturschema besitzt, wobei letzteres so gewählt ist, daß dann, wenn zwei solcher Muster überlagert werden, wenigstens ein Impuls aus jedem Muster in einen Spalt im anderen Muster fällt.