DE3780531T2

DE3780531T2 - Datenverarbeitungsvorrichtung mit energiesparender taktvorrichtung.

Info

Publication number: DE3780531T2
Application number: DE8787201486T
Authority: DE
Inventors: Herve Hillion
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1986-08-18
Filing date: 1987-08-05
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2007-08-06
Also published as: GB2194082A; US4823292A; GB8620056D0; EP0256594A3; DE3780531D1; JPS6349915A; AU7712487A; AU608528B2; EP0256594B1; EP0256594A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Datenverarbeitungsanordnung mit:
- einem Datenverarbeitungselement mit einer Arbeitsbetriebsart und einer Stoppbetriebsart, das einen Dateneingang, einen ersten Datenausgang, einen Rücksetzsignaleingang, einen Takteingang, einen Stoppsignalausgang und erste Speisestromanschlußmittel zur Stromversorgung des Datenverarbeitungselements umfaßt;
- Oszillatormitteln zur Speisung des Takteingangs mit Taktimpulsen, die zweite Speisestromanschlußmittel zum Empfang eines Speisestroms haben;
- einem Datenempfangsmodul zum Empfang externer Daten, das einen zweiten mit dem Dateneingang verbundenen Datenausgang hat;
worin das Datenverarbeitungselement Rücksetzmittel zum Erreichen eines Anfangszustandes innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bei kombinierter Steuerung eines Rücksetzsignals und einer Reihe von Taktimpulsen hat.
Die Verringerung des Energieverbrauchs ist in Umgebungen mit begrenzt verfügbarer Leistung wichtig, z. B. in implantierten medizinischen Geräten, tragbarer Apparatur oder Raumsatelliten, sowie in Anordnungen, in denen die Energieverluste begrenzt werden müssen, z. B. in VLSI-Schaltungen.
Ein erstes Verfahren zur Verringerung des Energieverbrauchs in einer getakteten, in Niederleistungstechnologie entworfener Datenverarbeitungsanordnung, könnte darin bestehen, die Taktfrequenz unter Berücksichtigung des geforderten Datendurchsatzes möglichst weitgehend zu erniedrigen. Dabei treten insofern Probleme auf, als Gleichstrompfade, die beim Entwurf des Datenverarbeitungselementes verborgen sein können, längere Zeit geöffnet sein werden, wobei die Verringerung teilweise zunichte gemacht wird, und auch dadurch, daß Echtzeitverarbeitung nicht länger möglich sein könnte.
Ein zweites Verfahren zur Verringerung des Energieverbrauchs wäre die Verwendung eines Datenverarbeitungselementes mit einer Arbeitsbetriebsart und einer Betriebsart mit reduzierter Aktivität, und Schalten zwischen diesen Betriebsarten, wobei das Element, solange keine Verarbeitung gefordert wird, in der letztgenannten Betriebsart gehalten wird, in der der Energieverbrauch geringer ist als in der ersten Betriebsart. Ein Datenverarbeitungselement mit einer Arbeitsbetriebsart und Betriebsarten verringerter Aktivität ist beispielsweise der Ein-Chip-8-Bit-Mikrocontroller PCB80C31 (Philips Data Handbook ICI4N, 1984, S. 187-213). Dieses Element hat eine Betriebsart verringerter Aktivität, die Ruhebetriebsart genannt wird, in der die Zentraleinheit "eingefroren" ist, während der RAM-Speicher, Timerschaltungen usw. weiterhin arbeiten, und eine Betriebsart noch stärker verringerter Aktivität, Stoppbetriebsart genannt, bei der die RAM-Inhalte gesichert sind, aber der Oszillator gesperrt ist, wodurch alle weiteren Chip-Funktionen nicht mehr arbeiten. Die in der Stoppbetriebsart verbrauchte Energie pro Zeiteinheit kann gegenüber der in der Ruhebetriebsart verbrauchten Energie vernachlässigt werden. Sowohl die Ruhebetriebsart als auch die Stoppbetriebsart werden softwaremäßig aktiviert.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch zu reduzieren, indem ein Datenverarbeitungselement mit einer Arbeitsbetriebsart und einer Stoppbetriebsart verwendet wird, wobei in letzterer Betriebsart die Funktionen des Elementes alle nicht arbeiten, aber Speicherinhalte gesichert sind, welches Datenverarbeitungselement mit einem Oszillator verbunden ist, der in einem Stand-by-Betrieb "eingefroren" ist, wenn das Datenverarbeitungselement im Stoppbetrieb ist und in Betrieb, wenn das Datenverarbeitungselement im Arbeitsbetrieb ist.
Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung außerdem:
- Schaltmittel umfaßt, die zwischen die ersten und zweiten Speisestromanschlußmittel geschaltet sind und einen ersten Steuereingang zur Detektion eines von dem Datenempfangsmodul stammenden Unterbrechungssignals haben, um daraufhin die Schaltmittel dazuzubringen, den zweiten Speisestromanschlußmitteln Arbeitsspeisestrom zuzuführen, und einen zweiten Steuereingang, der von dem Stoppsignalausgang gespeist wird, um nach Detektion eines Stoppsignals die Schaltmittel dazuzubringen, den zweiten Speisestromanschlußmitteln Stand-by-Speisestrom zuzuführen;
- einen mit den Schaltmitteln verbundenen Übergangssignaldetektor, um bei Detektion jedes Übergangs vom Zustand der Stand-by-Speisestromzuführung zum Zustand der Arbeitsspeisestromzuführung das genannte Rücksetzsignal zu erzeugen, das nur nach Ablauf des genannten Zeitintervalls eine Hinterflanke aufweist.
Die Erfindung kann die Oszillatorfrequenz auf den vorteilhaftesten Wert einstellen, unter Berücksichtigung der Aufgabe des Systems und seiner Beschränkungen.
Eine direkte Folge des Sperrens des Oszillators in Anwendungen bei einem Radio mit einem hochempfindlichen Empfangsteil (beispielsweise einem MO- DEM) ist die Verringerung von Störungen.
Eine mögliche Folge der Erfindung ist die Realisierung von Echtzeitverarbeitung in wirtschaftlicher Weise, da die Taktfrequenz nicht herabgesetzt werden muß.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein erstes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsanordnung.
Fig. 2 zeigt das Zeitverhalten der Anordnung aus Fig. 1.
Fig. 3a, 3b, 3c enthält die Formeln, mit denen die optimale Oszillatorfrequenz bestimmt werden kann.
Die Gleichungen (1) bis (9) bestimmen die optimale Oszillatorfrequenz.
Die Gleichungen (10) und (11) bestimmen ein Frequenzintervall, in dem die Oszillatorfrequenz liegen muß, damit man einen Energieverbrauch erhält, der um einen Anteil 5 größer ist als das Minimum. Man kann für 3 beispielsweise 10%, 50% oder einen anderen Wert wählen, je nach eigenem Ermessen.
Die Gleichungen (12) bis (15) bestimmen ein Frequenzintervall, in dem die Oszillatorfrequenz liegen muß, um, wenn das Datenverarbeitungselement zwischen der Arbeitsbetriebsart und der Stoppbetriebsart geschaltet wird, den Energieverbrauch unter dem Minimum des Energieverbrauchs zu halten, wenn zwischen der Arbeitsbetriebsart und der Ruhebetriebsart geschaltet wird.
Fig. 4 ist eine typische graphische Darstellung des mittleren von der Anordnung aufgenommenen Stroms zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unterbrechungen als Funktion der Frequenz, entsprechend den Formeln von Fig. 3.
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild eines Oszillators, eines Schaltmittels und eines zweiten Signaldetektors, die in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 verwendet werden.
Fig. 6 zeigt ein zweites Blockschaltbild einer erfindungsgemaßen Datenverarbeitungsanordnung.
Fig. 7 ist eine Hardware-Implementierung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Fig. 6.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 ist ein erstes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsanordnung. Angenommen wird, daß das Datenverarbeitungselement 20 anfangs in der Stoppbetriebsart ist und der Oszillator 22 im Stand-by-Betrieb auf einem Stromversorgungspegel, der zu niedrig ist, um ein Schwingen zu ermöglichen. In diesem Zustand ist der Energieverbrauch der Anordnung vernachlässigbar. Zu einem bestimmten Zeitpunkt empfängt das Datenempfangsmodul 24 Daten aus einer Umgebung und sendet einen Unterbrechungsimpuls an einen Signaldetektor 26. Bei Empfang dieses Impulses gibt der Detektor 26 ein Signal an das Schaltelement 28 ab, das daraufhin an den Oszillator 22 über die Leitung 29 die volle Arbeitsstromversorgung liefert. Daraufhin beginnt der Oszillator 22 zu schwingen, während ein Signaldetektor 30 eine Spannungsänderung auf der Leitung 29 detektiert und daher einen Impuls von vorgegebener Breite an den Rücksetzsignaleingang des Datenverarbeitungselementes 20 sendet. Die Breite des Rücksetzimpulses wird größer gewählt als die zum Erreichen stabiler Oszillation notwendige Zeit plus der für die eigentliche Rücksetzoperation erforderlichen Zeit. Nach Beendigung des Rücksetzimpulses liest das Datenverarbeitungselement 20 Daten aus dem Datenempfangsmodul 24, verarbeitet die Daten soweit notwendig und schreibt entsprechend Daten in das datengesteuerte Modul 32 aus. Wenn diese Aufgabe abgeschlossen ist, geht das Datenverarbeitungselement 20 in den Stoppbetrieb über, der softwaremäßig aktiviert wird, und sendet dabei ein Stoppsignal über den Signaldetektor 25 zum Schaltelement 28, das daraufhin die Stromversorgung zum Oszillator 22 von voller Versorgung auf Stand-by-Versorgung schaltet.

ZEITVERHALTEN DER ANORDNUNG.

Fig. 2 zeigt ein Beispielsverhalten der Anordnung zwischen zwei Unterbrechungen, die eine Zeit Tx voneinander entfernt liegen. Sobald eine Unterbrechung detektiert wird, die zu einem Zeitpunkt A stattfindet, schaltet der Oszillator aus dem Stand-by-Betrieb, d. h. dem Nicht-Schwingungsbetrieb, in den Schwingungsbetrieb, während das Datenverarbeitungselement auf einen Anfangszustand zurückgesetzt wird. Dieser Vorgang wird vor dem Ende des Rücksetzimpulses abgeschlossen. Die Länge des Rücksetzimpulses to ist größer als die Beruhigungszeit des Oszillators, da die Rücksetzoperation stabile Oszillationen erfordert. In der Praxis wird to viel größer als diese Beruhigungszeit des Oszillators gemacht, um innerhalb eines Sicherheitsbereiches zu bleiben, so daß sichergestellt ist, daß ein Rücksetzen unter unterschiedlichen Bedingungen (beispielsweise Temperaturverschiebung) erfolgt. Nach Ablauf des Rücksetzimpulses beginnt das Datenverarbeitungselement zu arbeiten. Die Aufgabe des Datenverarbeitungselementes nimmt eine Zeit t&sub1; in Anspruch. Am Ende dieses Zeitintervalls t&sub1; geht das Datenverarbeitungselement unter Softwareüberwachung in den Stoppbetrieb über und bringt dabei den Oszillator über ein Stoppsignal in den Stand-by- Betrieb, wobei das Datenverarbeitungselement eine Zeit to benötigt, um in dem Stoppbetrieb auszuschwingen. Es wird angenommen, daß die Zeit to zum Erreichen des Anfangszustandes gleich der Zeit zum Erreichen des Stoppbetriebes ist. Zum Zeitpunkt B ist die Anordnung wieder bereit, eine folgende Unterbrechung zu akzeptieren.

BERECHNUNG DES ENERGIEVERBRAUCHS

Fig. 3 enthält die Formeln, nach denen die optimale Oszillatorfrequenz zur Minimierung des Energieverbrauchs bestimmt wird. In Formel (1) wird das Tastverhältnis des Systems definiert, das ein Bruchteil des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unterbrechungen ist, in dem das System arbeitet. Wie angegeben, wird das Tastverhältnis durch eine Zahl zwischen Null und Eins dargestellt. Da die Versorgungsspannungen (VCC und VSS) konstant gehalten werden, muß der mittlere Strom Iav minimiert werden. In Formel (2) wird der mittlere Strom angegeben, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unterbrechungen durch das Datenverarbeitungselement fließt. Der Oszillatorstrom wird zunächst vernachlässigt, da er relativ klein ist. Dieser mittlere Strom besteht aus einem ersten, während des Arbeitsbetriebs vorhandenen Teil und einem zweiten, während des Stoppbetriebs vorhandenen Teil. Der im Arbeitsbetrieb erforderliche Strom Iop hängt innerhalb des betreffenden Frequenzintervalls ungefähr linear von der Taktfrequenz f und auch von durch die Siliciumeigenschaften des Datenverarbeitungselementes bestimmten Parametern α und β ab und wird durch Formel (3) gegeben. Der Strom Istop im Stoppbetrieb ist eine Konstante und sehr viel Kleiner als der Strom im Arbeitsbetrieb und wird durch Formel (4) gegeben. Das Tastverhältnis (1) hängt über die Dauer des Zeitraums, in dem das Datenverarbeitungselement im Arbeitsbetrieb ist, auch von der Frequenz ab, da dieser Zeitraum eine Funktion der Frequenz, der Zahl der in diesem Zeitraum ausgeführten Befehle und der mittleren Zahl von Taktzyklen pro Befehl C ist. Der Ausdruck für diesen Zeitraum mit Hilfe der genannten Größen ist Formel (5). Wenn das Tastverhältnis (1) gleich Eins oder Kleiner als Eins ist, bestimmen die Formeln (1) und (5) eine Untergrenze für die brauchbare Oszillatorfrequenz, bei der es gerade möglich ist, die gegebene Anzahl Befehle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unterbrechungen auszuführen. Diese niedrigste brauchbare Frequenz wird in Formel (6) gegeben. Einsetzen von (3) und (4) in (2), (5) in (1) und danach (1) in (2) führt zu Formel (7). Minimierung des Ausdrucks (7) bezüglich der Frequenz führt zu der optimalen Frequenz fopt in Formel (8). Schließlich ist der von dem Datenverarbeitungselement aufgenommene, mit der Frequenz (8) im Arbeitsbetrieb getaktete Strom das Minimum, dargestellt in Formel (9). Es muß jedoch überprüft werden, ob diese optimale Frequenz zulässig ist, da es eine durch Formel (6) gegebene untere Grenze für die Frequenz gibt. Dieses Problem soll anhand von Fig. 4 besprochen werden.

BESCHREIBUNG EINER TYPISCHEN REALISIERUNG

Eine Beispiels-Datenverarbeitungsanordnung ist ein tragbares Telefon, das ein Teil eines "Portable Automatic Telephone System" (eines tragbaren automatischen Telefonsystems) ist. Ein solches tragbares Telefon enthält einen mit einem Mikrocontroller, beispielsweise mit einem PCB80C31 (Philips Data Handbook ICI4N, 1984, S.187-213), verbundenen Modulator/Demodulator. Typische Werte für einige einen PCB80C31 kennzeichnende Größen sind: α = 1,3·10&supmin;&sup9; As; β = 8·10&supmin;&sup4; A, R = 5·10&supmin;&sup5; A; to= 10&supmin;³ s; C = 20. Wenn Informationspakete das Telefon alle T = 0,5 s erreichen, wobei jedes Paket eine Anzahl von N = 2000 auszuführenden Befehlen erfordert, ist die vorteilhafteste Oszillatorfrequenz gleich 3,5 MHz, wie aus den Formeln in Fig. 3 berechnet werden kann. In dieser Anwendung bringt die Erfindung dadurch Gewinn, daß der gesperrte Oszillator keine Störung mit in jedem Informationspaket vorhandenen Identifikationsbits verursachen kann. Daraus folgt, daß der Empfangsteil der Datenverarbeitungsanordnung als hochempfindlicher Empfänger konstruiert werden darf.

TYPISCHE GRAPHISCHE DARSTELLUNG DES ENERGIEVER- BRAUCHS ALS FUNKTION DER FREQUENZ

Fig. 4 ist eine typische graphische Darstellung des mittleren von dem Datenverarbeitungselement zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unterbrechungen aufgenommenen Stroms als Funktion der Taktfrequenz, wobei diese Information in Formel (7) enthalten ist und die Form hat:
Iav = Kf + M/f + L; K, L, M sind in den Formeln (1) bis (5) spezifizierte Konstanten.
Zwei Fälle sind zu unterscheiden:
1) Die niedrigste, brauchbare Frequenz, wie sie in Formel (6) gegeben wird, ist kleiner oder gleich der optimalen Frequenz von Formel (8).
2) Die niedrigste, brauchbare Frequenz ist größer oder gleich der optimalen Frequenz (8).
Ob die optimale Frequenz größer ist als die niedrigste, brauchbare Frequenz oder nicht, hängt von den Siliciumparametern in Formel (3), der für das Datenverarbeitungselement zur Ausführung der geforderten Befehle notwendigen Anzahl Taktzyklen, von der Unterbrechungsrate und der Beruhigungszeit des Datenverarbeitungselementes ab. Im Fall 1) ist die vorteilhafteste Frequenz, um den niedrigsten Energieverbrauch zu erhalten, gleich der optimalen Frequenz von Formel (8).
Im Fall 2) ist die vorteilhafteste Frequenz, bei der der Energieverbrauch minimal ist, gleich der niedrigsten, brauchbaren Frequenz. Für Fall 1) liegt die niedrigste, brauchbare Frequenz links der optimalen Frequenz in Fig. 4 und ist mit einem einfachen Stern gekennzeichnet, während für Fall 2) die niedrigste, brauchbare Frequenz rechts von der optimalen Frequenz liegt und mit einem zweifachen Stern gekennzeichnet ist.

BERECHNUNG EINES NAHEZU OPTIMALEN BEREICHES

Um niedrigen Energieverbrauch innerhalb eines Anteils δ des praktisch erreichbaren Minimums zu erhalten, z. B. 10%, muß die Frequenz im Fall 1) in dem durch die Formeln (10) gegebenen Frequenzbereich oder im Fall 2) in dem Frequenzbereich der Formeln (11) liegen, wie leicht aus den Formeln (6) bis (9) abgeleitet werden kann. Wenn nicht zwischen dem Stoppbetrieb und dem Arbeitsbetrieb, sondern statt dessen zwischen dem Ruhe- und dem Arbeitsbetrieb geschaltet wird, wird, bei gleicher Beruhigungszeit, Menge der auszuführenden Befehle und Unterbrechungsrate, die mittlere Stromaufnahme durch Formel (13) gegeben, wobei in dieser Formel im betreffenden Frequenzintervall die (angenäherte) Strom/Frequenzkennlinie des Datenverarbeitungselementes im Ruhebetrieb (12) eingesetzt wird. Typische Werte für die einen PCB80C31-Mikrocontroller kennzeichnenden Parameter sind: = 2,5·10&supmin;¹&sup0; As; λ = 7·10&supmin;&sup4; A. Optimierung der Formel (13) hinsichtlich der Frequenz liefert die minimale Stromaufnähme (14). Diese minimale Stromaufnahme (14) bei Verwendung der Ruhebetriebsart überschreitet die minimale Stromaufnahme (9) bei Verwendung der Stoppbetriebsart. Um den Energieverbrauch des Datenverarbeitungselementes beim Schalten zwischen Arbeitsbetrieb und Stoppbetrieb unterhalb des Energieverbrauchs des Datenverarbeitungselementes zu halten, der durch Schalten zwischen dem Arbeitsbetrieb und dem Ruhebetrieb erreicht werden kann, muß die Taktfrequenz im Frequenzintervall des Ausdrucks (15) liegen, wie man aus den Formeln (7) und (14) berechnen kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEISPIELSSCHALTUNG

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild des Oszillators, Schaltelements und eines zweiten Signaldetektors, die in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsprechend dem Blockschaltbild von Fig. 1 verwendet werden.
In Fig. 5 enthält das Schaltelement einen Rücksetz-Setz-Flip-Flop 50, pnp-Transistor 52, einen Widerstand 54 und eine Signaldetektionsschaltung 56. Der Oszillator 58 ist als Colpitts-Oszillator ausgeführt, wegen dessen hervorragender Frequenzstabilität, kurzer Antwortzeit und hoher Oszillatorfrequenz. Das Ausgangssignal wird von dem Verstärker A&sub1; zwischengepuffert. Der Signaldetektor 60 ist eine Differentierschaltung mit einer mit deren Ausgang verbundenen Diode D&sub1;, um das Datenverarbeitungselement nur zurückzusetzen, wenn der Detektor eine zunehmende Spannungsänderung bemerkt. Der Widerstand 54 ist als hoher Widerstand gewählt, um den Oszillator 58 mit einem Stand-by-Strom in dessen Stand-by-Betrieb zu versorgen, um zu verhindern, daß sich die parasitäre Kapazität Cp zwischen der Steuerelektrode und dem Kollektor des Transistors T&sub2; im Oszillator 58 vollständig entlädt, wobei diese Kapazität geladen wird, wenn der Oszillator sich im Arbeitsbetrieb befindet. Auf diese Weise wird die Beruhigungszeit des Oszillators genügend kurz gehalten. Der Rücksetzeingang des Flip-Flop 50 wird mit dem Ausgangsanschluß des ersten Signaldetektors 26 in Fig. 1 verbunden, der Setzeingang vom Flip-Flop 50 wird mit dem Stoppsignalausgang des Datenverarbeitungselementes 20 über eine Signaldetektionsschaltung 56 verbunden, die dafür sorgt, daß der Flip-Flop ein Setzsignal der richtigen Polarität und Dauer erhält. Die Datenverarbeitungsanordnung kann für ein anderes als das zuvor erwähnte Unterbrechungssignal zugänglich gemacht werden, um ein Rücksetzen des Datenverarbeitungselementes beispielsweise durch Speisen des Rücksetzanschlusses von Flip-Flop 50 über ein ODER-Gatter (nicht abgebildet) zu erzeugen. Die Verstärker A&sub1;, A&sub2; und A&sub3; werden vollständig über den Transistor 52 versorgt, wenn der Oszillator im Betrieb sein muß und erhalten eine niedrige Stand-by-Versorgung, wenn der Oszillator im Stand-by-Betrieb ist. Eine zweite Unterbrechung, die unmittelbar der ersten Unterbrechung folgt, ist wegen der Eingangs/Ausgangs-Kennlinie des Rücksetz-Setz-Flip- Flops 50 unschädlich.

BESCHREIBUNG EINER ERWEITERTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In Fig. 6 wird ein zweites Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsanordnung gezeigt. Dieses zweite Blockschaltbild unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dadurch, daß es drei Datenempfangsmodule zum Empfang von Daten aus einer Umgebung 70, 72 und 74 hat, statt eines, sowie eine zwischen diese Datenempfangsmodule und den Dateneingang des Datenverarbeitungselementes 78 geschaltete Selektionsanordnung 76 und eine Taktschaltung 82, die drei verschiedene Oszillatorschaltungen statt eines Oszillators hat, wie es in Fig. 1 der Fall ist.
Bei Empfang eines Unterbrechungssignals aus einem Datenempfangsmodul, beispielsweise dem Datenempfangsmodul 70, verbindet die Selektionsanordnung 76 den Datenausgang des Datenempfangsmoduls 70 mit dem Dateneingang des Datenverarbeitungselementes 78, führt dieses Unterbrechungssignal dem Signaldetektor 80 zu und selektiert in der Taktschaltung 82 eine Oszillatorschaltung, wobei sie die Übertragung von Daten oder Unterbrechungssignalen von den Datenempfangsmodulen 72 und 74 zu dem genannten Dateneingang bzw. Signaldetektor 80 unmöglich macht. Die selektierte Oszillatorschaltung enthält einen Schwingkreis, der die angepaßte Taktfrequenz der dem Takteingang des Datenverarbeitungselementes 78 zugeführten Impulse festlegt. Die angepaßten Taktfrequenzen werden so bestimmt, wie es mit Hilfe der Fig. 3 und 4 beschrieben ist, und sie hängen unter anderem von der Menge der auszuführenden Befehle ab, die vom Datendurchsatz des Datenempfangsmoduls 70 gefordert werden.
Nach Ausführung dieser vom Datenempfangsmodul 70 geforderten Befehle sendet das Datenverarbeitungselement 78 über den Signaldetektor 92 ein Stoppsignal an die Selektionsanordnung 76, die dabei den Datenausgang des Datenempfangsmoduls 70 von dem genannten Dateneingang trennt und die Verbindung der Unterbrechungssignalausgänge von Datenempfangsmodulen 72 und 74 zum Signaldetektor 80 wieder herstellt. Die Arbeitsweise der Anordnung von Fig. 6 ist im weiteren analog der der Anordnung in Fig. 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER ZWEITEN BEISPIELS- SCHALTUNG

In Fig. 7 wird eine Hardware-Implementierung der Selektionsanordnung 76 und der Taktschaltung 82 aus Fig. 6 gezeigt. Obwohl die Ausführungsform der Erfindung in Fig. 6 nur drei Datenempfangsmodule enthält, ist eine Erweiterung auf mehr Datenempfangsmodule einfach. Daher soll der erstere Fall untersucht werden.
Die Ausgänge der Datenempfangsmodule 70,72 und 74 in Fig. 6 sind mit dem Dateneingang des Datenverarbeitungselementes 78 über Transistoren 228, 230 bzw. 232 verbunden und ihre Unterbrechungssignalausgänge sind mit den Rücksetzanschlüssen der Rücksetz-Setz-Latches 222, 224 und 226 über zwei in Reihe geschaltete Transistoren 210/212,214/216 bzw. 218/220 verbunden.
Der Setzanschluß jedes Rücksetz-Setz-Latches ist mit dem Stoppsignal- Ausgang des Datenverarbeitungselementes 78 über einen Signaldetektor 92 verbunden. Die ersten Latch-Ausgangsanschlüsse der Rücksetz-Setz-Latches 222, 224 und 226 sind mit den Steuerelektroden der Transistoren 228, 230 bzw. 232 verbunden. Der zweite Latch-Ausgangsanschluß des Rücksetz-Setz-Latches 222 ist mit den Steuerelektroden der Transistoren 214 und 218 verbunden, der zweite Latch-Ausgangsanschluß des Rücksetz- Setz-Latches 224 ist mit den Steuerelektroden der Transistoren 210 und 220 verbunden und der zweite Latch-Ausgangsanschluß des Rücksetz-Setz-Latches 226 ist mit dem Steuerelektroden der Transistoren 212 und 216 verbunden. Der Rücksetzanschluß jedes Rücksetz-Setz-Latches ist mit einem Eingangsanschluß eines ODER-Gatters 23 verbunden. Der Ausgangsanschluß des ODER-Gatters ist mit dem Eingang des Signaldetektors 80 aus Fig. 6 verbunden. Die ersten Latch-Ausgangsanschlüsse der Rücksetz-Setz- Latches 222,224 und 226 sind mit den Steuerelektroden der Transistoren 238, 240 bzw. 242 verbunden.
Angenommen wird, daß das Datenverarbeitungselement 78 aus Fig. 6 anfangs in der Stoppbetriebsart ist, die den Anfangszustand der Setz-Rücksetz-Latches 222,224 und 226 bestimmt. In diesem Anfangszustand sind die Transistoren 228,230, 232,238,240 und 242 gesperrt, während die Transistoren 210/212,214/216 und 218/220 leitend sind. Zu einem bestimmten Zeitpunkt sendet eines der Datenempfangsmodule ein Unterbrechungssignal, beispielsweise das Datenempfangssignal 70. Dieses Signal durchläuft die Transistoren 210/212 und schaltet den Zustand des Rücksetz-Setz- Latches 222. Daraufhin wird der Transistor 228 leitend gemacht, wobei der Datenausgang des Datenempfangsmoduls 70 mit dem genannten Dateneingang verbunden wird und die Transistoren 214 und 218 werden gesperrt, wobei sie verhindern, daß die Rücksetz-Setz-Latches 224 und 228 schalten. Gleichzeitig empfängt der Signaldetektor 80 über das ODER-Gatter 234 das Unterbrechungssignal, und eine Oszillatorschaltung mit einem Schwingkreis 244 wird in der Taktschaltung selektiert. Sobald das Datenverarbeitungselement ein Stoppsignal sendet, wird der Rücksetz-Setz-Latch 222 zurückgeschaltet, was zum Sperren der Transistoren 228 und 2138 und zum Leiten der Transistoren 214 und 218 führt. Dann ist die Anordnung wieder bereit, ein neues Unterbrechungssignal zu verarbeiten.

Claims

1. Datenverarbeitungsanordnung mit:

- einem Datenverarbeitungselement (20, 78) mit einer Arbeitsbetriebsart und einer Stoppbetriebsart, das einen Dateneingang, einen ersten Datenausgang, einen Rücksetzsignaleingang, einen Takteingang, einen Stoppsignalausgang und erste Speisestromanschlußmittel zur Stromversorgung des Datenverarbeitungselements umfaßt;

- Oszillatormitteln (22, 82) zur Speisung des Takteingangs mit Taktimpulsen, die zweite Speisestromanschlußmittel (29) zum Empfang eines Speisestroms haben;

- einem Datenempfangsmodul (24, 70,72, 74,76) zum Empfang externer Daten, das einen zweiten mit dem Dateneingang verbundenen Datenausgang hat; worin das Datenverarbeitungselement (20, 78) Rücksetzmittel zum Erreichen eines Anfangszustandes innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bei kombinierter Steuerung eines Rücksetzsignals und einer Reihe von Taktimpulsen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung außerdem:

- Schaltmittel (28, 84) umfaßt, die zwischen die ersten und zweiten Speisestromanschlußmittel geschaltet sind und einen ersten Steuereingang zur Detektion eines von dem Datenempfangsmodul stammenden Unterbrechungssignals haben, um daraufhin die Schaltmittel dazuzubringen, den zweiten Speisestromanschlußmitteln Arbeitsspeisestrom zuzuführen, und einen zweiten Steuereingang, der von dem Stoppsignalausgang gespeist wird, um nach Detektion eines Stoppsignals die Schaltmittel (28, 84) dazuzubringen, den zweiten Speisestromanschlußmitteln Stand-by-Speisestrom zuzuführen;

- einen mit den Schaltmitteln (28, 84) verbundenen Übergangssignaldetektor (30,86), um bei Detektion jedes Übergangs vom Zustand der Stand-by-Speisestromzuführung zum Zustand der Arbeitspeisestromzuführung das genannte Rücksetzsignal zu erzeugen, das nur nach Ablauf des genannten Zeitintervalls eine Hinterflanke aufweist.

2. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (28, 84) einen Rücksetz-Setz-Latch (50) enthalten, dessen Rücksetzeingang von einem mit dem ersten Steuereingang verbundenen Unterbrechungssignaldetektor (26, 80) zur Detektion des von dem Datenempfangsmodul (24,76) erzeugten Unterbrechungssignals gespeist wird, dessen Setzeingang mit einem Stoppsignaldetektor (25, 92, 56) verbunden ist, der mit dem zweiten Steuereingang verbunden ist und der von dem Stoppsignalausgang zur Detektion des Stoppsignals gespeist wird, und der einen mit einer Steuerelektrode eines Transistors verbundenen Ausgangsanschluß hat, wobei der Leitungspfad des Transistors zwischen einen Eingang des Übergangssignaldetektors (30, 86) und die zweiten Speisestromanschlußmittel geschaltet ist.

3. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit mindestens einem ersten (70) und einem zweiten (72) Datenempfangsmodul, die jeweils einen jeweiligen zweiten Datenausgang zum Weitersenden von Daten zu dem Datenverarbeitungselement und einen jeweiligen Unterbrechungssignalausgang zum Weitersenden des Unterbrechungssignals umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanordnung außerdem enthält:

- ein Selektionsmittel (76), das von den zweiten Datenausgängen parallel gespeist und von den Unterbrechungssignalausgänge parallel gespeist wird, wobei das Selektionsmittel:

- erste Gatterschaltungsmittel (210, 212, 214, 216, 218, 220) zum Durchschalten eines ersten empfangenen Unterbrechungssignals an den genannten ersten Steuereingang enthält;

- zweite Gatterschaltungsmittel (228, 230, 232) zum Durchschalten von mit dem ersten Unterbrechungssignal verknüpften Daten an das Datenverarbeitungselement (78);

- Abschaltmittel (222, 224, 226,), um beim Empfang des ersten empfangenen Unterbrechungssignals die ersten und zweiten Gatterschaltungsmittel zum Durchschalten jedes Unterbrechungssignals oder jeder Daten von einem anderen als dem das erste empfangene Unterbrechungssignal erzeugende Datenempfangsmodul abzuschalten;

- in Arbeitslage schaltende Mittel (222, 224, 226), die mit dem zweiten Steuereingang verbunden sind, um beim Empfang des Stoppsignals die ersten und zweiten Gatterschaltungsmittel erneut in Arbeitslage zu schalten.

4. Datenverarbeitungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, mit einer Anzahl von j ≥ 2 Datenempfangsmodulen (70,72,74), die je einen zweiten Dateneingang und einen Unterbrechungssignaleingang haben, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Selektionsmittel :

- eine Anzahl von j Rücksetz-Setz-Latches (222, 234, 226), die jeweils einen mit dem Stoppsignaldetektor verbundenen Anschluß haben;

- eine Anzahl von j UND-Gatterschaltungsmitteln (210, 212), (214, 216), (218, 220), die jeweils (j-1) Toreingänge haben und einen jeweiligen Unterbrechungssignalausgang mit einem zugehörigen Rücksetzanschluß verbinden;

- eine Anzahl von j Schnittstellen-Gatterschaltungsmitteln (228, 230, 232), die je einen zweiten Datenausgang mit dem Dateneingang verbinden und einen Sperrzustand, einen Durchlaßzustand und einen mit einem ersten Ausgangsanschluß eines zugehörigen Rücksetz-Setz-Latches (222,224,226) verbundenen Zustandssteuereingang haben, um bei Empfang eines Sperrsignals in den Sperrzustand und bei Empfang eines Durchlaßsignals in den Durchlaßzustand gebracht zu werden;

- ein j-Eingang-ODER-Gatterschaltungsmittel (234), das von den j Rücksetzeingängen gespeist wird und den Unterbrechungssignaldetektor speist; umfassen, wobei die (j-1) Gattereingänge des UND-Gatterschaltungsmittels mit der Ordnungszahl k, 1 ≤ k ≤ j, die das Datenempfangsmodul k mit dem Rücksetz-Setz-Latch der Zahl k verbinden, mit den jeweiligen zweiten Ausgangsklemmen von Rücksetz-Setz-Latches mit den Zahlen m ≠ k, 1 ≤ m ≤ j verbunden sind.

5. Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oszillatormittel (22, 82) eine Vielzahl von Oszillatorschaltungen (244, 246,248) umfaßt, jede zur Erzeugung von Taktimpulsen einer zugehörigen Frequenz, und einen mit den Selektionsmitteln verbundenen Selektionseingang (238, 240, 242), zur Selektion einer bei Empfang eines Selektionssignals mit dem Taktausgang zu verbindenden Oszillatorschaltung, zwischen dem Empfang eines Unterbrechungssignals durch die Selektionsmittel und dem nächsten folgenden Stoppsignal.

6. Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (54) zwischen die zweiten Speisestromanschlußmittel und das Oszillatormittel (62,82) als Umgehung für einen Stand-by-Strom geschaltet wird, solange die Datenverarbeitungselemente (20, 78) in der genannten Stoppbetriebsart sind.

7. Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanordnung außerdem erste Verstärkermittel umfaßt, deren dritte Speisestromanschlußmittel mit den zweiten Speisestromanschlußmitteln verbunden sind, um die Taktimpulse zu verstärken.

8. Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanordnung außerdem zweite Verstärkermittel umfaßt, deren vierte Speisestromanschlußmittel mit den zweiten Speisestromanschlußmitteln verbunden sind, um das Stoppsignal zu verstärken.

9. Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein datengesteuertes Modul (32) mit dem ersten Datenausgang verbunden ist.