DE3619613A1 - Pc-steuerwerk mit einem programmspeicher und einem abbildspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein PC-Steuerwerk mit einem Programmspeicher und einem Abbildspeicher, denen eine Ver­ arbeitungseinheit nachgeschaltet ist, zur speicherplatz­ optimalen und zeitoptimalen Verarbeitung von 16-Bit-Anwei­ sungen, welche die Adressen für den Abbildspeicher und den Operationscode enthalten, insbesondere für programmier­ bare Kleinsteuerungen.

Bekannte programmierbare Steuerungen benutzen zur Bitver­ arbeitung bevorzugt ein Steuerwort mit einer Wortlänge von 16 Bit. Das Steuerwort enthält damit 16-Bit-Anweisungen, die in einen ersten Teil Operationscode und einen zweiten Teil Variablenadressen aufgeteilt sind. Die Variable befin­ det sich in einem Abbildspeicher, in dem die Daten bitbreit organisiert sind, d. h. jedes Bit ist einzeln adressierbar. Der Inhalt des Abbildspeichers wird durch die Variablen­ adresse adressiert und enthält die bitmanipulierbaren Daten der programmierbaren Steuerung (PC).

Diese Daten bestehen im allgemeinen aus Ein- und Ausgangs­ variablen und Merkern. Dieser bekannte Stand der Technik ist beispielsweise der DE-OS 27 43 060 oder auch der DE-OS 33 02 909 zu entnehmen.

Die zur Speicherung von PC-Programmen verwendeten Speicher­ schaltkreise sind im Gegensatz zum 16-Bit Wortformat so or­ ganisiert, daß mit Anlegen einer Adresse jeweils ein Wort mit der Breite von 8 Bit (ein Byte) aufgerufen wird. Um mit diesen Speicherschaltkreisen des 16-Bit Wortformat für einen PC-Befehl (Anweisung) zu realisieren, ist die Parallelschal­ tung von zwei Speicherschaltkreisen erforderlich. Die modu­ lare Aufrüstung des Programmspeichers ist dadurch auch nur um jeweils zwei Speicherschaltkreise möglich. Auch dann, wenn nur eine relativ geringe Speicherkapazität, wie z. B. für Kleinsteuerungen, benötigt wird und von einem Speicher­ schaltkreis abgedeckt werden könnte, müssen wegen des pa­ rallelen Abrufes des ersten und zweiten Bytes als 16-Bit- PC-Befehl zwei Speicherschaltkreise eingesetzt werden. Die Möglichkeit, die 16-Bit-Anweisung zeitlich nacheinander in zwei Schritten aus einem Speicherschaltkreis auszulesen und erst anschließend die Befehlsausführung in der Verarbeitungs­ einheit auszuführen, vermindert die Verarbeitungsgeschwindig­ keit erheblich. Eine solche Lösungsmöglichkeit ist nur ver­ wendbar, wenn die verminderte Verarbeitungsgeschwindigkeit für den speziellen Anwendungsfall ausreicht. Werkzeugma­ schinensteuerungen erlauben aber keine höheren Speicherzu­ griffszeiten, durch welche die Verarbeitungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird.

Eine bei programmierbaren Kleinsteuerungen häufig benötigte Konfiguration ist eine Ausbaustufe einer programmierbaren Steuerung mit ca. 100 Ein- und Ausgängen und 1024 Anweisungen. Obwohl diese benötigten 1024 Anweisungen hinsichtlich der Speicherkapazität von einem einzigen Speicherschaltkreis (z. B. des Typs 2716) aufgenomen werden könnten, müssen wegen der Wahrung des 16-Bit-Formates und der Verarbeitungsge­ schwindigkeit in allen bisher bekannten programmierbaren Steuerungen mindestens zwei Speicherschaltkreise parallel eingesetzt werden.

Programmierbare Steuerungen mit dieser Struktur, d. h. je­ weils parallel geschalteten Speicherschaltkreisen, sind bei­ spielsweise den Firmenschriften von Schiele oder auch BBC zu entnehmen. Durch diese Steuerungstruktur wird neben dem erhöhten Aufwand an Speicherschaltkreisen auch wertvoller Raum beansprucht, der den Bestrebungen der Ausführung als Kompaktsteuerung entgegensteht.

Die Erfindung stellt sich das Ziel, die in programmier­ baren Steuerungen erforderlichen Speicherschaltkreisen hin­ sichtlich ihrer Speicherkapazität besser auszunutzen und damit insbesondere für Keinsteuerungen mit einem Minimum an Aufwand auszukommen und den Raumbedarf für die Steuerung zu reduzieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein PC-Steuerwerk zu schaffen, welches die Verwendung von 16-Bit-Anweisungen als günstiges Format für einen PC-Befehl ermöglicht, ohne diese Anweisungen parallel, d. h. gleichzeitig aus dem Programmspeicher auslesen zu müssen und damit trotzdem die Verarbeitungsgeschwindigkeit beizubehalten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erstes Byte, welches die Adresse für den Abbildspeicher ent­ hält und ein zweites Byte, welches den Operationscode ent­ hält, in aufeinanderfolgenden Speicherzellen eines einzigen Speicherschaltkreises gespeichert sind und die acht Ausgänge des Speicherschaltkreises über ein Tor am Adreßeingang des Abbildspeichers sowie parallel über ein zweites Tor mit sieben Ausgängen am Eingang der Verarbeitungseinheit und mit einem Ausgang am Steuereingang eines Selektors ange­ schlossen sind. Der Abbildspeicher ist mit einer Datenbreite von zwei Bit ausgangsseitig über den Selektor an die Verar­ beitungseinheit angeschlossen.

Vorzugsweise ist mit der Adressierung der jeweils das erste Byte enthaltenden Speicherzelle des Programmspeichers gleichzeitig das erste Tor am Adresseingang des Abbildspei­ chers durchschaltbar. Mit der Adressierung der jeweils das zweite Byte enthaltenden Speicherzelle des Programmspei­ chers ist gleichzeitig das zweite Tor am Eingang der Ver­ arbeitungseinheit durchschaltbar.

Eine vorzugsweise Ausführungsvariante besteht darin, daß bei einem den Speicherschaltkreis ansteuerbaren Adreßzähler mit den jeweils geraden Adressen das erste Tor für die Adressierung des Abbildspeichers und mit den jeweils unge­ raden Adressen das zweite Tor für das Aufschalten der Daten auf die Verarbeitungseinheit durchschaltbar ist.

In vorteilhafter Weise sind im jeweils ersten Bit des im Abbildspeicher stehenden Datenwortes die Ein- und Ausgangs­ variablen und im jeweils zweiten Bit die Merker gespeichert. Für eine Kleinsteuerung mit ca. 100 Ein- und Ausgängen und 1024 Anweisungen besitzt der Speicherschaltkreis eine Speicherkapazität von 2 K-Byte und der nachgeschaltete Ab­ bildspeicher ist in 256 Ein- und Ausgangsvariable und 256 Merker aufgeteilt.

In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild des erfindungsge­ mäßen PC-Steuerwerkes dargestellt. Ein Adreßzähler 3 ist mit seinen Adreßleitungen mit den Wertigkeiten 2⁰ . . . 2 ⁿ an einem Programmspeicher 4 angeschlossen. Der Programm­ speicher 4 besteht aus einem einzigen Speicherschaltkreis. Die 8 Ausgänge des Programmspeichers 4 sind über ein erstes Tor 5 auf die Adreßeingänge eines Abbildspeichers 6 ge­ schaltet. Der Abbildspeicher 6 besitzt eine Datenbreite von 2 Bit. Die Ausgänge des Programmspeichers 4 sind parallel zum ersten Tor 5 an einem zweiten Tor 9 angeschlossen. Da­ bei sind von den 8 Ausgängen des Programmspeichers 4, die am zweiten Tor 9 liegen, 7 Ausgänge an eine Verarbeitungs­ einheit 10 und 1 Ausgang auf den Steuereingang eines Se­ lektors 11 geschaltet.

Der Selektor 11 liegt mit seinen beiden Eingängen an den zwei Datenausgängen des Abbildspeichers 6 und ist ausgangs­ seitig an der Verarbeitungseinheit 10 angeschlossen. Die Adreßleitung des Adreßzählers 3 mit der Wertigkeit 2⁰ ist auf den Durchschaltesteuereingang des ersten Tors 5 und über ein Negationsglied 12 auf den Durchschaltesteuereingang des zweiten Tores 9 geschaltet.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen PC-Steuerwerkes ist folgende:

Der Programmspeicher 4 ist byteorientiert, d. h., die ge­ speicherten Anweisungen (PC-Befehle) sind so aufgeteilt, daß das erste Byte die Adresse für den Abbildspeicher 6 enthält und das zweite Byte den Operationscode und ein Aus­ wahlsignal enthält.

In einem ersten Schritt wird das erste Byte der im Programm­ speicher 4 stehenden Anweisungen gelesen und dem Abbild­ speicher 6 als Adresse über das erste Tor 5 zugeführt. Das erste Tor 5 ist dabei von der Adreßleitung mit der Wertig­ keit 2⁰ des Adreßzählers 3 durchgeschaltet, während das zweite Tor 9 von der gleichen Adreßleitung über das Nega­ tionglied 12 gesperrt gehalten wird, so daß das erste aus­ gelesene Byte nicht an die Verarbeitungseinheit 10 gelangen kann. In dem sich anschließenden zweiten Schritt wird das zweite Byte der im Programmspeicher 4 stehenden Anweisung ausgelesen und über das zweite Tor 9 als Operationscode mit 7-Bit auf die Verarbeitungseinheit 10 geleitet.

Durch die Pegeländerung auf der Adreßleitung mit der Wertig­ keit 2⁰ des um "1" weitergezählten Adreßzählers 3 ist jetzt das zweite Tor 9 über das Negationsglied 12 durch­ geschaltet und das erste Tor 5 für die Adressierung des Abbildspeichers 6 gesperrt.

Gleichzeitig mit dem Auslesen des zweiten Bytes der im Programmspeicher 4 stehenden Anweisung und dem Aufschalten des Operationscode auf die Verarbeitungseinheit 10 und den Selektor 11 wird das bereits im vorhergehenden Schritt adressierte Datenwort aus dem Abbildspeicher 6 gelesen und ebenfalls der Verarbeitungseinheit 10 zugeführt. Dabei wird nur eine der beiden adressierten Bitstellen des Ab­ bildspeichers 6 durch die Auswahl vom Selektor 11 an der Verarbeitungseinheit 10 wirksam.

Dadurch stehen nach zwei Speicherzugriffen an der Verarbei­ tungseinheit 10 der Operationscode und die zu verarbeitende Variable bereit. In einem dritten Schritt kann dann be­ kannterweise das Ergebnis von der Verarbeitungseinheit 10 in den Abbildspeicher 6 wieder eingeschrieben werden.

Damit ist erreicht, unter Beibehaltung des günstigen 16-Bit- Formates für einen PC-Befehl als kleinste Ausbaustufe für den Programmspeicher 4 einen einzigen EPROM-Schaltkreis (z. B. den Typ 2716) mit seinem Speichervolumen einsetzen zu können. Es entsteht keine Verringerung der im wesentlichen durch die Anzahl der erforderlichen Speicherzugriffe bestimmten Verarbeitungsgeschwindigkeit, weil das erfindungs­ gemäße PC-Steuerwerk trotz des Einsatzes nur eines Programm­ speichers mit zwei Speicherzugriffen auskommt. Außerdem ist die Verarbeitung von mindestens 512 Variablen gegeben, die sinnvoll in 256 Ein-Ausgangsvariable und 256 Merker aufge­ teilt sind. Die 256 Ein-Ausgangsvariablen sind im jeweils ersten Bit des Datenwortes und die 256 Merker sind im je­ weils zweiten Bit des Datenwortes des Abbildspeichers 6 gespeichert.

Die beschriebene schrittweise Arbeitsweise des PC-Steuerwerkes kann auch durch Taktimpulse eines Taktgenerators ausgelöst werden, wie dies allgemein bei zeitlich nacheinander ablau­ fenen Operationen üblich ist.

Durch die erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahmen ist der kleinste Modul des byteorientierten Programmspeichers 4 unter Beibehaltung des vorteilhaften Befehlsformates von 16 Bit ein einziger EPROM-Schaltkreis.

Die Verarbeitungszeit wird ebenso, wie bei dem durch Parallel­ schaltung von zwei EPROM-Schaltkreisen erreichten 16-Bit-For­ mat, durch nur zwei Speicherzugriffszeiten bestimmt.

Claims (5)

1. PC-Steuerwerk mit einem Programmspeicher und einem Abbildspeicher, denen eine Verarbeitungseinheit nachge­ schaltet ist, zur speicherplatzoptimalen und zeitopti­ malen Verarbeitung von 16-Bit Anweisungen, welche die Adressen für den Abbildspeicher und den Operationscode enthalten, insbesondere für programmierbare Klein­ steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Byte, welches die Adresse für den Abbild­ speicher (6) enthält und ein zweites Byte, welches den Operationscode enthält, in aufeinanderfolgenden Speicher­ zellen eines einzigen Speicherschaltkreises (4) gespei­ chert sind und die acht Ausgänge des Speicherschaltkrei­ ses (4) über ein erstes Tor (5) am Adreßeingang des Ab­ bildspeichers (6) sowie parallel über ein zweites Tor (9) mit sieben Ausgängen am Eingang der Verarbeitungs­ einheit (10) und mit einem Ausgang am Steuereingang eines Selektors (11) angeschlossen sind, wobei der Abbildspei­ cher (6) mit einer Datenbreite von zwei Bit ausgangssei­ tig über den Selektor (11) an die Verarbeitungseinheit (10) angeschlossen ist.

2. PC-Steuerwerk nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Adressierung der jeweils das erste Byte ent­ haltenden Speicherzelle des Programmspeichers (4) gleich­ zeitig das erste Tor (5) am Adreßeingang des Abbildspei­ chers (6) und mit der Adressierung der jeweils das zweite Byte enthaltenden Speicherzelle des Programmspeichers (4) gleichzeitig das zweite Tor (9) am Eingang der Verarbei­ tungseinheit (10) durchschaltbar ist.

3. PC-Steuerwerk nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem den Speicherschaltkreis ansteuerbaren Adreß­ zähler (3) mit den jeweils geraden Adressen das erste Tor (5) für die Adressierung des Abbildspeichers (6) und mit den jeweils ungeraden Adressen das zweite Tor (9) für das Aufschalten der Daten auf die Verarbeitungseinheit (10) durchschaltbar ist.

4. PC-Steuerwerk nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im jeweils ersten Bit des im Abbildspeicher (6) stehenden Datenwortes die Ein- und Ausgangsvariablen und im jeweils zweiten Bit die Merker gespeichert sind.

5. PC-Steuerwerk nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Kleinsteuerung mit ca. 100 Ein- und Ausgängen und 1024 Anweisungen der Speicherschaltkreis (4) eine Speicherkapazität von 2 K-Byte besitzt, und der nachge­ schaltete Abbildspeicher (6) in 256 Ein- und Ausgangs­ variable und 256 Merker aufgeteilt ist.