DE2606295A1

DE2606295A1 - Verfahren zum ausfuehren einer datenuebertragung zwischen peripheren einheiten und einem arbeitsspeicher ueber einen multiplexkanal

Info

Publication number: DE2606295A1
Application number: DE19762606295
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Haczek; Kurt Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-02-17
Filing date: 1976-02-17
Publication date: 1977-08-25
Also published as: GB1572422A; DE2606295C3; BE851538A; FR2341898A1; DE2606295B2; NL7701316A; CH602988A5; FR2341898B1; IT1076899B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München S VPA 78 P 2 0 1 2 BRD

Verfahren zur Ausführung einer Datenübertragung zwischen periphere« Einheiten und einem Arbeitsspeicher über einen Multiplexkanal.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausführung einer Datenübertragung zwischen peripheren Einheiten und einem Arbeitsspeicher bei einem aus mindestens einem Arbeitsspeicher, einem Zentralprozessor und einem Ein/Ausgabewerk bestehenden Datenverarbeitungssystem über einen in einem Ein/Ausgabewerk angeordneten Multiplexkanal nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Datenverarbeitungssystem besteht gewöhnlich aus einer Zentraleinheit und den peripheren Einheiten. Die Zentraleinheit ist dabei aus einem Arbeitsspeicher, mindestens einem Zentralprozessor und mindestens einem Ein/Ausgabewerk aufgebaut. Das Ein/Ausgabewerk kann sich aus einem Kanalwerk und den sogenannten Kanälen zusammensetzen. Die Kanäle können Selektorkanäle, Blockmultiplexkanäle oder Bytemultiplexkanäle sein. In dem Kanalwerk sind dann solche Einheiten zusammengefaßt, die beim Betrieb mehrerer Kanäle erfor.derlich sind und die darum nur einmal für mehrere Kanäle vorhanden sein müssen. Schließlich bestehen die peripheren Einheiten aus den peripheren Geräten und den für den Betrieb der peripheren Geräte notwendigen Gerätesteuerungen. Dabei kann eine Gerätesteuerung mehrere peripheren Geräte bedienen.

Es sind drei Kanalarten erwähnt worden. Der Selektorkanal führt zur gleichen Zeit immer nur eine Ein/Ausgabeoperation mit einem peripheren Gerät aus. Eine weitere Operation kann erst nach Bearbeitung einer Abschlußunterbrechung von diesem peripheren Gerät eingeleitet werden. Der Blockmultiplexkanal ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal mit einem peripheren Gerät solange konnektiert ist, bis ein Block von Daten übertragen worden ist. An-

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schließend kann die Verbindung mit einem anderen peripheren Gerät hergestellt werden. Der Bytemultiplexkanal kann eine Viel-' zahl von Ein/Ausgabeoperationen simultan ausführen. Dabei wird so vorgegangen, daß jeweils nach der Übertragung eines einzelnen Bytes zwischen einem peripheren Gerät und dem Arbeitsspeicher der Kanal eine Datenanforderung von einem anderen peripheren Gerät bearbeitet.

Bei der Datenübertragung zwischen peripheren Geräten und dem Ατι Ο beitsspeicher bestehen zumindest zwei Schnittstellen. Die erste Schnittstelle tritt dabei zwischen dem Ein/Ausgabewerk und zwar den Kanälen und den peripheren Einheiten auf. Diese Schnittstelle ist gewöhnlich als Standardschnittstelle aufgebaut, so daß beliebige periphere Einheiten an die Kanäle des Ein/Ausgabewerkes angeschlossen werden können. Diese Schnittstelle soll im folgenden Standardschnittstelle genannt werden. Schließlich besteht eine Schnittstelle zum Arbeitsspeicher und zwar entweder zwischen dem Arbeitsspeicher und dem Zentralprozessor, wenn die zu übertragenden Daten über den Zentralprozessor zum Arbeitsspeicher geleitet werden, >0 oder zwischen dem Arbeitsspeicher und dem Ein/Ausgabewerk, wenn der Datentransfer direkt vom Ein/Ausgabewerk zum Arbeitsspeicher erfolgt. Diese Schnittstelle soll im folgenden Arbeitsspeicherschnittstelle genannt werden.

>5 Der Ablauf von Ein/Ausgabeoperationen über die Schnittstellen müssen von Steuerschaltungen gesteuert werden. Dabei ist eine erste Steuerschaltung notwendig, um die Arbeitsspeicherschnittstelle zu steuern. Diese erste Steuerschaltung kann Teil des Zentralprozessors sein, wenn vom Zentralprozessor die Datenübertragung zwischen peripheren Einheiten und dem Arbeitsspeicher zumindest teilweise gesteuert wird. Diese erste Steuerschaltung kann in diesem Falle die Mikroprogrammsteuerung des Zentralprozessors mitbenutzen. Diese erste Steuerschaltung kann aber auch im Ein/Ausgabewerk realisiert sein, dann kann das Ein/Ausgabewerk die Datenübertragung simultan zur Arbeit des Zentralprozessors .durchführen. Die Steuerung der Standardschnittstelle der peripheren

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Einheiten wird mit Hilfe einer zweiten Steuerschaltung durchgeführt. Diese zweite Steuerschaltung ist in der Regel Teil der einzelnen Kanäle. Dies ist besonders dann der Fall, wenn in einem Ein/Ausgabewerk mehrere verschiedenartige Kanäle realisiert sind. 5

Zur Durchführung einer Ein/Ausgabeoperation sind Steuerinformationen notwendig, die den Steuerschaltungen angeben, welche Funktionen sie veranlassen sollen. Die zur Datenübertragung zwischen peripheren Einheiten und dem Arbeitsspeicher erforderlichen Steuerinformationen werden gewöhnlich in einem Kanalprogramm niedergelegt. Für jede Ein/Ausgabeoperation zwischen einem peripherem Gerät und dem Arbeitsspeicher ist dann ein solches Kanalprogramm, das im Arbeitsspeicher gespeichert sein kann, erforderlich. Um bei Aufruf eines peripheren Gerätes durch einen Ein/Ausgabebefehl das richtige Kanalprogramm zu finden, wird die Adresse dieses Kanalprogrammes in ein Register für das Kanaladresswort gespeichert, das vor Beginn des Ein/Ausgabebefehles von dem übergeordneten Maschinenprogramm mit der richtigen Adresse geladen wird»

Tritt also in einem abzuarbeitenden Programm ein Ein/Ausgabebefehl auf, z.B. der Ein/Ausgabebefehl "Starten Gerät", dann muß im Arbeitsspeicher bereits ein entsprechendes Kanalprogramm bestehen und außerdem muß bereits von dem Programm veranlaßt worden sein, daß das Kanaladresswortregister mit der entsprechenden Adresse des Kanalprogrammes geladen worden ist. Der Ein/Ausgabebefehl gibt dann an, welches· Ein/Ausgabewerk, welcher Kanal und welches periphere Gerät für die durchzuführende Ein/Ausgabeoperation vorgesehen ist. Der Ein/Ausgabebefehl wird nun von dem Zentralprozessor entschlüsselt und wenn eine Datenübertragung zwischen dem aufgerufenen peripheren Gerät und dem Arbeitsspeicher möglich ist, wird die weitere Ausführung der Datenübertragung den beiden genannten Steuerschaltungen überlassen. Diese Steuerschaltungen, insbesondere die erste Steuerschaltung, kann aus den Kanalbefehlsworten die für die Datenübertragung notwendigen Steuerinformationen entnehmen. Aus dem Kanalbefehl ergibt sich . der Operationscode, also welche Art von Datenübertragung durch-

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zuführen ist. Weiter ergibt sich die Datenadresse, aus der entnommen werden kann, an welcher Arbeitsspeicheradresse das erste zu übertragende Datenbyte abgespeichert werden muß oder aus welcher Arbeitsspeicheradresse das erste zu übertragende Datenbyte ausgelesen werden muß. Aus dem Befehlswort ergibt sich auch, wieviel Datenbytes zu übertragen sind. Ist der im Kanalbefehlswort angegebene Datentransfer beendet, so hängt der weitere Ablauf des Kanalprogramms vom Ergebnis dieses Transfers ab. Es kann z.B. so sein, daß weitere Kanalbefehlsworte abzuarbeiten sind. Es ist aber auch möglich, daß der Datentransfer beendet werden soll. In diesem Falle wird die periphere Einheit veranlaßt, eine Unterbrechungsanforderung an die Zentraleinheit zu stellen.

Erfolgt ein Datentransfer zwischen einer peripheren Einheit und dem Arbeitsspeicher über einen Bytemultiplexkanal, dann muß nach der Befehlseinleitung des Ein/Ausgabebefehls das periphere Gerät bei der Übertragung jedes Datenbytes eine Datenanforderung an den Bytemultiplexkanal im Ein/Ausgabewerk stellen. Mit der Datenanforderung (service-request) gibt die Gerätesteuerung an, daß sie bereit ist, die Übertragung eines Datenbytes durchzuführen. Die Datenübertragung zum Arbeitsspeicher wird aber erst dann durchgeführt, wenn die beiden Steuerschaltungen nicht mit einer anderen Aufgabe beschäftigt sind. Für den Fall, daß die zwei Steuerschaltungen bereit sind, die Datenanforderung von einem peripheren Gerät zu bearbeiten, wird von der ersten und der zweiten Steuerschaltung der Ablauf des Datentransfers koordiniert. Dazu ist es erforderlich, daß die zwei Steuerschaltungen miteinander zusammenarbeiten. Die Leistungsfähigkeit von bekannten Bytemultiplexkanälen während der Datenübertragung wird dann dadurch eingeschränkt, daß diese sowohl durch die Geschwindigkeit der Datenübertragung auf der Arbeitsspeicherschnittstelle und der Zugriffs- bzw. Zykluszeit des Arbeitsspeichers, wie auch durch die Geschwindigkeit der Abläufe auf der Standardschnittstelle bestimmt wird. Alle Wartezeiten, die auf einer dieser beiden Schnittstellen beim Datentransfer des Bytes auftreten, wirken sich voll auf die Datenrate eines Kanals aus. Dabei ist

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zu beachten, daß der Multiplexbetrieb über dem Bytemultiplexk&nal so ausgeführt wird, daß er zugleich nur mit einem seiner Anschlüs-' se zu einer peripheren Einheit arbeitet und daß der Wechsel zu einem anderen Anschluß zu einer anderen peripheren Einheit erst dann erfolgen kann, wenn die Übertragung eines Bytes abgeschlossen ist. Wartezeiten, die während der Übertragung für einen Anschluß auftreten, können somit nicht für die Bearbeitung von Anforderungen anderer Anschlüsse genützt werden.

Nachteilig war dabei, daß die zweite Steuerschaltung, die in der Regel im Bytemultiplexkanal realisiert ist, keinen eigenen Zugriff zu den Steuerparametern (Kanalprogramm) hat, und nur durch Vermittlung und in Zusammenarbeit mit der ersten Steuerschaltung, die z.B. Teil der Mikroprogrammsteuerung des Zentralprozessors ist, mit diesen Steuerinformationen versorgt werden kann. Dies führt dazu, daß die erste und die zweite Steuerschaltung funktionell so miteinander verbunden sein müssen, daß die beiden Steuerschaltungen im Rahmen des auf Bytebasis ablaufenden Multiplexbetriebes immer demselben Ein/Ausgabeprozess zugeordnet sind.

Die der Erfindung zugrundeiegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Datenübertragung zwischen peripheren Einheiten und Arbeitsspeicher über einen Multiplexkanal so organisiert wird, daß Paralellarbeit zwischen der ersten und der zweiten Steuerschaltung während der Datenübertragung möglich ist. Diese Aufgabe wird entsprechend den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Datenübertragung eines Zeichens, z.B. eines Datenbytes zwisehen einer peripheren Einheit und dem Arbeitsspeicher wird somit in drei Abläufe aufgeteilt, wobei jeder Ablauf wiederum aus mehreren Grundschritten besteht.

Im ersten Ablauf, der von der zweiten Steuerschaltung, die im Bytemultiplexkanal realisiert ist, durchgeführt wird, wird der

. zweiten Steuerschaltung die Datenanforderung und die Geräteadresse des anfordernden Gerätes der peripheren Einheit übergeben und anschließend die auf den Dateneingangsleitungen des Multiplex-

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kanals anliegenden Informationen in das Ein/Ausgabewerk übernommen. Dabei ist bei der Dateneingabe die von den Dateneingangsleitungen übernommenen Informationen das zu übertragende Datenbyte, bei der Datenausgabe werden diese Informationen ignoriert. 5

Der zweite Ablauf wird von der ersten Steuerschaltung ausgeführt. Der zweite Ablauf kann teilweise mit dem ersten Ablauf zeitlich überlappt sein. Er wird von einem Koordinierungssignal der zweiten Steuerschaltung angestoßen. Daraus kann die erste Steuerschaltung entnehmen, daß eine D_atenanforderung von einem bestimmten peripheren Gerät vorliegt. Die erste Steuerschaltung holt nun die zur Datenübertragung notwendigen Steuerinformationen aus einem Registersatz, veranlaßt entsprechend dieser Steuerinformation den Datentransfer zwischen dem Arbeitsspeicher und dem Multiplexkanal und speichert schließlich die modifizierten Steuerinformationen in den Registersatz zurück. Der dritte Ablauf wird wiederum von der zweiten Steuerschaltung durchgeführt, er kann sich mit dem zweiten Ablauf zeitlich überlappen. Der dritte Ablauf wird von einem Koordinierungssignal der ersten Steuerschaltung angestoßen. Die zweite Steuerschaltung gibt in diesem dritten Ablauf Informationen auf die Datenausgangsleitungen zu den peripheren Einheiten, diese Informationen sind bei der Datenausgabe das zu übertragende Zeichen, z.B. ein Datenbyte, bei der Dateneingabe ein Quittierungssignal.

Wesentlich ist nun, daß die zweite Steuerschaltung während des ersten und des dritten Ablaufs unabhängig von der ersten Steuerschaltung arbeitet. Damit ist ein Parallelbetrieb zwischen der ersten und der zweiten Steuerschaltung möglich. Dies ergibt den Vorteil, daß zwischen dem ersten und dem dritten Ablauf eine Datenanforderung eines anderen peripheren Gerätes bearbeitet werden kann. Die Folge ist, daß im Multiplexkanal ein Zeitmultiplexbetrieb auf der Basis der Abläufe durchgeführt werden kann. Die zweite Steuerschaltung kann sich also in der Zeit, die zwisehen dem ersten und dem dritten Ablauf liegen, mit einem anderen «peripheren Gerät beschäftigen. Andererseits kann die erste Steuer-

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schaltung während der Zeit, in der die zweite Steuerschaltung unabhängig im ersten oder im dritten Ablauf arbeitet, andere " Aufgaben übernehmen.

Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand eines.Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutert. Dabei wird die Erfinung im Zusammenhang mit einem Bytemultiplexkanal beschrieben, bei dem ein Zeichen ein Datenbyte ist. Es geigen:

Pig.1 ein grundsätzliches Blockschaltbild eines Datenverarbeitungssystems,

Fig.2 das Blockschaltbild eines Ein/Ausgabewerkes mit einem Bytemultiplexkanal, wobei nur die Einheiten dargestellt sind, die für die Erfindung benutzt werden,

Fig.3 ein Diagramm, das die Lage der einzelnen Abläufe zueinander aufgetragen über der Zeit t darstellt,

Fig.4 ein Zeitdiagramm, bei dem der Zeitmultiplexbetrieb im Bytemultiplexkanal dargestellt ist.

Aus Figur 1 ergibt sich der grundsätzliche Aufbau eines Datenverarbeitungssystems. Das Datenverarbeitungssystem besteht aus

einer Zentraleinheit ZE und peripheren Einheiten PE. Die Zentranleinheit ZE ist aus einem Arbeitsspeicher ASP, einem Zentral -.prozessor ZP und einem Ein/Ausgabewerk IOC aufgebaut. Das Ein/Ausgabewerk IOC besteht seinerseits aus einem Kanalwerk KW und Kanälen K1 und K2. In dem Kanalwerk KW sind die Steuerungen,

Register und Schalter zusammengefaßt, die allen Kanälen K1 und K2 gemeinsam sind. Dabei ist das Kanalwerk im wesentlichen ein Schalter, der die von vielen peripheren Einheiten ankommenden In-

cn

formation/ auf eine Leitung zum Arbeitsspeicher bzw. Zentralprozessor durchschaltet. In den Kanälen K1 und K2 sind dagegen die Steuerungen, Register und Schalter zusammengefaßt, die speziell " für den Betrieb eines Kanals erforderlich sind. Es sind also die

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Einheiten, die z.B. bei einem Bytemultiplexkanal oder einem Blockmultiplexkanal notwendig sind, um diesen Kanälen ihre Eigenschaf-■ ten zu geben. In dem Beispiel der Figur 1 wird zur Datenübertragung zwischen den peripheren Einheiten PE und dem Arbeitsspeicher ASP der Zentralprozessor mitverwendet. Demgemäß besteht eine Verbindung zwischen dem Ein/Ausgabewerk IOC und dem- Zentralprozessor ZP. Es ist aber auch möglich, daß die Verbindung vom Ein/Ausgabe-Vierk IOC zum Arbeitsspeicher ASP direkt gegeben ist (gestrichelt eingezeichnet). Schließlich sind die peripheren Einheiten PE1 axis Gerätesteuerungen und peripheren Geräten aufgebaut. Dabei kann in einer peripheren Einheit PE1 eine Gerätesteuerung und mehrere periphere Geräte realisiert sein.

Zwischen dem Ein/Ausgabewerk IOC und dem peripheren Einheiten PE ist eine sogenannte Standardschnittstelle SSS vorgesehen. Durch diese Schnittstelle SSS werden die Eigenschaften vorgegeben, die die peripheren Einheiten PE haben müssen, um an die Kanäle K1 und K2 angeschlossen werden zu können. Ebenso besteht zwischen dem Arbeitsspeicher ASP und dem Zentralprozessor ZP eine Schnittstelle, die Arbeitsspeicherschnittstelle ASS. Auch hier müssen für den Anschluß des Zentralprozessors an den Arbeitsspeicher gewisse Bedingungen eingehalten werden. Diese Bedingungen sind durch die Arbeitsspeicherschnittstelle ASP definiert.

Eine ausführlichere Darstellung des Ein/Ausgabewerkes IOC ist in Figur 2 dargestellt. Dabei sind nur diejenigen Einheiten gezeigt, die zur Erklärung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich sind. Weiterhin sind Teile des Zentralprozessors ZP und des Arbeitsspeichers ASP gezeigt. Bei der Figur ist dabei davon ausgegangen worden, daß zur Ausführung von Ein/Ausgabeoperationen der Zentralprozcssor ZP mitverwendet wird und zwar die im Zentralprozessor ZP vorhandene Mikroprogrammsteuerung MST. Bei einerjanderen Organisation des Datenverarbeitungssystems wäre es natürlich auch .möglich, daß die erste Steuerschaltung im Ein/Ausgabewerk IOC realisiert ist. Ob die erste Steuerschaltung Teil des Zentralprozessors oder Teil des Ein/Ausgabewerkes ist, hat aber für das

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Verfahren keine ausschlaggebende Bedeutung.

• Das Ein/Aus gäbe werk IOC besteht aus dem Kanalwerk KV/ und dem Kanal K1, der ein Bytemultiplexkanal ist und dem Kanal K2 beliebigen Typs. Das Kanalwerk KW zeigt nur ein Register SCR, das sogenannte Kanalbasisregister. In diesem Register SCR steht ein Teil der Adresse, der zusammen mit der Geräteadresse die Adresse des Registersatzes ergibt, in dem das Kanalprogramm für eine bestimmte Ein/Ausgabeoperation steht. Der Registersatz kann Teil des Arbeitsspeichers sein. Weiterhin ist in dem Kanalwerk eine Kanalwerksteuerung KWST angeordnet, die die Verbindung zwischen der Mikroprogrammsteuerung MST im Zentralprozessor ZP, also der ersten Steuerschaltung, und der Kanalsteuerung KST im Multiplexkanal K1, also der zweiten Steuerschaltung, herstellt. Weiterhin steuert die Kanalwerksteuerung KWST die im Kanalwerk KW enthaltenen Schalter, die den Informationstransfer zwischen Kanal K1 und Zentralprozessor ZP durchschalten, und die nicht dargestellt sind. Schließlich ist in dem Kanalwerk KW noch ein Register KXR vorgesehen, das als Eingaberegister für Daten oder Gerätebytes bei Datentransfer und Endebehandlung dient.

Im Bytemultiplexkanal K1 sind die Register D,S und E realisiert. Das Register D besteht aus zwei Teilen, DO und D1. Beim Datentransfer enthält DO Steuerbits für die Kanalsteuerung KST, D1 Informationen für die Gerätesteuerung, also bei Datenausgabe das auszugebende Datenbyte. Bei Dateneingabe ist dieser Teil D1 gegenstandslos.

Das Register S setzt sich aus zwei Teilen SO und S1 zusammen.

Dieses Register wird besonders bei der Ausführung von Ein/Ausgabebefehlen benutzt, ebenfalls bei der Bearbeitung bei der Programmunterbrechung. Der Teil SO beinhaltet Steuerbits für die Kanalsteuerung KST, der Teil S1 die Information für die Gerätesteuerung, also z.B. Gerätenummer. Das Register E ist ein Eingaberegister für die Geräteadresse bei Datentransferendebehandlung bzw. Geräte- ^ adresse und Gerätebytes bei Ein/Ausgabebefehlen und Programmunter-

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brechungen. Weiterhin werden in dem Kanal K1 Schalter XO,X1, X2, . X3, X4 und X5 verwendet. Die Schalter XO und X1 stellen sicher, daß die dem Ablauf entsprechenden Steuer- und Ausgabeinforaationen richtig geschaltet werden. Der Schalter X3 wählt die Dateneingabeleitungen D aus, mit denen verkehrt wird. Die Dateneingabeleitungen D führen zu den einzelnen peripheren Einheiten. Der Schalter X2 wählt die Datenausgabeleitungen DA aus, die für einen Informationstransfer mit einer peripheren Einheit benützt wird. Diese Datenausgabeleitungen führen ebenfalls zu peripheren Einheiten. Mit Hilfe der Schalter X4 und X5 werden Steuersignale von der Kanalsteuerung zu den peripheren Einheiten und umgekehrt übertragen. Mit Hilfe dieser Schalter X4 und X5 werden entsprechend den ausgewählten peripheren Einheiten Steuerleitungen ausgewählt. Die Schalter X werden durch Steuersignale von der Kanalsteuerung KST betrieben, die als Pfeile angedeutet sind.

Die Kanalsteuerung KST steuert den Schnittstellenverkehr über die Standardschnittstelle SSS. In ifcr ist die zweite Steuerschaltung realisiert.

Von Zentralprozessor ZP sind nur wenige Einheiten gezeigt, die unmittelbar für das Verfahren erforderlich sind. Dazu gehört die Mikroprogrammsteuerung MST, die zur Datenübertragung über die Arbeitsspeicherschnittstelle ASS mit verantwortlich ist. In ihr ist die erste Steuerschaltung inbegriffen. Die Mikroprogrammsteuerung MST arbeitet mit einem Mikr op ro'gramm spei eher ROM zusammen. Im Mikroprogrammspeicher ROM sind Mikroprogramme abgespeichert, die zur Ausführung von Maschinenbefehlen notwendig sind. Schließlich sind in dem Zentralprozessor ZP noch zwei Register gezeigt, das Register KA und das Register KD. Das Register KD ist ein Dateneingabe- bzw. Ausgaberegister zum Ein/Ausgabewerk IOC. Das Register KA ein Adressregister zur Übernahme von Arbeitsspeicheradressen aus dem Ein/Ausgabewerk.

Im Arbeitsspeicher ASP sind in dem sogenannten Registersatz die •Kanalprogramme gespeichert. Sie enthalten also Kanalnummer, Geräte-

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nummer, Steuerbits, die die auszuführende Operation angeben, Kanalbefehlsadresse des nächsten auszuführenden Kanalbefehles usw.

Um das Zusammenarbeiten der einzelnen Einheiten des Ein/Ausgabe-Werkes des Zentralprozessors zu zeigen, wird kurz auf die einzelnen Schritte bei der Einleitung des Ein/Ausgabebefehles βίητ gegangen. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Ausführung eines Ein/Ausgabebefehles im wesentlichen unter Steuerung der Mikroprogrammsteuerung MST. Diese verwendet ein im ROM abgespeichertes Mikroprogramm dazu. Dabei werden Zustandsabfragen durchgeführt, indem sich die Mikroprogrammsteuerung entweder an die entsprechenden Register des Ein/Ausgabewerkes bzw. an die Register im Arbeitsspeicher wendet. Diese Zustandsabfragen werden analysiert. Außerdem werden Register im Ein/Ausgabewerk entsprechend der Aus-■ führungsvorschrift des Ein/Ausgabebefehles unmittelbar durch die Mikroprogrammsteuerung geladen. Das Kanalwerk KW verhält sich dabei im wesentlichen passiv. Es schaltet nur die Datenwege und Steuersignale zum Kanal durch. Ebenso verhält sich die Kanalsteuerung KST im wesentlichen passiv, solange kein Datenverkehr über die Standardschnittstelle SSS zu einer peripheren Einheit notwendig ist. Wenn ein Schnittstellenverkehr über die Standardschnittstelle SSS erforderlich ist, teilt die Mikroprogrammsteuerung MST dies der Kanalsteuerung KST mit, es lädt z.B. das Register S. Es übergibt damit der Kanalsteuerung den Steuercode, der der Kanalsteuerung sagt, was sie zu tun hat, die Gerätenummer oder einen Schnitt-Stellenbefehl, der über die Datenausgangsleitungen DA der Schnittstelle SSS zu senden ist.

Die Kanalsteuerung führt selbständig den Schnittstellenverkehr aus. Gegebenenfalls übernimmt sie auch Rückinformation vonjien angesprochenen peripheren Einheiten z.B. in das Register E und sendet eine Fertigmeldung an die Mikroprogrammsteuerung MST, die dann die Rückinformation dem genannten Register E entnehmen kann.

Läuft ein Datentransfer über den Bytemultiplexkanal ab, dann meldet sich das entsprechende periphere Gerät mit einer Daten-

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anforderung. Die Kanalsteuerung KST leitet eine Datentransferoperation ein und führt dazu zunächst selbständig einen Schnitt-'stellenverkehr mit der peripheren Einheit durch. Dabei übernimmt sie von den Dateneingangsleitungen KI die Gerätenummer des an™ fordernden peripheren Gerätes in das Register E und die auf der Dateneingangsleitung DI vorliegende Information in Zusammenarbeit mit dem Kanalwerk in das Register KXR.

Weiterhin wird aus dem Register SCR des Kanalwerkes und der Gerätenummer aus dem Register E die Adresse des Registersatzes im Arbeitsspeicher erzeugt. Diese Adresse wird in das Register KA des Zentralprozessors ZP übernommen und es wird ein Kanalprogramm gestartet, das von der Mikroprogrammsteuerung MST ausgeführt wird. Dabei wird der Registersatz im Arbeitsspeicher ASP gelesen, im Eingabefall das Datenbyte aus dem Register KXR des Kanalwerkes KW übernommen und in den Arbeitsspeicher geschrieben, im Ausgabefall ein Datenbyte aus dem Arbeitsspeicher gelesen, dabei der Bytezähler, der die Anzahl der zu übertragenden Bytes angibt, modifiziert, einen Steuercode für die Kanalsteuerung KST generiert, der Steuercode bzw. das Ausgabedatenbyte in die Re-

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gister DO bzw./des Kanals geschrieben und schließlich die modifizierten Steuerinformationen in den Registersatz im Arbeitsspeicher zurückgespeichert.

Sobald die Kanalsteuerung KST den Steuercode erhalten hat, führt sie selbständig den zweiten Teil des Schnittstellenverkehrs aus. Es wird also bei Datenausgabe das Ausgabebyte auf die Datenausgangsleitung DA gegeben bzw. bei Dateneingabe die Übernahme des Eingabebytes quittiert. Entsprechend dem Steuercode gibt die Kanalsteuerung KST Steuersignale an die periphere Einheit.

Soll eine Übertragung zwischen einem peripheren Gerät und dem Arbeitsspeicher ASP abgeschlossen werden, dann stellt die periphere Einheit eine entsprechende Endemeldung. Es wird dann das Gerätebyte in das Register KXR übernommen und dies der Mikroprogrammsteuerung MST mitgeteilt. Diese veranlaßt, daß z.B. das

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Gerätebyte in den Zentralprozessor übernommen wird, dort analysiert \iird und entsprechend die Steuerinformationen in Kanalrc— gistern gesetzt werden.,

Die Ausführung des Datentransfers, also die Übertragung jeweils eines Datenbytes zwischen einer peripheren Einheit und einem Arbeitsspeicher wird nun in drei Abläufe eingeteilt, wobei jeder Ablauf wiederum in Grundschritte unterteilt ist.

Der erste Ablauf, der Ablauf A genannt werden soll, wird von der Kanalsteuerung KST (derzweiten Steuerschaltung) durchgeführt. Dieser Ablauf A wird durch eine Datenanforderung von einem peripheren Gerät gestartet. In einem ersten Grundschritt veranlaßt die Kanalsteuerung KST die Gerätesteuerung der peripheren Einheit, die Gerätenummer des anfordernden peripheren Gerätes anzuliefern.

Dazu wird der Zustand der D_ateneingangsleitungen DI in das Register E übernommen. Im zweiten Grundschritt meldet die Kransteuerung der Mikroprogrammsteuerung (der ersten Steuerschaltung) mit einem Koordinierungssignal al, daß sie von einem peripheren Gerät eine Datenanforderung erhalten hat. Damit weiß die erste Steuerschaltung welches periphere Gerät einen Datentransfer durchführen will.Im dritten Grundschritt veranlaßt die Kanalsteuerung KST die Gerätesteuerung, daa Eingabebyte anzuliefern. Dazu wird die Information auf den Dateneingangsleitungen DI abgefragt und in das Register KXR des Kanalwerkes KW eingespeichert. Der Kanal K braucht dabei nicht zu wisseii, ob es sich um eine Dateneingabe oder eine Datenausgabe handelt. Die Übernahme der Information von der Dateneingang leitung in das Register KXR wird in einem zweiten Koordinierungssignal a2 der Mikroprogrammsteuerung mitgeteilt. Damit ist der Ab- lauf A beendet.

Der zweite Ablauf wird von der ersten Steuerschaltung, der Mikroprogrammsteuerung, durchgeführt. Er wird im folgenden Ablauf C genannt. Dieser Ablauf C überlappt sich teilweise zeitlich mit dem Ablauf A. Sobald die Mikroprogrammsteuerung das erste Koordinierungssignal al von der Kanalsteuerung KST erhalten hat, kann

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sie mit ihrer Tätigkeit beginnen. Sie wendet sich, da sie die Geräteadresse des anfordernden Gerätes kennt, in einem ersten Grundschritt an den Registersatz im Arbeitsspeicher, und liest diesen aus. Damit erhält sie die zur Ausführung des Datentransfers erforderlichen Steuerinformationen. Nach Erhalt des zweiten Koordinierungssignales a2 von der Kanalsteuerung KST beginnt die Mikroprogrammsteuerung mit ihrem zweiten Grundschritt, näralich dem Datentransfer. Bei Dateneingabe veranlaßt sie die Übernahme des Inhaltes des Registers KXR in den Arbeitsspeicher ASP, bei Datenausgabe wird der Inhalt des Registers KXR ignoriert, dafür ein Datenbyte aus dem Arbeitsspeicher ausgelesen und seine Übertragung in das Register D1 im Kanal veranlaßt. Nach Abschluß dieses zweiten Grundschrittes gibt die Mikroprogrammsteuerixng ein Koordinierungssignal c an die Kanalsteuerung. Im dritten Grundschritt des Ablaufes C modifiziert die Mikroprogrammsteuerung die Steuerinformation und schreibt diese in den Registersatz im Arbeitsspeicher zurück.

Durch das Koordinierungssignal c von der Mikroprogrammsteuerung wird der dritte Ablauf, der Ablauf B, von der Kanalsteuerung ausgeführt. Dazu ist das Register D im Kanal geladen worden. Bei der Datenausgabe ist in D1 das auszugebende Datenbyte enthalten, in DO die Steuerinformation, die angibt, ob ein Datenbyte ausgegeben werden soll oder nicht. Die Kanalsteuerung KST veranlaßt nun die Ausgabe der Information in D1 auf die Datenausgangsleitung DA. Entsprechend den von der Kanalsteuerung KST zu der peripheren Einheit gegebenen Steuersignalen kann diese entscheiden, ob die Information auf den Datenausgangsleitungen DA ein Datenbyte oder ein Quittierungssignal ist. Auch dieser dritte Ablauf B überlappt ) sich teilweise zeitlich mit dem Ablauf C.

Das zeitliche Verhältnis der einzelnen Abläufe A,B,C ergibt sich aus der Figur 3. Hier ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das auf zwei Stufen die Zeit der Tätigkeit der ersten Steuerschaltung, der Mikroprogrammsteuerung, und der zweiten Steuerschaltung der Kanalsteuerung, zeigt. In der Zeile II ist die Zeit angezeigt,

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in der die zweite Steuerschaltung tätig ist, während sich aus der Zeile I die Zeit ergibt, in der die erste Steuerschaltung arbeitet. Weiterhin sind die Zeitpunkte eingetragen, in denen Koordinierungssignale von der zweiten Steuerschaltung zu der . ersten Steuerschaltung bzw. von der ersten Steuerschaltung zu der zweiten Steuerschaltung gehen. Aus der Figur 3 ergibt sich sehr gut das·Wechselspiel zwischen der Kanalsteuerung und der Mikroprogrammsteuerung. Figur 3 zeigt auch, daß zwischen den einzelnen Abläufen Wartezeiten W auftreten. Zum Beispiel hat die zweite Steuerschaltung zwischen dem Ablauf A und dem Ablauf B eine Wartezeit WII. Die erste Steuerschaltung hat dagegen zwischen Beendigung eines Ablaufes C und dem frühesten Auftreten des nächsten Koordinierungscignales al eine Wartezeit WI. Während dieser Wartezeit WI bzw. WII sind die erste bzw. die zweite Steusrschaltung nicht tätig.

Das Zeitdiagramm in Figur 3 zeigt die zeitlichen Verhältnisse beim Datentransfer mit einem einzigen peripheren Gerät. Um die Datenrate über einen Kanal zu erhöhen, wird nun die Wartezeit WII zwischen den Abläufen A und B ebenfalls benutzt. Während dieser Wartezeit WII kann die zweite Steuerschaltung Datenanforderungen von anderen peripheren Einheiten entgegennehmen. Die sich dadurch ergebenden zeitlichen Verhältnisse sind in Figur dargestellt. Zunächst kommt eine Datenanforderung von einem ersten peripheren Gerät über einen Anschluß Y,1. Dadurch wird der Ablauf An von der zweiten Steuerschaltung durchgeführt. Während dieses Ablaufes gibt die zweite Steuerschaltung die Koordinierungssignale a1n und a2n an die erste Steuerschaltung. Daraufhin beginnt der Ablauf Cn bei der ersten Steuerschaltung.

Nach Beendigung des Ablaufes An bei der zweiten Steuerschaltung tritt eine Datonanforderung von einem zweiten peripheren Gerät über einen Anschluß Y2 auf. Diese Datenanforderung wird von der zweiten Steuerschaltung bearbeitet, da sie zu diesem Zeitpunkt nicht tätig ist und ein zugeordneter Ablauf An+1 wird gestartet.

Die während dieses Ablaufs angegebenen Koordinierungssignale • a1n+1 und a2n+1 werden der ersten Steuerschaltung erst dann über-

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-gegeben, wenn diese ihren Ablauf Cn beendet hat. Dann wird sie für das zweite periphere Gerät tätig und beginnt mit dem diesen peripheren Gerät zugeordneten Ablauf Cn+1. Vorher gab sie aber ein Koordinierungssignal Cn an die zweite Steuerschaltung, die nach Beendigung des Ablaufes An+1 mit dem Ablauf Bn für das erste periphere Gerät beginnt. Nach Beendigung des Ablaufes Bn kann ein drittes peripheres Gerät über einen Anschluß Y3 eine Datenanforderung stellen, die von der zweiten Steuerschaltung bearbeitet wird und ein zugeordneten Ablauf An+2 beginnt. Die während des Ablaufes An+2 anfallenden Koordinierungssignale a1n+2 und a2n+2 werden der ersten Steuerschaltung zugeführt, die diese bearbeitet, wenn der Ablauf Cn+1 beendet ist. Anschließend an den Ablauf An+2 der zweiten Steuerschaltung führt diese den Ablauf Bn+1 für das zweite periphere Gerät durch. Dieser eben geschilderte Vorgang kann sich fortwährend wiederholen. In Fig.4 sind die verschiedenen peripheren Geräte zugeordneten Abläufe A und B durch verschiedene Lagen gekennzeichnet, die mit Υ1,Υ2,Υ3 der Anschlüsse benannt sind.

Somit werden in die Wartezeiten WII zwischen den Abläufen A und B bei der zweiten Steuerschaltung jeweils Datenanforderungen von anderen peripheren Geräten eingeschoben. Die Folge ist, daß die erste Steuerschaltung ununterbrochen beschäftigt ist, solange .. entsprechend viele Datenanforderungen von peripheren Einheiten vorliegen. Somit entsteht ein Zeitmultiplexbetrieb im Bytemultiplexkanal, der nicht mehr auf Bytebasis, sondern auf der Basis von Abläufen stattfindet. Dadurch kann die Wartezeit V/I der ersten Steuerschaltung beseitigt werden, so daß die Datenrate des Bytemultip lexkan als allein durch die Leistung der Steuerschaltung 1 bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde an einem Datenverarbeitungssystem beschrieben, bei dem die erste Steuerschaltung gleichzeitig in der Mikroprogrammsteuerung des Zentralprozessors realisiert war. Ss ist natürlich auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe einer ersten Steuerschaltung zu verwirklichen, die in dem Ein/Ausgabewerk eingebaut ist. Die Erfindung ist im Zusammenhang

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mit einem Bytemultiplexkanal beschrieben worden. Sie ist aber auch für andere Muli·iplexkanäle geeignet, bei denen bei einem Datentransfer das zu übertragende Zeichen größer oder kleiner als ein Byte ist.

11 Patentansprüche
4 Figuren

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L e e r Te i t e

Claims

P a t entansprüche

(ipVerfahren zur Ausführung einer Datenübertragung zwischen peripheren Einheiten und einem Arbeitsspeicher bei einem aus mindestens einem Arbeitsspeicher, einem Zentralprozessor und einem Ein/Ausgabewerk bestehenden Datenverarbeitungssystem über einen in einem Ein/Ausgabewerk angeordneten Multiplexkanal, bei dem jede Datenüberti-agung eines Zeichens zwischen einer peripheren Einheit und dem Arbeitsspeicher durch eine Datenanforderung von der peripheren Einheit gestartet wird und bei dem die Datenübertragung zwischen dem Multiplexkanal und dem Arbeitsspeicher durch eine erste Steuerschaltung, die Datenübertragung zwischen einer peripheren Einheit und dem MuItiplerkanal durch eine zweite Steuerschaltung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung eines Zeichens zwischen einer peripheren Einheit (PE) und dem Arbeitsspeicher (ASP) in drei sich zeitlich überlappenden Abläufen (A,B,C) durchgeführt wird, daß im ersten Ablauf (A) die zweite Steuerschaltimg (KST) die zur Einleitung eines Datentransfers nach Auftreten einer Datenanforderung von einer peripheren Einheit erforderlichen Informationen mit der peripheren Einheit austauscht und dies der ersten Steuerschaltung (MST) mitteilt, daß im zweiten Ablauf (E) die erste Steuerschaltung den Datentransfer in Abhängigkeit von in einem Registex-satz gespeicherten Steuerinformation zwischen dem Arbeitsspeicher (ASP) und dem Ein/Ausgäbewerk (IOC) durchführt und dies der zweiten Steuerschaltung meldet, daß im dritten Ablauf (B) die zweite Steuerschaltung die zur Beendigung des Datentransfers erforderlichen Informationen an die periphere Einheit gibt, und daß die zweite Steuerschaltung während des ersten und des dritten Ablaufs (A,B) unabhängig von der ersten Steuerschaltung arbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerschaltung ('!ST) nur während des zweiten Ablaufs (C) für den Datentransfer über dem Multiplexkanal belegt ist-

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Ablauf (A) und dem dritten Ablauf (B) einer Datenübertragung zwischen dem Arbeitsspeicher und einem ersten peripheren Gerät eine Datenanforderung eines zweiten peripheren Gerätes von der zweiten Steuerschaltung (KST) entgegengenommen wird und der erste Ablauf (A) für das zweite periphere Gerät von der zweiten Steuerschaltung durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Steuerschaltung von der zweiten Steuerschaltung die zum Starten des zweiten Ablaufs (C) für die Datenübertragung mit dem zweiten peripheren Gerät erforderliche Koordinierungssignale (al, a2) nach Beendigung des zweiten Ablaufs für die Datenübertragung mit dem ersten peripheren Gerät zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Ablauf (A) die Datenanforderung und die Geräteadresse des anfordernden Gerätes der peripheren Einheit und anschließend die auf den zum Multiplexkanal führenden Dateneingangsleitungen (DI) anliegenden Informationen unter Steuerung der zweiten Steuerschaltung (KST) in das Ein/Ausgabewerk (IOC) übernommen werden, daß mit dem ersten Ablauf (A) teilweise überlappend der zweite Ablauf (C) durchgeführt wird, daß im zweiten Ablauf (C) der von einem Koordinierungssignal (al) der zweiten Steuerschaltung angestoßen wird, die erste Steuerschaltung (MST) die zur Datenübertragung notwendigen Informationen aus dem Registersatz holt, anschließend einen Datentransfer zwischen dem Arbeitsspeicher«(ASP) und dem MuItiplexkanal (K1) durchführt und schließlich die modifizierte Steuerinformation in den Registersatz zurückschreibt, und daß mit dem zweiten Ablauf (C) teilweise überlappend der dritte Ablauf (B) durchgeführt wird, daß im drittelAblauf (B), der von einem Koordinierungssignal (c) von der ersten Steuerschaltung angestoßen wird, die zweite Steuerschaltung (KST) Informationen auf den Datenausgangsleitungen (DA) zur peripheren Einheit abgibt. VPA 76 E 2006 709834/0U2

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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ablauf (A) und der dritte Ablauf (B) von der zweiten Steuerschaltung (KST) abgewickelt werden, ohne daß diese Steuerinformationen aus dem Registersatz benötigt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der übertragung von Daten von einer peripheren Einheit zum Arbeitsspeicher die im ersten Ablauf (A) auf den Dateneingangsleitungen entgegegengenommene Information bereits das zu übertragende Zeichen ist, und daß die im dritten Ablauf (B) auf die Datenausgangsleitungen (DA) abgegebene Information das Quittierungssignal ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung von Daten vom Arbeitsspeicher zu einer peripheren Einheit die im ersten Ablauf (A) auf den Dateneingangsleitungen (DI) entgegengenommene Information ignoriert wird und daß die im dritten Ablauf (B) auf die Datenausgangsleitungen (D,A) abgegebene Information das zu übertragende Zeichen ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ablauf (A) aus folgenden Grundschritten besteht:

a) die Datenanforderung wird zusammen mit der Geräteadresse des anfordernden Gerätes von einer peripheren Einheit an die zweite Steurschaltung gegeben,

b) die zweite Steuerschaltung meldet der ersten Steuerschaltung die Datenanforderung zusammen mit der Geräteadresse (erstes Koordinierungssignal al),

c) die auf den Dateneingangsleitungen (DI) liegende Information wird anschließend in das Ein/Ausgabewerk übernommen,

d) die Übernahme dieser Information in das Ein/Ausgabewerk wird der ersten Steuerschaltung gemeldet (zweites Koordinierungssignal a2).

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10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ablauf (C) aus folgenden Grundschritten besteht:

a) die erste Steuerschaltung liest nach Empfang des ersten Koordinierungssignales (al) von der zweiten Steuerschaltung die in einem Registersatz für die Datenübertragung erforderliche Steuerinformation,

b) die erste Steuerschaltung veranlaßt nach Empfang des zweiten Koordinierungssignales (a2) die Übertragung eines Datenzeichens zwischen Arbeitsspeicher und Ein/Ausgabewerk und meldet dies der zweiten Steuerschaltung (drittes Koordinierungssignal c)

c) die erste Steuerschaltung modifiziert die Steuerinformation und schreibt diese in den Registersatz zurück.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der dritte Ablauf (B) aus fol-

^: genden Grundschritten besteht:

a) die zweite Steuerschaltung nimmt nach Empfang des dritten Koordinierungssignales (c) das Datenzeichen entgegen,

b) die zweite Steuerschaltung gibt das Datenzeichen auf die Datenausgangsleitungen (DA).

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