NO171816B - Informasjonsbehandlingsenhet - Google Patents

Abstract

En informasjonsbehandlingsenhet som er i stand til å utføre databehandling med nedsatt behandlingstid, omfatter en første hukommelse (100) for å lagre et antall instruksjonsord og et antall data samt en annen hukommelse (202) for midlertidig lagring av et av nevnte instruksjonsord som er lest ut fra den første hukommelse (100). Enheten omfatter videre databehand-lingsutstyr (205) for å frembringe numeriske data når nevnte instruksjonsord som er lagret i nevnte annen hukommelse (202) er et første spesielt instruksjonsord og et første felt i /. 20* dette første instruksjonsord krever frembringelse av data. Informasjonsbehandlingsenheten omfatter også ytterligere data-generatorutstyr (206) for å frembringe logiske data i det tilfelle det lagrede instruksjonsord i den annen hukommelse (202) er nevnte første spesielle instruksjonsord eller et annet spesielt instruksjonsord og et annet felt i det første eller det annet spesielle instruksjonsord krever frembringelse av data.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en informasjonsbehandlingsenhet av den art som er angitt i ingressen til patentkrav 1.

I en tidligere kjent informasjonsbehandlingsenhet er operand-data som kan frembringes fra en enkelt instruksjon begrenset til enten integraldata eller logiske data. Imidlertid kan ingen aritmetisk operasjon utføres direkte mellom sådanne data og innholdet av et aritmetisk register. Hvis en aritmetisk operasjon likevel er ønsket mellom operand-data og innholdet av et valgt aritmetisk register, må de førstnevnte data først lastes inn i et annet valgt aritmetisk register, og bare da kan den ønskede operasjon utføres mellom de to registre.

Den påkrevde behandling kan da ha behov for ekstra instruk-sjonstrinn med en tilsvarende økning av behandlingstiden. For å frembringe en enhet med tilstrekkelig funksjonskapasitet vil det videre være behov for større variasjon av instruksjonene med mer komplisert instruksjonsregulering og et større antall aritmetiske kretser.

Et eksempel på instruksjonsformatene som anvendes i den tidligere kjente enhet er angitt på sidene 5-3 og 5-4 i "IBM System/370 Principles of Operation" (9. utgave), utgitt av International Business Machines Corporation i oktober 1981.

Videre viser US-patent nr. 4 467 444 en behandlingsenhet med en aritmetisk logikkenhet som har tre operand-innganger for å muliggjøre utførelse av artitmetiske og logiske operasjoner. Denne behandlingsenhet må behandle en rekke instruksjoner for å frembringe f.eks. maskeringsdata, hvilket gir en tilsvarende økning i behandlingstid når frembringelse av sådanne data er påkrevd.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en informasjonsbehandlingsenhet som er fri for de ovenfor nevnte ulemper ved tidligere kjente behandlingsenheter. Oppfinnelsen gjelder således en informasjonsbehandlingsenhet for å frembringe operand-data fra instruksjoner, og som omfatter en første hukommelse for lagring av instruksjoner og data, en andre hukommelse for oppbevaring av et instruksjonsord som leses ut fra den første hukommelse, og en datagenerator for frembringelse av numeriske data, og som er tilknyttet den andre hukommelse for å motta et første felt i instruksjonsordet som befinner seg i den andre hukommelse og spesifiserer frembringelsen av de numeriske data.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk har informasjonsbehandlingsenheten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at den videre omfatter en generator for frembringelse av enten et første eller et andre bitmønster, og som er tilknyttet den andre hukommelse for å motta et andre felt i instruksjonsordet som befinner seg i den andre hukommelse og spesifiserer frembringelsen av bitmønsteret, idet: - det første bitmønster består av et antall M bit av høy orden som hver har logisk ener-verdi, samt et antall N bit

av lav orden som hver har logisk null-verdi, og

- det andre bitmønster består av et antall M bit av høy orden som hver har logisk null-verdi, samt et antall N bit av lav orden som hver har logisk ener-verdi, hvor M og N enten er null eller et positivt heltall, således at maskeringsdata frembringes ved hjelp av instruksjonsordet, uten tilgang til den første hukommelse fra noen annen instruksjon.

Andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er et blokkskjema av en foretrukket utførelse av

foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 er et koblingsskjerna av den viktigste del av denne

utførelse,

fig. 3 viser en sannhetstabell,

fig. 4A-4D er skjemaer for å beskrive den viste utførelse, og fig. 5 er et skjema for å beskrive virkemåten for reguleringskretsen 201.

I samtlige figurer angir samme henvisningstall tilsvarende komponenter.

I fig. 1 er det vist en foretrukket utførelse av oppfinnelsen og som omfatter en hovedhukommelsesenhet 100 for lagring av instruksjonsord (IW) og data, samt en behandlingsenhet 200. Enheten 200 omfatter videre en reguleringskrets 201 for hovedhukommelsen, et 32-bits instruksjonsregister 202, en generatorkrets 205 for numeriske data, en generatorkrets 206 for logiske data, et registerarkiv 203 med 128 64-bits aritmetiske registre, en dekoder 204, en aritmetikkrets 207 og velgerkretser 208 - 211.

Instruksjonsregisteret 202 har som arbeidsfuksjon å midlertidig lagre et instruksjonsord som over kreten 201 er lest ut fra hovedhukommelsen 100. I et instruksjonsord som befinner seg i registeret 202, utgjør: - bitposisjonene 0 - 7 et operasjonskodefelt OP for å angi den type instruksjon som skal utføres, - bitposisjonene 8 - 15 et registerutpekende felt R for å angi et av de aritmetiske registre i registerarkivet 203, - bitposisjonene 16 - 23 et første operand-utpekende felt Sl for å angi et første operand-datasett eller et av de

aritmetiske registre, og

- bitposisjonene 24 - 31 et andre operand-utpekende felt S2 for å angi et andre operand-datasett eller et annet av de aritmetiske registre.

Innholdet i operasjonskodefeltet OP avgis fra instruksjonsregisteret 202 til dekoderen 204 for å frembringe forskjellige styresignaler som kreves for utøvelse av instruksjonen.

Generatorkretsen 205, som vil bli beskrevet nærmere nedenfor, fungerer slik at den frembringer ønskede 64-bits integraldata som reaksjon på feltet Sl i instruksjonsordet IW. Generatorkretsen 206, som også vil bli nærmere beskrevet nedenfor, fungerer slik at den frembringer ønskede 64-bits logiske data som reaksjon på feltet S2 i instruksjonsordet IW. Velgerkretsen 210 velger enten data tilført fra generatoren 205 eller data tilført fra registerarkivet 203 som reaksjon på et styresignal fra dekoderen 204. Velgerkretsen 211 velger enten data tilført fra generatoren 206 eller data avgitt fra registerarkivet 203 som reaksjon på styresignalet fra dekoderen 204.

Aritmetikkretsen 207 behandler data tilført fra velgerkretsen 210 og/eller velgerkretsen 211, alt etter ordre fra OP-feltet i instruksjonsordet IW. Data fra aritmetikkretsen 207 tilføres reguleringskretsen 201 og lagres i hovedhukommelsen 100, eller avgis til velgerkretsen 208, som velger enten data tilført fra aritmetikkretsen 207 eller data utlest fra hukommelsesenheten 100 over reguleringskretsen 201 for overføring av de valgt data til registerarkivet 203. For å peke ut et av de aritmetiske registre i registerarkivet 203, velger kretsen 209 et av feltene R, Sl og S2 i instruksjonsordet IW som befinner seg i registeret 202. Reguleringskretsen 201 har en instruksjonsbuffer som f.eks. omfatter to 64-bits instruk-sjonsbufferregistre A og B.

Tilførselen av instruksjonsord til instruksjonsregisteret 202 over disse registre A og B vil bli kort beskrevet under henvisning til fig. 1 og 5. Det antas at ved et tidspunkt t0 er et instruksjonsord II lagret på forhånd i de 32 bitposi-sj oner av høy orden i bufferregisteret A, mens et annet instruksjonsord 12 er lagret i de 32 bitposisjoner av lav orden i det samme register. Instruksjonsordet II lastes da fra registeret A inn i registeret 202 og utføres. En maskin-syklus etter tidspunktet tO lastes så instruksjonsordet 12 fra registeret A inn i registeret 202 og utføres.

Ved et tidspukt ti leses i mellomtiden et instruksjonsord 13 ut fra humkommelsesenheten 100 og føres inn i de 32 bitposi-sj oner av høy orden i bufferregisteret B, mens et annet instruksjonsord 14 føres inn i de 32 bitposisjoner av lav orden i samme register. Instruksjonsordene 13 og 14 overføres samtidig ved hjelp en 64-bits databuss. Ved tidspunktene t2 og t3 lastes så instruksjonsordene 13 og 14 i rekkefølge fra bufferregisteret B inn i registeret 202 og utføres. Ved tidspunktet t3 leses så de neste instruksjonsord 15 og 16 på samme måte som beskrevet ovenfor, ut fra hukommelsesenheten 100 og føres inn i bufferregisteret A. Deretter utføres en lignende informasjonsbehandling.

Den utlesningsmetode som hittil er beskrevet utgjør imidlertid bare et eksempel, og valg av utlesningsmetode er ikke vesent-lig med hensyn til den foreliggende oppfinnelse. Hvert kretselement som utgjør den foretrukne utførelse, arbeider i synkronisme med et klokke-signal C, som vist i fig. 5.

Av fig. 2 vil det fremgå at den numeriske datageneratorkrets 205 er anordnet for å motta feltet Sl, dvs. innholdet i bitposisjonene 16-23, i det instruksjonsord som befinner seg i instruksjonsregistet 202. Innholdet i bitposisjon 16 i instruksjonsordet tilføres også registerarkivet 203. Når innholdet i bitposisjonen 16 antar logisk ener-verdi (heretter forkortet til ganske enkelt "1"), utnyttes bitposisjonene 17 - 23 i instruksjonsordet for å peke ut et aritmetisk register i registerarkivet 203. Når innholdet i bitposisjon 16 er "0"

(logisk null-verdi) vil datageneratoren 205 forsyne velgerkretsen 210 med 64-bits integraldata.

Hver av de 58 bit av høyere orden i 64-bits integraldataene er lik den logiske verdi av innholdet av bitposisjon 17 i instruksjonsordet. De seks bit i 64-bits integraldataene som er av laveste orden, er lik innholdet i bitposisjonene 18 - 23 i instruksjonsordet. Disse integraldata kan representere verdier fra -64 til +63 (idet negative tall er angitt i binære komplimentærformer).

Den logiske datageneratorkrets 206 som er anordnet for å motta feltet S2, dvs. innholdet i bitposisjonene 24 - 31 i instruksjonsordet, omfatter en dekoder 300, en mønstergenerator 301, en NOG-port 302, ELLER-porter 303 - 307, velgerkretser 308-1 - 308-8, samt eksklusive ELLER-porter 309-1 - 309-8. Når innholdet i bitposisjon 24 i instruksjonsordet er "1", anvendes bitposisjonene 25 - 31 i instruksjonsordet for å peke ut et av de aritmetiske registre i registerarkivet 203. Når innholdet i bitposisjon 24 i instruksjonsordet er "0" vil generatorkretsen 206 arbeide som beskrevet nedenfor.

Når innholdet i bitposisjonene 26, 27 og 28 i instruksjonsordet er representert ved henholdsvis b26, b27 og b28, avgir dekoderen 300 "1" fra sin utgangsklemme Ti (hvor i = b26 x 2^ + b27 x 2<1> + b28 x 2°). Når innholdet i bitposisjonene 29, 30 og 31 i instruksjonsordet er representert ved henholdsvis b29, b30 og b31, avgir generatoren 301 de 8-bits data som er vist i fig. 3, som reaksjon på disse bitposisjoner 29 - 31. NOG-porten 302 inverterer den logiske verdi som avgis fra klemmen TO for dekoderen 300. ELLER-porten 303 utfører en ELLER-operasjon på (logisk addering av) de logiske verdier som avgis fra klemmene T2 - T7, idet ELLER-porten 304 utfører en tilsvarende operasjon på verdiene fra klemmene T3 - T7, ELLER-porten 3 05 på verdiene fra klemmene T4 - T7, ELLER-porten 306 på verdiene fra klemmene T5 - T7, og ELLER-porten 307 på verdiene fra klemmene T6 og T7. Velgerkretsen 308-j (j = 1 til og med 8) har en første velgerklemme og avgir utgangsdata fra generatoren 301 til porten 309-j når utgangsverdien på den klemme T^ (k = j-1) som er koblet til den første velgerklemme i kretsen 308-j, er "1".

Hver av kretsene 308-1 - 308-7 har en andre velgerklemme, som for kretsene 308-1 - 308-6 er koblet til hver sin av portene 302 - 307, mens den for kretsen 308-7 er koblet til klemmen T7. Reaksjonen på tilførsel av "1" til den andre velgerklemme for kretsen 308-1, er at denne krets forsyner porten 309-1 med 8-bits data hvor hver bit er "1". Ved tilførsel av "1" til den andre velgerklemme for hver av kretsene 308-2 - 308-7 vil på samme måte disse kretser forsyne portene 309-2 - 309-7 med 8-bits data hvor hver bit er "1". Når både første og andre velgerklemme for hver av kretsene 308-2 - 308-7 befinner seg på "0", vil disse kretser forsyne hver sin av portene 309-1 - 309-7 med 8-bits data hvor hver bit er "0". Ved tilførsel av

"0" til den første velgerklemme for kretsen 308-8, vil denne krets forsyne porten 309-8 med 8-bits data hvor hver bit er " 0".

Utgangsdataene fra kretsen 308-j passerer den eksklusive ELLER-port 309-j når innholdet i bitposisjon 25 i instruksjonsordet er "0". På den annen side vil utgangsdataene fra kretsen 308-j passere porten 309-j med sine logiske verdier invertert, når innholdet i bitposisjon 25 i instruksjonsordet er "1".

Som det vil være åpenbart ut fra beskrivelsen ovenfor, avgir kretsen 206 64-bits logiske data. Disse 64-bits logiske data består av m bit av høyere orden (m = b26 x 2^ + b27 x 2<4> + b28 x 2<3> + b29 x 2<2> + b30 x 2<1> + b31 x 2°) som hver antar "1", samt 64-m bit av lavere orden, som hver antar "0" når innholdet i bitposisjon 25 i instruksjonsordet er "0". I motset-ning til dette vil de 64-bits logiske data bestå av m bit av høyere orden og som hver antar "0", mens 64-m bit er av lavere orden og hver er "1", når innholdet av bitposisjon 25 i instruksjonsordet er "1".

Operand-data som oppnås som reaksjon på feltene Sl og S2 i instruksjonsordet, overføres på denne måte til aritmetikkretsen 207 for å gjøres til gjenstand for den operasjon som er angitt av operasjonskodefeltet OP i instruksjonsordet. Resultatet av denne operasjon lastes inn i det aritmetiske register som er utpekt av feltet R i instruksjonsordet.

Noen av de instruksjoner som anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet. En logisk instruksjon om høyre-forskyvning (SRL - Shift Right Logically) gjelder forskyvning av enten innholdet i et aritmetisk register eller av operand-data, som begge utpekes av feltet S2 i instruksjonsordet, i retning mot høyre med det antall bit som angis av feltet Sl i instruksjonsordet, samt innlasting av resultatet i et aritmetisk register som utpekes av feltet R i instruksj onsordet.

Fig. 4A angir et eksempel på et sådant instruksjonsord, mens fig. 4B angir 64-bits data oppnådd ved dette instruksjonsord. Med anvendelse av dette eksempel på instruksjonsord kan maskedata for uttrekk av en datagruppe (fortrinnsvis 1 Byte) frembringes uten tilgang til hovedhukommelesenheten 100 og anvendelse av andre instruksjonsord.

En instruksjon om fasttall-addisjon (ADD) går ut på sådan addisjon av to operander utpekt av feltene Sl og S2 i instruksj onsordet, samt innlasting av resultatet i et aritmetisk register som er utpekt av feltet R i instruksjonsordet.

Fig. 4C angir et eksempel på et sådant instruksjonsord, hvorved "1" adderes til data utpekt av feltet S2 i instruksj onsordet .

En OG-instruksjon (AND) går ut på å ta bit for bit det logiske produkt av to operander utpekt av feltene Sl og S2 i instruksj onsordet for å laste inn resultatet i et aritmetisk register utpekt av feltet R i instruksjonsordet. Fig. 4D angir et eksempel på et sådant instruksjonsord.

Som reaksjon på feltet S2 i det angitte instruksjonsord oppnås de 64-bis logiske data, hvis- mest signifikante bit er "0" og hver av de gjenværende 63 bit er "1". Dersom innholdet i det aritmetiske register som er utpekt av feltet Sl i instruksj onsordet er flytetalldata, hvis mest signifikante bit er en fortegnsbit, vil utførelsen av instruksjonsordet gi en absoluttverdi for vedkommende flytetalldata, idet det antas at disse flytetalldata er positive når deres fortegnsbit er "0" og negative når vedkommende fortegnsbit er "1".

Instruksjoner som ikke utnytter generatorkretsene 205 og 206 databehandles naturligvis på samme måte som i kjent teknikk.

For en operasjon mellom to registre velges f.eks. to inngangs-registre fra registerarkivet 203 ved hjelp av feltene R og Sl i et instruksjonsord, og resultatet av den operasjon som angis av instruksjonsordet lagres i det register som er utpekt av feltet R i instruksjonsordet. Feltet S2 i instruksjonsordet kommer i dette tilfelle ikke til anvendelse.

Skjønt integraldata i den foretrukkete utførelse frembringes som numeriske data av den numeriske datageneratorkrets, kan imidlertid de således frembragte numeriske data være flytetalldata.

Claims (4)

1. Informasjonsbehandlingsenhet for å frembringe operand-data fra instruksjoner, og som omfatter: - en første hukommelse (100) for lagring av instruksjoner og data, - en andre hukommelse (202) for oppbevaring av et instruksjonsord som leses ut fra den første hukommelse (100), og - en datagenerator (205) for frembringelse av numeriske data, og som er tilknyttet den andre hukommelse (202) for å motta et første felt (Sl) i instruksjonsordet som befinner seg i den andre hukommelse og spesifiserer frembringelsen av de numeriske data, karakterisert ved at den videre omfatter: - en generator (206) for frembringelse av enten et første eller et andre bitmønster, og som er tilknyttet den andre hukommelse (202) for å motta et andre felt (S2) i instruksj onsordet som befinner seg i den andre hukommelse og spesifiserer frembringelsen av bitmønsteret, idet: det første bitmønster består av et antall M bit av høy orden som hver har logisk ener-verdi, samt et antall N bit av lav orden som hver har logisk null-verdi, og det andre bitmønster består av et antall M bit av høy orden som hver har logisk null-verdi, samt et antall N bit av lav orden som hver har logisk ener-verdi, hvor M og N enten er null eller et positivt heltall, således at maskeringsdata frembringes ved hjelp av instruksjonsordet, uten tilgang til den første hukommelse fra noen annen instruksjon.

2. Informasjonsbehandlingsenhet som angitt i krav 1, og som videre omfatter en tredje hukommelse (203) med et antall individuelt adresserbare lagersteder beregnet for lagring av data som leses ut fra den første hukommelse (100), karakterisert ved at den er slik innrettet at lagerstedene adresseutpekes av enten det første felt (Sl) eller det andre felt (S2) i instruksjonsordet som befinner seg i den andre hukommelse (202).

3. Informasjonsbehandlingsenhet som angitt i krav 2, og som videre omfatter utstyr (207) for aritmetiske operasjoner, karakterisert ved at aritmetikkutstyret (207) er innrettet for å motta to av følgende tre datasett: - de numeriske data fra datageneratoren (205), - bitmønsteret fra bitmønster-generatoren (206) og/eller - data fra den tredje hukommelse (203), for å utføre den operasjon som er angitt i instruksjonsordet som befinner seg i den andre hukommelse (202).

4. Informasjonsbehandlingsenhet som angitt i krav 3, karakterisert ved at den er slik innrettet at resultatet av operasjonen utført ved hjelp av aritmetikkutstyret (207) lagres i det av lagerstedene i den tredje hukommelse (203) som angis av instruksjonsordet i den andre hukommelse (202).