DE2430464A1

DE2430464A1 - Einrichtung zur fehlergesicherten datenuebertragung

Info

Publication number: DE2430464A1
Application number: DE2430464A
Authority: DE
Inventors: Keith Albert Duke; Benedicto Umberto Messisa
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-06-26
Filing date: 1974-06-25
Publication date: 1975-01-16
Also published as: US3836957A; JPS5023943A; FR2235426B1; FR2235426A1; GB1425671A; JPS5338581B2

Description

Einrichtung zur fehlergesicherten Datenübertragung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur fehlergesicherten Übertragung von Daten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie bezieht sich auf die Übertragung von Daten zwischen der Datensammelleitung und dem Datenspeicher einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage.

Die fehlergesicherte Übertragung von Daten mit Hilfe von die . Daten begleitenden Fehlerprüf- und Korrekturbits (ECC-Bits) ist an sich bekannt (vgl. US-PS 3 648 239). In dieser Patentschrift werden die Unterschiede zwischen der Fehlererkennung binärer Daten mit Hilfe von Paritätsbits und einer solchen mit Hilfe von nach dem Hamming-Code codierten Daten beschrieben, die Fehlerprüf- und Korrekturbits (ECC) für die Korrektur von Einzelfehlern und das Erkennen von Doppelfehlern binärer Daten (SEC/DEC) liefern. Außerdem wird der auch in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendete Code sowie die Verbindung verschiedener Datenbits zur Erzeugung von nach der Byteparität codierten Daten oder ECC-Bits sowie der Erzeugung von Syndrombits, die Fehler aus dem Speicher bezeichnen, beschrieben. Durch die Syndrombits bezeichnete Einzelfehler können korrigiert werden, so daß dann Daten in der richtigen Form auf die Datensammelleitung geleitet werden können. Durch Syndrombits erkannte Mehrfachfehler werden dem Datenverarbeitungssystem angezeigt.

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Wenn Daten in den Datenspeicher eingespeichert werden, werden die nach Byteparität codierten Daten daraufhin untersucht, ob die zu speichernden Daten Fehler enthalten. Wenn ein Paritätsfehler erkannt wird, erhält das Datenverarbeitungssystem Signale zur Unterbrechung, damit die verschiedenen Korrekturverfahren oder mindestens eine Fehleranzeige vorgenommen werden können. Die weitere Verarbeitung durch das Datenverarbeitungssystem wird angehalten .

Mit zunehmender Größe und Komplexität von Datenverarbeitungssystemen, wurden verschiedene Techniken zur Multiprograminierung oder Multiverarbeitung entwickelt. Andere Systeme wiederum haben Hochgeschwindigkeits-Puffereinrichtungen zwischen dem Datenspeicher und dem Datenverarbeitungssystem. Diese Hochgeschwindigkeits-Puffereinrichtungen arbeiten auf eine solche Weise, daß Daten von dem Hochgeschwindigkeitspuffer zu dem Datenspeicher zu Zeiten übertragen werden können, die vollständig ohne bezug zur Verarbeitung der augenblicklich vom System verarbeiteten Daten stehen. Eine andere Form der Arbeitsweise, die in einem elektronischen Datenverarbeitungssystem stattfinden kann, ist eine solche, bei der die Datenübertragung von einem Eingabegerät zu dem Datenspeicher unabhängig von der Verarbeitung ist, die augenblicklich in der Zentraleinheit stattfindet. D.h., daß eine Folge von Programmschritten aufrufen kann, die unabhängig von der weiteren Verarbeitung der Zentraleinheit eingeleitet und durchgeführt werden kann.

Bei all diesen Verbesserungen der Datenverarbeitungssysteme kann man sich jedoch vorstellen, daß in den Datenspeicher übertragene Daten nie wieder benutzt werden, d.h., die ausgeführten Programme können aufgefordert werden, bestimmte Zwischendatenergebnisse unter der Annahme zu erzeugen, daß diese hinterher benutzt werden. Nach weiterer Verarbeitung wird jedoch festgestellt, daß die erzeugten Zwischendaten nicht weiter benötigt werden. Wenn also ein einziger Paritätsfehler das Datenverarbeitungssystem während einer Speicheroperation unterbrechen kann, wird der Gesamtwirkungs-

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grad des Datenverarbeitungssystemes wesentlich reduziert und es ist durchaus vorstellbar, daß die fehlerhaften Daten nicht wieder benutzt werden.

Weitere unerwünschte Situationen bei der Erkennung von Einzelparitätsfehler wären Speicheroperationen, betreffend die Tatsache, daß die von einer Datensammelleitung in den Datenspeicher übertragenen Daten ohne Zusammenhang zur gegenwärtig von der Zentraleinheit des Datenverarbeitungssystems ausgeführten Programmfolge komplettiert werden können. Wenn der Paritätsfehler erkannt wird und das Verarbeitungssystem unterbrochen wird, muß jedes Fehleraufzeichnungs- oder Fehlerverarbe'itungsprogramm im Datenverarbeitungssystem erst einmal eine schwierige Bestimmung des Programmes vornehmen, das für die Erzeugung der fehlerhaften Daten verantwortlich war.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Datenübertragungseinrichtung zwischen einer Datensammelleitung und einem Datenspeicher, die die genannten Nachteile der bekannten Einrichtung vermeidet.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit Hilfe der vorstehend gekennzeichneten Einrichtung wird in vorteilhafter Weise die Erkennung eines Paritätsfehlers verhindert, wenn Daten in dem Speicher von Vielfachverarbeitungssystemen oder Systemen mit Pufferspeicher zwischen dem Hauptspeicher und dem Prozessor gespeichert werden, da Fehler nicht mit Hilfe eines geeigneten Programms identifiziert werden können. Weiterhin wird eine Verbesserung der Verarbeitungsgeschwindigkeit erreicht, da die im Speicher gespeicherten Daten, die beispielsweise einen Paritätsfehler aufweisen, möglicherweise nie wieder für eine weitere Verwendung aus dem Speicher ausgelesen werden.

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Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem Blockdiagramm ein die vorliegende

Erfindung enthaltendes Datenverarbeitungssystern,

Fig. 2 in einem Blockdiagramm die Anwendung der vor

liegenden Erfindung bei der Datenübertragung von einer Datensammelleitung in einen Datenspeicher ,

Fig. 3 in einem Blockdiagramm die Anwendung der vor

liegenden Erfindung bei der Datenübertragung von einem Datenspeicher auf eine Datensammelleitung.

Fig. 4 die zur Erzeugung der ECC-Bits während einer

Speicheropation und der Syndrombits während einer Leseoperation angewandte Codierung,

Fig. 5 einen Baum „aus Antivalenzgliedern zur Bestimmung

des Ungerade/Gerade-Zustandes binärer Einsen für 19 Eingangsbits,

Fig. 6 die Logik eines Baumes aus Antivalenzgliedern

zur Bestimmung des Ungerade/Gerade-Zustandes binärer Einsen für 9 Eingangsbits,

Fig. 7 in einem Blockdiagramm die Verbindung der in

den Fign. 5 und 6 gezeigten Bäume aus Antivalenzschaltgliedern während einer Datenspeicheroperation,

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Fig. 8 in einem Blockdiagramm die Verbindung der in den

Fign. 5 und 6 gezeigten Bäume aus Antivalenzschaltgliedern während einer Leseoperation,

Fig. 9 die zur Erkennung mehrfacher oder einzelner Byteparitätsfehler in von der Datensammelleitung in einen Datenspeicher zu übertragenden Daten benötigte Logik und

Fig. 10 die Logik, die auf von einem Datenspeicher übertragene Daten und ECC-Bits mit der Erzeugung von Fehlerbedingungen bezeichnende Syndrombits reagiert.

Die allgemeine Umgebung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Hauptteile zahlreicher Datenverarbeitungssysteme sind wiedergegeben und umfassen-eine Zentraleinheit (20), die auf Instruktionen und Daten zur Ausführung von Programmen reagiert. Die vorliegende Erfindung findet ihre wichtige Anwendung in Datenverarbeitungssystemen, die über einen Hochgeschwindigkeitspuffer 21 verfügen, der die zuletzt von der Zentraleinheit 20 benutzten Daten enthält. Eine Speichersteuerung 22 steuert die übertragung von Daten zwischen dem Hochgeschwindigkeitspuffer 21 und einem Hauptdatenspeicher 23. Die Speichersteuerung 22 steuert auch die Datenübertragung zwischen dem Hauptspeicher 23 und den Ein-/Ausgabegeräten (E/A-Geräten) 24. Die Verbindung des Hochgeschwindigkeitspuffers 21 mit den E/A-Geräten 24 über die Speichersteuerung 22 zum Hauptspeicher 23 erfolgt über die Datensammelleitung 25. Die Datensammelleitung 25 kann entweder eine aus mehreren Leitungen bestehende Sammelleiitung zwischen der Speichersteuerung 22 und dem Hauptspeicher 23 sein und Daten in beiden Richtungen übertragen oder sie kann aus separaten Sammelleitungen mit mehreren Leitern bestehen, von denen eine für die Übertragung zum Hauptspeicher 23 und die andere für die übertragung vom Hauptspeicher 23 benutzt wird. Jedenfalls laufen die zum oder vom Hauptspeicher 23 übertragenen Daten durch eine Datenübertragungsschal-

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tung 26, die die Fehlererkennung und -korrektur nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchführt.

Die Grundfunktion der Fehlererkennungs-y/Korrektur-Datenübertragungsschaltung 26 ist in der erwähnten US-PS 3 648 239 gezeigt. Grundsätzlich empfängt sie Daten auf der Sammelleitung 25, die aus 64 binären Datenbits und 8 Paritätsbits bestehen, d. h., die 64 Datenbits bestehen aus 8 jeweils 8 Bit großen Bytes und zu < jedem Byte gehört ein Paritätsbit, welches den üngeraden/Geraden-Zustand der Anzahl binärer Einerbits im Datenbyte wiedergibt. Die Datenübertragungsschaltung empfängt die Datenbits und die codierten Byteparitäten und bestimmt die Genauigkeit der Daten, die im Hauptspeicher 23 zu speichern sind.· Die Datenübertragungsschaltung 26 benutzt außerdem die 64 Datenbits und die 8 Paritätsbits zur Erzeugung von nach dem Hamming-Code codierten ECC-Bits für die Einzelfehlerkorrektur und die Doppe!fehlererkennung in im Hauptspeicher 23 zu speichernden Daten. Die 64 Datenbits und die 8 Byteparitätsbits werden daher in 64 Datenbits und 8 ECC-Bits zur Speicherung umgewandelt. Während einer Leseoperation, in der Daten aus dem Hauptspeicher 23 an die Zentraleinheit 20 übertragen werden, werden die vorher erzeugten ECC-Bits in Kombination mit den 64 Datenbits zur Erzeugung von Syndrombits nach der erwähnten US-PS für die Korrektur von Einzelfehlern und die Erkennung von Doppelfehlern benutzt. Weiterhin werden nach der oben erwähnten US-PS die 64 Datenbits und die 8 ECC-Bits so kombiniert, daß nach Byteparität codierte Daten für die Präsentation an die Sammelleitung 25 erzeugt werden.

Die Fign. 2 und 3 zeigen die Hauptfunktionseinheiten der Datenübertragungsschaltung, wie sie bei einer Speicheroperation und bei einer Leseoperation benutzt werden. Diese beiden Fign. enthalten einen Hauptteil, der in der oben erwähnten US-PS 3 648 239 gezeigten Logik.

In Fig. 2 sind Daten von einer Zentraleinheit an einen Datenspeicher zu übertragen. Die Datensammelleitung, dargestellt als

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Kabel 27, gibt 82 binäre Bits an ein (Prozessoreingangs-)Register (PIR) 28. Diese 72 Bits bestehen aus 64 Datenbits in 8 Bytes zu je 8 Bit und 8 Paritätsbits zur Fehlererkennung, von denen zu jedem Byte eines gehört. In einer Verbindungsmatrix 29 enthaltene Antworteinrichtungen und EO-Bäume 30 aus Antivalenzgliedern untersuchen die Datenbits und die Paritätsbits im Register 28 nach einem im Zusammenhang mit Fig. 4 genauer beschriebenen Codierschema zur Erzeugung von ECC-Bits_f die in die 64 Datenbits im Datenspeicher eingeschlossen werden und der Erkennung von Paritätsfehlern dienen. Jeder durch die Datenantworteinrichtung erkannte Paritätsfehler wird auf eine Sammelleitung 31 an einen ersten Fehlerdetektor

32 gegeben. Der Fehlerdetektor 32 signalisiert auf einer Leitung

33 die Existenz mehrerer Paritätsfehler, wodurch das Datenverarbeitungssystem direkt die gegenwärtige Verarbeitung zur Behandlung der Fehlerbedingung aussetzt. Der Fehlerdetektor 32 liefert auch ein Signal auf einer Leitung 34,zur Anzeige eines Einzelparitätsfehlers.

Wenn durch den Fehlerdetektor 32 keine Fehlerbedingungen angezeigt werden, werden die auf das Kabel 35 geleiteten ECC-Bits durch die zugehörigen Antivalenzschaltungen 36 an ein (Speicherausgabe-)Register (MOR) 37 zur Kombination mit den 64 Datenbits geleitet, die auf dem Kabel 38 an das Register 37 gegeben wurden. Die 72 binären Bits, bestehend aus 64 Datenbits und 8 ECC-Bits, werden dann auf einem Kabel 39 in den Datenspeicher übertragen. Der EO-Kasten 36 besteht aus 8 Antivalenzschaltungen, von denen jeweils ein Eingang zu. einem bestimmten der 8 ECC-Bits auf dem Kabel 35 gehört. Der andere Eingang aller 8 Antivalenzglieder ist mit der Leitung 34 verbunden. Ein Signal auf der Leitung 34 an dem zweiten Eingang invertiert also den binären Zustand der an die Antivalenzschaltungen (EO) 36 gegebenen ECC-Bits. Wenn also ein ECC-Bit eine binäre Eins ist und ein Signal auf der Leitung 34 erzeugt wird, ist die Ausgabe der Antivalenzschaltung eine binäre Null. Wenn andererseits das an die Antivalenzschaltung gegebene ECC-Bit eine binäre Null ist und ein Signal auf der Leitung 34 erzeugt wird, ist die Ausgabe der Antivalenzschaltung eine binäre Eins. Wenn kein Signal auf der

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Leitung 34 liegt, geben alle Antivalenzschaltglieder ein Ausgabesignal ab, das mit dem Eingabesignal identisch ist. Durch Betreiben der Antivalenzschaltungen (EO) 36 und Erzeugen des Signales auf der Leitung 34 modifiziert der Fehlerdetektor 32 die durch die Datenantworteinrichtungen 29 und 30 erzeugten ECC-Bits durch Invertierung ihres binären Zustandes. Durch die Modifizierung sollen die ECC-Bits an dieser Stelle in einen Zustand gesetzt werden, der bei Kombination der Originaldatenbits auf dem Kabel 38 mit diesen Bits eine ungültige Kombination von Syndrombits nach dem verwendeten Schema entsprechend der zitierten US-Patentschrift 3 648 239 erzeugt. Das ungültige Muster von Syndrombits besteht insbesondere aus 7 Syndrombits mit einer binären Eins.

In den übrigen Figuren sind gleiche Bauteile mit derselben Nummer bezeichnet.

Während einer Leseoperation werden gemäß Darstellung in Fig. 3 die binären Daten und die vorher erzeugten ECC-Bits an die Verbindungsmatrix 29 und somit an die EO-Bäume 30 über ein Kabel und den Ausgang des Speichers angelegt. Die Daten werden zuerst in ein (Speichereingabe-)Register (MIR) 41 eingegeben. Die Verbindungsmatrix 29 und die EO-Bäume 30 untersuchen die vom Speicher empfangenen binären Daten zusammen mit den ECC-Bits zur Erzeugung von Syndrombits auf dem Kabel 31 und der Byteparitätsbits auf dem Kabel 35, die auf die Datensammelleitung zur Abgabe an das Datenverarbeitungssystem zu übertragen sind.

Wenn das Speichern und das anschließende Auslesen binärer Daten ohne Fehler erfolgt, sind die auf das Kabel 31 gegebenen Syndrombits alle binär 0. Diese Tatsache oder die Existenz von Fehlerbedingungen werden durch den Syndromdecoder 42 erkannt. Wenn Fehlerbedingungen aufgetreten sind, zeigt der Syndromdecoder die Existenz von Mehrfachfehlern durch Signale auf einer Leitung 43 an, die an das Datenverarbeitungssystem zur unmittelbaren Unterbrechung der Verarbeitung geleitet werden.

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Wenn durch ein Signal auf der Leitung 34 die Bedingung für einen Einzelparitätsfehler während der in Fig. 2 gezeigten Speicheroperation angezeigt wurde, liefert das nachfolgende Lesen der Daten aus dem Speicher mit den modifizierten ECC-Bits ein Muster von Syndrombits auf das Kabel 31, das dem Syndromdecoder 42 zugeführt und in decodierter Form durch Signale auf der Leitung 44 als "Sieben-Syndrom-Fehler"-Situation angezeigt wird. Das Signal auf der Leitung 44.invertiert an den Antivalenzschaltungen (EO) 36 alle erzeugten Byteparitätsbits auf dem Kabel 35 zur Kombination mit dem binären Datenbit auf einem Kabel 45.

Ein Kabel 46 führt darstellungsgemäß vom Syndromdecoder 42 zu den Antivalenzschaltgliedern (EO) 47. Wenn bei einer Leseoperation ein Einzelfehler erkannt wird, wird ein Syndrombitmuster auf dem Kabel 31 erzeugt, welches ein fehlerhaftes Datenbit oder ein fehlerhaftes ECC-Bit bezeichnet. Die Decodierung der Syndrombits durch den Syndromdecoder 42 erregt eine Leitung des Kabels 46 zur Abgabe des Signales an die Antivalenzglieder 47. Die zu den fehlerhaften binären Bits gehörende erregte Einzelleitung des Kabels 46 invertiert an den Antivalenzgliedern 47 das fehlerhafte Datenbit auf der Sammelleitung 45 oder das erzeugte Paritätsbit auf dem Kabel 35. Die Ausgabe der Antivalenzschaltungen 47 wird daher korrigiert und an ein (Prozessorausgangs-)Register (POR) 48 zur Abgabe an das Datenverarbeitungssystem auf der Sammelleitung 49 gegeben.

Wenn durch das oben erwähnte Signal auf der Leitung 44 ein Siebener-Syndromfehler angezeigt wird, erzeugt die Antivalenzschaltung (EO) 36 wieder die fehlerhafte Byteparität zur Kombination mit den Daten auf dem Kabel 45 durch die Antivalenzschaltglieder (EO) 47 für die Datensammelleitung 49. Wenn diese Daten vom Datenverarbeitungssystem von der Sammelleitung 49 empfangen werden, erkennen die Paritätsprüfschaltungen des Datenverarbeitungssystemes den Paritätsfehler und lösen Korrekturschritte aus. Da der Paritätsfehler jetzt als-Ergebnis eines Versuches erkannt wird, die Daten durch ein bestimmtes

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Programm zu verarbeiten, läßt sich das Programm leicht bestimmen, welches den Fehler erzeugt.

Die Matrix der Fig. 4 ist der oben erwähnten US-Patentschrift 3 648 239 entnommen und zeigt, wie ECC-Bits oder Syndrombits nach dem Gedanken dieser Erfindung erzeugt werden. Die Grundphilosophie der Matrix, die die Verwendung gemeinsamer Maschinenteile für die Erzeugung von ECC-Bits und Byteparitätsbits gestattet, ist auf die Tatsache gerichtet, daß alle Datenbits eines bestimmten Datenbytes in die Erzeugung eines zugehörigen eindeutigen ECC-Bit oder Syndrombit eintreten. Alle Datenbits des Byte 1 werden z.B. für die Erzeugung des Syndrombit Sl oder des ECC-Bit Cl benutzt. In gleicher Weise werden z.B. alle Datenbits des Byte 3 für die Erzeugung des Syndrombit S7 oder des ECC-Bit C8 benutzt. Wenn ECC-Bits erzeugt werden, kann man daher ein bestimmtes ECC-Bit erzeugen, indem man nur die Byte— parität des jeweiligen Byte untersucht, für das alle Datenbits zusammen mit einzelnen bestimmten Datenbits von allen anderen Datenbytes gemäß Bestimmung durch die in Fig. 2 und 3 gezeigte Verbindungsmatrix 29 untersucht werden müssen.'

Die Antivalenzbäume 30 in den Fign. 2^ und 3 sollen das richtige ECC-Bit während der Speicheroperation und die richtigen Byteparitätsbits während einer Leseoperation erzeugen. Das ECC-Bit C8 wird z.B. nur mit der Byteparität des Datenbyte 2 in Kombination mit den Datenbits 17, 19, 21 und 24 des Byte 3 und den Bits 25, 26, 28 und 32 des Datenbyte 4 usw. erzeugt. Gleichzeitig mit der Erzeugung von ECC-Bits führt ein anderer Satz von Antivalenzschaltgliedern eine Byteparitätsprüfung für das Byte 2 durch, unter Verwendung der 8 Datenbits des Byte 2 und des zugehörigen Paritätsbits. Die Byteparität für das Byte 2_r die an das Datenverarbeitungssystem auf der Datensammelleitung zu leiten ist, kann erzeugt werden durch Untersuchung des Prüfbits C8 und aller zum ECC-Bit C8 gehörender Datenbits mit Ausnahme der batenbits des Byte 2. Während einer Leseoperation wird außerdem die Kombination der 18 Datenbits und des Prüfbits C8 dann kombi-

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niert mit dem Datenbit des aus dem Speicher gelesenen Bytes 2, um festzustellen, ob ein Syndrombit zur Bezeichnung einer Fehlersituation erzeugt wwerden soll oder nicht.

Die Fign. 5, 6, 7 und 8 zeigen im einzelnen und in Blockform die in den Fign. 2 und 3 dargestellten Antivalenzbäume 30. Ein erster, in.Fig. 5 gezeigter Antivalenzbaum empfängt 18 Datenbits entsprechend der in Fig. 4 gezeigten Matrix und ein weiteres Bit auf der Leitung 15, welches entweder ein Paritätsbit oder ein Prüfbit ist. Der Antivalenzbaum mit 19 Eingängen arbeitet während einer Speicher- oder einer Leseoperation. Der Ausgang 51 des Antivalenzbaumes steht auf binär Null oder binär Eins, abhängig davon, ob die Eingänge zum Antivalenzbaum eine ungerade oder gerade Anzahl von Einsen haben. Fig. 6 zeigt einen Antivalenzbaum mit 9 Eingängen, der die 8 Datenbits eines bestimmten Datenbytes zusammen mit einem Signal auf der Leitung 52 empfängt, das entweder ein Prüfbit oder ein Paritätsbit ist, abhängig davon, ob eine Leseoperation oder eine Speicheroperation abläuft. Wieder wird ein Ausgangssignal 53 entsprechend der geraden oder ungeraden Zahl binärer Einsen in den Eingangsdaten erzeugt.

In Fig. 7 ist eine Spexcheroperation für die Erzeugung eines bestimmten ECC-Prüfbits und die Erkennung eines Paritätsfehlers in einem bestimmten, vom Datenverarbeitungssystem auf der Datensammelleitung empfangenen Datenbyte gezeigt. Der Antivalenzbaum 54 mit 19 Eingängen empfängt als Eingangssignale das Paritätsbit auf der Leitung 55 desjenigen Datenbytes, in dem alle 8 Datenbits des Byte an der Erzeugung des Prüfbits teilnehmen sowie die übrigen 18 Datenbits nach der in Fig. 4 gezeigten Matrix. Der Antivalenzbaum 56 mit 9 Eingängen empfängt als EingangsSignaIe die 8 Datenbits des zur Erzeugung des zugehörigen Prüfbit auf der Leitung 58 benutzten Dytenbyte und das Paritätsbit auf der Leitung 55 zur Lieferung eines Signales an die Leitung 57, welches das Vorhandensein eines Paritätsfehlers in dem speziellen Datenbyte anzeigt. Das Signal auf der Leitung 57, die eine Leitung des Kabels 31 ist, wird in den Fehlerdetektor 32 geleitet. Das

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Prüfbitsignal auf der Leitung 58, die eine Leitung des Kabels 35 ist, wird mit den Daten auf dem Kabel 38 zu einer Eingabe für den Speicher kombiniert, die 64 Datenbits und das aus 8 ECC-Bits bestehende ECC-Byte umfaßt.

Fig. 8 zeigt die Arbeitsweise der Antivalenzbäume während einer Leseoperation. Der Antivalenzbaum 59 mit 19 Eingängen empfängt 18 Datenbits von der Verbindungsmatrix 29 in Fig. 3 und das zugehörige Prüfbit auf einer Leitung 60. Die Ausgabe des Antivalenzbaumes 59 sollte das richtige Paritätsbit für die 8 binären Bits des zu dem Prüfbit auf Leitung 60 gehörenden Datenbyte sein. Die Ausgabe erfolgt auf einer Leitung 61 des Kabels 35 in Fig. 3 und stellt das Paritätsbit des jeweiligen Datenbyte dar. Der Antivalenzbaum 62 mit 9 Eingängen empfängt die 8 Bits des zu dem Prüfbit auf einer Leitung 60 gehörenden Datenbyte und benutzt das erzeugte Paritätsbit auf der Leitung 61 zur Erkennung einer Fehlerbedingung in den aus dem Speicher gelesenen Daten, um durch ein Signal auf der Leitung 63, welches ein Syndrombit ist, die Fehlersituation zu bezeichnen. Wenn während einer Speicheroperation oder einer nachfolgenden Leseoperation keine Fehlerbedingungen auftreten, sollte die ein Syndrombit darstellende Ausgabe auf der Leitung 63 eine binäre Null sein.

In Fig. 9 sind Einzelheiten des in Fig. 2 dargestellten Fehlerdetektors 32 gezeigt. Die auf der Leitung 57 der Fig. 7 für alle 8 Datenbytes erzeugten Paritätsprüfbits werden als Eingänge zu einer Reihe von UND-Gliedern 64 bis 72 empfangen. In den in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten wird eine positive Logik verwendet, d.h., eine binäre Eins wird durch einen positiven Wert dargestellt. Ein UND-Glied 64 erzeugt eine Ausgabe binär Eins, wenn alle Eingänge binär Eins sind. Nach der in Fig. 7 gezeigten Logik des Antivalenzbaumes 56 mit 9 Eingängen sind alle Paritätsprüfsummen auf den in Fig. 9 gezeigten Signalleitungen binär Eins, wenn in den empfangenen Datenbits keine Fehler sind. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 64 bis 71 werden an ein ODER-Glied 73 geleitet, dessen Ausgabe wiederum an einen Inverter 74 und

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an ein weiteres UND-Glied 75 geleitet wird. Ein Inverter 76 empfängt als Eingang die Ausgabe des UND-Gliedes 72. Durch Anwendung der oben beschriebenen positiven Logik empfängt das UND-Glied 72 positive Eingangssignale an allen Eingängen, wenn keine Paritätsfehler vorliegen, und gibt ein Ausgabesignal binär Eins ab, welches durch den Inverter 76 invertiert wird und das UND-Glied 75 abschaltet. Weiterhin empfangen alle UND-Glieder 64 bis 71 an allen ihren Eingängen binäre Einsen, geben eine Ausgabe an das ODER-Glied 73, die durch den Inverter 74 invertiert, eine binäre Null auf die Leitung 33 gibt.

Wenn ein einzelner Paritätsfehler auftritt, empfängt das UND-Glied 72 keine binäre Eins auf allen Eingängen und erzeugt eine Ausgabe binär Null; die zu einer binären Eins durch den Inverter 76, als Eingangssignal auf der Leitung 77 zum UND-Glied 75 invertiert wird. Wenn ein einzelner Paritätsprüffehler vorliegt, führt eine der die Paritätsprüfsumme des fehlerhaften Datenbyte darstellenden Signalleitungen außerdem eine binäre Null. Wenn z.B. auf der Leitung 78 eine binäre Null liegt, auf allen übrigen Leitungen aber eine binäre Eins, liefert das UND-Glied 71 eine Ausgabe binär Eins. Dadurch gibt das ODER-Glied. 73 eine Ausgabe binär Eins als Eingang auf der Leitung 79 an das UND-Glied 75 und liefert somit ein Ausgangssignal auf die Leitung 34, welches einen Paritätseinzelfehler bezeichnet.

Wenn zwei oder mehr Paritätsfehler vorliegen, sind mindestens zwei Eingänge zu den UND-Gliedern 64 bis 71 binär Null und daher kann keines dieser UND-Gliedern auf allen Eingängen eine binäre Eins empfangen. Somit wird vom ODER-Glied 73 als Ausgabe eine binäre Null erzeugt, die durch den Inverter 74 zu einem, einen Mehrfachfehler anzeigenden Signal auf der Leitung 33 invertiert wird.

Nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein Signal binär Eins auf der Leitung 34 der Fig.-9 einen Einzelparitätsfehler und modifiziert die während der in Fig. 2 gezeigten Speicheroperation erzeugten ECC-Bits. Durch die Modifikation der

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ECC-Bits auf dem Kabel 35 an den Antxvalenzgliedern 36 wird ein Muster von ECC-Bits zur Speicherung mit den Daten erzeugt, welches hinterher während einer Leseoperation zur Wiedererzeugung des Einzelparitätsfehlers erkannt werden kann.

Aus der Untersuchung der Matrix in Fig. 4 läßt sich die Modifikation der ECC-Bits ableiten, die erfolgen muß. Ein bestimmtes, für die Erzeugung von ECC-Bits verwendetes Datenbit beeinflußt höchstens fünf der erzeugten ECC-Bits. So wird z.B. das Datenbit 16 zur Erzeugung der ECC-Bits Cl, C2, C3, C4 und C8 benutzt. Wenn die Datenbits aus dem Speicher zusammen mit den vorher erzeugten ECC-Bits gelesen werden, liefert daher bei einem fehlerhaften Datenbit 16 die Kombination der übrigen Bits und der vorher erzeugten ECC-Bits, Syndrombits, in denen die Syndrombits Sl, S2, S3, S4 und S8 auf binär Eins stehen. Durch Decodierung dieser binären Eins der Syndrombits kann die Identität des fehlerhaften Datenbit bestimmt und sein binärer Zustand zu richtigen Daten invertiert werden.

Aus der Matrix der Fig. 4 läßt sich weiter entnehmen, daß bei zwei fehlerhaften Datenbits in einer nachfolgenden Leseoperation der Daten die Kombination von Datenbits und vorher erzeugten ECC-Bits eine gerade Zahl von Syndrombits mit binär Eins liefert, d.h., auf binär Eins stehen 2, 4, 6 oder 8 Syndrombits. In normalen Fehlersituationen ist daher das Muster der erzeugten Syn-

drombits entweder ungerade oder gerade und zeigt somit einen Einzelfehler oder einen Doppelfehler an. Eine Kombination von Syndrombits, die niemals erzeugt wird, gleichgültig ob es sich um einen Einzelfehler oder einen Doppelfehler handelt, 7 Einsen d;h., man braucht mindestens drei Fehler, um ein Muster von Syndrombits zu erzeugen, das 7 binäre Einsen enthält.

Durch Verwendung des Signales auf der Leitung 34 an den Antivalenzgliedern 36 als ein Eingang zu allen Antivalenzgliedern in verbindung mit den vorher erzeugen ECC-Bits auf dem Kabel 35, dargestellt in Flg. 2, werden alle ECC-Bits, die mit den Daten-

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bits auf dem Kabel 38 im Register 37 enthalten sein sollen, zur Abgabe an den Speicher auf dem Kabel 39 invertiert. Beim nachfolgenden Ausschließen gemäß der in Fig. 3 gezeigten Logik erzeugt die Kombination der Datenbits und der vorher modifizierten ECC-Bits in den Äntivalenzbäumen 230, 7 Syndrombits auf dem Kabel 31 mit einem Wert von binär Eins für die Abgabe an den Syndromdecodierers 42. Diese Situation wird als Siebener-Syndromfehler erkannt und durch ein Signal auf der Leitung 44 angezeigt. Die Verwendung dieses Signales wird später im einzelnen beschrieben; jedenfalls werden alle erzeugten Paritätsbits auf dem Kabel 35 in den Antivalenzgliedern 36 invertiert und somit der ursprüngliche Paritätsfehler wiedererzeugt. Durch Invertierung aller erzeugten ECC-Bits bei Erkennen eines einzelnen Paritätsfehlers während einer Speicheroperation wird die Fähigkeit der ECC-Bits zur Erkennung einer weiteren Fehlersituation während der nachfolgenden Leseoperation nicht beeinflußt. Das bedeutet, daß ein Einzelparitätsfehler in den ursprünglich zu speichernden Daten erkannt wurde, wenn jedoch bei einer nachfolgenden Leseoperation ein weiters Datenbit fehlerhaft wird, wird eine gerade Zahl von Syndrombits erzeugt und somit werden durch ein Signal auf der Leitung 43 in-Fig. 3 mehrere Fehler (Mehrfachfehler) angezeigt.

Einzelheiten des in Fig. 3 gezeigten Syndromdecoders 42 werden in Verbindung mit Fig. 10 gezeigt. Bei vertikaler Anordnung zeigen die Fign. 1OA, 1OB und IOC die 'Hauptteile des Syndromdecoders. Fig. IOC stellt die zu einem bestimmten 8-Bit großen Byte gehörende Logik dar und wird für alle übrigen Datenbytes dupliziert. Fig. IOC zeigt insbesondere das Funktionieren der Korrektureinrichtung für die ECC-Codierung.

Nach Darstellung in Fig. 1OA werden die auf binär Eins stehenden Syndrombits auf dem Kabel 31 der Fig. 3 von Analogik empfangen und an dieselbe angelegt, um mehrere Fehler auf der Signalleitung 43 anzuzeigen und ein Einzelfehlersignal auf einer Leitung 80 zu erzeugen, welches die Datenkorrektur nach Möglichkeit auslöst. Ein ODER-Glied 81 liefert einen Ausgang mit binär

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Eins, wenn mindestens eines der Syndrombits auf binär Eins steht und diese Ausgabe wird dann an das UND-Glied 82 geleitet. Die Ausgabe des Antivalenzgliedes 83, die an einen Inverter 84 angelegt wird, bestimmt die gerade oder ungerade Zahl von Syndrombits, die auf binär Eins stehen, und somit die Existenz eines Einzelfehlers oder mehrerer Fehler. Die Ausgabe eines ODER-Glieder 85 liefert eine zweite Eingabe zum UND-Glied 82 zur Anzeige einer Mehrfachfehlerbedingung, d.h., wenn mindestens ein Syndrombit auf binär Eins steht, liefert das ODER-Glied 81 ein Eingabesignal an das UND-Glied 82. Wenn eine gerade Zahl von binären Einsen in den Syndrombits vorhanden ist, erzeugt das Antivalenzglied 83 kein Ausgangssignal und der Inverter 84 daher ein Signal binär Eins über das ODER-Glied 85 für den anderen Eingang des UND-Gliedes 82 und bezeichnet so durch ein Signal auf der Leitung 43 eine Mehrfachfehlerbedingung .

In Fig. 1OB wird jedes der Syndrombits auf dem Kabel 31 an einen Inverter angelegt und liefert dadurch Komplementärsignale für den Rest der Fig. 10, d.h., wenn ein Syndrombit eine binäre Eins ist und z.B. an den Inverter 86 angelegt wird, erscheint die Ausgabe des Inverters 68 als binäre Null. Wenn andererseits das an den Inverter 86 angelegte Syndrombit eine binäre Null ist, erscheint die Ausgabe des Inverters 86 als positive binäre Eins. Die Reihe der UND-Glieder 87 bis 94 in Fig. 1OB, die ihre Ausgaben an das ODER-Glied 95 liefern, erzeugen das Signal "Siebener-Syndrom-Fehler" auf der Leitung 44, die der Leitung 44 in Fig. entspricht. Durch dieses Signal werden alle auf dem Kabel 35 erzeugten Byteparitätsbits am Antivalenzglied 36 invertiert und dadurch der ursprüngliche Einzelbyteparitätsfehler wieder erzeugt. Es handelt sich um denselben Einzelbyteparitätsfehler, der das Muster von ECC-Bits erzeugte, die schließlich die Sieben-Syndrombits erzeugten. Außerdem wird mit diesem Signal das Mehrfachfehlersignal 43 am UND-Glied 82 durch einen Inverter 113 gesperrt. Nur wenn genau 7 Syndrombits vorhanden sind, gibt eines der UND-Glieder 87 bis 94 ein Ausgangssignal an das ODER-Glied

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Das UND-Glied 87 erzeugt z.B. einen binären Einerausgang nur, wenn die zum Inverter 86 gehörenden Syndrombits binär Null sind und alle anderen Syndrombits binär Eins.

Fig. IOC zeigt die Logik, die auf Syndrombits auf dem Kabel 31 für ein bestimmtes Datenbyte anspricht. In der normalen Funktion der ECC-codierten Daten decodieren die UND-Glieder 96 bis 103 das Muster binärer Einersyndrombits in denjenigen Fällen, in denen ein Einzelbitdatenfehler in diesem speziellen Datenbyte zu korrigieren ist. Abhängig vom Muster binärer Einsen der Syndrombits wird eines der UND-Glieder 96 bis 103 eingeschaltet und liefert einen binären Einerausgang auf das Kabel 46, für das durch das Muster der Syndrombits bezeichnete Datenbit. Die bezeichnete Bitposition wird in den Antivalenzschaltungen 47 der Fig. 3 invertiert.

Wenn nur ein Syndrombit auf binär Eins steht, erkennt ein UND-Glied, wie z.B. das UND-Glied 104 diese Tatsache. In Verbindung mit der Darstellung in Fig. IOC heißt das, wenn das äußerste linke Syndrombit auf der Leitung 105 das einzige ist, welches auf binär Eins steht und alle übrige Syndrombits auf binär Null stehen und das UND-Glied 104 eine Anzeige dafür gibt, daß das zum Byte der Fig. IOC gehörende ECC-Bit fehlerhaft war.

Das ODER-Glied 106 liefert einen Ausgang binär Eins an ein Kabel 107, sobald eines der UND-Glieder 104 oder 96 bis 103 ein Ausgangssignal abgibt. Das Signal vom Ausgang des ODER-Gliedes 106 an das Kabel 107 wird zusammen mit der vergleichbaren Schaltung für alle übrigen Datenbytes an ein ODER-Glied 108 in Fig. 1OA angelegt. Die Ausgabe des ODER-Gliedes 108 signalisiert die Existenz eines Einzelfehlers im normalen Lauf der Fehlererkennungs- und -korrekturmöglichkeit der ECC-Bits. Die Ausgabe des ODER-Gliedes 108 wird durch einen Inverter 109 invertiert und durch ein ODER-Glied 85 als binärer Nulleingang an das UND-Glied 82 geleitet, um den Ausgang eines Mehrfachfehlerslgnales zu negieren.

Die übrige Schaltung der Fig. IOC, nämlich das ODER-Glied 10, der Inverter 111 und das UND-Glied 112 dienen zur Signalisierung sol-PO 972 ο« «09883/1045

eher Situationen, in denen das erzeugte Byteparitätsbit für das jeweils zur Logik der Fig. IOC gehörende Byte invertiert werden sollte« Die Ausgabe des ODER-Gliedes 110 auf binär Eins wird an das Kabel 46 der Fig. 3 zu dem zum Byte gehörigen Paritätsbit geleitet und an die Antivalenzschaltungen 47 weitergegeben, um das betroffene Paritätsbit zu invertieren.

Aus Fig. 8 ist zu sehen, warum das ODER-Glied 110 eine Ausgabe binär Eins erzeugt. Das UND-Glied 104 liefert eine Eingabe binär Eins an das ODER-Glied 110, sobald das zu diesem Byte gehörende Prüfbit auf der Leitung 60 der Fig. 8 fehlerhaft ist. In dieser Situation wäre das auf der Leitung 61 erzeugte Paritätsbit fehlerhaft und das Syndrombit auf Leitung 63 auf binär Eins, welches dann an die Leitung 105 in Fig. IOC angelegt wird. In dieser Situation muß das für das in Fig. IOC gezeigte Byte erzeugte Paritätsbit invertiert werden, damit es die richtige Parität des am Eingang des Antivalenzbaumes 62 in Fig. 8 vorgesehenen Datenbyte widergibt. Der andere Eingang zum ODER-Glied 110 kommt vom UND-Glied 112. Das UND-Glied 112 liefert einen Eingang binär Eins an das ODER-Glied 110, der anzeigt, daß das zu diesem Byte gehörende Paritätsbit invertiert werden sollte, um die Tatsache wiederzugeben, daß eines der 18 Datenbits, die an den Antivalenzbaum 59 der Fig. 8 mit 19 Eingängen angelegt werden, fehlerhaft ist und durch die zu einem anderen Datenbyte gehörende Logik korrigiert wird. Das bedeutet: das Syndrombit 105 für diesen Byte wurde entsprechend der Matrix der Fig. 4 gesetzt, ein Einzelfehler wurde angezeigt und somit korrigiert gemäß Anzeige auf der Leitung 80 und keines der UND-Glieder 96 bis 103 oder das UND-Glied 104 liefert ein Ausgangssignal, wie es durch einen positiven Ausgang binär Eins durch den Inverter 111 angezeigt wird. Das UND-Glied .112 zeigt daher an, daß aufgrund eines Fehlers in einem der Datenbits eines anderen Byte das erzeugte Paritätsbit auf der Leitung 61 der Fig. 8, das zu diesem speziellen Datenbyte gehört, fehlerhaft ist und daher invertiert werden muß.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ίίΤ) Einrichtung zur fehlergesicherten übertragung von Daten zwischen einer Datensainmelleitung und einem Datenspeicher einer Datenverarbeitungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Fehlerprüf- und -korrekturcode (ECC) codierte Daten vom Datenspeicher während einer Leseoperation für die Erzeugung byteparitätscodierter Daten -.," zur Abgabe an die Datensammelleitung empfängt, daß sie ferner byteparitätscodierte Daten von der Sammelleitung während einer Speicheroperation für die Erzeugung ECC-codierter Daten zur Abgabe an den Datenspeicher empfängt, daß sie weiter eine erste Anordnung aufweist, die während einer Speicheroperation auf Daten mit der Erzeugung von ECC-Bits zur Abgabe an den Speicher, zusammen mit den Datenbits und mit der Erzeugung von ByteparitätsfehlerSignalen von der Datensammelleitung anspricht und daß sie während einer Leseoperation auf Daten mit der Erzeugung von Byteparitätsbits zur Abgabe an die Sammelleitung, zusammen mit den Datenbits und mit der Erzeugung von Syndrombitsignalen anspricht, welche letztere Fehierbedingungen vom Datenspeicher anzeigen, daß ferner eine zweite Anordnung vorgesehen ist, die auf Daten während einer Speicheroperation mit der Erzeugung eines zweiten Signals anspricht, das eine Fehlerbedingung in den von der Datensainmelleitung empfangenen Daten anzeigt und daß sie schließlich eine dritte Anordnung besitzt, die mit der zweiten verbunden • ist und die von den genannten Anordnungen erzeugten ECC-Bits für eine Einbeziehung in die zu speichernden Datenbits modifiziert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Anspruch 1 genannte zweite Anordnung einen einzelnen Byteparitätsfehler anzeigt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich- .PO 972 042 Ζ 409.883/104 5

net, daß die im Anspruch 1 genannte dritte Anordnung eine Anordnung enthält, die die erzeugten ECC-Bits zu einer ungültigen Kombination zwangsweise umformt.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete ECC-Code so aufgebaut ist, daß irgendein Einzel- oder Doppelbitfehler in den ECC-codierten Daten kein besonderes Muster von Syn~ drombitsignalen erzeugen kann und daß die im Anspruch 3 genannte Anordnung eine Anordnung für die Modifizierung erzeugter ECC-Bits enthält, um ein besonderes Muster von Syndrombitsignalen zu erzeugen.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,. dadurch gekennzeichnet, daß Antivalenzglieder, von denen jeweils eines jedem der erzeugten ECC-Bits zugeordnet ist, wobei ein Eingang des genannten Antivalenzgliedes mit den auf die Daten ansprechenden Anordnungen verbunden ist, um das zugeordnete ECC-Bit zu empfangen und der zweite Eingang aller Antivalenzglieder mit der genannten zweiten Anordnung verbunden ist.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine vierte Anordnung vorgesehen ist, die mit den Anordnungen verbunden ist, die auf die Daten während einer Leseoperation mit der Erzeugung eines zweiten Signals anspricht, das die Feststellung eines bestimmten Musters der Syndrombitsignale anzeigt und weiterhin eine fünfte Anordnung vorgesehen ist, die mit der vierten für die Modifizierung der Byteparitätsbits verbunden ist, die von den auf die Daten ansprechenden Anordnungen erzeugt werden und in die Datenbits einbezogen werden.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Anordnung eine Anordnung zur Invertierung aller erzeugten Byteparitätsbits

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aufweist, wodurch der ursprünglich festgestellte Byteparitätsfehler während der Speicheroperation wieder erzeugt wird.

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