DE1147783B - Steuerwerk fuer elektronische Rechenmaschinen, Bueromaschinen u. dgl. - Google Patents
Steuerwerk fuer elektronische Rechenmaschinen, Bueromaschinen u. dgl.Info
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
T18996 Kc/42m
ANMELDETAG: 10. SEPTEMBER I960
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 25. A P R I L 1963
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 25. A P R I L 1963
Bei elektronischen Rechenmaschinen werden nach Maßgabe eines Programms erforderliche Befehle, wie
beispielsweise »Multiplikation«, die sich aus einer Folge von Einzelschritten, wie z. B. Wertübernahme,
Additionen, Stellenverschiebungen usw., zusammensetzen, dadurch ausgeführt, daß die aus einzelnen
oder simultanen Mikrooperationen bestehenden Einzelschritte durch Mikrobefehle nacheinander veranlaßt
werden entsprechend einem Mikroprogramm, das dem betreffenden Befehl zugeordnet ist. Zur
Mikroprogrammsteuerung sind sowohl Steuerwerke bekannt, in denen zur Auslösung der Mikrobefehle
ein besonderer Entschlüsseier in Verbindung mit einer Matrix sowie einem sogenannten Operationshalter und
einem Mikrobefehlszähler tätig wird, als auch solche, bei denen die Folge der Mikrobefehle durch eine
Kette von binären Elementen bestimmt wird, in der jeweils mindestens ein Element in einen von dem der
anderen abweichenden erregten Zustand gesteuert wird, der einen Wirkausgang aktiv macht. Für die
Ausgabe eines Mikrobefehls ist dann im allgemeinen jeweils ein Element der Kette zu erregen (also z. B.
ein Flip-Flop oder ein Magnetkern auf »L« zu stellen), und zur Durchführung eines Mikroprogramms
muß die Sequenz der nacheinander zu erregenden Elemente entsprechend der Befehlsfolge geregelt sein,
die für jedes Mikroprogramm verschieden und eine unsystematische Folge ist, die Vorwärts- wie Rückwärtssprünge
und wiederholte Durchläufe enthalten kann. Eine Kette, die das leistet, sei zum Unterschied
von den bekannten Schiebeketten, bei denen der Erregungszustand systematisch, insbesondere von
Stelle zu Stelle, weiterwandert, als Sequenzkette bezeichnet. Es ist bekannt, für jedes Mikroprogramm
eine derartige Sequenzkette vorzusehen, die zufolge der Organisation ihrer Gliedverbindungen sowie unter
der Mitwirkung bedingender Eingriffe die für das Programm erforderliche Sequenz der Erregung der
an die Befehlsleitungen jeweils in gleicher Reihenfolge angeschlossenen Einzelglieder liefert. Weiterhin
ist es bekannt, zur Operationssteuerung Ketten von Verzögerungsgliedern vorzusehen, in denen ein durchlaufender
Impuls die zwischen den Verzögerungsgliedern der Reihe nach angeschlossenen Befehlsleitungen erregen kann, wobei unter Mitwirkung von
Koinzidenztoren auch eine Unterdrückung einzelner Ausgänge sowie Schleifen- und Verzweigungsbildung
möglich ist und einander ähnliche Programme gegebenenfalls durch dieselbe Verzögerungskette erzeugt
werden können, indem die zugehörigen Koinzidenztore in jeweils verschiedener Weise durch eine übergeordnete
Operationsmatrix beeinflußt werden.
Steuerwerk
für elektronische Rechenmaschinen,
Büromaschinen u. dgl.
Büromaschinen u. dgl.
Anmelder:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Dr. rer. nat. Wolfgang Händler, Geißlautern/Saar,
und Dr.-Ing. Fritz Rudolf Güntsch, Konstanz,
sind als Erfinder genannt worden
Das bekannte Steuerwerk, das im wesentlichen für jede Mikrooperationsfolge eine eigene Sequenzkette
vorsieht, besitzt den Nachteil des in bezug auf das logische Minimum großen Aufwands an Sequenzketten,
während das Steuerwerk nach dem Matrixverfahren (nach Wilkes) zwar mit kleinem Aufwand
auskommt, aber wegen der Verschachtelung aller Mikroprogramme in einer Matrix unübersichtlich ist,
was besonders bei großen Rechenanlagen unerwünscht ist. Darüber hinaus ist hier das praktisch wichtige
Problem der konstruktiven Unterteilung der Matrix in Teilebenen kaum befriedigend lösbar.
Die Erfindung schlägt demgegenüber ein Steuerwerk vor, das bei großer Flexibilität einen einfachen
und in seiner Organisation übersichtlichen, z. B. mit Schaltplatten (etwa gedruckten »Karten«) leicht zu
realisierenden Aufbau mit ökonomischer Leitungsführung ergibt. Die verwendeten Aufbauprinzipien
führen nicht nur zu einem für Befehlssteueraufgaben wie die vorgenannte Mikroprogrammsteuerung geeigneten
Werk, sondern auch zu Erweiterungen, die die Durchführung wesentlich komplexerer Steueraufgaben
möglich machen. Zunächst sei die Folgesteuerung von Mikroprogrammen genannt. Weiterhin
aber soll das Steuerwerk gemäß der Erfindung unter anderem Aufgaben lösen, wie sie aus den in neuerer
Zeit gestellten Problemen der Simultanarbeit er-
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wachsen, die darin besteht, daß zur Erledigung sehr ordnet, während eine zweite matrixgesteuerte Sequenzumfangreicher
und schnell zu bewältigender Infor- kette die Werte entsprechend Rangklassen den Ausmationsverarbeitungen
mehrere Rechner oder Ein- gangen zuordnet.
heiten eines Rechners korrespondierend zusammen- Im nachfolgenden sollen die Erfindungsgedanken
arbeiten. Hierbei müssen dann unter anderem An- 5 an Hand der zeichnerischen Darstellungen weiter ermeldungen
der korrespondierenden Werk© zur Aus- läutert werden.
führung in einer zeit- oder auch rangbedingten Folge Eine Sequenzkette der vorerläuterten Art, in der
koordiniert werden. jeweils nur ein Element erregt ist, sei als (^)-Kette
Bei dem Steuerwerk gemäß der Erfindung werden (1 aus n) bezeichnet. Jedoch ist es bei einem Steuerdie
Wirkausgänge einer ersten Sequenzkette parallel io werk gemäß der Erfindung auch möglich, mit (;)-Ketin
einer Mehrzahl von Matrizen, die einen Matrix- ten zu arbeiten, in denen von insgesamt η Elementen
quader bilden, wirksam, während die Wirkausgänge jeweils r Elemente erregt sind. Diese leisten dann,
einer zweiten Sequenzkette eine oder mehrere von zugleich mit der Sequenzerzeugung, eine Entschlüssediesen
Matrizen auswählen, wobei die von einer lung. Hierauf wird später kurz (weil Entschlüsselungs-Matrix
ansteuerbare Folge von Mikrooperationen 15 prozesse im Prinzip als bekannt vorausgesetzt werden
einer Auswahl von Mikroprogrammen angehört. können) zurückgekommen, zur Vereinfachung der
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, Beschreibung der Steuerwerkprinzipien werden im
jede Matrix wie in dem bekannten Matrixverfahren nachfolgenden ©-Ketten zugrunde gelegt,
zu unterteilen in einen die Mikrooperationen be- in Fig. 1 ist K1 (y) eine derartige Kette, bestehend
stimmenden Funktionsteil und einen weiteren Funk- 20 aus neun binären Elementen y0 ... y7, y10. Ihre Wirktionsteil,
der über Rückverbindungen in die Ketten- ausgänge w (y) führen in eine Matrix, nämlich sowohl
elemente die Reihenfolge der Erregung von Ketten- in einen Funktionsteil Zx als auch in einen Funktionselementen bestimmt, wobei die zweite Sequenzkette teil Äx, wo sie sich an Konjunktionen beteiligen,
nur bei Übergängen zwischen Matrizen umgeschaltet Solche können, wie bekannt ist, insbesondere durch
wird. Die beiden Sequenzketten spannen damit zu- 25 Dioden in Und-Schaltung, aber z. B. auch durch
sammen mit den Matrizen einen Matrixquader auf, Transistoren oder Widerstände gebildet werden. Die
der bei der weiteren Darstellung auch so bezeichnet an den Knotenpunkten eingetragenen notenartigen
wird, wobei allerdings zu bemerken ist, daß es sich, Zeichen stellen demgemäß nicht Lötverbindungen
wie später näher ersichtlich wird, hierbei um eine zur dar, sondern Konjunktionen. Die ausgefüllten
Verständlichkeit der Verhältnisse gewählte Darstel- 30 »Viertelnoten« sollen einfache Konjunktionen in
lungsform handelt, der wie auch bei weiteren der nach- einem weiter unten ersichtlichen Sinne symbolisieren,
folgenden Darstellungen der tatsächlich räumlichen die ausgesparten »halben Noten« geben an, daß zuAnordnung
der Schaltelemente nicht zu entsprechen sätzliche Bedingungen an die Konjunktion anlegbar
braucht. sein sollen, die am Notenhals notiert sind. Auch die
Es kann im weiteren zu einer Bewältigung zuneh- 35 weiteren Figuren außer Fig. 3 beruhen auf dieser
mend komplizierter Steueraufgaben unter Anwendung systematischen kurzschriftlichen Darstellungsform
der erfindungsgemäßen Mittel fortgeschritten werden. und stellen daher, wie bereits erwähnt, kein Abbild
Sie wird möglich durch die Kombination von über der räumlichen Anordnung dar. Die Ausgänge der
eine oder mehrere Sequenzketten gesteuerten Matrizen Zeilen 1... 21 des ^l^-Teiles der Matrix können
bzw. Matrixquadern miteinander derart, daß die 40 Mikrooperationen auslösen. Es sei angenommen, daß
Ausgänge einer Matrix bzw. eines Matrixquaders die jeweils zweiten Bedingungen der einfachen Konkonjunktiv
in einer anderen Matrix bzw. einem ande- junktionen (Viertelnoten) erfüllt sind. Wird dann
ren Matrixquader wirksam werden. über die unterste Zeile des Matrixteiles Z* das EIe-
In allen Fällen können mindestens einzelne der mit ment y0 erregt, so löst sein Wirkausgang w Cy0) über
den Wirkausgängen der Kettenelemente verknüpften 45 die Konjunktion im /4*-Teil und dessen Zeile 17 die
Matrizen einen dritten Funktionsteil aufweisen, dessen entsprechende MikroOperation aus. Die Konjunktion
Ausgänge mit den Stellen eines Zählers zur Abzäh- . im Z^-Teil hingegen bewirkt oder ermöglicht über die
lung von Wiederholungen verbunden sind, wobei zweitunterste Zeile des Zx-Teiles, die durch eine
dann zweckmäßig der die Rückverbindungen in die Rückführung mit dem Erregereingang e Cy1) des näch-Sequenzketten
herstellende Funktionsteil Ausgänge 5° sten Kettenelements V1 verbunden ist, die Erregung
sowohl zum Erregen als auch zum Aberregen der dieses zweiten Kettenelements. Dessen Wirkausgang
Kettenelemente aufweist, die an diese über Konjunk- w Cy1) löst über die Konjunktionen im ^-Teil die
tionen angeschlossen sind, deren zweiter Eingang am Mikrooperationen 6 und 7 aus. Die Konjunktion im
Ausgang des Wiederholungszählers liegt. Z*-Teil, dritte Zeile von unten, führt über diese Zeile
Zur Steuerung von Simultanarbeit ist vorgesehen, 55 und eine Rückführung zum Eingang e Cy2) des Kettendaß
die durch die Schaltfolgeschritte aufrufbaren elements y2, so daß nun dieses erregt wird. Dessen
Operationen durch mindestens eine weitere Sequenz- Wirkausgang w Cy2) liegt im ^x-TeU an zwei zusätzkette
über Matrixkonjunktionen unterschiedlichen, lieh bedingten Konjunktionen. Je nachdem, ob eine
insbesondere für Simultanarbeit zu koordinierenden, Größe (z. B. die niedrigste Stelle in einem Multiplianmeldenden
Werken nacheinander zuordenbar bzw. 60 katorregister) »Null« oder »Eins« ist, wird entweder
für diese durchschaltbar sind und insbesondere daß MikroOperation 19 oder 20 ausgelöst. Außerdem
die Zuordnung bzw. Durchschaltung der anmelden- wird über die der viertuntersten Zeile des Zx-Teiles
den Werke über zwei Sequenzketten mit zugeordne- zugeordnete Rückführung das nächste Kettenelement
tem Matrixquader nach Maßgabe einer doppelten v3 wirksam gemacht, das seinerseits die Mikroopera-Folgeauswahl
bewirkt wird. Diese wird vorzugsweise 65 tion 10 bringt und die Erregung von Kettenglied yi
so durchgeführt, daß eine matrixgesteuerte Sequenz- veranlaßt. Dessen Wirkausgang w (y4) nun kann über
kette zyklisch arbeitet und gleichberechtigte anmel- die zusätzlich bedingten Konjunktionen im Ax- und
dende Werke nacheinander den Quaderausgängen zu- Z*-Teil zweierlei bewirken. Unter der Bedingung
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k = O wird MikroOperation 16 ausgelöst und über den Ein erregtes Element, z. B. auf »Eins« gesetztes
Zx-Teil (zweitunterste Zeile) im Rücksprung erneut Flip-Flop χ des Operationshalters K2 (x) liefert das
das Kettenelement y± erregt. Es ist so eine Schleife »Eins«-Potential an alle in der betreffenden x-Ebene
gebildet, in der die Elemente yv y2, y3, yi wiederholt liegenden Konjunktionen. Ein ebenfalls zu »Eins«
durchlaufen werden und damit eine entsprechende 5 gesetztes Flip-Flop y des Mikrobefehlszählers Uf1 (y)
Mikrobefehlsfolge. Die Schleife tritt nicht ein bzw. liefert das »Eins«-Potential an alle in der y-Ebene
wird verlassen, wenn k = 1 ist bzw. wird. Dann er- liegenden Konjunktionen. Nur in der Schnittlinie
regt Kettenglied yi die Mikrooperation 11 sowie das (x, y) sind beide Bedingungen erfüllt (die in Fig. 1
nächstfolgende Kettenelement y5, das seinerseits als »Viertelnoten« dargestellten einfachen oder Grund-Mikrooperation
9 und die Erregung von y6 veranlaßt. io konjunktionen können nun also als diese Konjunk-
y6 veranlaßt Mikrooperation 12 und die Erregung von tion χ, y interpretiert werden), und die dort liegenden
Kettenelemente-. Hier ist nun vorgesehen, daß der Konjunktionen liefern Steuersignalez', z", z"' usw.,
Programmablauf so lange aufgehalten wird, bis eine sofern nicht eine Konjunktion noch von weiteren
bestimmte Bedingung/ = 1 (z.B. ein Fertigsignal) Bedingungen (»aber nur wenn...«) abhängig geerfüllt
ist. Solange / = 0 ist, hält sich y7 über die 15 macht ist. Durch diese Koordinatenwahl wird eine
Rückführung von w (y7) im erregten Zustand. verhältnismäßig kleine Menge von allen Konjunktio-
Es ist ersichtlich, daß die Sequenz in der Kette nen, nämlich die Senkrechte in der Darstellung, an-A1
(y) durch die Konjunktionen im Funktionsteil Zx gesprochen, während die weitaus größere Menge der
der Matrix beliebig gestaltet und bedingt werden Konjunktionen des Quaders unwirksam bleibt. Alle
kann (jedes beliebige Kettenelement kann jedes be- 20 Ansteuerleitungen, die für eine Auslösung der Mikroliebige
andere zur Nachfolge bestimmten, und zwar operation ζ bestimmt sind und demgemäß also in
je nach vorgebbaren Bedingungen). Durch die Kon- einer Ebene (z) hegen, werden über Disjunktionen
junktionen im Funktionsteil Ax sind die Mikroopera- wieder zusammengeführt.
tionen in flexibelster Weise den Wirkausgängen w (y) Es seien nun zunächst Angaben darüber einge-
der Kettenelemente mit Bedingungen zuordenbar. 25 schaltet, wie die tatsächliche Leitungsführung in einer
Wie ohne weiteres zu erkennen ist, können in der beispielsweisen Ausführung beschaffen sein kann.
Sequenzkette auch jeweils r Elemente entsprechend Zwecks vereinfachter Darstellung sind in Fig. 3 von
einem Code erregt werden, wobei dann die Matrix den an Leitungs-Kreuzungspunkten hegenden Dioden
so auszulegen ist, daß für jeden Wirkausgang die (die also Spalten mit Zeilen verbinden) nur einige
gleichzeitige Erregung anderer Wirkausgänge als Be- 30 eingezeichnet und im übrigen die in bekannter Weise
dingung für die Sequenzweiterschaltung und Mikro- konjunktiv wirkenden mit ausgefüllten und solche,
befehlausgabe wirksam wird. Damit ist also in die die in disjunktiver Schaltung hegen, mit ausgesparten
Tätigkeit des Steuerwerks eine Entschlüsselung ein- Kreisen symbolisiert. Das in Fig. 3 dargestellte Leibezogen.
tungs-Koordinatensystem gibt eine mögliche Reali-
Unterschiedliche auf diese Weise erzeugbare 35 sierung der Matrix nach Fig. 1 wieder. Es kann auf
Mikroprogramme sollen nun nach Maßgabe auszu- einer einsteckbaren Schaltplatte oder gedruckten
führender und zu diesem Zweck in einer Einrichtung »Karte« mit Randanschlüssen gebildet sein. An die
entsprechend dem eingangs erwähnten »Operations- Klemmen Wy(0 ...7, 10) von neun Zeilen sind die
halter« absetzbarer Hauptoperationen nacheinander Wirkleitungen der Sequenzkette K1 (y) angeschlossen,
ablaufen können. Hierfür werden die Wirkausgänge 40 an die Klemmen ey (0 ... 7, 10) deren Erregerleitunder
Sequenzkette K1 (y) über Konjunktionen nicht nur gen. An die Klemmen 1... 21 sind die Mikrobefehle
in eine Matrix der vorbeschriebenen Art eingeführt, empfangenden Leitungen anzuschließen. Weitere
sondern in mehrere derartige Matrizen, in denen sie Klemmen x, q, q, k, ~k, f, j, dienen zum Heranführen
in einer Schaltfolge (entsprechend der Folge der der weiteren Bedingungen, wobei, wie erläutert, χ an
Hauptoperationen) wirksam werden sollen. Dies wird 45 einem Wirkausgang der zweiten Sequenzkette K2 (x)
wiederum auf dem Wege über matrixeigene Konjunk- anzuschließen ist. Die Koordinatenebene zerfällt in
tionen erreicht, an die Wirkausgänge einer aus binä- einen konjunktiven oberen und in einen disjunktiven
ren Elementen Xn bestehenden und als Operations- unteren Teil, die durch die gestrichelte Linie getrennt
halter fungierenden zweiten Sequenzkette K2 (x) her- werden. »Eins «-Potential an der Klemme Wy(4) beiangeführt
sind. Diese Wirkausgänge führen also in 50 spielsweise wird in der siebenten Senkrechtleitung von
Matrizen der vorbeschriebenen Art als Bedingung links »Eins«-Potential erzeugen, wenn zugleich an den
ein, daß wirklich der Auftrag für die das Mikro- Klemmen χ und k »Eins«-Potential hegt, es erprogramm
verlangende Hauptoperation vorliegt. scheint im disjunktiven Teil an den Ausgangsklem-
Unter Zugrundelegung der gewählten Darstellung men 11 und ey(5). Das »Eins«-Potential an Klemme
spannen die beiden SequenzkettenK1 (y) und K2(x) 55 W3,(4) erzeugt hingegen »Ems«-Potential in der
zusammen mit den jeweils auszulösenden Mikro- achten Senkrechtleitung von links, wenn zugleich an
operationen ein räumliches Koordinaten-Gitternetz, den Klemmen χ und Έ (k = 0) »Eins «-Potential hegt,
einen Matrixquader, aus, wie er in Fig. 2 dargestellt dieses erscheint an den Klemmen ev (1) sowie 16. Die
ist. In einem räumlichen Gitterpunkt (x, y, z) ist eine an Klemme ey (1) hegende Zeile muß aber auch
Konjunktion dann vorhanden, wenn die zugeordnete 60 »Eins«-Potential über die Diode erhalten können, die
Mikrooperation ζ anläßlich des Ablaufs der Opera- sie mit der zweiten Senkrechtleitung verbindet, alltion
χ zu einem Zeitpunkt, in dem die Mikrobefehls- gemein müssen die Zeilen des unteren Teiles über
kette K1 (y) den Stand y anzeigt, ausgelöst werden jede einzelne der an ihr liegenden Dioden erregbar
soll, x, y und ζ sollen jeweils nur diskrete Werte 0, sein, wie ohne weiteres klar ist. Es ist dies die früher
1, 2... annehmen. Mehrere verschiedene z', z", z'" 65 erwähnte disjunktive Zusammenführung. Die Zeilen-...
usw. (MikroOperationen) können zu einem Paar Dioden des unteren Matrixteiles hegen daher in dis-
(x, y) gehören und bilden einen Mikrobefehl (Senk- junktiver oder »Oder«-Schaltung. Die weiteren Rerechte
in Fig. 2). alisierungen entsprechend dem Schema der Fig. 1
kann man durch Vergleich mit diesem leicht bestätigt finden.
Im folgenden wird nun wieder die »kurzschriftliche« Darstellungsweise zugrunde gelegt. In dieser
zeigt Fig. 4 eine Matrix, die um einen weiteren Funktionsteil, nämlich Wx, erweitert worden ist, der die
Anzahl von Wiederholungen bestimmt, denen jeder einzelne Mikrobefehl unterworfen werden soll. Zu
diesem Zweck werden die einzelnen Zeilen dieser daß die Rechner paarweise voneinander Informationen anfordern und übernehmen sowie einander Informationen
auf Anforderung ausliefern können.
Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse bei Rechnern mit mehreren gleichzeitig arbeitenden Einzelwerken.
Man bemüht sich dabei, alle Werke möglichst dauernd in Betrieb zu halten. In diesem Zusammenhang
wird häufig darauf hingewiesen, daß bei Analogrechnern ständig alle Teile gleichzeitig tätig sind. Aus
Matrix den einzelnen Stellen eines Zählers WZ züge- io verschiedenen Gründen ist man nun bestrebt, auch
führt. Die Sequenzkette wird aus Setz-Rücksetz-Flip- bei Digitalrechnern die Einzelteile in ähnlicher Weise
Flops ausgeführt, wobei dann für das Rücksetzen besondere Zeilen in der Matrix Zx vorgesehen sind. Angenommen,
das Spalten-Flip-Flop, das zur Spalte W(yn) gehört, steht auf Eins, so werden erstens die
an dieser Spalte hängenden Ausgänge von Ax aktiviert.
Ferner wird eine der Zeilen der Matrix Wx angekoppelt.
Diese Zeile setzt das entsprechende Flip-Flop des Wiederholungszählers WZ auf Eins. Der
Wiederholungszähler erhält ununterbrochen Vorschubimpulse, die dafür sorgen, daß diese Eins im
Laufe der Zeit an das Ende des Zählers (in der Figur nach unten) wandert. Je nach Ausführungsform kann
während der den ersten Sätzen nachfolgenden Zeit eine weitere Folge von Einsen eingesehrieben werden,
oder aber es wird durch ein differenzierendes Glied dafür gesorgt, daß nur bei der ersten Aktivierung einer
Zeile von Wx einmalig eine Eins in den Zähler geschrieben
wird.
"30 auszunutzen.
Einrichtungen zur Simultanarbeit sind aus folgenden Gründen aktuell:
a) Die in der digitalen Rechentechnik heute üblichen Schaltelemente werden in Schaltungen
verwendet, in denen ihre Lebensdauer nicht von der Schalthäufigkeit, sondern nur von ihrer
natürlichen Alterung abhängt. Man wird sich daher bemühen, diese Schaltelemente während
ihrer Lebensdauer mit einer möglichst hohen Zahl von Schaltvorgängen zu nutzen.
b) Es gibt eine Reihe von Aufgaben, die eine Rechenleistung verlangen, welche auch bei Verwendung
modernster Schaltelemente von Rechnern herkömmlicher Struktur nicht erreicht wird.
c) Werden mehrere gleichartige Rechner oder Rechnerwerke in einem System zusammengefaßt,
so kann auch bei Ausfall eines Teiles das Gesamtsystem weiterarbeiten, wenn man dafür
sorgt, daß ein anderer Teil die Funktionen des gestörten übernimmt.
d) In vielen Fällen ist es nicht möglich, die Nachrichtenverarbeitung
vollkommen an einem Ort zu konzentrieren, weil die räumlich weit verteilten anfallenden Informationen zur Einsparung
von Übertragungskapazitäten an Ort und Stelle vorverarbeitet werden müssen.
Rechenleistungen, die über dem liegen, was Rech-
In dem Augenblick, in dem die (bzw. die erste) Eins am Ende des Zählers ankommt, werden Konjunktionen,
die in allen Eingängen e (y„) der Sequenzkette
eingebaut sind, beschickt, so daß die aus der Matrix Zx ankommenden Spannungen in die Spalten-Flip-Flops
übertragen werden. Gleichzeitig werden in dem Fall, daß nicht eine Eins, sondern eine ganze
Reihe von Serien von Einsen nach WZ eingeschrieben worden ist, alle Stellen von WZ auf Null gesetzt. Die
genannten Konjunktionen sind in Fig. 4 gesondert
dargestellt, können aber natürlich auch in die Se- 40 ner herkömmlicher Struktur aufweisen, werden z. B.
quenzmatrix einbezogen werden. bei sogenannten Realzeitproblemen verlangt. Bei
Der Zähler V/Z kann statt als Schiebekette auch solchen Aufgaben muß die Rechnung mit einem zu
als voreinstellbarer Zähler ausgebildet sein, in den steuernden oder zu beobachtenden Ablauf in der
über Matrixteil W eine dual verschlüsselte Zahl ein- Umgebung des Rechners Schritt halten. Typische
gegeben wird und der hernach durch Zählimpulse bis 45 Beispiele sind Reaktorregelung, Luftüberwachung,
zu einem Grenzwert (vorzugsweise Null) aufwärts- Fernsprechvermittlung und Wettervorhersage,
oder abwärts gezählt wird, wo er einen Schlußimpuls
ausgibt.
ausgibt.
Die Rückführungen von der Matrix Zx in die
Sequenzkette müssen so eingerichtet werden, daß je- 50 sie nicht ohne weiteres mit einem sinnvollen Zeitweils eine Zeile aus Zx in einen »Eins«-Eingang des aufwand gelöst werden können. So kann bei partiellen Flip-Flops einer Nachfolgespalte geführt und daß
eine andere Zeile in den »Nulk-Eingang des der
eigenen Spalte gehörigen Flip-Flops gebracht wird.
Auf diese Weise wird durch die Ankunft von WZ
in einer Endlage eine neue Spalte eingeschaltet und
die während der vorangehenden »Wortzeit« aktive
Spalte abgeschaltet.
Sequenzkette müssen so eingerichtet werden, daß je- 50 sie nicht ohne weiteres mit einem sinnvollen Zeitweils eine Zeile aus Zx in einen »Eins«-Eingang des aufwand gelöst werden können. So kann bei partiellen Flip-Flops einer Nachfolgespalte geführt und daß
eine andere Zeile in den »Nulk-Eingang des der
eigenen Spalte gehörigen Flip-Flops gebracht wird.
Auf diese Weise wird durch die Ankunft von WZ
in einer Endlage eine neue Spalte eingeschaltet und
die während der vorangehenden »Wortzeit« aktive
Spalte abgeschaltet.
Wie bereits erwähnt, ist ein Steuerwerk nach der Erfindung zur Steuerung von Simultanarbeit geeignet,
für die mehrere Rechner in einem Rechnersystem oder mehrere gleichzeitig arbeitende Einzelwerke
Bei einer anderen Gruppe von Aufgaben liegt zwar keine strenge Terminbildung im Sinne der Realzeitprobleme
vor, jedoch sind sie so umfangreich, daß
55
60
eines Rechners zusammengeschaltet werden sollen. Unter einer Zusammenschaltung mehrerer Rechner
zu einem System ist dabei folgendes zu verstehen: Die einzelnen Rechner werden so miteinander gekoppelt,
daß sie gemeinsam zur Lösung einer Aufgabe eingesetzt werden können. Die Kopplung besteht darin,
Differentialgleichungen — wie sie z. B. in der Gasdynamik, im Reaktorbau und in der Festkörperphysik
vorkommen — die Lösung 107 bis 10" Multiplikationen erfordern. Weitere Großaufgaben (Planungsaufgaben)
stellt die moderne Verfahrensforschung.
Bei Systemen mit Simultanarbeit müssen insbesondere folgende Fragen untersucht werden:
a) Es muß für eine sinnvolle Verteilung der Gesamtarbeit auf die einzelnen Rechner oder
Rechnerteile des Systems gesorgt werden.
b) Es muß erreicht werden, daß alle Teile des Systems widerspruchsfrei nach einer bestimmten
Vorrangordnung miteinander verkehren.
Eine hierbei auftretende Aufgabe besteht darin, die gemeinsame Inanspruchnahme von Elementen
— vornehmlich von Ubertragungskanälen, Puffern
u. ä. — durch verschiedene Werke bei Informationstraasporten
widerspruchsfrei zu steuern. In diesem Falle handelt es sich um eine Verschachtelung in der
Größenordnung weniger Taktintervalle. Dann reichen programmierungstechnische Maßnahmen nicht aus,
weil die Vorgänge, die gesteuert werden sollen, in ihrer Zeitdauer meist weit unter der Operationsdauer
eines Befehls liegen. Denn einmal kennt die übliche Programmtechnik im allgemeinen keine Möglichkeit,
einen Programmablauf während der Ausführung eines Befehls zu unterbrechen. Zum anderen ist die
Forderung nach schnellster Abfertigung sicher so hoch, daß programmtechnische Maßnahmen nicht
rechtzeitig wirksam würden; denn sonst würde man nicht eine Unterbrechung des Befehlsablaufs einleiten.
Daher müssen einfache Einrichtungen vorgesehen werden, die ihrer Art nach der Operationssteuerung
zugerechnet werden können. Am Beispiel des Magnetbandes sei der Unterschied zwischen der Verteilung
im großen und der Verteilung im kleinen erläutert. Wenn ein Programm bzw. ein Werk Daten von einem
Magnetband anfordert, z. B. in Blockform, so muß diese Anforderung mit den Erfordernissen anderer
Programme bzw. Werke in Einklang stehen. Angenommen, das betreffende Programm bzw. Werk wird
nicht durch ein anderes höheren Vorranges zurückgedrängt, so darf es das Magnetband starten. Es
handelt sich in diesem Falle um die Verteilung im großen, die mit programmtechnischen Mitteln gesteuert
werden kann. Nachdem das Magnetband läuft, bietet es in regelmäßigen Zeitabständen (bis zu einem
gewissen Grade regelmäßig) Informationen (d. h. ein Zeichen oder ein Wort) an, und zwar so lange,
bis der ganze Block eingelesen ist. Die einzelne Information muß in einer Zeit über den vielfach benutzten
Informationskanal hindurchgeschleust werden, die meist unter der Operationsdauer der Befehle liegt.
Damit werden diese Einzeltransporte zweckmäßigerweise zur Verteilung im kleinen gezählt und entsprechend
mit Elementen der Operationssteuerung realisiert.
Bei mehreren zur Simultanarbeit miteinander korrespondierenden Einheiten gibt es solche, die bei
anderen Einheiten Anmeldungen vornehmen, um zu einem geeigneten Zeitpunkt von diesen abgefertigt zu
werden. Bei anderen Einheiten liegt der umgekehrte Fall vor, daß nämlich Anmeldungen anderer Einheiten
zur Abfertigung angenommen werden müssen. Weiter gibt es Einheiten, die sowohl Anmeldungen
tätigen als auch solche empfangen.
Im folgenden soll zuerst ein Steuerwerk betrachtet werden, das als Anmelder auftritt.
Ausgangspunkt der Betrachtungen ist ein Steuerwerk der oben beschriebenen Art. Dabei sei daran
erinnert, daß beliebige Sprünge in der ©-Kette für y möglich sind, daß also keine technische Notwendigkeit
besteht, aufeinanderfolgende Schlüsselzahlen in der v-Kette benachbart zu legen. Auf diese Weise ist
es möglich, zwei Gruppen von y-Werten zu unterscheiden.
Die Mikrobefehle der ersten Gruppe enthalten Operationen, die mit einem Eingriff in den Ablauf
anderer Werke verbunden sind, während alle übrigen Mikrobefehle der zweiten Gruppe zugeteilt werden.
Die zur ersten Gruppe gehörigen y-Werte nennen wir »wesentlich«.
Die wesentlichen Mikrobefehle werden ymJk genannt
und für alle anmeldenden Werke eines Systems gemeinsam mit / = 1, 2, 3 ... durchgezählt. Für
jedes i bezeichnet m in ymjk das Werkm = 1,2,3 ...,
bei dem eine Anmeldung vorgenommen werden soll, während k angibt, welcher Vorrangstufe diese Anmeldung
im Werk m zugeteilt wird. Man sieht, daß die wesentlichen y als »Durchschnitt« für die gemeinsam
betroffenen Steuerwerke auftreten. Diese Elemente des Steuerwerks entsprechen damit den
»Durchschnittselementen«, die zur Informationsübertragung zwischen den beiden kommunizierenden Werken
vorgesehen sind (z. B. gemeinsam benutzte Registerelemente auf der Grenzlinie zweier kommunizierender
Speicher).
Der Vorgang der Anmeldung sieht vom anmeldenden Werk her betrachtet folgendermaßen aus:
Die Eins der y-Kette des Anmelders gelangt zu einem wesentlichen Mikrobefehl ym>
ik. Das Anmeldesignal wird dann dem Abfertiger m über ein Element
zugeleitet, das dafür sorgt, daß die Anmeldung im Takt von Werk m erfolgt.
Als nächstes sollen nun die Verhältnisse im angerufenen Werk m betrachtet werden.
Zu diesem Zweck wird als Zusatz zu dem früher beschriebenen Steuerwerk für einfachen Programmablauf
ein Steuerwerksteil aufgebaut, der durch das in Fig. 5 wiedergegebene Koordinatensystem beschrieben
wird. Den einzelnen Werten i einer Sequenzkette K3(i) entsprechen die Nummern der verschiedenen
Anmeldungen ym ik, die aus verschiedenen
Werken stammen können, wie oben angegeben. Die k einer weiteren Sequenzkette K4 (k) kennzeichnen die
verschiedenen Vorrangklassen innerhalb der betrachteten Operationssteuerung, während j die verschiedenen
verlangten Operationen (entsprechend den χ der einfachen Mikroprogrammwerke) kennzeichnet. Eingangsgrößen
sind in dem von diesen beiden Ketten aufgespannten Quader (entsprechend den χ und y des
einfachen Steuerwerkes) i und k. j ergibt sich als Ausgang (entsprechend ζ im einfachen Steuerwerk)
und wird als Eingang für das zum gleichen Werk gehörige einfache Steuerwerk benutzt. Die Koordinaten
ζ und k sind je einer Eins aus (?)-Ketten zugeordnet.
Wie früher können auch (")-Ketten zugelassen werden, die durch Entschlüsselung zu den (?)-Ketten
dieses Modells führen.
Die Kette K4 (k) gewährleistet, daß jeweils die Anmeldung
der höchsten Vorrangklasse k abgearbeitet wird. Die Kette K3 (i) sorgt dafür, daß mehrere
gleichrangige Anmeldungen zyklisch nacheinander erledigt werden. Den früher betrachteten ^-Schnitten
entsprechen hier Ä-Schnitte. Den Gitterpunkten (Konjunktionen) einer solchen Ebene werden die verschiedenen
y-Werte der anmeldenden Werke konjunktiv zugeführt.
Bei konstantem k, d. h. bei der Betrachtung von Vorgängen, während derer die Kette Kt (k) keine
Veranlassung hat, zu einer höheren Klasse überzugehen, gilt, daß i zyklisch fortgeschaltet wird und somit
alle anmeldenden Einheiten mit gleichem Gewicht berücksichtigt werden. Wird jedoch in einem
beliebigen Zustand i die Klasse entsprechend den Erfordernissen erhöht, so kann sich das System nicht
merken, welche der Einheiten zuletzt abgefragt worden ist. Die Kette K3(Z) schaltet sich entsprechend
den Erfordernissen der neuen Klasse wiederum zyklisch fort. Findet die Rückkehr in die alte (niedrigere)
Klasse statt, so ist der erste Wert von i zufallsbedingt in bezug auf die alte Klasse. Von diesem zu-
309 577/263
fälligen Wert i ausgehend schaltet die Kette Ka(i)
jedoch wieder zyklisch fort. Das Einsetzen der /-Registrierung nach jedem Klassensprung beginnt also
immer von neuem mit einem zufälligen z-Wert. Bei selteneren Klassensprüngen kann die Regellosigkeit,
mit der das Abarbeiten der Einheiten gleichen Vorrangs beginnt, keine merkliche Wirkung haben. Denn
es kann angenommen werden, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Klassensprüngen genügend Zeit
für die Abwicklung eines vollständigen z'-Zyklus zur Verfügung steht. Auch kann angenommen werden,
daß im allgemeinen alle Einheiten mit gleicher Wahrscheinlichkeit abgefertigt werden. Sollte jedoch bei
häufigeren Klassensprüngen die störende Wirkung untragbar werden, so können besondere Maßnahmen
getroffen werden. In diesem Falle wird jeder Klasse k (bzw. mindestens jeweils einige Klassen gemeinsam)
eine eigene ©-Kette für i zugeordnet. Die Eins in einer solchen Kette bleibt stehen, wenn das System
aus dieser Klasse herausspringt, und sie setzt ihre Wanderung von dort aus zyklisch fort, wenn das
System diese Klasse zur weiteren Verarbeitung freigibt.
Nachdem das Werk den Auftrag erledigt hat, liefert es ein Fertigsignal zum anmeldenden Werk, das noch
bei ymJk in Wartestellung steht. Dieses Fertigsignal
wird wiederum über ein Zwischenelement zur Taktangleichung geliefert. Es bewirkt beim Anmelder, daß
die Eins von ymJk aus ihren vorgeschriebenen Weg
durch die y-Kette fortsetzt.
Es gilt natürlich als Grundbedingung für eine Durchschaltung, daß die angerufene Einheit m nicht
gerade mit der Erledigung eines Auftrages beschäftigt ist. Für diese Bedingung ist ein Bereitschafts-Flip-Flop
zuständig, das seinen Inhalt allen Konjunktionen des Quaders zuführt.
Eine Schnittebene k entspricht den besonderen
Verhältnissen in einer bestimmten Klasse (Fig. 6). Die Anmeldungen at einer bestimmten Klasse k (z. B. alle
gleichrangigen Magnetbandgeräte) werden als Bedingungen für das »Warten« bzw. »Weiterschalten« der
Eins in der Kette K3 (f) in der Z^-Matrix der Ebene
eingeführt. Eine weitere Bedingung hierfür ist auch der Zustand des vorher erwähnten Bereitschafts-Flip-Flops
g. Eine Operation wird in der nachgeschalteten Operationensteuerung schließlich ausgelöst, wenn sowohl
eine Anmeldung at = 1 vorliegt, als auch die
Freigabe g = 1 von seiten der Operationensteuerung gemeldet worden ist. Dann soll also eine Durchschaltung
(Ausgänge dt des Funktionsteiles Ak) stattfinden,
wie durch die »Noten« im Funktionsteil Ak symbolisiert
ist. Zugleich muß g wieder gelöscht werden, andernfalls besteht die Möglichkeit, daß eine weitere
Durchschaltung unmittelbar danach ausgelöst wird.
Ein Warten der Eins in der Kette K3 (i) soll im Zustand
i dann sichergestellt werden, wenn zwar eine Anmeldung α,- vorliegt, eine Freigabe g jedoch noch
nicht erfolgt ist. Diese Bedingungen α,--g sind mit /,·
bezeichnet. Die Eins soll dagegen dann vorgeschaltet werden, wenn keine Anmeldung vorliegt (S1) oder
wenn eine Anmeldung at gleichzeitig mit einer Freigabe
g vorliegt. Es ist also
äivaig =φ/ί.
Die beiden Bedingungen für Warten (/,-) und für
Weiterschalten (?,·) sind komplementäre Aussagen, die
entsprechend mit einer Variablen bezeichnet und bei den »Noten« im Zfe-Teil eingetragen sind. Die Arbeitsweise
innerhalb der Ebene der Fig. 6 ist danach und unter Berücksichtigung des früher Erläuterten
ohne weiteres klar.
Wegen der einfachen zyklischen Abfertigungsweise der Anmeldungen durch die Kette Kz (1) ist die Struktur
des für das Fortschalten dieser Kette zuständigen Teils der Zft-Matrix sehr einfach. Einrichtungen, die
das Fortschalten der Eins in der Kette Ki (k) bewirken,
sind entsprechend ausgebaut.
Claims (10)
1. Steuerwerk für elektronische Rechenmaschinen, Büromaschinen und dergleichen zur Bestimmung
einer Folge von MikroOperationen (Mikroprogramme) unter Mitwirkung von einer Sequenzkette
mit bistabilen Elementen, von denen jeweils mindestens ein Element in einen von dem anderen
abweichenden erregten Zustand gesteuert wird, der einen Wirkausgang aktiv macht, und von
einer Matrix, deren Eingänge von der Sequenzkette erregt werden und deren Ausgänge Mikrooperationen
ansteuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkausgänge einer ersten Sequenzkette
parallel in einer Mehrzahl von Matrizen, die einen Matrixquader bilden, wirksam werden, während
die Wirkausgänge einer zweiten Sequenzkette eine oder mehrere von diesen Matrizen auswählen,
wobei die von einer Matrix ansteuerbare Folge von MikroOperationen einer Auswahl von Mikroprogrammen
angehört.
2. Steuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Matrix aus einem die verschiedenen
MikroOperationen bestimmenden Funktionsteil sowie einem weiteren Funktionsteil besteht,
der über Rückverbindungen in die Sequenzkettenelemente die Reihenfolge der Erregung von
Kettenelementen bestimmt, wobei die zweite Sequenzkette nur bei Übergängen zwischen verschiedenen
Matrizen umgeschaltet wird.
3. Steuerwerk nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Kombination von über eine
oder mehrere Sequenzketten gesteuerten Matrizen bzw. Matrixquadern miteinander derart, daß die
Ausgänge einer Matrix bzw. eines Matrixquaders konjunktiv in einer anderen Matrix bzw. einem
anderen Matrixquader wirksam werden.
4. Steuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einzelne der mit
den Wirkausgängen der Kettenelemente verknüpften Matrizen einen dritten Funktionsteil (W) ausweisen,
dessen Ausgänge mit den Stellen eines Zählers (WZ) zur Abzählung von Wiederholungen
verbunden sind.
5. Steuerwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Rückverbindungen in
die Sequenzkette herstellende Funktionsteil (Z) Ausgänge sowohl zum Erregen als auch zum
Aberregen der Kettenelemente aufweist, die an diese über Konjunktionen angeschlossen sind,
deren zweiter Eingang am Ausgang des Wiederholungszählers (WZ) liegt.
6. Steuerwerk nach Anspruch 1 bzw. den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch
die Schaltfolgeschritte aufrufbaren Operationen durch mindestens eine weitere Sequenzkette über
Matrixkonjunktionen unterschiedlichen, insbesondere für Simultanarbeit zu koordinierenden, anmeldenden
Wirken nacheinander zuordenbar bzw. für diese durchschaltbar sind.
7. Steuerwerk nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung bzw. Durchschaltung
der anmeldenden Werke über zwei Sequenzketten [ΚΆ(ί), 2£4(&)] mit zugeordnetem
Matrixquader nach Maßgabe einer doppelten Folgeauswahl bewirkt wird.
8. Steuerwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine matrixgesteuerte Sequenzkette
[K3(I)] zyklisch arbeitet und gleichberechtigte
anmeldende Werke nacheinander den Quaderausgängen zuordnet, während eine zweite matrixgesteuerte Sequenzkette [K^k)] die Werke
entsprechend Rangklassen den Ausgängen zuordnet.
9. Steuerwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer Rangklasse mehrere
zyklisch gesteuerte Sequenzketten zugeordnet sind.
10. Steuerwerk nach Anspruch 1 bzw. den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Betriebszustandsignale,
z. B. Signale einer Bereitschafts-Flip-Flops, in den Matrizen bzw. Matrixquadern
konjunktiv wirksam werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch von H. Rutishauser, A. Speiser, E. Stiefel, »Programmgesteuerte digitale Rechengeräte«, Basel 1951, S. 56ff.;
Buch von H. Rutishauser, A. Speiser, E. Stiefel, »Programmgesteuerte digitale Rechengeräte«, Basel 1951, S. 56ff.;
Elektronische Rundschau, 1955, S. 349 bis 353.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
© 309 577/263 4.63
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DET18996A DE1147783B (de) | 1960-09-10 | 1960-09-10 | Steuerwerk fuer elektronische Rechenmaschinen, Bueromaschinen u. dgl. |
US136296A US3252146A (en) | 1960-09-10 | 1961-09-06 | Computer |
GB32325/61A GB920483A (en) | 1960-09-10 | 1961-09-08 | Improvements in or relating to computers |
FR872789A FR1313772A (fr) | 1960-09-10 | 1961-09-09 | Montage de commande pour calculatrices électroniques, machines à calculer de bureau et analogues |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DET18996A DE1147783B (de) | 1960-09-10 | 1960-09-10 | Steuerwerk fuer elektronische Rechenmaschinen, Bueromaschinen u. dgl. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1147783B true DE1147783B (de) | 1963-04-25 |
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ID=7549153
Family Applications (1)
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DET18996A Pending DE1147783B (de) | 1960-09-10 | 1960-09-10 | Steuerwerk fuer elektronische Rechenmaschinen, Bueromaschinen u. dgl. |
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US (1) | US3252146A (de) |
DE (1) | DE1147783B (de) |
GB (1) | GB920483A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2936801A1 (de) * | 1979-09-12 | 1981-03-19 | Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart | Steuereinrichtung zur ausfuehrung von instruktionen |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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NL92296C (de) * | 1953-05-21 | 1959-10-15 | ||
NL193957A (de) * | 1954-01-15 | |||
NL236961A (de) * | 1958-03-10 | |||
US3119011A (en) * | 1960-02-24 | 1964-01-21 | Sperry Rand Corp | Digital data analyzing devices |
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1960
- 1960-09-10 DE DET18996A patent/DE1147783B/de active Pending
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1961
- 1961-09-06 US US136296A patent/US3252146A/en not_active Expired - Lifetime
- 1961-09-08 GB GB32325/61A patent/GB920483A/en not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
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None * |
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DE2936801A1 (de) * | 1979-09-12 | 1981-03-19 | Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart | Steuereinrichtung zur ausfuehrung von instruktionen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3252146A (en) | 1966-05-17 |
GB920483A (en) | 1963-03-06 |
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