DE4412706A1

DE4412706A1 - Vorrichtung zur Fernabbildung eines parallelen Computer-Busses (Bild-Bus-System)

Info

Publication number: DE4412706A1
Application number: DE19944412706
Authority: DE
Inventors: Otto Prof Dr Eggenberger; Mark-Tell Schneider; Manfred Rausch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1995-10-19

Description

In den bekannten Rechnersystemen mit mehreren Arbeitsplätzen wird die Hardware üblicherweise so verteilt, daß entweder ein Zentralrechner existiert, der über ein Übertra gungsmedium ein Software-Protokoll mit einem oder mehreren Terminals abwickelt (z. B. X-Terminals über Ethernet), oder es werden mehrere eigenständige Rechner über ein lokales Netzwerkmiteinander gekoppelt (z. B. Personal-Computer über Ethernet).

Erstere Ausführung hat die folgenden Nachteile:

- Dem Benutzer wird üblicherweise keine Möglichkeit der Hardware-Konfiguration am Arbeitsplatz gegeben, sondern er ist (bis auf wenige Einflußmöglichkeiten wie Speicher erweiterung bei X-Terminals) auf die gegebene Konfiguration beschränkt
- Derartige Systeme sind sehr teuer.
- Eine Benutzung der weit verbreiteten PC-Software ist auf solchen Systemen nicht möglich.

Zweitere Ausführung hat die folgenden Nachteile:

- der Zugriff auf gemeinsame Resourcen wird durch die Übertragung über das Netzwerk langsam im Vergleich zu lokal vorhandenen Resourcen.
- die Nutzung der Rechenleistung anderer im Netz befindlicher Rechner ist nicht möglich.
- es besteht kein effizienter Zugangsschutz bezüglich Hard- und Softwaremanipulationen.
- Änderung und Wartung der Software muß an jedem Arbeitsplatz einzeln vorgenommen werden.
- mechanisch bewegte Komponenten wie Festplatte und Ventilator erzeugen am Arbeits platz einen permanenten Geräuschpegel.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Mehr platz-Rechensystem bereitzustellen, welches eine flexible, zu existierender Hardware vollständig kompatible und gleichzeitig preisgünstige Hardwarekonfiguration am Arbeits platz ermöglicht und zudem eine Anordnung der Zentralprozessoren in Form eines Multiprozessorsystems möglich macht, die einen schnellen parallelen Zugriff auf gemein same Resourcen sowie die Nutzung der Rechenleistung anderer Zentralprozessoren des Systems erlaubt.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß unter Verwen dung marktüblicher und möglicherweise bereits beim Anwender vorhandener Peripherie- Hardware eine nach den Erfordernissen des jeweiligen Arbeitsplatzes gestaltete Peripherie-Konfiguration zusammengestellt werden kann, durch die volle Hardware-Kom patibilität bereits vorhandene bzw. am Markt befindliche Software unverändert verwendet werden kann und zudem die zum jeweiligen Arbeitsplatz gehörenden Zentralprozessoren zentral lokalisiert sind und damit zum einen die Möglichkeit des schnellen parallelen Zugriffs auf gemeinsame Resourcen und die Nutzung der Rechenleistung anderer im System befindlicher Zentralprozessoren gegeben wird, zum anderen ein unkontrollierter Zugang zu Hard- und Software verhindert wird, indem die Zentralprozessoren samt gemeinsamer Resourcen nicht frei zugänglich installiert werden, so daß nur kontrollierte Änderungen an Hard- und Software möglich sind, wodurch Manipulation an der Hardware sowie Inkonsistenz im Programm- und Datenbestand und die Gefahr der Einschleusung von Computerviren vermieden wird; schließlich befinden sich sämtliche geräuscherzeu genden Komponenten wie Kühlsysteme (Ventilatoren, Klimaanlage) und Festplatten zentral bei den Prozessoren, so daß die Geräuscherzeugung am Arbeitsplatz vermieden wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 2 bis 5 angege ben:

Zu Patentanspruch 2: Werden von der Umsetzvorrichtung (3) nur Peripheriezugriffe aus einem Teil des Peripherie-Adreßraums des Zentralprozessors (1) entgegengenommen, so ist es möglich, einen Teil der Peripherie direkt am Peripherie-Bus (2) zu belassen, einen anderen Teil am entfernten Bild-Bus (6) anzuschließen. Die Umsetzvorrichtung (3) kann so konzipiert werden, daß sie entweder durch Hardware (z. B. DIP-Schalter) oder durch Software konfigurierbar ist und so jederzeit bestimmt werden kann, aus welchem Teil oder welchen Teilen des Peripherie-Adreßraums sie Peripheriezugriffe entgegennimmt.

Zu Patentanspruch 3: Sofern in der am Bild-Bus (6) angeschlossenen Peripherie Firmware (d. h. Software in einem Festwertspeicher) enthalten ist, ist es sinnvoll, den Inhalt dieses Festwertspeichers vor Benutzung des Systems in einen in der Umsetzvorrichtung (3) vorgehaltenen Speicher zu kopieren und die Firmware in diesem Speicher auszuführen. Dies bietet die von einem Cache-Speicher her bekannten Vorteile und erhöht zudem die Fehlersicherheit des Systems, da bei der Befehlsausführung der Firmware nicht für jeden Befehl ein Zugriff auf die entfernt gelegene Peripherie nötig ist.

Zu Patentanspruch 4: Sofern das Übertragungsmedium (4) als ein einziger Basisbandkanal realisiert ist, dessen Übertragungsrichtung nach Bedarf umgeschaltet wird, erlaubt dieser durch Hardware realisierte Interrupt-Polling-Mechanismus eine kollisionsfreie Halbdu plex-Datenübertragung. Um eine ausreichend schnelle Weitermeldung auftretender Peri pherie-Interrupts an den Zentralprozessor (1) zu gewährleisten, wird der Interrupt-Status aller Peripheriegeräte (7) mit jedem Peripherie-Lesezugriff des Zentralprozessors (1) zusammen mit den gelesenen Daten an den Zentralprozessor (1) übertragen. Führt der Zentralprozessor (1) innerhalb einer an der Umsetzvorrichtung (3) einstellbaren Mindest zeit keinen Peripherie-Lesezugriff durch, so wird automatisch von der Umsetzvorrichtung (3) ein spezieller Interrupt-Status-Lesezugriff durchführt. Tritt ein solcher Interrupt-Sta tus-Lesezugriff der Umsetzvorrichtung (3) gleichzeitig mit einem Peripherie-Lesezugriff des Zentralprozessors (1) auf, so hat letzterer Vorrang und ersterer braucht nicht durchge führt zu werden. Dieser Mechanismus bewirkt, daß die Interrupt-Status-Lesezugriffe der Umsetzvorrichtung (3) den Durchsatz des Gesamtsystems nicht nachteilig beeinflussen.

Zu Patentanspruch 5: Es ist möglich, die Umsetzvorrichtungen (3) und (5) mit einer Hardware oder Software zur Fehlererkennung zu versehen, so daß Fehler, die durch die Informationsübertragung über das Übertragungsmedium (4) entstehen, erkannt und ggf. korrigiert werden, so daß die Fehlertoleranz des Systems erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben; zum besseren Verständnis soll die schematische Darstellung in Fig. 1 dienen:

Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung des Bild-Bus-Systems.

Ein funktionierender Prototyp des Bild-Bus-Systems zum Nachweis der Wirkungsweise der Erfindung wurde auf folgende Weise realisiert:

Als Zentralprozessor (1) wird ein handelsüblicher Rechner mit einem 80486-Prozessor verwendet, der mit einem PC/AT-Bus (2) ausgestattet ist. An diesen wird die Umsetzvor richtung (3) angeschlossen, welche eine eigens zu diesem Zweck entworfene elektronische Schaltung ist, die einen Teil der Peripheriezugriffe des Peripherie-Adreßraums (nämlich Zugriffe auf die parallele und serielle Schnittstellenkarte, die VGA-Video-Karte, die Tastatur und den Lautsprecher) entgegennimmt, die für den Peripheriezugriff benötigte Information serialisiert und auf ein Übertragungsmedium (4) bringt. Der verwendete Parallel/Seriell-Wandler erlaubt eine Datenübertragung über Koaxialkabel bis zu 100 m Länge mit einer Übertragungsrate von bis zu 260 Megabit/Sekunde. Das Übertragungs medium (4) besteht hier aus zwei parallel verlaufenden Koaxialkabeln, das eine für die Datenübertragung von Umsetzvorrichtung (3) zu Umsetzvorrichtung (5), das andere für die gegenläufige Übertragungsrichtung. Die Umsetzvorrichtung (5) ist ebenfalls eine zu diesem Zweck entworfene elektronische Schaltung, die die über das Übertragungsmedium (4) ankommenden Informationen empfängt und auf dem Bild-Bus (6) Signale und Signal folgen erzeugt, die zu denjenigen Signalen und Signalfolgen kompatibel sind, die bei einem entsprechenden Zugriff auf dem Peripherie-Bus (2) auftreten würden. Auf diese Weise wird der Zugriff auf die am Bild-Bus (6) angeschlossene PC/AT-Peripherie (Parallele und serielle Schnittstelle, VGA-Video-Karte, Tastatur und Lautsprecher) durchgeführt. Sofern es sich um einen Lesezugriff handelt, wird das gelesene Datum von der Umsetzvorrichtung (5) serialisiert und über das Übertragungsmedium (4) an die Umsetzvorrichtung (3) zurückgesandt, welche das Datum an den Zentralprozessor (1) übergibt. Für die Abarbei tung der auf der VGA-Video-Karte befindlichen Firmware wurde in der Umsetzvorrich tung (3) ein entsprechend großer Schreib-Lese-Speicher und eine Ansteuer-Elektronik vorgesehen, so daß vor Benutzung des Systems der Inhalt des Firmware-Speichers auf der am Bild-Bus (6) angeschlossenen VGA-Video-Karte einmal gelesen und in den Speicher der Umsetzvorrichtung (3) geschrieben werden kann. Die Elektronik verhindert durch entsprechende Konzeption weitere unerwünschte Schreibzugriffe auf diesen Speicher. Auf diese Weise kann die VGA-Firmware im Zentralprozessor-nahen Speicher der Umsetz vorrichtung (3) ablaufen, wodurch sich die Fehlersicherheit des Systems erhöht. Weiterhin wurde in der Umsetzvorrichtung (3) der Mechanismus zur Übertragung des Interrupt-Sta tus der Peripherie (7) an den Zentralprozessor (1) realisiert, obwohl im vorliegenden Fall getrennte Koaxialkabel für die geweilige Übertragungsrichtung verwendet wurden. Auf diese Weise wird die Funktionstüchtigkeit dieses Mechanismus gezeigt, und es kann ohne Änderung der übrigen Anordnung auf ein in der Übertragungsrichtung umschaltbares Einkanal-Basisband-Übertragungsmedium übergegangen werden, da keine Kollision ge genläufiger Datenströme auftreten kann. Die Übertragungsrate des Übertragungsmediums (4) im vorliegenden Beispiel ist so hoch, daß sie sich nicht nachteilig auf den Durchsatz des Gesamtsystems auswirkt. Auf den Einbau einer Fehlererkennungs- und Fehlerkorrek tur-Vorrichtung wurde im vorliegenden Prototypen verzichtet.

Claims

1. Vorrichtung zur Fernabbildung eines parallelen Computer-Busses (Bild-Bus-System), bestehend aus dem Zentralprozessor (1) mit zugehörigem Peripherie-Bus (2), einem Bild-Bus (6) und daran angeschlossener Peripherie (7) sowie einem Übertragungsmedium (4) und Umsetzvorrichtungen (3) und (5), dadurch gekennzeichnet, daß Peripheriezugriffe des Zentralprozessors (1) von einer am in seiner Länge aus elektro technischen Gründen begrenzten parallelen Peripherie-Bus (2) angeschlossenen Umsetz vorrichtung (3) entgegengenommen werden, auf ein im Vergleich zur Länge des Peripheriebusses (2) langes Übertragungsmedium (4) gebracht, über dieses übertragen und von einer räumlich entfernt liegenden Umsetzvorrichtung (5) der für den Zentralprozessor (1) transparent erscheinende Zugriff auf die am zum Peripherie-Bus (2) kompatiblen Bild-Bus (6) angeschlossene und zum Peripherie-Bus (2) kompatible Peripherie (7) durchgeführt und ggf. eine Rückübermittlung von Information vorgenommen wird.

2. System nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzvorrichtung (3) so konfigurierbar ist, daß wahlweise Peripheriezugriffe im vollständigen Peripherie-Adreßraum oder nur Peripheriezugriffe in einem Teil des Peri pherie-Adreßraums des Zentralprozessors (1) von der Umsetzvorrichtung (3) entgegenge nommen werden.

3. System nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzvorrichtung (3) so konzipiert ist, daß die in der verwendeten Peripherie (7) enthaltene Firmware über das Übertragungsmedium (4) in einen in der Umsetzvorrichtung (3) vorgehaltenen Speicher geladen und dort ausgeführt werden kann.

4. System nach Patentanspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Peripherie (7) erzeugte Interrupts von der Umsetzvorrichtung (5) mit jeder Datenübertragung eines Peripherie-Lesezugriffs des Zentralprozessors (1) oder durch einen speziellen Interrupt-Status-Lesezugriff der Umsetzvorrichtung (3) über das Übertra gungsmedium (4) an die Umsetzvorrichtung (3) übertragen und von dieser an die Inter rupt-Eingänge des Zentralprozessors (1) weitergeleitet werden.

5. System nach Patentanspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzvorrichtungen (3) und (5) so ausgeführt sind, daß bei fehlerhafter Informa tionsübertragung über das Übertragungsmedium (4) eine Fehlererkennung mit oder ohne Fehlerkorrektur durchgeführt wird.