DE2554652C3 - Modulare Signalverarbeitungseinrichtung - Google Patents
Modulare SignalverarbeitungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine modulare Signalverarbeitungseinrichtung
mit hierarchisch untereinander verbundenen speicherprogrammierten Steuereinheiten.
Signale müssen meistens eine Anzahl von Verarbeitungsschritten durchlaufen, bevor die Information am
Bestimmungsort abgenommen werden kann. Ein solches, von einer Quelle abgegebenes Informationssigna!
muß z. B. zuerst einmal der Charakteristik des Übertragungsmediums zwischen Quelle und Empfänger
angepaßt werden und dann der Charakteristik des Empfängers selbst. Obwohl Quelle und Empfänger hier
in breitem Sinne zu verstehen sind, kann man als Beispiel den Fall der Informationsübertragung erwähnen,
für den eine Modulation auf der Sendeseite erforderlich ist und später eine Demodulation auf der
Empfängerseite.
Die meisten bei der Signalverarbeitung durchzuführenden Verarbeitungsvorgänge bzw. zu lösenden
Aufgaben weisen eine Anzahl von Ähnlichkeiten auf. Alle diese Aufgaben können gelöst werden, indem man
einige relativ einfache mathemalische Grundoperationen anwendet. Außerdem ist die Datenmenge, die zur
Ausführung eines jeden Verarbeitungsschrittes benötigt wird, im allgemeinen klein; diese Daten sollten aber
immer erneuert werden. Daher muß man sie speichern, auch wenn es nur für sehr kurze Zeit ist.
Es wurden schon besondere Anordnungen für die Signalverarbeitung entwickelt, bei denen einerseits die
Eigenschaften berücksichtigt wurden, welche den verschiedenen Signalverarbeitungsprozessen gemeinsam
sind, aber andererseits auch diejenigen Eigenschaften, welche nur für je einen bestimmten Signalverarbeitungsprozeß
charakteristisch sind. Jedoch sind die bisher bekannten Signalverarbeitungseinrichtungen
nicht vielseitig genug; auch erlauben sie nicht die Ausführung einer ausreichenden Anzahl verschiedener
Funktionen.
Es ist auch bekannt, in universell einsetzbaren Datenverarbeitungsanlagen eine Hierarchie von
speicherprogrammierten Steuerwerken vorzusehen, die verschiedenen Steuerzwecken dienen, wie z. B. zur
Steuerung von Speicherwerken, Terminalgeräten oder Kanälen sowie zur Verarbeitungs- und Vorrangssteuerung
\DE-OS 22 43 956). Diese Steuerwerke sind unterschiedlich ausgebildet und durch unterschiedliche
Funktionseinheiten miteinander verbunden. Sie kommen unter der Wirkung eines oder mehrerer Programme
zeitlich überlappt oder nacheinander zu Wirkung. Eine derartige Anordnung ist bei entsprechendem
Programmieraufwand vielseitig einsetzbar. Durch die Verschiedenartigkeit der Steuer- und Verarbeitungseinheiten
erfordert sie jedoch einen erheblichen Schaltungsaufwand und ist einer rationellen Großserienherstellung
in Form monolithischer Schaltungen mit hohem Verdichtungsgrad nicht ohne weiteres zugänglich.
Die bekannte universelle Datenverarbeitungsanlage 1st auch nur in bestimmten Grenzen für eine effektive
Signalverarbeitung, wie sie beispielsweise in der Telefonvermittlung notwendig ist, geeignet bzw. kostendeckend
einsetzbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinrichtung anzugeben, die einen leicht überschaubaren
Aufbau aufweist und mit geringem Aufwand an Signalverarbeitungsaufgaben unterschiedliche.· Komplexität
angepaßt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Durch die modulare Struktur der erfindungsgemäßen Anordnung und durch die Verwendung von wenigen
Typen von Moduleinheiten läßt sich die erfindungsgemäße Grundstruktur je nach Bedarf zur Lösung der
verschiedensten Signalverarbeitungsaufgaben ausbauen. Durch Hinzufügen zusätzlicher Moduleinheiten,
die zeitlich überlappt betrieben werden, kann die für bestimmte Funktionen erforderliche Verarbeitungsleistung
gezielt vergrößert werden, wenn dies nötig ist.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Untersystems einer erfindungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungseinrichtung,
F i g. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Signal Verarbeitungseinrichtung,
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Recheneinheit, wie sie in der Einrichtung von F i g. 2 verwendbar ist,
Fig.4a und 4b ein detailliertes Blockdiagramm der
Recheneinheit von F i g. 3,
Fig. 5 und 5a Belegungsbeispiele für die Speicheranordnung
der Recheneinheit von F i g. 3,
Fig.6 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung
der Arbeitsweise der Recheneinheit von F i g. 3,
F i g. 7 ein Blockdiagnu,: iner Steuereinheit, die zur
Steuerung der Recheneinheit von F i g. 3 dient,
Fig.8 eine schematische Darstellung des einleitenden
Selbstladens (IPL)eines Programms in den Speicher einer Steuereinheit,
Fig.9 und 10 eine schematische Darstellung der
parallelen und alternierenden Verarbeitung je zweier Programme durch die Steuereinheit,
Fig. 11 ein Datenflußdiagramm für einen Teil der Steuereinheit,
Fig. 12 einen Eingabe-/Ausgabe-Anschlußmodul zur
Verwendung in der Einrichtung von F i g. 2,
F i g. 13 eine Verbindungseinheit zwischen zwei
Sammelleitungen als Teil der Einrichtung von F i g. 2,
F i g. 14 eine Blockdarstellung eines Telefon-Vermittlungssystems,
das unter Benutzung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungseinrichtung aufgebaut
ist,
ίο F i g. 15a —!5d verschiedene Darstellungen zur Erläuterung
der Wirkungsweise des Telefon-Vermittlungssystems von F ig. 14,
F i g. 16—18 eine Blockdarstellung eines Modems, das
unter Benutzung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungseinrichtung aufgebaut ist
Nach der Abtastung und Digitalisierung von Signalen erfordert ihre Verarbeitung die Ausführung mathematischer
Operationen, insbesondere einer sehr einfachen Grundoperation, nämlich der Multiplikation zweier
Zahlen mit anschließender Akkumulation (Addition von Zwischenergebnissen). Das beschriebene System enthält
daher zwei Grundbausteine, deren erster die oben angeführten Rechenoperationen ausführt und deren
zweiter die Ausführung der Operationen steuert. Die Rechen- und Steuereinheiten (Bausteine, Moduln) sind
über eine Sammelleitung (/V-Leitung) miteinander verbunden, die mit Toren versehen ist (E/A-Anschlußeinheiten),
die Zugang zu externen Geräten geben, die die Ausführung von Operationen anfordern und Daten
abgeben oder empfangen. Diese Einheiten bilden nach Darstellung in Fig. 1 ein Untersystem (einen Zweig), in
dem die Steuereinheit mit /S-E. die Recheneinheit mit PMAU und die E/A-Anschlußeinheiten mit 1/OP
bezeichnet sind. Eine Verbindungseinheit IBA stellt die Verbindung zwischen zwei /V-Leitungen, d. h. zwischen
zwei Untersystemen (Zweigen) her.
Durch Benutzung solcher modularer Einheiten (Moduln) im Signalverarbeitungssystem wird dieses
besonders vielseitig. Das ganze System kann so
AO angeordnet sein, daß den Moduln eine Hierarchie
zugeordnet wird. In einer solchen Hierarchie ist jeweils eine Leitsteuereinheit (oder kurz »Leiteinheil«) einer
oder mehreren Sekundärsteuereinheiten (oder kurz »Sekundäreinheiten«) übergeordnet, wobei aiso die
Sekundärsteuereinheiten von der zugeordneten Leitsteuereinheit abhängig sind. Jede Sekundärsteuereinheit
kann ihrerseits die Leitsteuereinheit einer anderen Steuereinheit sein, und so erhält man eine Baumstruktur.
Fig. 2 zeigt eine solche Baumstruktur. Oben im Baum
5u befindet sich eine Steuereinheit MA 1, die als absolute
Leiteinheit arbeitet. Ein E/A-Anschlußmodul //OPl gestattet es, ein Terminal oder irgendeine andere
externe Einheit mit der Leiteinheit über eine Sammelleitung B1 zu verbinden. In diesem Fall steuert die
Leiteinheit eine Sekundäreinheit SL1 über eine
Verbindungseinheit IBA 1, die auf der Sammelleitung vorgesehen ist. Die Sekundäreinheit SL 1 aber wirkt
ihrerseits als Leiteinheit MA 2 über die drei Steuereinheiten SL 2, SL 2' und SL 2", die mit ihr über drei
bo weitere Verbindungseinheiten IBA verbunden sind. Die Steuereinheit SL 2' wiederum steuert drei Sekundäreinheiten
SL 3, SL 3' und SL 3", die mit drei zugehöriger. C/A-Anschlußmoduln IOP2, IOP3 und IOP4 versehen
sind.
b5 Die Leiteinheit MA 1 steuert die Verarbeitung des
ganzen Systems: Sie überwacht die durch die Sekundäreinheit SL 1 durchgeführten Operationen und bewirkt
die Verbindung mit der zum E/A-Anschlußmodul IOP1
gehörenden externen Einheit. SL 1 überträgt aber ihre eigenen Aufgaben den Sekundäreinheiten SL2, SL2'
und SL 2" usw. Das System wird vervollständigt durch die nach Bedarf verteilten Recheneinheiten PMAU.
Eine solche Konstruktion gestattet durch weitere Sekundäreinheiten die benötigte Verstärkung der
Systemteile, die zur Ausführung der ihnen zugeordneten Operationen nicht stark genug sind. Die verschiedenen
obenerwähnten Moduln werden später genauer beschrieben.
Die Recheneinheit PMAU könnte ein autonomer byteserieller Parallelmuitiplikator sein, der mit einem
Anwendungsprogramm arbeitet. Es schien jedoch wirksamer, ihn in enge Abhängigkeit von der Steuereinheil
zu setzen, die zu demselben Untersystem gehört. Dann besteht das Herz der Recheneinheit PMAU
einfach aus einem Multiplizierer für die Zahlen a, und x,
und einem Akkumulator. Der Multiplizierer ist eine Einheit bekannter Art und kann insbesondere unter den
Geräten ausgewählt werden, die von O. Mac Sorley in dem Artikel mit dem Titel »High Speed Arithmetic in
Binary Computers«, veröffentlicht in »Proceedings of the IRE« im Januar 1961 auf den Seiten 67ff. beschrieben
sind.
Der Akkumulator kann aus einem einfachen Addierer bestehen, der ein Register speist. Verbindet man in einer
Schleife den Ausgang des Registers mit dem zweiten Eingang des Addierers, so wird damit die Akkumulationsfunktion
ausgeführt.
Der vom Multiplizierer gespeiste Akkumulator errechnet ein Resultat y nach folgender Gleichung:
+ Un x„ =
Die Recheneinheit PMAU kann aber auch andere Operationen übernehmen wie:
Z = vclx _ v/,y
Y + jZ = Σ [(« + jh) [χ + 7'y)] .
Auf der Basis dieser Grundoperationen kann die Recheneinheit PMAU eine bestimmte Anzahl Funktionen
oder Funktionskombinationen unter Mikroprogrammsteuerung ausführen. Sie empfängt von ihrer
Steuereinheit ein Steuerwort CW, welches die ausführende Operation und damit das zu benutzende
Mikroprogramm definiert. In dem gewählten Ausführungsbeispiel ist das Steuerwort vier Bytes lang, wobei
drei dieser Bytes Adreßzeiger sind, die später noch beschrieben werden, während das vierte Byte (Op-Code)
die Operationen bezeichnet Die Bits des Op-Code können beispielsweise definieren:
Bit 1: Art der Rechenoperation, d.h.
0 für Addition
1 für Subtraktion
Bits 2 bis 4: Angeforderter Funktionstyp, und zwar:
001 für Transversalfilter
001 für Transversalfilter
010 für komplexes Transversalfilter
011 für Rekursivfilter
100 für lineare Korrektur einer Reihe
von Konstanten
von Konstanten
101 Multiplikation mit einer Konstanten
Bits 5 bis 7: Sprungwert j
Das in Fig. 3 gezeigte PMA LZ-Blockdiagramm
enthält den obenerwähnten Multiplizierer (MULT) und den Akkumulator (AKK), die die Operanden von einem
Signalspeicher SiSerhalten. Dieser Speicher wird durch
einen Satz von Adreßregistern AR adressiert. Die Adressen werden in einem Addierer ADD aufgebaut,
der zu einem anderen Satz von Registern mit der Benennung Inkrementierregister und der Kurzbezeichnung
IR gehört. Die externen Verbindungen werden durch eine Anschlußeinheit NBI hergestellt, die die
/V-Leitung (Sammelleitung) mit dem Eingang und Ausgang des Speichers SiS und mit den Eingängen der
Register JR und AR verbindet. Eine Steuereinheil CB
steuert die Operationen der Recheneinheit PMAU.
Jeder Recheneinheit PMAU wird eine Adresse zugeordnet. Im Betrieb erkennt also der in der
Anschlußeinheit NBl enthaltene Decodierer ein an ihn adressiertes Steuerwort ClV durch Decodieren des
zugehörigen Adreßwortes.
Der Ausgabewert des Akkumulators wird immer an den Eingang des Speichers 5/5zurückgegeben, wodurch
der logische Teil der Recheneinheit PMAU weniger zeitabhängig ist von der Multiplizierer-Akkumulator-Anordnung
und daher von der zu deren Bau angewandten Technologie. Schließlich muß noch eine
Einrichtung vorgesehen werden, die anzeigt, wann der letzte Operand verarbeitet werden soll, und die dem
Speicher SiS anzeigt, daß das Ergebnis bei Beendigung der Berechnung zur Verfügung steht.
Das Auslesen aus dem bzw. Einschreiben in den Speicher 5/5 werden gesteuert durch die Anschlußeinheit
NBI, welche die Daten überträgt, die die PMAUzu
verlassen haben.
Fig.4 zeigt die Elemente der Recheneinheit PMAU
im einzelnen. Die Anschlußeinheit zur /V-Leitung mit der Bezeichnung NBI in Fig.3 enthält eine adreßgesteuerte
Decodiereinheit A CD mit zwei Eingängen. Der erste Eingang wird Personalisierungseingang genannt
und gestattet die Zuordnung einer Adresse zur /W/4L/-Einheit beim Bau des Systems. Der zweite
Eingang ist mit der /V-Leitung verbunden. Außerdem hat die ^CD-Einheit vier Ausgänge mit den Bezeichnungen
RC. IRAC. OVC bzw. SiSC. Die Anschlußeinheit
NBl enthält auch acht mit der /V-Leitung verbundene Register.
Vier dieser acht Register bilden eine Gruppe mit der Bezeichnung ClVT? (Steuerwortregister) und die anderen
vier tragen die Bezeichnungen COM, IRA, Fund BOR. Der Eingang des Registers BOR ist mit der
/V-Leitung über das Tor 24 und mit dem Ausgang des Speichers 5/5 über ein Tor 25 verbunden. Der Ausgang
des Registers BOR ist mil der /V-Leitung (Ausgabe) über
das Tor 1 sowie mit dem Eingang des Speichers SiSüber
das Tor 2 verbunden. Der COM-Registerausgang ist mit
einer Lese- oder Schreib-Vorbereitungssteuerleitung PRJW verbunden. Die anderen Register dienen
hauptsächlich der Erstellung von Adressen zur Adressierung des Speichers SiS und sind daher mit den
Inkrementierregistern JR, den Adreßregistern AR und
dem Addierer ADD verbunden. Außerdem enthält die Anschlußeinheit NBI ein Kippglied L, dessen Eingang
mit der Steuereinheit CB und dessen Ausgang mit einer Unterbrecfiungsleitung der /V-Leitung verbunden ist
Die PM/4LZ-Einheit ist also, wie aus der obigen
Beschreibung zu entnehmen ist, um den Multiplizierer-Akkumulator MULT/AKK herum gebaut und wird mit
Operanden aus dem Speicher SiS versorgt. Das Ergebnis aus dem Akkumulator wird im Speicher SiS
gespeichert. Die S/S-Adressiereinheit sollte daher
sowohl die Adressen der Operanden als auch die Adressen für die Ergebnisse der von der Einheit
MULT/AKK ausgeführten Berechnungen liefern. Später
wird gezeigt, daß es keinen grundlegenden Unterschied zwischen diesen beiden Informationen gibt,
und daß ein Operand selbst das Ergebnis einer früheren Berechnung sein kann. Die Adressiereinheit enthält den
Satz von Adreßregistern AR, der aus dem Satz von Steuerwortregistern ClVT? und vom Ausgang des
Addierers ADD geladen wird. Einer der Eingänge des Addierers ADD ist mit dem Satz von lnkrementierregistern
TR verbunden. Der zweite Eingang des Addierers ADD ist mit den Ausgängen der Adreßregister AR über
die Tore 17 bis 22 und das Register R 3 verbunden.
Die Register IR setzen sich aus zwei Registertypen zusammen. Die einen enthalten einen festen Wert 1
oder 0 und sind mit dem Eingang 1 des Addierers ADD über die Tore 3 oder 4 verbunden. Die anderen tragen
die Bezeichnungen TJ und MOD und enthalten einen veränderlichen Wert. Der Eingang des Registers TJ ist
mit dem Ausgang des Registers OP-CODE der Gruppe
CWT? verbunden und hat drei Ausgänge mit den Bezeichnungen 5 (Vorzeichen), Typ und /. Der Ausgang
J ist mit dem Eingang 1 des Addierers ADD über das Tor 5 verbunden. Der Eingang des Registers MOD ist
mit der Ausgangsleitung des Speichers SAS verbunden. Sein Ausgang ist mit dem Eingang 1 des Addierers
durch das Tor 6 verbunden.
Es gibt sieben /4/?-Register mit den Bezeichnungen A,
B, C, D, E, Ri und R 2. Die Eingänge von A, Bund Csind
über die Tore 7 bis 9 mit den Ausgängen der Register PTR 1, PTR 2 bzw. PTR 3 der Gruppe CWR verbunden.
Die Eingänge für die Register D und E sind mit dem Ausgang des Addierers ADD verbunden, der außerdem
an die Eingänge von A, B, Cund R 1 über die Tore 10 bis 13 angeschlossen ist. Der Ausgang des Registers IRA ist
mit dem Eingang von R1 über das Tor 14 verbunden.
Die Ausgänge von R 1 und R2 sind über die Tore 15 bzw. 16 und 17 und eine gemeinsame Leitung mit der
Adressiersammelleitung des Speichers SiS verbunden. Die Ausgänge der Register A bis F sind mit derselben
Adreß-Sammelleitung über die Tore 18 bis 23 verbunden. Diese Sammelleitung ist auch mit dem
Eingang von R 2 sowie durch den Puffer R 3 mit dem Eingang 2 des Addierers ADD verbunden. Der Speicher
SiS kann durch Signale auf dieser Leitung adressiert werden.
Die Steuereinheit CB enthält einen Festwertspeicher ROS, der mit einem Ausgangsregister ROR versehen ist.
Der Ausgang des Registers ROR ist mit dem Eingang eines Puffers BiR verbunden, der drei Ausgänge hat
Einer dieser drei Ausgänge ist an einen Decodierer angeschlossen, der zweite ist auf den Eingang des
ÄOS-Speichers durch das Tor 27 zurückgeführt, und der
dritte ist mit dem Eingang einer Verzweigungssteuerung BR verbunden, deren Ausgang durch den Puffer R
und das Tor 26 auf den Eingang des ROS zurückgeführt ist Der Eingang des Registers BR empfängt auch den
Ausgang »Typ« des Registers TJ (Bits 2 bis 4 des Op-Code-Byte des auszuführenden Steuerwortes CW)
sowie ein Kennzeichen, das vom Speicher SiS abgegeben wird. Der Ausgang des Decodierers ist mit
einem Eingang der Einheit MULT/AKK verbunden.
Schließlich enthält die Steuereinheit CB eine Ergebnisübertragungssteuerung
7?C7^ die das Schreiben der
Akkumulatorergebnisse in den Speicher SiS steuert Sie kann aus einem Kippglied bestehen, dessen Ausgang mit
einem Eingang des Speichers SiS verbunden ist. Dieser Speichereingang ist außerdem mit dem Ausgang PR/W
des Registers COM verbunden. Diese Anordnung gestattet die Abgabe von Mikroinstruktionsroutinen an
die Recheneinheit PMAU'zur Ausführung von Funktionen
oder Funktionskombinationen der oben beschriebenen Art.
Die Recheneinheit PMA U arbeitet wie folgt. Wenn die Schaltung ACD ihre Adresse in den von der
K) N-Leitung genommenen Daten erkennt, weiß sie, daß
sie die nächstfolgenden Daten von der /V-Leitung analysieren sollte. Mit diesen Daten kann die ACD
bestimmen, welcher ihrer Ausgänge erregt werden sollte. Wenn sie eine Instruktion erkennt, die einen
Zugriff zum Signalspeicher SiS fordert, wird der Ausgang SiSC erregt. Dadurch kann jetzt das nächste
auf der /V-Leitung erscheinende Byte in das Register F
geladen werden. Das ist die Adresse des Speichers SiS, deren Zugriff durch die Steuereinheit angefordert
wurde. Das nächste Byte ist dann ein Steuerbyte, das an das Register COM gerichtet ist, das möglicherweise nur
eine Bitposition enthält. Wenn dieses Bit gleich 1 ist, verlangt der entsprechende Befehl (PR) die Lesevorbereitung
für den Speicher SiS, und es werden die Leseschaltungen des Speichers erregt. In diesem Fall
wird die aus dem Speicher geholte Information über das Tor 24 im Register BOR gepuffert. Jetzt muß man
warten, bis die ACD einen weiteren Lesesteuerbefehl decodiert und ihren Ausgang RC erregt, woraufhin der
Inhalt des Registers BOR über das Tor 1 auf die /V-Leitung gegeben wird. Wenn andererseits das im
COM-Register enthaltene Bit gleich 0 ist, betrifft der
empfangene Befehl eine Schreiboperation in dem Speicher SiS. Durch Öffnen des Tores 24 können die am
Eingang (/V-Leitung) vorliegenden Daten in das Register BOR geladen werden. Der Inhalt dieses
Registers wird dann über das Tor 2 in den Speicher SiS an die Adresse geladen, die durch den Inhalt des
Registers F bezeichnet ist, und das Laden erfolgt unter der Steuerung durch das komplementierte Ausgangssignal
des Registers COM. Wenn ACD einen Befehl zum Laden des Registersatzes ClVT? decodiert, wird der
Ausgang ClVC erregt. In diesem Fall wartet die ACD auf ein Steuerwort ClV, und die nächsten am Eingang
(/V-Leitung) erscheinenden vier Bytes werden in die Register PTR 1, PTR 2, PTR 3 und OP-Code eingegeben.
Wenn die Einheit PMAU zur Ausführung des Steuerwortes bereit ist, gibt sie diese Information an die
Steuereinheit durch Anlegen eines »1 «-Signales an das Kippglied L der Anschlußeinheit NBi durch den
Eingang INT ■ RQ. Damit fordert sie ein neues
Steuerwort von der Steuereinheit an. In der Zwischenzeit wurde der Inhalt von CWR in IR und AR
übertragen. Der Op-Code geht nach TJ, und PTR 1,
PTR 2 und PTR 3 werden in das Register A, B bzw. C geladen. Das Bit in der Position 1 von TJ gibt das
Vorzeichen der durch die Einheit MULT/AKK auszuführenden Operationen an. Mit den Bits 5 bis 7 werden
die Adressen für den Speicher SiS zusammengesetzt, während die Bits 2 bis 4 den Typ der von der
PMA {/-Einheit auszuführenden Funktion definieren.
Diese Bits gestatten der Verzweigungssteuerung BR der Steuereinheit CB ein Mikroprogramm aus den im ROS
gespeicherten Programmen auszuwählen. Tatsächlich braucht man nur die erste Instruktion dieses Mikroprogrammes
zu wählen; die anderen Instruktionen werden bestimmt durch ein in jeder (vom ROS an das BIR
übertragenen) Instruktion enthaltenes erstes Feld NIA oder durch ein zweites Feld, welches eine Verzweigung
durch die Verzweigungseinheit BR festlegt. Der übrige Inhalt des DIR wird decodiert und damit die Ausführung
der Operationen durch die Einheit PMAU gesteuert. Der Decodierer steuert insbesondere die Übertragung
der Ergebnisse der Einheit AKK an die N-Leitung. Sobald der Akkumulator das Ergebnis erhalten hat, wird
der Steuerung RCT diese Tatsache mitgeteilt und der Decodierer bewirkt dann die Übertragung.
Alle Übertragungen zwischen der Recheneinheit PMAU und der /V-Leitung laufen durch den Speicher
5/5. Die Ergebnisse aus der Einheit MULT/AKK müssen daher in diesen Speicher geschrieben werden.
Die Bestimmung der notwendigen Adressen hängt von der auszuführenden Funktion ab. Ihr Prinzip wird daher
durch den Decodierer festgelegt entsprechend den Typenbits, die ihm vom Op-Code des verarbeiteten
Steuerwortes geliefert werden. Es wurden zwei Grundprinzipien gewählt. Wenn die jeweils neu zu
erzeugende Adresse von dem vorhergehenden Rechenergebnis unabhängig ist, erfolgen die Eintragungen im
Speicher SiS sequentiell. Die Initialisierung der Folge erfolgt durch die Abgabe einer Instruktion von der
Steuereinheit IS-E, deren erstes Byte durch ACD so decodiert wird, daß der Ausgang IRAC erregt wird,
wodurch das Laden des Registers IRA mit dem zweiten Byte derselben Instruktion bewirkt wird. Die so
initialisierte Folge läuft weiter bis zum Empfang einer neuen Initialisierungsinstruktion von der Steuereinheit
IS-E. Bei dieser Art der Adressierung wird die Adresse jeweils in das Register R 1 eingegeben und später vom
Addierer um eine Einheit erhöht.
Das zweite Prinzip zur Bestimmung der Adresse, an welche die Rechenergebnisse im Speicher SiS geschrieben
werden sollen, wird angewandt, wenn die Einheit PMA U die Adresse nach der ausgeführten Operation
selbst initialisiert. In diesem Fall wird die Adresse nach jeder Operation errechnet. Um diese Adressen nicht
einzeln errechnen zu müssen, kann man mehrere Adressen zusammen errechnen und sie in eine
Warteschlange in das Register R 2 einsetzen.
Zum besseren Verständnis dieser Adressierprobleme sei angenommen, daß man eine gegebene Tabelle mit
Einträgen konstanter Länge zu benutzen hat, die zwischen den Adressen ζ und z+n im Speicher SiS
stehen und deren Inhalt nach jedem Lesen progressiv erneuert wird. Insbesondere wird die Position des
jeweils zu lesenden Eintrags angegeben durch einen Zeiger EP, der sich progressiv weiterbewegt. Zu diesem
Zweck hat die Steuereinheit CB an die Adresse z+n+\
ein »Modifizierer« (MOD) genanntes Wort gesetzt, das
ein bestimmtes Kennzeichen Fl (siehe F i g. 5) sowie die
erste Adresse FA der Tabelle enthält. Das Lesen der Tabelle beginnt an der durch den Zeiger in R 2
angegebenen Position; der Inhalt dieser Position wird durch neue, in die Tabelle einzugebende Daten ersetzt
Der Zeigerwert wird durch den Addierer ADD um eine Einheit geändert und wieder in das Register R 2 gesetzt
Das Lesen der Tabelle wird weitergeführt durch Erhöhen der Leseadresse um jeweils eine Einheit, bis
das Kennzeichen Fl abgefühlt wird, woraufhin der Inhalt des Feldes FA für die nächste Leseadresse
eingesetzt wird. Dann wird das sequentielle Lesen wieder aufgenommen bis zum Zeiger oder bis zu einer
Tabellenendadresse.
Das erste Verfahren ist besonders nützlich bei einer von der Einheit PMA U auszuführenden Filterfunktion.
In diesem Falle enthält die Tabelle Daten x, des zu
filternden Signales und simuliert die Funktionen der in der Filteroperation gebrauchten Verzögerungsleitung.
Bei manchen Anwendungen braucht man nur bestimmte ausgewählte Einträge der Tabelle, beispielsweise nur jeden zweiten oder dritten Eintrag. Beim Lesen der AVTabelle muß man daher wiederholt springen: In diesem Fall werden die Bits 5 bis 7 des vierten Byte des Steuerwortes CW, d. h. die Sprungbits
Bei manchen Anwendungen braucht man nur bestimmte ausgewählte Einträge der Tabelle, beispielsweise nur jeden zweiten oder dritten Eintrag. Beim Lesen der AVTabelle muß man daher wiederholt springen: In diesem Fall werden die Bits 5 bis 7 des vierten Byte des Steuerwortes CW, d. h. die Sprungbits
ίο (J) benutzt, und die X-Adresse wird nach jedem Lesen
von 5/5um den Betrag /erhöht.
Wenn dieselbe Funktion mehrmals mit verschiedenen Datengruppen wiederholt werden soll (dasselbe Steuerwort
CW), müssen die Operationen verkettet werden.
Mit dem Kennzeichen Fl wird das Ende einer jeden Datengruppe markiert. Ein Feld des Modifäzicrcrs,
dessen Inhalt als Verschiebung (DIS) bezeichnet wird, wird ebenfalls verwendet. Der Z?/5-Wert wird vom
Speicher in das Register MOD übertragen. Durch Addition des Verschiebungs-Wertes D/5 zur Adresse
des Zeigers einer Gruppe erhält man die Adresse des Zeigers der nächsten Gruppe. Um eine solche
Funktionsverkettung zu zeigen, wird auf die Darstellung der Fig. 19 bezug genommen werden, die ein Beispiel
für den Inhalt des Speichers 5/5zeigt.
Es wird angenommen, daß es drei Datengruppen x, y und ζ und drei Koeffizientengruppen a.bund cgibt Die
Koeffizienten sind sequentiell angeordnet, und die Koeffizientengruppen sind voneinander durch je ein
Wort getrennt, das durch ein Kennzeichen Fl markiert ist. Die Bedeutung des Kennzeichens kann sich von
einer Funktion zur anderen ändern, sein Vorhandensein bei den Koeffizienten bezeichnet jedoch immer das
Ende eines Koeffizientensatzes. Die Datensätze x, yund
ζ stehen an verschiedenen Stellen des Speichers. Innerhalb desselben Satzes werden Daten mit dem oben
beschriebenen Verfahren sequentiell gelesen und erneuert. Um die Operationen beim Übergang von
einem Satz zum anderen jedoch zu verketten, wird das Feld D/5benutzt, dessen Inhalt zur Adresse des Zeigers
des benutzten Satzes addiert wird, um die Adresse des Zeigers des nächsten Satzes zu erhalten.
Fig. 5 und 5a zeigen drei Felder für jeden Modifizierer: Ein Feld FA zur Bezeichnung der ersten
Adresse der Gruppe, ein Verschiebungsfeld D/5 und ein Kennzeichenfeld Fl. Zwei weitere Felder zur Steuerung
der Vorzeichenänderung und der Rückstellung des Akkumulators können vorgesehen werden.
Wie oben gesagt wurde, ist die Recheneinheit PMA U
Wie oben gesagt wurde, ist die Recheneinheit PMA U
so so ausgelegt, daß sie bestimmte mathematische Operationen ausführen kann, die alle auf der Grundoperation
Y= V ax basieren. Damit können die meisten zur
Signalverarbeitung nötigen Funktionen ausgeführt werden. Einige wurden bereits angegeben, dazu
gehören die Filterfunktionen, die anschließend genauer beschrieben werden, um die Aibeitsweise der Einheit
PMA Uτα zeigen.
Die Transversalfilterfunktion wird hauptsächlich durch Ausführung der Grundoperation Y= Σ ax erfüllt
Im allgemeinen gestatten die Rechenkapazität der PMA£/-Einheit und ihre Arbeitsgeschwindigkeit, die
wesentlich höher liegt als die Datenrate am Eingang eines angeschlossenen Systems, die verschachtelte
Ausführung verschiedener Filterfunktionen in einer Kette. Es muß dann eine Anordnung zum Speichern der
Daten in den Speicher SiS vorgesehen werden. Es sei angenommen, daß die drei folgenden Filterfunktionen
auszuführen sind:
'.,Λ Λ
ί= 1
/= 1
i = 1
oder: 2.
"' = Σ C
ί = I
ν =
oder: 3.
ί = ι
i= I
I= 1
I= I
und
K) In diesem Fall wird das Datenkennzeichen 01 Γ) (Satzende) an das Ende der Gruppen χ und x'und das
DaterikcTiriZcichen 10 (Ende des letzien Satzes) an das
Ende der Gruppe x" gesetzt. Das Kennzeichen der Koeffizientensätze a und b ist 01 und das Kennzeichen
des Koeffizientensatzes eist 11.
Wie oben gezeigt wurde, kann die Recheneinheit PMAU auch Operationen mit komplexen Zahlen der
Art:
25
Y+JZ= Σ [(α+jb)(x+Jy)]
ausführen und rechnet dann
/= ι
V" -
30
und
Es sollten zur Berechnung der Werte von Y, Y' und Y" je ein Satz von η Koeffizienten der Typen a, b und c
sowie von je η Datenwörtern x, x' oder x" zur Verfügung stehen.
Dann ist das oben beschriebene Funktionsverkettungsverfahren anzuwenden und in diesem Fall haben
die Kennzeichen F i folgende Bedeutung:
Y = Σ (αχ + by)
Z = Σ (ay + bx}
35 separat im sequentiellen Betrieb nach der obigen Beschreibung. In diesem Fall müssen natürlich die
Bedeutungen der beiden als Kennzeichen verwendeten Bits sowie die Zuordnung der Zeiger des Steuerwortes
CVV geändert werden. Die Kennzeichen werden folgende:
Datenkennzeichen:
Koeffizientenkennzeichen:
Daten
00 kein Kennzeichen 45
01 Satzende Zuordnung
10 Letzter Satz
00 kein Kennzeichen
01 Verkettung eines weiteren Koeffizientensat- 50 T, ~-
zes Koeffizienten
IQ Kette benutzt denselben Koeffizientensatz
11 Ende der Ausführung
Code | Bedeutung |
00 | kein Kennzeichen |
01 | Satzende |
00 | kein Kennzeichen |
01 | Ende des Koeffizienten |
satzes a | |
10 | Ende des Koeffizienten |
satzes b |
Das Kennzeichen gibt an, ob der Koeffizientensatz und/oder der Datensatz abhängig von der gerade
laufenden Funktion gewechselt werden muß.
Am Anfang geben die drei Zeiger des Steuerwortes CW an: 1) Die Adresse der neuen einzuführenden
Daten, 2) die Lage des Zeigers des ersten Datensatzes, und 3) die Adresse des ersten Koeffizienten. Die Bits 2
bis 4 des Qp-Code sind 001 und definieren für die Steuereinheit CB den Typ der Transversalfilterfunktion.
Es wird angenommen, daß die drei Koeffizientensätze 2, b und c zu benutzen sind. Zuerst errechnet die
PMA i/-Einheit die Serie 1, nämlich:
55 Der Modifizierer befindet sich an derselben Adresse
wie das Datenkennzeichen und enthält die erste
□0 Datenadresse, den Verschiebungswert, eine Anzeige zur
Rückstellung des PM/4£/-Akkumu]ators sowie eine
Anzeige für Vorzeichenwechsel.
Der erste Zeiger gestattet den Abruf neuer Daten aus
dem Speicher SiS, der zweite wird zum Laden der neuen
Daten in die entsprechende Tabelle des Speichers SiS benutzt, und mit dem dritten wird die Lage des ersten zu
benutzenden Koeffizienten im Speicher S/Sdefiniert.
Die Bits 2 bis 4 des vierten Bvte des Steuerwortes
CW, die in diesem Fall den Operationscode in der Form
010 definieren, geben die Komplexe Transversalfilterfunktion an.
Die PMA £/-Eini,eit kann auch die Rekursivfilterfunktion
ausführen, bei der bekanntlich die in der Einheit errechneten Daten hinterher als Eingangsaaten benutzt
werden. Dann muß eine andere der oben beschriebenen Möglichkeiten zur Adreßbestimmung benutzt werden.
Die Rekursivfilterfunktion kann von verschiedenen Formeln abgeleitet werden, und in diesem Fall wurde
die sogenannte kanonische Form für die Ableitung ausgewählt Abhängig von der Benutzung der direkten
kanonischen Form oder der Kaskadenform sind zwei Fälle möglich. Im ersten Fall wird ein Abtastwert Y* des
gefilterten Signales abgeleitet von einer Summe von gewichteten Zwischensignalen der Funktion Z.
Die den Wert für Z* ergebende Formel zeigt, daß zur
Berechnung dieses Abtastwertes π vorher errechnete Abtastwerte Ζ*_ι, Ζ*_2,... Zt_ „benötigt werden.
Für die Kaskadenform ergeben sich folgende Formeln:
Yk =
= «(Γ1
«r ZJ-, + α? ζ;·.,.
+ α{'1 Ζ{Ζ\ + «Γ1 Z]-I + b(ZU + biZi_2
Ζ\ = Xk+ b\
Der Unterschied zwischen der direkten Form und der Kaskadenform resultiert aus der Benutzung der
folgenden Kennzeichen:
Zuordnung | Code | Bedeutung |
Daten | 00 | kein Kennzeichen |
01 | Ende des Datensatzes | |
10 | Ende des Satzes, Ver | |
ketten mit nächstem | ||
Filter | ||
Koeffizienten | 00 | kein Kennzeichen |
01 | denselben Datensatz | |
benutzen | ||
10 | Datensalz wechseln | |
1 1 | Ende der Koeffizienten- | |
sätze |
Mit dem ersten Zeiger des Steuerwortes CVKwerden
die nächsten Daten Xk bezeichnet. Der zweite Zeiger
bezeichnet die ersten Daten des ersten Satzes und der dritte Zeiger den ersten Koeffizienten.
Im Betrieb initialisiert die Recheneinheit PMAUdie
Ergebnisadresse durch Übertragen des Inhaltes von R 1 nach R 2. Dann holt sie die ersten Daten aus dem
Speicher SiS und benutzt diese Stelle im Speicher für das Teilergebnis Z. Sie holt die Koeffizienten und Daten,
während sie die Kennzeichen beachtet. Sobald ein Datenkennzeichen 01 erkannt wird, holt sie die ersten
Daten der Tabelle, rettet den Modifizierer und beginnt wieder von vorn. Wenn sie ein Koeffizientenkennzeichen
findet, behält sie denselben Datensatz bei oder holt einen neuen Datensatz abhängig davon, ob dieses
Kennzeichen 01 oder 10 ist, und beginnt wieder von vorn. Wenn sie das Koeffizientenkennzeichen 11
erkennt, lädt sie die neuen Daten Xk in den Multiplizierer und stoppt. Wenn eine Filteroperation
mit der vorhergehenden zu verketten ist, löst die Erkennung des Datenkennzeichens 1 0 den Beginn eines
speziellen Schleifenbetriebes aus, während auf das letzte Koeffizientenkennzeichen überwacht wird. Dann lädt
sie die neuen Daten in den Multiplizierer und fährt mit der nächsten Filteroperation fort.
In einer anderen Funktion kann die PMy4i/-Einheit
eine Reihe von Zahlen linear korrigieren. Hierfür berechnet sie jie folgende Gleichung:
Cn= Cn-\ + K,X+K2Y.
Cn ist der neue, zu berechnende Ausdruck. Er geht hervor aus dem vorhergehenden Ausdruck C/v-i. K\ und
K.2 sind Konstanten und X und Y Daten. In diesem Fall
ersetzt das Ergebnis Cn den alten Wert, d. h. Cn. ι im
Speicher SiS. Im Speicher sind die Werte wie folgt angeordnet. Der erste Zeiger des Steuerwortes CW
bestimmt die Adresse eines Modifizierers, und die
J5 Koeffizienten K 1 und K 2 werden in die Speicherplätze
unmittelbar hinter den Modifizierern für X und Y geladen.
Im Betrieb (Fig.6) holt die PMALZ-Einheit den
Modifizierer aus dem Speicher, um den für den Schritt - 40 vom A'-Satz zum y-Satz und zurück zu benutzenden
Verschiebungswert kennenzulernen (Schritt 1). Sie hält den Modifizierer fest (Schritt 2). Dann holt die
PMAU-Einheh den Wert Gv-1 aus dem Speicher
(Schritt 3). Wenn ein Koeffizientenkennzeichen erkannt wird (CFl #0), ist die Operation beendet. Wenn nicht
(CFl=O), wird Cn-ι mit 1 multipliziert und in den Akkumulator gegeben (Schritt 4). Die PM4t/-Einheit
holt dann K\ aus dem Speicher (Schritt 5), dann X
(Schritt 6), während sie nach einem Daienkennzeichen
so sucht (Schritt 7). Wenn sie kein Datenkennzeichen erkennt (DFl =0), holt sie im Schritt 8 den Wert K2 und
im Schritt 9 den Wert Y aus dem Speicher. Mit dem nächsten Koeffizienten Cv wird dieselbe Schleife wieder
durchlaufen. Sobald sie ein Koeffizientenkennzeichen erkennt, ist das Verfahren vorüber.
Im Ablaufdiagramm der Fig.6 werden folgende Bezeichnungen verwendet:
A = Register Λ (bzw. B. C, etc.)
(A) = Inhalt des Registers A
[(A)] - Inhalt der Position im Speicher SiS, die durch
den Inhalt des Registers A adressiert wird
CFl = Koeffizientenkennzeichen
DFl = Datenkennzeichen
MAC = Multiplikator/Akkumulator
SOR = Ausgaberegister des Speichers SiS
DIS = Verschiebungswert
/ = Sprungwert
Die Recheneinheit PMAU kann auch bestimmte einfachere Funktionen wie Multiplikationen mit einer
Konstanten ausführen. Außerdem kann sie Kombinationen der oben beschriebenen Funktionen ausführen
durch Anwenden ähnlicher Verfahren, wie sie oben ί beschrieben wurden.
Jede Recheneinheit PMAU wird, wie oben beschrieben, durch eine Steuereinheit (IS-E) gesteuert, die
jeweils ein Steuerwort CW für diesen Zweck bereitstel't. Die PAMi^-Einheit signalisiert durch Abgabe i<
> einer Unterbrechungsinformation der Steuereinheit IS-E, daß sie mit der Ausführung der angeforderten
Operation beginnt und zum Empfang eines weiteren Steuerworts CW bereit ist. Die CW-Ausführungen sind
also verkettet, und die Ergebnisse werden in den r>
Speicher SiSgeschrieben, der durch die Einheit /5-Efür
Lese- und Schreiboperationen direkt adressiert wird. Die Steuereinheit entnimmt dem PMA fZ-Spcicher die
Ergebnisse der ausgeführten Berechnungen, die sie vorher angefordert halle. Die Steuereinheit hat daher 2»
keine rein mathematischen Berechnungen mehr auszuführen; dies wird durch die Recheneinheit PMAU
erledigt. Sie muß jedoch die Steuerung aller mit der Sammelleitung verbundenen Einheiten sicherstellen,
nämlich einer oder mehrerer Recheneinheiten PMAU, 2ϊ
über E/A-Anschiußmoduln (I/PO) angeschlossener
externer Einheilen, sowie anderer Untersysteme (Sekundäreinheiten),
die über eine Verbindungscinheit IBA angeschlossen sein können.
Die Steuereinheit ist deshalb ein intelligentes Modul, su
Nachdem sie sich in ihren Speicher die auszuführenden Programme selbst geladen hat, erfüllt sie die Forderungen
der verschiedenen von ihr gesteuerten Moduln. Zu diesem Zweck arbeitet sie auf Prioritätsbasis und sucht
unter den an die /V-Leitung angeschlossenen Einheiten r> diejenige mit der höchsten Priorität heraus. Diese Suche
wird nach der Ausführung einer jeden Instruktion durch die Steuereinheit durchgeführt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Sleucreinheil einen Speicher IS und einen logischen -m
Teil E. Letzterer besieht gemäß Darstellung in F i g. 7 hauptsächlich aus einem Instruktionsregister IRM. das
jeweils zwei Wörter vom Speicher /S empfangen kann, zwei Blöcken von Operandenregistern 54 und 55,
einem Rechenwerk ALU. einem Adreßgcnerator AdF <r>
und weiteren Registern, deren Funktion später beschrieben wird. Nimmt man jetzt an, daß der Speicher /5
das Programm der von der Steuereinheit 7U steuernden
Operationen enthält, so wird zunächst eine Adresse in das Adreßregister ISAR geladen, um eine Instruktion w
aus dem Speicher /5zu holen.
Diese Adresse wird durch einen Block von Inslruktionsadreßregistern
NIAR geliefert. Die NIAR-Emrich
tung verfügt über soviele Register, wie Prioritätsslufen vorhanden sind. In jedes Register wird nach der
Ausführung einer Instruktion die Adresse der nächsten Instruktion des Programmes mn der betreffenden
Priorität eingeschrieben. Bevor eine Instruktion ausgeführt wird, fragt also die Steuereinheit alle Einheiten ab,
die unter ihrer Steuerung laufen und mit der betreffenden /V-Leitung verbunden sind, um nur eine
Instruktion für diejenige mit der höchsten Prioritälsstu· fe zu verarbeiten. Bei den Prioritätsstufen handelt es
sich daher eigentlich um Unterbrechungsstufen, da jedes Programm nach der Ausführung einer seiner Instruktio- μ
nen unterbrochen wird.
Jede aus dem Speicher /5geholte Instruktion wird in
das Instruktionsregister IRMgeladen, das in diesem Fall
zwei Wörter WO und Wi speichern kann. Das erste Wort stellt die Adressen der in einem der Register SA
und 55 enthaltenen Operanden dar, mit denen im Rechenwerk ALU eine Operation auszuführen ist. Das
Wort Wl kann auch direkte Operanden darstellen, die nach Verarbeitung im Rechenwerk ALUm die Register
SA oder SB gesetzt werden. Der Betrieb des Rechenwerks wird gesteuert durch das Feld
ALUSTRG von Wx. Das Verarbeitungsergebnis kann
entweder durch ein Register ALUREC laufen und in
eines der Register SA oder SB und zur N-Leitung übertragen werden, oder es kann in den Adreßgenerator
/tDFgesetzt werden, um dort unter Steuerung eines
anderen Feldes von Wi die Adresse der nächsten Instruktion zu generieren, welche Adresse dann in eines
der /VMÄ-Register eingegeben wird.
Andere Daten können mit der N-Leitung ausgelauscht
werden, entweder in Eingaberichiung, d. h. von der Sammelleitung zur Steuereinheit E, oder in
Gegenrichtung. In Eingaberichtung laufen die Daten durch ein Register REG IN, welches entweder die
Registergruppe SB oder das Eingangsregistcr A der ALU speist. In Ausgaberichiung besieht außer der
obengenannten die Möglichkeil, die Ausgangssignale der Registurgruppe SB direkt auf die yV-Leitung zu
übertragen. Die Übertragungen erfolgen durch Tore G.
Der Betrieb der Steuereinheit beginn", mil einer
Initialisierung, während der die ersten Adressen eines jeden Programmes, das von der !Einheit ausgeführt
werden kann, in die /VA4/?-Linheil geraden werden. Die
mit der /V-Leitung verbundenen Einheiten werden dann
abgefragt. Wenn eines von ihnen Bedienung durch die Steuereinheit wünscht oder zur Ausführung einer
Operation unter deren Konirolle bereil ist. gibt es ein
Anforderungssignal ab. Die Anforderung kann jedoch nur erfüllt werden, wenn die betreffende Einheil unter
den anfordernden Einheiten die höchste Priorität hat. Um die Vielseitigkeit des Systems /u verbessern, wurde
nicht nur jedem Eingang zur /V-Leitung eine Priorität zugeordnet, sondern es besteht auch die Möglichkeit,
durch den Programmierer definierte Prioritäten einzuführen.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Programmierer eine normale Unterbrechung mit der höchsten
Prioritätsstufe (Stufe 0) mit der Geschwindigkeit eines in F i g. 7 mit rAKTbczeichnclen Taktgebers einführen
kann, oder daß er Prioritätsstufen zur Begünstigung tieferer Stufen durch eine Maskierungseinrichtung
maskieren kann, oder schließlich Unterbrechungsstufen durch eine /Vftfl-Einrichtung erzwingen kann. Die
Maskierungs- und die P//?/?-Einrichlung können Register
mit so vielen Bitpositionen sein, wie Unterbrechungsstufen
möglich sind. Der Programmierer lädt eine Eins oder eine Null in die Bitposilion, die der zu
maskierenden oder der zu zwingenden Stufe entspricht.
Wie oben ausgeführt wurde, kann die Steuereinheit die Programme, die sie zur Steuerung der von ihr
abhängigen Moduln ausführen muß, in ihren Speicher IS selbst laden. Die Konstruktionsart dieser Einheit
gestattet die Durchführung dieser Funktion zu niedrigen Kosten. Der Zusatz eines einfachen Registers mit der
Bezeichnung IPL in F i g. 8 bietet die Möglichkeit, die Steuereinheit zu personalisieren. Zu diesem Zweck
enthält der Speicher /5 einen Festspeichertei! ROS, der ein Ladeprogramm enthält, und einen Schreib-Lesespeicherteil
RAM, in den die Anwendungsprogramme der Steuereinheit geschrieben werden, die durch eine mit
der A/-Leitung über einen E/A-Anschluß 1/OP verbun-
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dene Einheit v47Tgeliefert werden. Diese Einheit kann
z. B. ein Kartenleser sein. F i g. 8 zeigt in Form eines Blockdiagramms das Ladesystem. Der Inhalt des
Festspeichers ROS läuft durch das Register IRM und beginnt die Ladeoperation. Die Stufe mit der höchsten
Priorität (Stufe 0) wird der Einheit ATT zugeordnet,
indem man eine Eins in die Nullstufenzelle des Registers PIRR setzt. Alle Register der MAÄ-Einheit werden
zurückgestellt, außer demjenigen mit der höchsten Prioritätsslufe, in welches die Adresse der ersten
Instruktion des Ladeprogrammes (Adresse 00001 für dieses Beispiel) eingegeben wird.
Das Vorhandensein einer binären Eins in der der Unlerbrechungsstufe 0 entsprechenden PIRR-TeWs,
verlangt die Ausführung des Ladeprogrammes. Die Adresse 00001 wird in die /S/4ß-Cinheit gegeben,
wonach iias Lesen der entsprechenden Position des Speichers IS erfolgt, wo eine ΛΤΤ-Leseinstruktion
gefunden wird. Eine Instruktion und eine Adresse werden aus dem /17Tüber die /V-Leitung herausgeholt,
und das ganze in eines der Sß-Register geladen. Dann wird die Instruktion durch die Steuereinheit in das
/PL-Register übertragen, während der Wert der /MM-Speicheradresse, die die aus dem ATT geholte
Instruktion empfangen sollte, in die ISAR-E'mheh
gegeben wird, wozu der Inhalt des Registers IPL in die
RAM Einheit geschrieben wird. Das ganze wird in der nachfolgenden Beschreibung »IPL-Verfahren« genannt.
Zur Beschreibung des Datenflusses sei zuerst angenommen, daß die Ausführung nur einer Instruktion
betrachtet wird. Wenn eine mit der A/-Leitung verbundene Einheit eine Bedienung durch die Steuereinheit
wünscht, gibt sie eine Unterbrechungsanforderung ab, die durch die INTER-Emhcil (siehe Fig. 7)
erkannt wird. Dadurch kann der Inhalt desjenigen Λ/ΜΛ-Registers, welches der Unterbrechungsstufe der
anfordernden Einheit entspricht, herausgezogen werden, nämlich die Adresse des Platzes im Speicher /5. wo
die durch die Steuereinheit auszuführende Instruktion gespeichert ist. Durch das Adreßregister ISAR wird
somit eine Instruktion adressiert, die in das Register IRM übertragen wird. Diese Instruktion enthält die
beiden Abschnitte IVi und W,. IV0 enthält entweder die
Adressen der Register SA und SB, welche die im Rechenwerk AL i/zu benutzenden Operanden abgeben,
oder direkt die in die Λ Ll/-Einheit einzugebenden Werte. IVi gestattet die Operationssteuerung des
Rechenwerks ALLJ. Das gelieferte Ergebnis kann an die
Register SA oder Sßoder an beide übertragen werden,
und zwar in die bereits durch Wi definierten Adressen.
Die Adresse der nächsten, auf derselben Prioritätsstufe
auszuführenden Instruktion wird durch die VER-ZWi7(7-An/eige
in IVi oder auch mit Hilfe des Rechenwerks AIII erzeugt. Die neue Adresse wird in
das NIAR Register geladen, welches der verarbeiteten Prioritütsstiife entspricht. Wenn die verarbeitete Instruktion
sich auf eine Einheit bezieht, die mit der N Leitung verbunden ist, ist ihre Adresse in W»
enthalten.
Zur I rhöhung der Verarbeitungsleistung arbeitet die
Steuereinheit tatsächlich gleichzeitig an zwei Instruktionen, die zu zwei verschiedenen Programmen gehören
(Gerade —Ungerade). Die /v"M/?-Register sind dann in
zwei Gruppen angeordnet, von denen die eine die geraden Unterbrechungsstufen und die andere die
ungeraden Unterbrechungsstufen verarbeitet. Wenn zwei Unterbrechungsanforderungen, eine ungerade (U)
und eine gerade (G) gleichzeitig getätigt werden,
arbeitet die Steuereinheit wie folgt. Die Prioritätseinheii
holt den NIAR-\nhah der G-Stufe heraus, der dann nach
ISAR übertragen wird. Diese Instruktion wird in der Steuereinheit ausgeführt, während das ungerade NIAR-Register
U adressiert wird und ISAR speist, wodurch wiederum der Speicher IS adressiert und IRM geladen
wird usw.
Die Steuereinheit arbeitet daher mit zwei Programmsätzen, von denen jeder seine eigene Prioritätseinrichtung
hat. Wie in Fig.9 gezeigt ist, wird gemäß
Prioritäten die Verarbeitung der Stufe 6 unterbrochen, nachdem die Ausführung der Instruktion 103 beendet
wurde, um zur Stufe 4 zu gehen (neuanfordernde Einheit mit einer höheren Priorität als die Stufe 6). Die
Instruktionen 200 und 201 werden ausgeführt Dann geht die Verarbeitung zur Stufe 6, Instruktion 104
zurück, und läuft weiter. Ein ähnlicher Prozeß läuft zwischen den Programmen ab, die zur ungeraden Stufe
gehören. Gerade und ungerade Programme werden somit paralle/ verarbeitet. Um das möglich zu machen,
müssen natürlich die Elemente der Steuereinheit in besonderer Art so angeordnet werden, daß sie
bestmöglich genutzt werden, während der Verlust oder die Vermischung von Daten vermieden wird.
Die zur Ausführung einer Instruktion benötigte Zeit wird in vier gleiche Teile Cn, G, C? "ind Ci unterteilt.
Nach Darstellung in Fig. 10 wird während des Zyklus
Ci, soweit die geraden Stufen betroffen sind, eine halbe Instruktion aus dem Speicher IS geholt und in das
Register IRM geladen, und die vorhergehende Instruktion wird in die Sätze SA und SB geschrieben. Das
Rechenwerk ALU arbeitet für die ungeraden Stufen. Während C>
wird für die geraden Stufen der zweite Teil der Instruktion aus IS geholt, und die Register SA und
SB werden gelesen. In der Zwischenzeit werden die Adreßdecodiereinrichtung zum Decodieren der Adresse
der nächsten Instruktion (N. INST. AD) und die Unterbrechungseinrichtung (UNTERBR.) den ungeraden
Stufen zugeteilt. Während G wird das Rechenwerk /\Li/den geraden Programmen zugeteilt, während für
die ungeraden Programme die erste Hälfte einer Instruktion geholt und in die Register SA und SB
geschrieben wird. Während Gi schließlich wird für die
geraden Programme die Adresse der neuen Instruktion decodiert und die neue Unterbrechungsstufe verarbeitet;
bei den Programmen der ungeraden Stufen wird die zweite Hälfte der Instruktion aus IS geholt, und die
Register .54 und SB werden gelesen. In gleicher Weise wird fortgefahren mit G, C>
usw.
Das Rechenwerk ALU kann von bekannter Bauart sein. Es sollte in der Lage sein, Additionen, Subtraktionen,
UND-Verknüpfungen, ODER-Verknüpfungen, Antivalenzverknüpfungen,
Rechts- und Linksverschiebungen aus/uführen. Seine beiden Eingangsregistcr A und B
können Daten aufnehmen und halten, während eine ALU Operation läuft. Diese Register verfügen über die
Abschnitte PA und PBfür Paritätsbits. Ein Ausgaberegistcr
AUS(IRlXi. empfängt das Ergebnis vom Rechenwerk
ALU. Nach Darstellung in Fig. 11 ist eine !'anlasssteuerung vorgesehen. Der Inhalt von PA bzw.
PB wird je einer Pantätssteuereinheit PAR1T.-STRG.
zugeführt und zur Erstellung eines Ergebnisses PP benutzt, das durch eine Paritätsvoraussageschaltung
PARIT.-VORAUSSAGE geliefert wird. Der Vergleich
von PP mit den Paritätsbits PR, erzeugt vom Paritätsgeneratoir PARIT.-GEN., dem das Ergebnis aus
dem Rechenwerk AL U zugeführt wird, ergibt die Fehleranzeige. Das Ergebnis wird im Register AUSG.-
REG. gepuffert.
Nach diesen Erläuterungen sollte es leichter sein, die Zusammenarbeit der Recheneinheit PMAU mit der
Steuereinheit IS-E zu verstehen. Die Recheneinheit PMAU ist, wie oben ausgeführt, von derjenigen
Steuereinheit abhängig, weiche cue N-Leitung steuert, an die sie angeschlossen ist. Sobald die PAiAiZ-Einheit
zur Ausführung eines durch die Einheit JS-E gelieferten Steuerwortes CW bereit ist, leitet sie eine Unterbrechungiänforderung
ein, indem sie z. B. eine binäre Eins in das zugehörige Kippglied L setzt. Die Zweirichtungs-Sammelleitung
enthält Leitungen für die Datensignale (Datenleitung) und eine andere Leitung für die
Unterbrechur.gssignale (Unterbrechungsleitung). Wenn
die PMA LZ-Einheit eine binäre Eins auf die Unterbrechungsleitung
der ihr zugeordneten Sammelleitung gibt, wird die Steuereinheit davon informiert, daß die
Ausführung des Steuerwortes begonnen wurde und die PM/tL/-Einheit ein neues Sleuerwort empfangen kann.
Die Ergebnisse werden automatisch in den Speicher SiS 2u
gespeichert, der von der Steuereinheit zum Lesen oder Schreiben adressiert wird. Diese Zugriffe werden nach
dem prioritätsgestcuerlen Zykluszuordnungsverfahren ausgeführt, und so müssen jeder PMA LZ-Einheit zwei
Adressen zugeordnet werden, nämlich eine für die ΡΛ/4 i/Einheit und die zweite nur für den Speicher SiS.
Tatsächlich genügt ein zur PMA (/-Adresse zusätzliches Bit.
Das Steuerwort CW enthält vier Bytes. Um es in die Recheneinheit PMAUeinzugeben, führt die Struereinheit
eine Instruktion »vier Byte schreiben« aus. Mit einer weiteren Schreibins;ruktion stellt die Steuereinheit
eine Folge von Adressen des PMAt/Speichers SiS
bereit, die nach dem oben beschriebenen Verfahren verarbeitet werden soll. An diese Adressen werden die J5
Ergebnisse der von der PMAUausgeführten Operationen
abgegeben.
Durch Ausführen von Lese- oder Schreibinstruktionen kann also die Steuereinheit entweder Daten an eine
an die /V-Leitung angeschlossene Station senden oder Daten von einer Station holen.
Die beiden für das Signalverarbeitungssystem wesentlichen Moduln, nämlich die Steuereinheit IS-E und
die Recheneinheit PMAU, arbeiten mit von dem zu verarbeitenden Signal abgeleiteten Daten. Die Verbindung
mit jeder Datenquelle ist durch je ein E/A-Anschlußmodul
I/OP sichergestellt. Nach Darstellung in Fig. 12 ist dieses relativ einfach aufgebaut. Obwohl es in
dieser Figur die Verbindung eines Analog-Digital-Umsetzers AD mit der ΛΖ-Leitung herstellt, ist es ein
Standardanschlußmodul und deshalb nicht von dem angeschlossenen Gerät abhängig. Dieses Modul besteht
hauptsächlich aus einem Adreßdecodierer AD-DEC, der mit dem Datenteil der /V-Leitung verbunden ist, einem
Register R und einem Kippglied Lo.
Wenn der /4D-Umsetzer oder ein anderes externes, mit dem E/A- Anschlußmodul (I/OP) verbundenes Gerät
eine Information für das Steuergerät hat, lädt es diese in das Register R, während das Kippglied Lo auf »1«
geschaltet wird. Da d;.s "ippglied mit derjenigen ω
Unterbrechungsanforclerungsleitung der /V-Leitung
verbunden ist, die zu der diesem E/A-Anschlußmodul zugeordneten Prioritätsstufe gehört, wird die Steuereinheit
von dieser Unterbrechungsanforderung unterrichtet. Wenn die Steuereinheit zu einem gegebenen
Zeitpunkt bereit ist, diese Bedienungsanforderungen zu erfüllen, sendet sie die Adresse des betroffenen
E/A-Anschlußmoduls über die /V-Leitung, und das E/A-Anschlußmodul entlädt dann bei Erkennen der
eigenen Adresse den Inhalt seines Registers R auf die Datensammelleitung und setzt das Kippglied LO auf 0
zurück. Um die Steuereinheit und die an das Ξ/A-Anschlußmodul angeschlossene externe Einheit in
beiden Richtungen miteinander verbinden zu können, kann man das Register R als Eingabe- und Ausgaberegister
benutzen.
Ein Modul mit der Bezeichnung Verbindungseinheit IBA ist vorgesehen für die Verbindung zwischen zwei
Untersystemen (Zweigen), von denen eines als Leitsteuereinheit (Leiteinheit) und das andere als Sekundärsteuereinheit
(Sekundäreinheit) arbeitet. Man kann fast sagen, daß die Schaltung aus zwei gegensinnig
verbundenen E/A-Anschlußmoduln I/OP besteht, wie in
Fig. 13 gezeigt Wenn die Leiteinheit M Verbindung mit der Sekundäreinheit E\ aufnehmen will, sendet sie
die Adresse der Verbindungseinheil IBA auf die /V-Leilung und gleichzeitig einen Schreib- oder Lesebefehl.
Wenn die Adresse einma/ von der Einheit AD-DEC
decodiert wurde, veranlaßt die Leiteinheit Aidas Laden
des Registers R. Gleichzeitig ruft die Leiteinheit Λ/über
eine Steuerschaltung CTl. die Sekundäreinheit £Ί durch
Abgabe einer Unterbrechungsanforderung auf der höchsten Prioritätsstufe, indem sie ein entsprechendes
Signal auf die Leitung UNT.O der /V-Leitung 2 sendet. Nach der Ausführung der laufenden Instruktion
adressiert die Sekundäreinheit die /ß/4-Einheit und veranlaßt das Entladen des Inhaltes von R1 auf die
TV-Leitung 2. Mit Ausnahme der Prioritäten läuft die umgekehrte Operation von E\ nach Λ/ genauso. In
diesem Fall hat die Sekundäreinheit natürlich nicht die höchste Priorität, und ihre Prioritätsstufe hängt von der
allgemeinen Konstruktion des gesamten Systems und der Aufteilung der Arbeitsbelastungen aut die verschiedenen
Untersysteme ab.
Die Verbindungseinheit IBA kann fast symmetrisch sein, man kann aber auch einen einzigen Adreßdecodierer
für beide Richtungen verwenden.
Aus den oben beschriebenen Moduln können Signalprozessoren aufgebaut werden. Grundsätzlich
muß bei jeder Anwendung zunächst einmal eine Liste der auszuführenden Funktionen aufgestellt werden, und
dann müssen zur Optimierung der ganzen Anlage die Funktionen auf die verschiedenen Untersysteme verteilt
werden. Die vorliegende Erfindung wird anschließend anhand eines Beispieles aus dem Telefonbereich und
eines anderen Beispieles aus dem Modembereich gezeigt. Diese Auswahl von Beispielen schränkt jedoch
den Anwendungsrahmen der Erfindung, die ebensogut auf andere Arten von Signalprozessoren anwendbar ist,
in keinei Weise ein.
Ein Telefonsystem sollte folgende Funktionen ausführen: Dauernde Abfrage der verbundenen Teilnehmeranschlüsse
zur Ermittlung ihres Belegungs- bzw. Freizustandes, Übertragung der Töne, Erkennung der
gewählten Nummern, Aufbau der Verbindung zwischen rufendem und gerufenem Anschluß, Rufzeichen für den
gerufenen Anschluß usw. Das hier belrach'.ete Telefonsystem arbeitet im Zeitmultiplexverfahren. Ein derartiges
System ist beschrieben in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 24 05 401.
Zuerst werden die Grundprinzipien erklärt: Alle an das System angeschlossenen Teilnehmeranschlüsse
werden in diesem Fall periodisch abgefragt, um Zustandsänderungen zu erkennen. Wenn ein Zustand
»abgehoben« erkannt wird, wird die zugehörige Teilnehmeranschlußnummer aufgezeichnet und ein
Wählton an den rufenden Teilnehmeranschluß gegeben, der dann weiß, daß er die Nummer des verlangten
Teilnehmers wählen kann. Sobald diese feststeht, wird ein Ruf an den verlangten Teilnehmeranschluß abgesandt.
Dann wird der Zustand des Gabelschalters (aufgelegt/abgehoben) festgestellt, und die Verbindung
hergestellt dur. h Zuordnung des gleichen Zeitabschnittes im Multiplexzyklus zu den beiden Anschlüssen. Das
bewirkt jeweils ihren gleichzeitigen Zugang zur Zeitinulliplexleilung zur Datenübertragung.
Fig. 14 zeigt ein Telefonsystem, welches NTeilnehmeranschlüsse
bedient, die in drei Gruppen K 1, K 2, K 3 unterteilt sind. Jede Gruppe ist mit einem Unlersystem
verbunden, das eine Steuereinheil IS-E enthält, die an
eine mit einer Recheneinheit PMAU und zwei E/A Anschlußnioduin ausgestattete Λ'-Lcitung angeschlossen
ist. Das erste E/A-Anschlußmodul SB sorgt für die Verbindung der Zeilmultipiexleitung mit den
Anschlüssen 70. Fl1... Tn über die Leitungsanschlußleitungen
LA 0. LA 1 LAn. Kede Leitungsanschlußschaltung
enthält eine Konventionelle Leitungsschaltung sowie einen AD- und DA-Umsetzer. Das zweite
E/A-Anschlußmodul (CSB)sorgl für die Verbindung mit einer der Tclefonsteuerung zugeordneten Leitung.
Dieses L/A-Anschlußmodul sichert die Abfrage- und Rufoperationen, das Erkennen von Zustandsänderungen
usw.
Die Aufteilung der Anschlüsse in verschiedene Gruppen bietet eine Lösung für Probleme, die durch
räumliche E'.nlfcrnungen zwischen den Anschlüssen entstehen. Die Anschlüsse derselben Gruppe können
durch ein Untcrsystem behandelt werden. Die Gesamisteucrung
verlangt die Benutzung einer Leitsteuercinheii M, die eine Leitfunktion über andere Steuereinheiten
SI, S2. S3 ausübt. Die /V-Leitung 0, die mit der
Lei'Steuereinheit verbunden ist, ist daher auch mit der
A/-Leitung 1, /V-Leitung 2 und /V-Leitung 3 der
Sekundärsteuereinheiten über die Verbindungseinheiten IBA 1 bis IBA 3 verbunden. Ein E/A-Anschlußmodul
SBO gestattet die Verbindung einer Zeitmulliplexsammellcitung
0 mit der /V-Leitung 0. Jede Zeitmultiplexsammelleilung
eines Unlersyslems ist mil SBOüber eine
Zeitmultiplexverbindungsschaltung verbunden, die bezeichnet ist mit TBI.
Im Betrieb können die Operationen wie folgt ablaufen: Jede der Steuereinheiten £2, £3 und £4 fragt
dauernd die Schaltungen LA. die mit der ihr zugeordneten K-Gruppe verbunden sind, durch sequentielle
und zyklische Adressierung besagter Schaltungen ab, indem ihre Adresse zusammen mit einem Lesebefehl
durch das Anschlußmodul CSB gesandt wird. Nimmt man an. daß die Schaltung I.AO der Gruppe K3 mit
einem rufenden Telefonapparat verbunden ist, so empfängt die adressierende Steuereinheit £4 von LAO
eine Information, welche die Zustandsänderung (Abheben des Hörers) anzeigt. Die Steuereinheit S3 hat die
Adresse des Anschlusses TO aufgezeichnet und wird von dem Ruf informiert Sie sendet durch das
E/A-Anschlußmodul SB3 den konventionellen Wählton an LA O und somit an den rufenden Teilnehmer TO. Der
erwähnte Ton muß zuerst einmal erzeugt werden. Deshalb veranlaßt S3 die Recheneinheit PMAU3 zur
Durchführung dieser Tonerzeugungsoperation (die im einzelnen später beschrieben wird) durch Abgabe eines
Steuerwortes ClVan die Recheneinheit welches die Art des benötigten Tones (Wählton) angibt. Der rufende
Teilnehmer am Anschluß TO wird durch Empfang des Wähltones davon informiert, daß er die Telefonnummer
des zurufenden Anschlusses wählen kann. Die Steuereinheil S3 sammelt die gewählten Ziffern durch das
E/A-Anschlußmodul IBA 3 an die L.eiteinheit M nach der oben beschriebenen Technik, um die Verbindung
r> zwischen Leiteinheit und Sekundäreinheit herzustellen.
Es kann z. B. angenommen werden, daß der gerufene Anschluß der Anschluß Tn in der Gruppe K 1 ist. Die
Leiteinheit identifiziert diesen Anschluß und stellt fest, mit welcher Steuereinheit zu verbinden ist. Dann fordert
ίο sie von Sl den Zugang zu dem Anschluß Tn, der zu
dieser Gruppe gehört. Die Sekundäreinheit Sl sendet über CSB1 einen Rufsteuerbefehl an Tn. Während Tn
gerufen wird, informiert S1 die Leiteinheit, die dann S3
auffordert, ein Rufrückmeldesignal an den rufenden
r> Anschluß TO über das E/A-Anschlußmodul Sß3 zu
anderen Ton, der von der Einheit PMAlI3 erzeugt wird
(von S3 angefordert), indem an die Einheil PMAU3 das
den geforderten Funktionen entsprechende Steuerwort gegeben wird. Der Belegungszustand des gerufenen
Anschlusses Tn wird von Sl während der sequentiellen Abtastung der K 1-Anschlüsse erkannt. Diese Steuereinheit
liefert dann an Tn einen Befehl zur Rufbeendigung über CSSl und LAn. Die Verbindung kann durch
die Leiteinheit M hergestellt werden. Zu diesem Zweck wird derselbe Zeitabschnitt Ti zum Abfragen der
Zeitmultiplexleilung 0 von der l.eiteinheit M beiden Zeitmultiplexverbindungsschaltungen TBI \ und TBI3
zugeordnet. Diese Zeiimulliplexverbindungsschaltungen
vervollständigen durch die Zuordnung der Zeitabschnitt die Verbindung zwischen der Zcitmulliplexleitung
0. der Zeitmultiplexleilung 3 und der Zeitmultiplexleilung 1. Das bedeutet, daß der Inhalt der Zeitmultiplexleitung
1, der während des Zeitabschnittes err > scheint, der im Abfragezyklus der Gruppe K 1 dem
Anschluß Tn zugeordnet ist, in ein Register der Zeitmultiplexverbindungsschaltung TBI1 gespeichert
wird, daß der Inhalt dieses Registers die auf der Zeitmultiplexleitung 0 während der Zeit Ti zu
übertragenden Daten darstellt, und daß der Inhalt der Zeitmultiplexleitung 0 während dieses Zeitabschnittes
77 auf die Zeitmultipiexieitung 3 gegeben werden sollte, während des Zeitabschnittes, der für die Abfrage von
TO der Gruppe K 3 vorgesehen ist.
Die auf diese Weise aufgebaute Verbindung wird nur unterbrochen, wenn die Sekundäreinheiten S1 oder S3
erkennen, daß einer der Teilnehmer (Anschluß Tn oder TO) aufgelegt hat. Sl oder S3 zeigen diesen Zustand
natürlich der Leiteinheit an, die den betreffenden Zeitabschnitt der Zeitmultiplexleitung 0 dann wieder
freigibt.
Dieses Verfahren ist in einem Programm enthalten, das im Speicher IS der Leiteinheit oder der Sekundäreinheit
gespeichert ist. Es kann z. B. beim Aufbau des Systems durch Ausführung des oben beschriebenen
Verfahrens in diesen Speicher eingegeben worden sein.
Es wurde oben gezeigt, daß Tonsignale zu einem bestimmten Zeitpunkt im Vermittlungsprozeß an die Anschlüsse gegeben werden müssen. Diese Tonsignale werden durch die PMA i7-Einheit bei Empfang eines entsprechenden Steuerwortes CWerzeugt Bekanntlich werden Tonsignale verschiedener Frequenzen und Amplituden in Telefonsystemen benötigt Alle diese Frequenzen werden in diesem Fall aus einer Grundsinuswelle abgeleitet (siehe Fi g. 15a), wobei Abtastwerte ihrer Halbschwingungen im Speicher SiS der Recheneinheit PMAUgespeichert sind. Aus diesen Abtastwerten kann die Recheneinheit harmonische Sinusschwin-
Es wurde oben gezeigt, daß Tonsignale zu einem bestimmten Zeitpunkt im Vermittlungsprozeß an die Anschlüsse gegeben werden müssen. Diese Tonsignale werden durch die PMA i7-Einheit bei Empfang eines entsprechenden Steuerwortes CWerzeugt Bekanntlich werden Tonsignale verschiedener Frequenzen und Amplituden in Telefonsystemen benötigt Alle diese Frequenzen werden in diesem Fall aus einer Grundsinuswelle abgeleitet (siehe Fi g. 15a), wobei Abtastwerte ihrer Halbschwingungen im Speicher SiS der Recheneinheit PMAUgespeichert sind. Aus diesen Abtastwerten kann die Recheneinheit harmonische Sinusschwin-
gungen aufbauen. Im vorliegenden Fall sind Tonsignale lineare Kombinationen der Frequenzen Sp und Sq, die
der folgenden Formel entsprechen:
S= OiSp + β Sq
worin λ und β konstant sind.
Das Signal kann also durch die PMAU-Einheit synthesiert werden. Die Steuereinheit JS-E zeigt der
Recheneinheit PMAUdie Art des zu einem gegebenen
Zeitpunkt gewünschten Tones an. Die Werte der ι ο Parameter oc und β sind damit ebenso definiert wie die
Charakteristik von Spund Sq.
Fig. 15b zeigt die Anordnung der benötigten Daten im Speicher SiS. Die Koeffizienten α und β sind zweimal
gespeichert, nämlich α und β in den Adressen B und B + 1 und -α. und β in den Adressen Cund C + i. Die
Daten X stellen die Abtastwerte AO bis Xn der
Grundsinusschwingung der Frequenz /dar, gespeichert in den Adressen A bis A + n. Eine der Tonerzeugung
entsprechende Routine ist im Steuerspeicher CB der PMAU-Einheit enthalten. Sp und Sq stellen Abtastwerte
der Sinuswellen der Frequenzen l/p und f/q dar, wobei ρ und q ganze Zahlen sind. Fig. 15c zeigt das
Format des Steuerwortes CW, das von der Einheit IS-E
an die Einheit PMA U gesendet wird als Aufforderung zum Aufbau eines Tonsignals. Byte 4 gibt den Op-Code
an. Die Bits 2 bis 4 stellen ein Codewort dar, das dem angeforderten Ton entspricht, dessen Charakteristik
dann in der Steuereinheit Cb der Recheneinheit PMAU definiert wird. Die Bytes 1 bis 3 geben die Zeiger PTR 1
bis PTR 3 an. Die PMAU-Einheit benutzt den Zeiger PTR 1, um α oder — α aufzusuchen. Der entsprechende
0-Wert steht in der nächsten Adresse. Ein Kennzeichen (Fi) erscheint an der jeder Koeffizientengruppe {ex., β)
folgenden Adresse. PTR 2 und PTR 3 definieren Sp und
Sq. Die Ergebnisse der von der PMA [/-Einheit ausgeführten Operationen werden in eine Tabelle
geschrieben (»RESULT«), die für diesen Zweck im Speicher SiS vorgesehen ist, und werden von der
Recheneinheit PMAUan die Steuereinheit gegeben und
dann an den D/A-Umsetzer übertragen, der zu dem den Ton anfordernden Telefonanschluß gehört.
Fig. 15d zeigt ein Betriebsablaufdiagramm für die
Sekundärsteuereinheit. Wenn die Steuereinheit IS-E zu arbeiten beginnt, wird das Steuerwort CW in ein
Register geladen (Schritt 1) und ist dann zur Übertragung bereit
Dann wird das erste Steuerwort an die Einheit PMA U gesendet (Schritt 2) und die gerade laufende PMA £/-Unterbrechungsstufe
wird auf Null zurückgestellt Das Programm wartet dann auf den Unterbrechungsbefehl
(Schritt 3) von der Einheit PmAU. Bei Empfang dieses Befehles wird die entsprechende Stufe in der PIRR-Einheit
auf Eins gesetzt (Schritt 4). Das Berechnungsergebnis wird durch IS-E in den Speicher SiS der
PMA [/-Einheit gelesen und an die Anschlußschaltung
LA gesendet (Schritt 5), die den Ton anfordert, wo es dann von Digital- in Analogdarstellung umgesetzt wird.
Im Schritt 6 wird das neue Steuerwort vorbereitet durch Addition von ρ und q zu PTR2 bzw. PTR3. Das
Programm der Steuereinheit prüft, ob die neuen Zeiger den Wert A + η nicht überschreiten. Wenn das der Fall
ist, werden sie durch ihren Modulo-/! Wert ersetzt und
das entsprechende Vorzeichen wird verändert Dann sendet die Steuereinheit das neue Steuerwort, wie oben
beschrieben, und die Reihenfolge beginnt wieder von vorne.
Die vorliegenden Ausführungen zeigen die Vorteile der Erfindung im Telefonbereich. Die Erfindung ist
jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt. Jedesmal wenn eine Signalinformation verarbeitet werden soll,
um von ihrem Empfänger interpretiert werden zu können, kann diese Erfindung angewandt werden.
Jedesmal ändern sich zwar die Funktionskombinationen in der Recheneinheit PMAUebenso wie die Programme
und die Prozesse, die Grundprinzipien bleiben jedoch dieselben.
Nimmt man z. B. an, daß ein Datenübertragungssystem aufgebaut werden soll, so kann das Informationssignal an den Adressen erst abgeliefert werden,
nachdem es eine Anzahl von Prozessen einschließlich insbesondere einer Modulation an der Senderseite und
einer Demodulation an der Empfängerseite unterworfen wurde. Die diese Operationen ausführende Einheit
ist als Modem bekannt. Mehrere Beschreibungen analoger oder digitaler Modems finden sich in der
Fachliteratur, insbesondere im Artikel von M. Choquet und H. Nußbaumer im IBM Journal of Research and
Development, Band 15, 1971, S. 364-377. Eine Ausführung ist auch beschrieben in der DE-OS
21 46 752.
Auf der Empfängerseite muß das Eingangssignal geprüft, gefiltert und abgeglichen werden, bevor man
die Daten bekommt. Diese Operationen müssen mit der richtigen Taktrate und der richtigen Anfangsphase
ausgeführt werden.
Nach Darstellung in Fig. 16 enthält ein Empfänger einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC), in dem das
Analogsignal φ) von der Leitung mit der Frequenz des durch CK erzeugten Taktsignales abgetastet wird. Die
so erhaltenen Abtastwerte ru werden an einen Hilberi-Transformator (H) übertragen, der einen
Entzerrer EQ treibt, welcher einen Detektor D speist Die genaue Beschreibung dieser Funktionseinheiten
findet sich in DE-OS 2416 058, DE-OS 24 20 831 und DE-OS 22 58 383.
Ein diese Erfindung benutzendes Modem ist in Fig. 17 gezeigt. Es enthält eine als Leiteinheit
arbeitende Steuereinheit M, deren N-Leitung O über
IBA\ und IBAi an die /V-Leitung 1 und die N-Leitung 2
angeschlossen ist, die zu den Sekundäreinheiten S1 bzw.
S 2 gehören. Die Sekundäreinheit Si steuert eine Recheneinheit PMAU und ein E/A-Anschlußmodul
I/OP\, verbunden mit einer analogen Eingangsschaltung.
Dieser Teil des Modems führt in Verbindung mit der Leiteinheit die Empfangsfunktion aus. Die Sekundäreinheit
Si ist mit einer analogen Ausgangsschaltung verbunden (ANALOG AUS). Die Leitsteuereinheit M
und die Sekundärsteuereinheit S2 mit den zugehörigen Verbindungseiiiheiien führen die Absendefunkticr. aus.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird angenommen, daß ein 8-Phasen-Modem betrachtet wird, in
dem jede Phaseninformation drei Bits benötigt Es wird außerdem angenommen, daß die A/D-Umsetzung und
die Taktinformations-Wiedergewinnung (mit den Bezeichnungen ADCund CKm F i g. 16) auf konventionelle
Weise durch Analogschaltungen in der Eingangsschaltung (ANALOGEIN) der Fig. 17 durchgeführt
werden. Diese Schaltung liefert daher Abtastwerte r* an
das E/A-Anschlußmodul LOPu Das Untersystem (1) mit
Si, der Recheneinheit PMAUund dem E/A-Anschlußmodul
//OPi führt die Hilbert-Funktion, die Entzerrung
und die Detektorfunktion der Fi g. 16 aus. A/D-Umsetzung
und Taktrückgewinnung können natürlich auch durch ein von Si gesteuertes Untersystem ausgeführt
werden.
1g. 18 ist ein Funktionsablaufdiagramm für die
Anordnung der F i g. 17 gezeigt, welches die Verteilung der Aufgaben unter den verschiedenen Elementen des
Untersystems (1) der Fig. 16 wiedergibt. Dieses Untersystem liest Abtastwerte r* in das Register des
E/A-Anschlußmoduls //OPi und schreibt diese Abtastwerte in den Speicher S/Sder Einheit PMAU. Mit diesen
Abtastwerten führt die Recheneinheit PMAU die Hilbertfunktion und die Entzerrerfunktion durch. Wie
bereits in der DE-OS 24 16 058 beschrieben ist, werden diese Funktionen von Transversalfiltern mit den
Koeffizienten A,, B,, Cj, D, und von Addierern Σ I und
Σ 2 wahrgenommen. Die Abtastwerte r* werden in ein erstes Schieberegister dl\ gesendet, das von den beiden
Trans versalfiltern AiA Γ und HIL benutzt wird und die
Koeffizienten A1 und ß,hat.
Die von diesen beiden Filtern abgegebenen Abtastwerte X und Y werden in die Schieberegister di2 bzw.
c/13 eingeführt, von denen jedes ein Transversalfilter
mit den Koeffizienten Q und D, bildet. Die Ausgänge dieser Filter liefern die Signale U und V. Die
Recheneinheit PMAU übernimmt gemäß obiger Beschreibung alle diese Funktionen vollständig. Die
Steuereinheit liefert daher ein Steuerwort und die Abtastwerte rk an die PMAU-Einheit, und die PMAU-Einheit
liefert die Wörter entsprechend i/und Vzurück
an die Steuereinheit, nachdem sie die Transversalfilterfunktionen ausgeführt hat und die Summen dieser
Funktionen gebildet hat. In der digitalen Phasenmodulation
stellt jedes U- V-Paar die kartesischen Koordinaten dar, die die verlangte Information Da definieren. (Siehe
oben zitierten Aufsatz von Choquet und Nußbäumen) Aus ihnen bestimmt die Einheit IS-E im Falle eines
Achtphasen-Modems den Wert des empfangenen Byte durch Tabellensuche. Die Bits werden dann zur
Verbindungseinheit IBA gesendet, um an die Leiteinheit übertragen zu werden, die ihre Verarbeitung fortsetzen
sollte. Außerdem sollten die Werte der Koeffizienten C, und Di des Entzerrers von Zeit zu Zeit modifiziert
werden. Die Steuereinheit IS-E errechnet einen Fehlerausdruck (Er), dessen kartesische Komponenten
lauten DU= U0- £7und DV" = V0 - V, worin JJq und
Uv die idealen Werte und U und V die effektiv empfangenen Werte sind. Die Informationen DU und
DVwerden an die Recheneinheit PMAUgegeben, die
mit einem konventionellen Algorithmus die Abweichungen 4 C, und Δ Di errechnet, die auf die Koeffizienten Q
und Di anzuwenden sind, um den Fehler bei U und V
möglichst klein zu halten. In diesem Fall gibt die Steuereinheit der PM4£/-Einheit Steuerwörter zur
Ausführung dieser Algorithmen ab.
Wie oben beschrieben wurde, liefert die Sekundäreinheit Si der Leiteinheit MBytes von 3 Bit Länge, die aus
dem auf der Leitung L\ empfangenen Signal herausgezogen wurden (Fig. 17). Diese Bits bilden jedoch nicht
die benötigte Endinformation. Zuerst sollte die Ldileinheit die Bytes dechiffrieren. Bevor die Datenbits an der
Absendeseite in die Leitung gegeben werden, werden sie nach einem vorher definierten Algorithmus modifiziert.
So wurde z. B. systematisch in langen Folgen von Einsen eine Null eingegeben, bevor diese Folgen auf die
Leitung gesendet werden. Diesen Vorgang nennt man »Verwürfelung«, und dadurch wird die Übertragung
über die Leitung und die Wiedergewinnung der Taktinformation im Empfänger leichter.
Um diese »Verwürfelung« rückgängig zu machen, braucht man nur logische Funktionen auszuführen, und
das geschieht durch die Leitsteuereinheit. Diese führt z. B. Modulo-2-Additionen mit den empfangenen Bits
aus.
Aus der dechiffrierten Bitfolge ergibt sich eine zweite Folge, die von der Leiteinheit in Wörter aufgeteilt wird.
Die Aufteilungsphase läuft unter der Steuerung der leiteinheit, welche die Bits dann sortiert, um nur die
benötigten zurückzuhalten.
Auf der Empfängerseite führt die Leiteinheit komplementäre Operationen aus. Sie gibt daher Gruppen von 3
Bits an die Sekundareinheit S2. Bei der Phasendigitalmodulation
stellt jedes 3-Bit-Byte einen Phasenwert dar, und ein Signalelement entspricht jedem Phasenwert.
(Eine genaue Beschreibung der digitalen Übertragung ist den oben angeführten Referenzen zu entnehmen.)
Für ein Achtphasen-Modem gibt es nur acht mögliche Signalelemente. Jedes Signalelement ist selbst durch
eine gegebene Anzahl von Abtastwerten definiert, die zusammen ein Wort bilden. Die acht Phasen sind daher
durch acht Wörter dargestellt, die am Anfang in den Speicher IS der Sekundäreinheit 52 im IPL-Verfahren
geladen werden.
Wie in der zuletzt erwähnten Offenlegungsschrift gezeigt wird, sollten Additionen der Signalelement-Abtastwerte
entsprechend dem letzten von der Leiteinheit M empfangenen Biyte und einer gegebenen Zahl (z. B. 5)
der vorhergehenden Signalelemente ausgeführt werden. Diese Operationen können von der Sekundäreinheit S?
ausgeführt werden. Die aus dem Speicher /5 bei jeder Ankunft eines Byte geholten Signalelemente werden in
Register geladen, die zum Block SB von E 2 gehören. Wenn zur Zeit /ein neues Byte ankommt, wird ein neues
Wort Sel in den Registerblock SB eingeführt und das
Wort Se,-6 wird ausgeschoben. Die vor der Ankunft
eines neuen Byte in S2 auszuführenden Operationen sind
nur Additionen und Akkumulationen, die hauptsächlich mit dem Rechenwerk ALU und dem Registerblock SB
ausgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Akkumulationen sind Wörter, die an die Ausgangsschaltung
■»AN.ALOG AUS« durch ein E/A- Anschlußmodul
I/OP2 gegeben werden. Diese Schaltung führt die D/A-Umsetzung durch und bei Bedarf auch Ausgabefilteroperationen,
bevor die Signale auf die Ausgangsleitung gegeben werden.
Hierzu 17 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung mit hierarchisch untereinander verbundenen speicherprogrammierten
Steuereinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (MA
bzw. SL) als selbständige mit Speicher- und Rechenwerk (IS, ALU) ausgestattete, zur Entgegennahme,
Verarbeitung und Abgabe von Ruf-, Prioritäts-, Adressier-, Steuer- und Datensignalen
ausgebildete Prozessoren sind, daß jede Steuereinheit über eine zur Signalübertragung in beiden
Richtungen geeignete Sammelleitung (51, 52) an einen Verbindimgsmodul (IBA) angeschlossen ist,
der jeweils zwei in hierarchischer Beziehung stehenden Steuereinheiten gemeinsam ist und
zwischen diesen einen bevorrechtigten Signalaustausch in beiden Richtungen gestattet, daß an
wenigstens eine der beiden Sammelleitungen (S 1 oder 52) ein Eingabe-/Ausgabemodul (I/OP) und an
wenigstens eine der beiden Sammelleitungen (51
oder 52) wenigstens ein Rechenmodul (PMAU) angeschlossen ist, daß jeder Ein-/Ausgabemodu!
(UOP) bzw. Rechenmodul (PMA U) von der an die gleiche Sammelleitung angeschlossenen Steuereinheit
adressierbar ist für einen selektiven Signalaustausch und daß der Verbindungsmodul nur im
adressierten Zustand Signale zur anderen Sammelleitung überträgt.
2. Modulare Signalverarbeitungs-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
der Steuereinheiten (MA) zur Modulation bzw. Demodulation als Leitsteuereinheit über einen
ersten Verbindungsmodul (IBA 1) an einen Empfangszweig mit mindestens einer Sekundärsteuereinheit
(SL I), einem Rechenmodul (PMALJ) und einem Eingabe/Ausgabemodul (//OPl) sowie über
einen zweiten Verbindungsmodul (IBA 2) an einen Sendezweig angeschlossen ist, der mindestens eine
Sekundärsteuereinheit (SL2) und mindestens einen Eingabe/Ausgabemodul (//OP 2) aufweist (F i g. 17).
3. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine der Steuereinheiten (MA) als Leitsteuereinheit verwendet ist und dieser erste Sekundärsteuereinheiten
(5/- 2, SL 2', SL 2") über ihre Sammelleitungen und je einen Verbindungsmodul (IBA) mit der
Sammelleitung einer weiteren Sekundärsteuereinheit (SL 1 = MA 2) verbunden sind, die als Leitsteuereinheit
(MA2) der ersten Sekundärsteuereinheiten dient (F i g. 2).
4. Modulare Signalverarbeilungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rechenmodul (PMAlI) einen Multiplizierer (MULT) mit angeschlossenem Akkumulatorregisler
(AKK). einen Speicher (SiS) zur Aufnahme
von Signalwertblörken und/oder Koeffizientenwerten sowie von Ergebniswerten, des weiteren
Adreßregister (AR)zur Speicherung der Bestandteile eines von der zugehörigen, an die gleiche
Sammelleitung angeschlossenen Steuereinheit (SL) empfangenen Steuerwortes sowie Addier/Inkrementiereinrichtungen
(ADD, IR) zur Speicherung und Veränderung von Adreßwerten aufweist (Fi g. 4a und 4b).
5. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der Steuereinheiten (MA oder SL) eine Programmumschalteinrichtung (IN
TER) aufweist, durch die Programme verschiedener Kategorie parallel, aber bezüglich der einzelnen
Programminstruktionen phasenverschoben ausführbar sind und durch die für jedes der beiden
Programme Unterbrechungen zum Übergang auf andere Programme der gleichen Kategorie ausführbar
sind (F i g. 7).
6. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Steuereinheit (SL) Schaltungen (PIRR, MASKE) zur mehrstufigen Programmunterbrechung sowie mehrere
in ihrer Anzahl den Unterbrechungsstufen entsprechende Instruktionsadreßregister (NIAR)
aufweist (F ig. 7.8).
7. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuereinheit (MA, SZ^direkten Zugriff
zum Speicher (SiS) in jedem des an die gleiche Sammelleitung angeschlossenen Rechenmoduls
(PMAU) hat.
8. Modulare Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Steuereinheit (MA, SL) einen Festwertspeicher (ROS) zur Aufnaiime eines Selbstlad.iprogramms
enthält, das die Eingabe der für die Signalverarbeitung benötigten Programme von der
Sammelleitung in einen Schreib/Lese-Speicher (7?/lM;steuert(Fig.8).
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