DE2325137C3 - Speichereinrichtung mit Bereitschaftsspeicherelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speichereinrichtung für eine Datenverarbeitungsanlage mit einem

jo Wortspeicher mit wortweise angeordneten Speicherelementen, in dem für jedes Wort außer den Speicherelementen für die Bits wenigstens ein Bereitschaftselement vorhanden ist, wobei die Adresse eines Speicherelements (Bits) innerhalb eines Wortes durch einen Bitindex definiert ist, mit einem Wortregister, in welchem die Wörter im Zusammenhang mit dem über ein Steuerwerk der Datenverarbeitungsanlage gesteuerten Einschreiben und Auslesen des Wortspeichers zwischengespeichert werden, mit Schreib- und Leseleitungen, auf weichen dnc Bits der Wörter zwischen dem Wortregister und dem Wortspeicher und umgekehrt übertragen werden, mit einem Wortadressenregister, in welchem eine Wortadresse zwischengespeichert wird, unter der ein Wort in eine durch die Wortadresse bestimmte Wortstelle in den Wortspeicher eingeschrieben bzw. aus diesem ausgelesen wird, und mit einer Erkennungsschaltung, die in Verbindung mit dem Ein-Ausschreiben in bzw. aus einer Wortstelle e^rfaßt, ob diese ein zu ersetzendes

so Speicherelement aufweist, und in diesem Fall für den Einsatz dieses Speicherelements durch das Bereitschaftselement sorgt.

Eine derartige Speichereinrichtung ist aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin. Februar 1964, Seiten 1 und 2, bekannt. Bei der dort beschriebenen Einrichtung wird jeweils beim Lesen festgestellt, ob ein fehlerhaftes Speicherelement in einem zu lesenden Wort vorliegt. Diese Feststellung erfolgt über Sensoren bzw. Abfühlverstärker, welche fehlerbehaftet sein können. Außerdem eignet sich die bekannte Einrichtung nicht dazu, verschiedene Bits eines Wortes programmgesteuert zu ersetzen. Dies ware insbesondere für programmgesteuerte Testabläüfe .von Vorteil.

Durch die US-PS 3289169 ist es für Testzwecke bekannt) einzelne Bits eines Wortes durch ein Bitindexregister zu adressieren.

Durch die US-PS 3633175 ist Weiter eine Speichereinrichtung bekannt, die Sensoren vermeidet.

Dies wird mit Hilfe eines Bereitschaftsspeichers erreicht, wobei die Adresse des das fehlerhafte Element enthaltenden Wortes in dem Bereitschaftsspeicher gespeichert ist. Dieser Adresse ist im Bereitschafts-Speicher eine neue Adresse zugeordnet, die das im Hauptspeicher gespeicherte Ersatzwort definiert. Dadurch wird bei vielen Bitfehlern in getrennten Wörtern der Speicheraufwand für die Speicherung der Ersatzwörter sehr groß.

Schließlich ist es durch das IBM Technical Disclo- to sure Bulletin, Januar 1971, Seite 2380, bekannt, Bitindices zur Kennzeichnung zu ersetzender Speicherelemente zu speichern. Die dort beschriebene Einrichtung hat ebenfalls den Nachteil, daß jeweils ein ganzes B ereitschaftswort für einzelne zu ersetzende Bits eines ι ί anderen Wortes reserviert werden muß und zahlreiche Adressen zu speichern sind, was viel Speicherplatz benötigt.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Speichereinrichtung und insbesondere auch der Einrichtung gemäß US-PS 3633 175 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Speichereinrichtung mit möglichst wenig Bereitschaftsspeicherraum und optimaler Flexibilität zu schaffen, die gut programmge- · steuert testbar ist und ein Aufrechterhalten der Betriebstauglichkeit auch dann erlaubt, wenn einzelne Speicherelemente während des Betriebs fehlerhaft werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. jn

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und ist zur weiteren Erläuterung der Erfindung im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung deutet an, wie die einzelnen Teile entsprechend einer sonst bekannten Datenverarbeitungstechnik mit Hilfe eines Steuerwerks SE für Mikroprogramme gesteuert werden. Entsprechend diescr bekannten Technik werden digitale Worter, bestehend aus Bits, bzw. Wortadressen von der Zentraleinheit des Rechners zum Wortregister OR sowie von einem Wortadressenregister ORR der Speichereinrichtung zu der Zentraleinheit übertragen, was in der Zeichnung durch ankommende und wegführende Pfeile angedeutet ist. Das Wortadressenregister ist mit einem Wortadressendekoder OAA verbunden, und die Wörter werden mit Hilfe von in das Wortadressenregister OAR eingeschriebenen und in einem Wort- 5η adressendekoder OAA decodierten Adressen in einen Wortspeicher OMder Speichereinrichtungeingelesen bzw. aus uem Wortspeicher OM ausgelesen. Ein Mikroprogramm gibt durch Aktivieren von Steuerleitungen .S und L «wischen dem Steuerwerk SE und dem Wortspeicher OM an, daß ein Einschreiben oder Auslesen stattfinden soll.

Jedes einzelne von Registerelementen Rl. Rl... Rn des Wortregisters registriert ein Bit. welches durch einen zugehörigen Bitindex M, bl... bn definiert ist und einen Teil eines digitalen Wortes bildet. Für jede Wortadresse enthält der Wörtspeicher OM eine Gruppe von Speicherelementen El, El,,, En zum jeweiligen Speichern der Bits mit den Bitindices bl, bl... bn. Diese Bits werden von bzw. zu den Registerelementen des Wortregisters auf Schreibleitungen ILl, ILl... ILn bzw. auf Leseleitungen ULI, ULI... ULn und über UND·Glieder GIl. GIl... GIn übertragen, welche einen Teil von Umschaitem OKI, OKI... OKn bilden, deren Funktion später beschrieben werden wird.

Außer den beschriebenen Speicherelementen El, El... En enthält jede Elementengruppe Bereitschaftselemente. Die Ausführungsform entsprechend der Zeichnung zeigt, daß jede Elementengruppe durch ein Bereitschaftselement Er erweitert ist, welches über eine Bereitschaftsschreibleitung ILr mit Einschreibtorschaltungen GIl, GU... GIn und über eine Bereitschaftsleseleitung ULr mit UND-Gliedern G31, G32... G3n verbunden ist, welche einen Teil der erwähnten Umschalter bilden. Die Zeichnung zeigt, daß z. B. die Einschreibtorschaltung GIl in ihrem aktivierten Zustand infolge einer binären »1« an ihrem Steuereingang STLeine Schreibverbindung zwischen dem Registerelement Rl und dem Bereitschaftselement Er aufbaut. Es ist weiter zu erkennen, daß z. B. der Umschalter OKI zwei alternative Leseverbindungen zu dem Registerelement Rl aufbaut. Die Schaltfunktion erf'.jjt auf bekannte Weise mit Hilfe der UND-Gliedet G2* und G31, deren Ausgänge mit dem Registerelement Al verbunden sind, welches somit mit dem Speicherelement £1 bzw. mit dem Bereitschaftselement Er verbunden ist, wenn das entsprechende UND-Glied G21 bzw. G31 aktiviert ist. Wenn ein invertierender Steuereingang des UND-Gliedes G21 und ein Steuereingang des UND-Gliedes G31 mit dem Steuereingang 572 des Umschalters verbunden sind, wird die Ruhe- oder Arbeitsstellung des Umschalters als Ergebnis einer binaren »0« oder »1« an dem Steuereingang STl bewirkt. In das Registerelement Rl wird in der Ruhestellung von dem Speicherelement £1 und in der Arbeitsstellung von dem Bereitschaftselement Er ein Bit eingelesen.

Eine Speichereinrichtung gemäß der Erfindung umfaßt weiter ein Bitindexregister BR und einen mit diesem verbundenen Bitindexdekoder BA, dessen Ausgänge in der Reihenfolge der Bitindices mit den Steuereingangen 571, 5711 der entsprechenden Einscraeibtorschaltungen Gllü G12... GIn und Umschalter OKI, OKI... OKn verbunden sind. Entsprechend der Zeichnung sind in den Steuerleitungen der Umschalter Sperrglieder G41, G42... G4n vorgesehen. Die Funktion der Sperrglieaer wird später beschrieben werden. Bis dahin soll angenommen werden, daß sie als normale geschlossene Kontakte arbeiten. Wie das Wortregister Oä wird auch das Bitindexregister BR von der Zentraleinheit des Rechners eingespeist, wobei ein von dem Steuerwerk SE des Rechners ausgewählter Bitindex bl. bl... bn in binarer Form registriert wird. Dies ist in der Zeichnung durcl- einen Pfeil in ankommender Richtung und eine Steuerverbindung von dem Steuerwerk zu dem Bitindexregister angedeutet. Jeder registrierte Bitindex aktiviert einen der Ausgänge des Bitindexdekoden, so daß das binäre Bit in einem digitalen Wort, definiert durch den registrierten Bitindex, sowohl in das von dem Bitindex definierte Speicherelement als auch in das bereit-jchaftselement eingelesen, jedoch nur aus dem Bereitschaftselement ausgelesen wird, welches so das entsprechende Speicherelement ersetzt Der regl· strierte Bitindex kann als Ergebnis eines FehlefSiUchprogrammsfür fehlerhafte Speicherelemente erhalten worden sein, die Speichereinrichtung braucht jedoch nicht abgeschaltet zu werden, bis das Bedienungspersonal den fehlerhaften Wortspeicher ersetzt hat. Auf

das Zusammenarbeiten zweier Rechner angewendet heißt daSj daß ein fehlerhaft gewordenes Speicherelement die erzielte Zuverlässigkeit praktisch überhaupt riiciht beschränkt.

In der bisher beschriebenen Speichereinrichtung werden infolge eines in dem Bitindexregister BR registrierten Bitindex die entsprechenden Speicherelemente in allen Elementengruppen durch ihre entsprechenden Bereitschaftselemente ersetzt obwohl nur eine der Elementengruppen fehlerhaft ist. Wenn jede Elementengruppe mehrere Bereitschaftselemente mit zugehörigen Einschreibtorschaltungen, Umschaltern und Bitindexregistern umfaßt, können mehrere Fehler in dem Wortspeicher OM eliminiert werden, ohne die Zuverlässigkeit des Rechners zu beeinflussen. Gewöhnlich ist jedoch in solchen Wortspeichern die Zahl der Elementengruppen wesentlich größer als die Zahl üer Elemente in jeder Gruppe. Daiier isi die Wahrscheinlichkeit gering, daß ein neuer Fehler in dem Wortspeicher innerhalb einer Gruppe auftreten wird, weiche bereits ein fehlerhaftes Element enthält. Der Gedanke der Verwendung von Bereitschaftselementen auf eine flexiblere Weise beruht auf dieser Wahrscheinlichkeitsbeurteilung. Zu diesem Zweck ist ein in der Zeichnung gezeigter Bitindexspeicher BM vorgesehen, in welchem unter der Steuerung des Steuerwerks SE des Rechners ausgewählte B'tindi^es gespeichert werden, welche mit Hilfe des Bitindexregisters BR und eines Bitindexadressenregisters BAR eingeschrieben und ausgelesen werden. In dem Bitindexadressenregister BAR wird unter der Steuerung des Steuerwerks des Rechners eine Bitindexadresse synchron mit der Wortadressenregistrierung in dem Wortadressenregister OAR registriert. Zwei Alternativen sind denkbar für die Beziehungen zwischen den Wortadressen des Wortspeichers und den Bitindexadressen des Bitindexspeichers. Die erste Alternative ist eine feste Beziehung, bei welcher jede Bitindexadresse unveränderbar ihrer Wortadressengruppe zugeordnet ist, was im Extremfall zu der gleichen Zahl von Bitindexadressen wie Wortadressen führen würde. In einem solchen Fall kann ein Speicherelement in jedem Wortspeicherteil, definiert durch eine Wortadressengnippe, ohne Begrenzung der Zuverlässigkeit der parallel arbeitenden Systeme fehlerhaft werden. Die zweite Alternative ist eine flexible Adressenbeziehung, bei welcher das Steuerwerk SE eine der Bitindexadressen auswählt, um sie einer Wortadresse zuzuordnen, welche eine fehlerhafte Elementengrupfs angibt, oder um sie einer Wortadressengnippe zuzuordnen, deren zugehörige Elementengruppen überwacht werden sollen, wie später beschrieben werden wird. Die Flexibilität vergrößert zugegebenerweise die Kosten des Steuerwerks SE, jedoch läßt sich mit einem relativ kleinen Bitindexspeicher BM erreichen, daß jede Bitindexadresse zwecks Ersatz eines fehlerhaften Speicherelemente nur einer Wortadresse zugeordnet wird. Wie bekannt, müssen die Inhalte der zwei parallel arbeitenden Wortspeicher rekoordiniert werden, ehe die durch einen Fehler in einem der Wortspeicher unterbrochene Arbeit der beiden parallelen Rechner fortgesetzt werden kann. Die Koordination ist jedoch auf ein einziges Wort begrenzt, wenn lediglich das fehlerhafte Speicherelement durch ein Berertschaftseiement ersetzt wird, während die nicht fehlerhaften Elementengruppen unbeeinflußt bleiben.

Es ist bisher angenommen worden, daß ein Bitindex in dem Bitiiidexregister BR registriert wird, wenn ein fehlerhaftes Speicherelement identifizier« worden ist, um mit Hilfe einer Einschreibetorschaltung und eines Umschalters dieses fehlerhafte Element durch ein Be^ reitschaftselement zu ersetzen Wenn während des normalen Arbeitens des Rechners mit einem fehlerlosen Wortspeicher ein beliebiger Bitindex in dem Bit^ indexregister registriert wird, werden fehlerlose digl· tale Wörter selbst darin in das Wortregister gelesen.

wenn entsprechend den obigen Ausführungen die durch den beliebigen Bitindex definierten Bits vnn den Bereitschaftselementen ausgelesen werden. In der Speichereinrichtung gemäß der Erfindung können daher Bitindices auch zur Überwachung eines fehlerlosen Wortspeichers registriert werden, wobei die Ausgänge des Bitindexdekoders BA zugehörige Uberwachungstorschaltungen G51, O52... GSn aktiviertn, weiche im aktivierten Zustand üie Lescicuüi'igci'i ucf entsprechenden Speicherelemente El, El.. En mit

einem ersten Eingang einer Überwachungseinrichtung OV verbinden, deren zweiter Eitigang mit der Bcreitschaftsleseleitung ULr verbunden ist. Die Überwachungseinrichtung, welche z. B. aus einem EXKLUSIV-ODER-Glied EO besteht, gibt an ihrem Ausgang ein Alarmsignal zu dem Steuerwerk SE des .Rechners ab, wenn die zu ihren Eingängen ühertragenen BiVisich voneinander unterscheiden. Die Aufgabe dieser Überwachung besteht hauptsächlich darin, zu kontrollieren, ob der Zustand der Speichereinrichtung die Durchführung eines Umsclialtw.rganges, hervorgerufen durch ein fehlerhaftes Element, wie oben beschrieben ermöglicht.

Wenn jedoch die Speichereinrichtungmitdemobenerwähnten Bitindexspeicher BM versehen ist, so daß für jede Wortadresse ein Bitindex registriert wird, so wird die normale Arbeit des Rechners nicht gestört, wenn zum Zwecke der Überwachung der einer Elementengruppe zugeordnete Bitindex zusammen mit jedem Einschreiben in diese Elementengruppe geändert wird. Man erhält auf diese Weise eine intensive interne Überwachung aller Speicherelemente. Wenn die Überwachungseinrichtung ÖV den Rechner alarmiert, ehe der entsprechende Fehler ein Stoppen der beiden parallel arbeitenden Rechner bewirkt, ist das Speicherelement fehlerhaft geworden, welches durch den im Zeitpunkt des Alarms registrierten Bitindex definiert ist. Die Überwachung der entsprechenden Elementengruppe wird gestoppt, und dieser Bitindex wird in dem Bitindexspeicher unter der entsprechenden Bitindexadresse beibehalten, so Cc& das fehlerhafte Element während des weiterlaufenden Arbeitens des Rechners beim Auslesen nicht mehr mit dem Wortregister OR verbunden ist.

In der Zeichnung deuten von dem Bitindexregister BR und dem Bitindexadressenregister BAR wegzeigende Pfeile an, daß im Zeitpunkt des Alarms die entsprechenden Registrierungen als Prüfdaten in dem Rechner verwendet werden können, z. B. für das früher erwähnte Fehlersuchprogramm. Die Zeichnung zeigt eine Sperreinrichtung G6, welche so angeordnet ist, daß sie im nicht aktivierten Zustand die Abgabe eines Alarmsignals von der Überwachungseinrichtung ö V verhindert. Wenn ein fehlerhaftes Speicherelement entweder mit Hilfe der internen Überwachung der Speichereinrichtung oder durch ein Früipro-

• gramm zur Fehlersuche gefunden wurde, und wenn das fehlerhafte Speicherelement gemäß der Erfindung durch ein Bereitschaftselement ersetzt wurde, würde

nämlich ohne die Sperreinrichtung bei jedem Auslesen aus der entsprechenden Elementengruppe ein Alarmsignal abgegeben werden. Die Sperreinrichtung G6 besteht in ihrer einfachsten Ausführung aus einem UND-Glied, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des EXKLÜSiV-ODER-GIieds EO verbunden ist, und dessen zweitem Eingang über das Steuerwerk SE des Rechners ein Anzeigesignal in binärer Form zugeführt wird; Die Zeichnung zeigt einen invertierenden zweiten Eingang der Sperreinrichtung G6, wobei eine diesem Eingang zugeführte binäre »0« bzw. »1« anzeigt, daß die Speichereinrichtung überwacht wird bzw. wenigstens ein fehlerhaftes Speicherelement aufweist.

Wenn es aus irgendeinem Grunde beim Überwachungszustand der Speichereinrichtung unerwünscht ist, daß das durch den in dem Bitindexregister BR registrierten Bitindex bl, bi... bit definierte binäre Bit Von einem Bereitschaffselement ausgelesen wird, können Sperrglieder G41, G42... G4/i angeordnet werden, Jedes dieser Sperrglieder ist in der Reihenfolge der Bitindexfolge mit seinem ersten Eingang bzw. Ausgang mit dem Bitindexdeköder BA und mit dem Steuereingang eines der Umschalter OKI, OKI... OKn und mit dem zweiten Eingang mit einer gemeinsamen Signalleitung SL Verbunden, auf welche das Anzeigesignal in binärer Form durch das Steuerwerk des Rechners übertragen wird. In einem durch eine binäre »0« angedeuteten Überwachungszustand bleiben so alle Umschalter in der Ruhestellung, so daß die Von den Bereitschaftselementen ausgelesenen binären Bits nicht auf eines der Registerelemente Rl₁ Rl.., Rn des Wortregisters, sondern nur zu der Überwachungseinrichtung ÖV übertragen werden.

ίο Es ist zweckmäßig, in dem Bitindexregister BR ein Signalfegistrierelement RS vorzusehen, um unter der Steuerung des Steuerwerks des Rechners die erwähnten Anzeigesignaie gleichzeitig mit einem Bitindex aufzuzeichnen. Das Signalregistrierelement RS ist mit

dem Steuereingang der Sperreinrichtung und mit der gemeinsamen Signalleitung SL der Sperrglieder verbunden. Wenn die Speichereinrichtung mit einem Bitindexspeicher ausgerüstet ist, enthält das letztere für jede Bifindexadresse ein Speicherelement ES zürn

2ö Speichern der Anzeigesignaie, kombiniert mit den Bitindices, so daß die Überprüfung der fehlerlosen Elcmentengruppen fortgesetzt wird, während die fehlerhaften Speicherelemente durch Bereitschaftselemente bei gleichzeitigem Sperren des Alarmsignals

von der Überwachungseinrichtung ersetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Speichereinrichtung für eine Datenverarbeitungsanlage mit einem Wortspeicher mit wortweise angeordneten Speicherelementen, in dem für jedes Wort außer den Speicherelementen irür die Bits wenigstens ein Bereitschaftselement vorhanden ist, wobei die Adresse eines Speicherelements (Bits) innerhalb eines Wortes durch einen Bitindex definiert ist, mit einem Wortregister, in welchem die Wörter im Zusammenhang mit dem über ein Steuerwerk der Datenverarbeitungsanlage gesteuerten Einschreiben und Auslesen des Wortspeichers zwischengespeichert werden, mit Schreib- und Leseleitungen, auf welchen die Bits der Wörter zwischen dem Wortregister und dem Wortspeicher und umgekehrt übertragen werden, mit einem Wortadressenregister, in welchem eine Wortadres«e zwischengespeichert wird, unter der ein Wort in eine durch die Wortadresse bestimmte Wortstelle in den Wortspeicher eingeschrieben bzw. aus diesem ausgelesen wird, und mit einer Erkennungsschaltung, die in Verbindung mit dom Ein-Ausschreiben in bzw. aus einer Wortstelle erfaßt, ob diese ein zu ersetzendes Speicherelement aufweist, und in diesem Fall ;ür den Ersatz dienes Speicherelements durch das Bereitschaftselement sorgt, dadurch gekennzeichnet,

   a) daß die Erkennungsschaltung einen

   al) Zustandsspeicher (ES) enthält, welcher in /erbindung mit der Ansteuerung des Wortspeich :rs (O'J) erste bzw. zwe:ite Anzeigesigna "e erzeugt, weiche anzeigen, ob das Bereit chaftselement der angesteuerten Wortstelle für den Betrieb des Wortspeichers (OM) erforderlich oder nicht erforderlich ist,

   a2) einen Bitindexspeicher (BM) mit einem nachgeschalteten Bitindexdekoder

   (BA) enthält, der für jede Wortadresse parallel den Bitindex des zu ersetzenden Speicherelements bereitstellt,

   b) daß für das Einschreiben Einschreibtorschaltungen (GIl, G12... Gln) vorgesehen sind, welche im durch den Bitindexdekoder (BA) aktivierten Zustand zusätzlich zu den Schreibleilungen (/Ll, ILl... ILn) zwischen dem Wortregister (OR) und den entsprechenden Speicherelementen (£1, El... En) die Schreibleitung (ILr) zwischen der adressierten Binärstelle des Wortregisters und dem Bereitschaftselement (Er) der adressierten Wortstelle herstellen,

   c) daß für das Auslesen Umschalter (OKI, OK!.., OKn) vorgesehen sind, welche individuell für jedes Speicherelement (£1, El... En), gesteuert durch den Bitindexdekoder (BA), das Wortregister an die Leseleitung des Beieitschaftselements oder an die Leseleitung des adressierten Speicherelements anschließen.

   2, Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung eine Vergleichseänrichtung (OK) mit zwei Eingängen Vorgesehen ist, Von welchen der eine an die Lese- leitürig(ULr) der Befeitschäftseiemente (Er) und der andere über durch den Bitindexdeködef (BA)

   gesteuerte Überwachungstorschaltungen (G51, G52... GSn) an die entsprechenden Leseleitungen (ULI, ULI... UIn) der Speicherelemente (£1, £2... En) angeschlossen ist, daß die Vergleichsschaltung (OK) ein Alarmsignal erzeugt, wenn die verglichenen Bits verschieden sind, daß eine Sperreinrichtung (G6) vorgesehen ist, deren Steuereingang mit dem Zustandsspeicher (£5) verbunden ist und weiche als Ergebnis de:· ersten bzw. zweiten Anzeigesignals ein Alarmsignal der Vergleichseinrichtung sperrt bzw. an das Steuerwerk weiterleitet.

   3. Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sperrglieder (G41, G42... G4n) vorgesehen sind, weiche vom Bitindexdekoder (BA) gesteuert werden und als Ergebnis des zweiten Anzeigesignals verhindern, daß der Steuereingang des dem im Bitindexspeicher (BM) gespeicherten Bitindex entsprechenden Umschalters (OKI, OKI... Okn) aktiviert wird.