DE3501997C2 - Digitale Recheneinrichtung zur Datenverarbeitung mit direktem Speicherzugriff durch Eingangs-/Ausgangsgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft digitale Recheneinrichtungen zur Da­ tenverarbeitung mit direktem Speicherzugriff durch Ein­ gangs-/Ausgangsgeräte entsprechend den Merkmalen des Ober­ begriffes von Anspruch 1.

Es ist bekannt, daß eine digitale Recheneinrichtung mit der Möglichkeit eines direkten Speicherzugriffs ausgerüstet werden kann, um verschiedene Arten von Eingangs- /Ausgangsgeräten, im allgemeinen über einen anteilig be­ nutzten Speicherbus, anschließen zu können. Ungünstigerwei­ se erfordert die Verwendung eines anteilig benutzten Spei­ cherbus, daß der Betrieb der zentralen Datenverarbeitungs­ einheit des Rechners kurzzeitig unterbrochen werden muß, sobald Daten nach einer Eingangs-/Ausgangsbaueinheit über­ tragen oder von dort her eingegeben werden müssen. Wenn ei­ ne Vielzahl von Eingangs-/Ausgangsbaueinheiten an das Sy­ stem angeschlossen ist, so kann offensichtlich die Häufig­ keit dieser Unterbrechungen so groß werden, daß die Wirt­ schaftlichkeit des Systems verschlechtert oder gar in unan­ nehmbarer Weise herabgesetzt wird.

Aus der DE 31 46 356 C2 ist eine digitale Recheneinrichtung der eingangs erwähnten allgemeinen Art bekannt, bei der ei­ ne zentrale Datenverarbeitungseinheit über einen Hauptbus mit einem Hauptspeicher verbunden ist, zu dem Eingangs- /Ausgangsgeräte direkten Speicherzugriff haben, welche ei­ ner Eingangs-/Ausgangsbaueinheit codierte Befehlssignale zuführen, wobei die Eingangs-/Ausgangsbaueinheit auch co­ dierte Befehlssignale von der zentralen Datenverarbeitungs­ einheit empfängt.

Bei der bekannten digitalen Recheneinrichtung ist für meh­ rere Eingangs-/Ausgangsgeräte eine gemeinsame Eingangs- /Ausgangsbaueinheit vorgesehen und für die Informations­ übertragung von den Eingangs-/Ausgangsgeräten oder zu die­ sen hin dient ein gemeinsamer Speicherbereich des Haupt­ speichers, wobei sämtliche Datenübertragungen zwischen der zentralen Datenverarbeitungseinheit und dem Hauptspeicher sowie den Eingangs-/Ausgangsgeräten über den Hauptbus lau­ fen, derart, daß mit dem Hauptspeicher entweder nur die zentrale Datenverarbeitungseinheit oder nur die Eingangs- /Ausgangsgeräte korrespondieren können, weshalb mit der be­ kannten Einrichtung eine wesentliche Verkürzung der Unter­ brechungen des Betriebes der zentralen Datenverarbeitungs­ einheit nicht erreichbar ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine digitale Recheneinrichtung mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes von Anspruch 1 so auszugestalten, daß die Unterbre­ chung des Betriebes der zentralen Datenverarbeitungseinheit weiter vermindert wird und die Adressierung von den Ein­ gangs-/Ausgangsgeräten zugeordneten Speicherabschnitten zur Vereinfachung des Aufbaus der Steuereinrichtungen auf ein­ zelne Speicherabschnitte geringen Umfanges begrenzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen einer solchen digitalen Recheneinrichtung sind Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer digitalen Recheneinrichtung, wobei die Datenverarbeitung in der vorliegend angegebenen Weise erfolgt und

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Verdeutlichung des Datenflusses inner­ halb eines Eingangs-/Ausgangsmoduls der Schaltung nach Fig. 1.

Vor einer detaillierten Beschreibung eines Datenverarbeitungs­ systems der vorliegend angegebenen Art sei darauf hingewiesen, daß sich die Besonderheit des hier behandelten Systems auf eine Baueinheit konzentriert, die zwischen der zentralen Datenverarbeitungseinheit einer digitalen Rechen­ einrichtung und einem Eingangs-/Ausgangsgerät angeordnet ist. Aufgrund dieser Tatsache ist es für das Verständnis des Fach­ mannes nicht erforderlich, eine allgemeine Beschreibung der Architektur eines vollständigen digitalen Rechners und eine ins einzelne gehende Beschreibung der bekannten Bauelemente, wie Taktimpulsgeneratoren und Lese-/Schreibsteuereinrichtungen, durchzuführen. Nachdem weiterhin die hier angegebenen Grund­ sätze auch in Verbindung mit beliebigen bekannten Arten von Eingangs-/Ausgangsgeräten, in Verbindung mit beliebigen bekann­ ten Speichereinrichtungen für digitale Rechner, beispielsweise Hauptspeicher, sowie für Serienverarbeitung und Parallelverar­ beitung eingesetzt werden können, dürfte es ausreichend sein, die Bauelemente, aus denen sich die betrachtete Eingangs-/ Ausgangsbaueinheit zusammensetzt, als jeweils beispielsweise an sich bekannte Elemente in Blocksymbolform darzustellen. Ferner erkennt man, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel nur eine einzige Eingangs-/Ausgangsbaueinheit und ein zugehöriges peripheres Eingangs-/Ausgangsgerät dargestellt sind, doch kann eine beliebige Anzahl peripherer Eingangs-/ Ausgangsgeräte vorgesehen sein, vorausgesetzt, daß die betreffende Eingangs-/Ausgangsbaueinheit eine ausreichende Anzahl von Kanälen aufweist.

Betrachtet man nun Fig. 1, so erkennt man, daß eine Eingangs-/ Ausgangsbaueinheit 15 in herkömmlicher Weise mit einem nicht näher bezeichneten Hauptbus einer ebenfalls nicht näher bezeichneten digitalen Recheneinrichtung verbunden ist, wobei dieser Haupt­ bus zwischen einer zentralen Datenverarbeitungseinheit 11 und einem Hauptspeicher 13 verläuft. Eine Interfaceeinheit 19 bekannter Konstruktion ist zwischen die Eingangs-/Ausgangs­ baueinheit 15 und ein Eingangs-/Ausgangsgerät 17 geschaltet. Man erkennt, daß die Interfaceeinheit 19 vorgesehen ist, um die Form der Daten, welche von der betreffenden Art des Eingangs-/ Ausgangsgerätes 17 aufgenommen bzw. von diesem Gerät abgege­ ben werden, in die Datenform zu bringen, wie sie auf dem Hauptbus (nicht näher bezeichnet) und im Hauptspeicher 13 auftreten. Je nach Art des jeweils verwendeten Eingangs-/ Ausgangsgerätes kann also die Interfaceeinheit 19 Analog-/ Digitalumformer, Digital-/Analogumformer und Serien-/Parallel­ umformer enthalten. Man erkennt ferner, daß, ob nun die Daten­ wörter auf dem Hauptbus in Serienform oder in Parallelform auftreten, jedenfalls jedes Wort ein Adressenfeld, ein Befehls­ feld und ein Datenfeld aufweist, wobei die betreffenden Felder an den Beschriftungen der Sammelschienen markiert sind, etwa nach der Art "Adressenbus der zentralen Datenverarbeitungsein­ heit", "Befehlsbus der zentralen Datenverarbeitungseinheit" oder "Datenbus der zentralen Datenverarbeitungseinheit". Weiter sei kurz bemerkt, daß auch andere Signale, beispielsweise Takt­ impulse und Lese-/Schreibbefehlssignale, welche für den Betrieb der Anlage erforderlich sind, wobei aber die Beschreibung für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig ist, über den nicht näher bezeichneten Hauptbus geführt werden. Schließlich sei die Tatsache von großer Wichtigkeit vermerkt, daß, wie in gestrichelter Linie angedeutet ist, ein entsprechend zugeordneter bzw. gewidmeter Abschnitt des Hauptspeichers 13 vorliegend als Speicher 21 für direkten Zugriff in Gestalt eines Bestandteiles der Eingangs-/ Ausgangsbaueinheit 15 dient und daß jeweils verschiedene andere gewidmete bzw. zugeordnete Abschnitte des Hauptspeichers 13 wiederum für andere an den Hauptbus angeschlossene Eingangs-/ Ausgangsbaueinheiten.

Vor Bezugnahme auf Fig. 2 im einzelnen sei noch gesagt, daß die Bauteile innerhalb der Eingangs-/Ausgangsbaueinheit 15 beispielsweise hardware-mäßig über Schaltmittel verdrahtet ge­ zeigt sind. Es versteht sich jedoch, daß die verschiedenen Bau­ teile auch adressierbare Einheiten sein können, um die Notwen­ digkeit der Verwendung der verschiedenen Schaltmittel zu ver­ meiden.

Die Eingangs/-Ausgangsbaueinheit 15 enthält also gemäß Fig. 2 einen Speicher 21 für direkten Zugriff, der durch einen entsprechend gewidmeten oder zugeordneten Abschnitt des Hauptspeichers 13 (s. Fig. 1) gebildet ist. Die Adressierung des Speichers 21 für direkten Zugriff geschieht entweder von dem nicht bezeichneten Adressenbus der zentralen Datenverarbeitungs­ einheit aus oder in der noch zu beschreibenden Weise durch ei­ nes der vier Bauelemente DMA 23, 25, 27 und 29 zur direkten Speicheradressierung. Diese Bauelemente können von der Firma Advanced MicroDevices, Inc., 901 Thompson Place, Sunnyvale, Kalifornien, unter der Bezeichnung Model AM2940 bezogen werden. Daten, welche in den Speicher 21 eingeschrieben oder von dort herausgelesen werden sollen, treten auf den Sammel­ schienen auf, welche mit "Datenbus A" oder "Datenbus B" be­ zeichnet sind. Um die vorstehend beschriebenen Vorgänge bewir­ ken zu können, werden auftretende Befehle von der zentralen Datenverarbeitungseinheit und Befehle von einem Eingangs-/ Ausgangsgerät einer Steuerlogik-Schaltung 31 zugeführt, welche vorliegend von einer herkömmlichen logischen Matrix gebildet sein kann, die entweder auf jeweils einen oder auf beide der Steuerbefehle anspricht, um folgendes vorzunehmen:

• a) Adressieren des Speicherabschnittes 21 für direkten Zugriff über eines der Schaltungselemente 23, 25, 27 oder 29 oder in einer noch zu beschreibenden Weise durch die Adresse der zentralen Datenverarbeitunseinheit;
• b) Einschreiben in einer noch zu beschrei­ benden Weise von seriellen Daten, die entweder von dem Eingangs-/Ausgangs­ gerät 17 nach Fig. 1 oder von dem Datenbus A oder von dem Datenbus der zentralen Datenverarbeitungseinheit (s. Fig. 1) über den Datenbus B abge­ leitet werden, an einer bestimmten Adresse des Speicherabschnittes 21 für direkten Zugriff;
• c) Herauslesen serieller Daten an einer gewählten Adresse des Speichers 21 und letztliche Weitergabe solcher Daten über den Datenbus A oder den Datenbus B an das Eingangs-/Ausgangsgerät 17 (Fig. 1) oder über den Datenbus der zentralen Datenverarbeitungs­ einheit zu der zentralen Datenver­ arbeitungseinheit 11 (s. Fig. 1) oder schließlich
• d) Weitergabe von parallelen Daten von dem Datenbus der zentralen Datenver­ arbeitungseinheit zu dem Einangs-/ Ausgangsgerät 17 (s. Fig. 1).

In Verbindung mit vorstehenden Ausführungen sei darauf hinge­ wiesen, daß die Steuerlogikschaltung 31 so ausgebildet ist, daß sie den Befehlen von der zentralen Datenverarbeitungsein­ heit Priorität einräumt, mit Ausnahme des einzigen Falles, daß Daten von dem Eingangs-/Ausgangssteuergerät 17 gerade im Be­ griffe sind, in den Speicher 21 eingeschrieben zu werden und dabei Zugang zum Speicher 21 durch den Befehl der zentralen Datenverarbeitungseinheit gefordert wird. In diesem Falle, welcher ganz selten auftritt, tritt eine Unterbrechung der Verbindung zur zentralen Datenverarbeitungs­ einheit 11 nach Fig. 1 auf.

Von der Steuerlogikschaltung 31 gelangen Seriensteuersignale zu einem Serien-Datenaustausch-Steuergerät 33 sowie Parallel­ steuerbefehle zu einem Parallel-Datenaustausch-Steuergerät 35, um entweder das eine oder das andere Gerät wirksam zu schalten. Das Serien-Datenaustausch-Steuergerät 33 kann von der Firma ZILOG Inc., Dell Avenue, Campbell, Kalifornien, Vereinigte Staaten von Amerika, unter der Bezeichnung Model Z8530A bezo­ gen werden. Das Parallel-Datenaustausch-Steuergerät 35 wird von der zuvor bereits erwähnten Firma Advanced MicroDevices Inc. unter der Bezeichnung Model AM7303B vertrieben.

Der in Fig. 1 eingezeichnete Datenbus der zentralen Datenver­ arbeitungseinheit ist mit einem der zentralen Datenverarbei­ tungseinheit zugeordneten Datenpuffer 37 verbunden (wiederum ein Gerät der Bezeichnung AM7303B der Firma Advanced Micro- Devices Inc.), und der Adressenbus der zentralen Datenverar­ beitungseinheit hat mit zwei Pufferspeichern Verbindung, welche in Fig. 2 in Gestalt des Serien-Adressenpuffers 39 und des Parallel-Adressenpuffers 41 eingezeichnet sind. Die beiden letzterwähnten Puffer sind von der Firma Texas Instruments Inc., Dallas, Texas, Vereinigte Staaten von Amerika, unter der Be­ zeichnung Model 54LS244 erhältlich. Es sei bemerkt, daß die Pufferspeicher 39 und 41 adressierbar sind, d. h. daß die zu einer bestimmten Zeit auftretende besondere Adresse von der zentralen Datenverarbeitungseinheit bestimmt, welcher der beiden Puffer wirksam geschaltet wird.

Zwischen dem Speicher 21 für direkten Zugriff, den Datenpuffer 37, das Serien-Datenaustausch-Steuergerät 33 und das Parallel-Datenaustausch-Steuergerät 35 sind Puffer 43a, 43b sowie Schaltmittel 45a, 45b und 47 geschaltet. Die Puffer 43a und 43b sind von der Firma Advanced MicroDevices Inc. unter der Bezeichnung Model AM7304B beziehbar. Es sei ange­ merkt, daß jeder der Puffer 43a und 43b ein Acht-Bit-Gerät ist und daß daher beide Geräte zusammen sechzehnstellige Wör­ ter des Datenbus A aufnehmen können. Die Schaltmittel 45a und 45b verbinden in Abhängigkeit von einem Steuersignal a vom Ausgang der Steuerlogikschaltung 31 entweder das Serien- Datenaustausch-Steuergerät 33 oder das Parallel-Datenaus­ tausch-Steuergerät 35 mit den Puffern 43a und 43b. Die Schalt­ mittel 47 verbinden in Abhängigkeit von einem Steuersignal b vom Ausgang der Steuerlogikschaltung 31 entweder die Puffer 43a und 43b oder den Datenpuffer 37 mit dem Speicher 21 wahlfreien Zugriffs.

Zur Vervollständigung der Beschreibung sei angeführt, daß die Schaltmittel 49a und 49b sowie eine Lese-/Schreibsteuereinrich­ tung 51 jeweils auf Steuersignale ansprechen, welche in der dargestellten Weise von der Steuerlogikschaltung 31 bezogen werden, um die Bauelemente 27 und 29 zur direkten Speicher­ adressierung anzusteuern, wenn Paralleldaten zu dem Speicher 21 für direkten Zugriff weitergegeben oder von dort bezogen werden sollen und um das Einschreiben oder Herauslesen von Daten von einer ausgewählten Adresse (A1, A2, A3, A4) des Speichers 21 zu bewirken.

Nach der Beschreibung der Struktur eines Ausführungsbeispiels einer Eingangs-/Ausgangsbaueinheit erkennt man, daß die oben angegebenen Ziele aufgrund dieser Struktur erreicht werden. Nachdem die Steuerlogikschaltung 31 so ausgebildet ist, daß sie den Befehlssignalen der zentralen Signalverarbeitungsein­ heit außer bei der unmittelbaren Bearbeitung eines Eingangs-/ Ausgangsbefehls Priorität gibt, wird die Anzahl der Unter­ brechungen des Betriebes der zentralen Signalverarbeitungs­ einheit auf ein Minimum reduziert. Da der Speicher 21 in jeder der verschiedenen Eingangs-/Ausgangsbaueinheiten ein jeweils gesonderter zugeordneter Teil des Hauptspeichers 13 (s. Fig. 1) ist, besteht keine Notwendigkeit eines Widerstreites der Interessen der verschiedenen Eingangs-/Ausgangsbaueinheiten. Die Steuereinrichtungen für den direkten Speicherzugriff brauchen nur die Speicher 21 zu adressieren und müssen nicht eine Adressierung des Gesamtspeichers der zentralen Signalverarbeitungseinheit vornehmen, wodurch sich der Schaltungsaufwand für die Steuereinheiten verringert.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann eine Anzahl von Abwandlungsmöglichkeiten. Wird beispielsweise eine Ein­ gangs-/Ausgangsbaueinheit in einer digitalen Recheneinrich­ tung verwendet, in der nur serielle Daten verarbeitet werden, so können die Bauteile, welche für die Behandlung der Parallel­ daten im beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, weggelassen werden. Umgekehrt können in ähnlicher Weise in einer digitalen Recheneinrichtung, welche Daten nur parallel verarbeitet, die im beschriebenen Ausführungsbeispiel für die serielle Datenverarbeitung vorgesehenen Bauelemente wegge­ lassen werden.

Claims (5)

1. Digitale Recheneinrichtung zur Datenverarbeitung mit direktem Speicherzugriff durch Eingangs-/Ausgangsgeräte (17), mit

• - einer zentralen Datenverarbeitungseinheit (11),
• - einem Hauptspeicher (13),
• - einem zur Verbindung zwischen der zentralen Daten­ verarbeitungseinheit (11) und dem Hauptspeicher (13) dienenden Hauptbus,
• - mindestens einer Eingangs-/Ausgangsbaueinheit (15), welcher sowohl kodierte Befehlssignale der zentra­ len Datenverarbeitungseinheit (11) als auch des mindesten einen Eingangs-/Ausgangsgerätes (17) zu­ führbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß jedem Eingangs-/Ausgangsgerät (17) in der Ein­ gangs-/Ausgangsbaueinheit (15) ein Speicher (21) zugeordnet ist, der als ein Teil des Hauptspeichers (13) dient,
• - daß Schaltmittel (45a, 45b, 47, 49a, 49b) vorgese­ hen sind, welche von Steuerbefehlssignalen einer zugehörigen Steuerlogikschaltung (31) beaufschlagt die Adressierung des Speichers (21) für den direk­ ten Zugriff entweder von den Adressenangaben in den Datenwörtern von der zentralen Datenverarbeitungs­ einheit (11) oder von dem betreffenden Eingangs- /Ausgangsgerät (17) zulassen und
• - daß mittels der Steuerlogikschaltung (31) die Steu­ erbefehlssignale solchermaßen erzeugbar sind, daß der Adressierung und dem Zugriff von der zentralen Datenverarbeitungseinheit (11) Priorität gegeben wird, außer in dem Falle, in dem Daten über die Schaltmittel (45a, 45b, 47, 49a, 49b) von dem Ein­ gangs-/Ausgangsgerät (17) zu dem Speicher (21) übertragen werden.

2. Digitale Recheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerlogikschaltung (31) auf die kodierten Befehlssignale der zentralen Datenverarbei­ tungseinheit (11) in allen Fällen mit Ausnahme desjeni­ gen Falles anspricht, in dem Daten gerade über die Schaltmittel (45a, 45b, 47, 49a, 49b) von dem Eingangs-/Ausgangsgerät (17) zu dem Speicher (21) für direkten Zugriff übertragen wer­ den.

3. Digitale Recheneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß Speicheradressierungsmittel (23, 25, 27, 29, 39) für den bzw. jeden Speicher (21) folgende Baueinheiten enthalten:

• a) einen auf die Adresse in jedem Datenwort von der zentralen Datenverarbeitungseinheit (11) anspre­ chenden Pufferspeicher (39), soweit diese Adresse einer Adresse in dem Speicher (21) für direkten Zu­ griff entspricht, um eine erste entsprechende Adresse für diesen Speicher (21) bereitzustellen;
• b) mindestens ein Bauelement (23, 25, 27, 29) zur di­ rekten Speicheradressierung, welches auf die Adres­ se in jedem Datenwort von dem Eingangs- /Ausgangsgerät (17) anspricht, vorausgesetzt, daß die Adresse einer Adresse in dem Speicher für di­ rekten Zugriff (21) entspricht, um mindestens eine zweite entsprechende Adresse für diesen Speicher (21) bereitzustellen und
• c) auf die kodierten Befehlssignale der zentralen Da­ tenverarbeitungseinheit (11) ansprechende Einrich­ tungen zur selektiven Ansteuerung des Pufferspei­ chers (39) und zumindest eines der Bauelemente (23, 25, 27, 29) zur direkten Speicheradressierung.

4. Digitale Recheneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (45a, 45b, 47, 49a, 49b) selektiv derart betätigbar sind, daß sie Daten von der zentralen Signalverarbei­ tungseinheit (11) zu dem betreffenden Eingangs- /Ausgangsgerät (17) weitergeben.