DE2738594C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rechnersystem, bei dem zwei oder mehrere Einzelrechner über mindestens eine Steuerlei­ tung mit einem Steuerrechner verbunden sind und bei dem Verbin­ dungen durch Datenleitungen zwischen den Rechnern vorhanden sind.

Ein Rechnersystem der eingangs genannten Art ist bereits in der DE-OS 25 46 202 vorgeschlagen worden. Bei diesem Rechnersystem sind die Einzelrechner sowie der Steuerrechner an eine einzige Steuerleitung und an eine einzige Systemleitung angeschlossen und dadurch miteinander verbunden. Die Steuerleitung besteht aus mindestens einer Leitung, im allgemeinen werden aber mehrere Leitungen verwendet und für verschiedene Steuersignale auch besondere Leitungen. Die Systemleitung besteht aus zwei Leitungssystemen, nämlich aus einer Adressenleitung zur Über­ tragung von Adressen und einer Datenleitung zur Übertragung der zu verarbeitenden Daten. Die Adressenleitung und/oder die Datenleitung bestehen vorzugsweise aus mehradrigen Leitungen zur bitparallelen Wortübertragung. Die Verbindung der Einzel­ rechner mit der Systemleitung erfolgt durch Koppelspeicher in denen Daten, die in die Rechner einzugeben sind oder die von den Rechnern weitergeleitet werden sollen, zwischengespeichert werden können. Dieses Rechnersystem arbeitet in drei Phasen, wobei eine Phase eine sogenannte Datenaustauschphase ist. In dieser Datenaustauschphase sendet ein Rechner über die einzige Datenleitung die zu verteilenden Daten gleichzeitig an alle anderen.

Es kann also jeweils nur ein Rechner senden, während alle ande­ ren auf Empfang eingestellt sind. Eine Verkürzung der Aus­ tauschphase durch gleichzeitiges Senden durch mehrere Rechner ist wegen der gemeinsamen Datenleitung nicht möglich. Dieses vorgeschlagene Rechnersystem ist also für den Fall besonders gut angepaßt, bei dem alle Rechner mit allen anderen Rechnern Informationen austauschen müssen.

Es treten aber oft Fälle auf, bei denen eine Kopplung eines Einzelrechners nur mit einer kleinen Anzahl anderer Einzel­ rechner notwendig ist. Das ist z. B. dann der Fall, wenn in einem System die Elemente nur mit ihren nächsten Nachbarn wechselwirken. In diesem Fall wäre es günstig, wenn der Daten­ austausch in der Datenaustauschphase möglichst weitgehend parallelisiert wäre, d. h., wenn ein Datenaustausch nicht nur in der einen Gruppe von Einzelrechnern, zwischen denen ein Datenaustausch erfolgen muß, vorgenommen wird, sondern gleich­ zeitig auch in anderen solchen Rechnergruppen. Dadurch könnte der Rechenzeitbedarf erheblich vermindert werden.

Aus der DE-OS 24 56 999 ist bereits bekannt, daß bei Rechen­ geräten eine veränderbare Verbindung von Elementen vorgesehen ist, wobei die gewünschten Verbindungen unter der Einwirkung programmierbarer, ein für jede Verbindungsform spezifisches Signal bildender Betätigungsglieder erzielbar sind, d. h. daß die Verbindung der Elemente untereinander gemäß der Problem­ struktur und der Aufgabenstellung flexibel herstellbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rechnersystem der eingangs genannten Art anzugeben, welches einen parallelisierten Datenaustausch während der Datenaus­ tauschphase ermöglicht, so daß eine wünschenswerte zeitliche Flexibilität für den Datenaustausch zwischen den einzelnen Rechnern erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Rechnersystem der eingangs genannten Art und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, das durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert ist.

Zu diesem Zweck ist vorteilhafterweise ein Steckbrett vor­ handen, in welches Datenleitungen einstöpselbar sind, die die gewünschten Rechner miteinander verbinden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß gewünschte Verbindungen zwischen Rechnern durch elek­ trisches Durchschalten von Datenleitungen herstellbar sind.

Für eine zweckmäßige Ausführungsform sind ein oder mehrere aus Lichtleitfasern bestehende Datenleitungen vorgesehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß die Ein- und/oder Auskoppelspeicher die Organisation eines Kellerspeichers aufweisen.

Dabei ist wiederum vorteilhaft, wenn bei den als Kellerspeicher organisierten Ein- und Auskoppelspeichern entweder in der gleichen oder in der entgegengesetzten Reihenfolge ausgelesen wird wie ein­ gelesen wird.

Besondere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß gleichzeitige Datenübertragung auf alle Datenleitungen ermöglicht und dadurch die Austauschphase erheblich verkürzt wird und daß der Koppel­ speicherplatz bzw. die Größe der Ein- und Auskoppelspeicher klein gehalten werden kann, weil nur gezielt die Information übertragen wird, die für einen bestimmten Rechner vorgesehen ist. Durch die veränderbaren Datenleitungen wird eine hardwaremäßige Vorprogram­ mierung ermöglicht, die den Aufwand bei der Software-Programmie­ rung erheblich herabsetzen kann. Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt dabei

Fig. 1 in einem Blockschaltbild die Organisation eines Ausfüh­ rungsbeispiels in seinen wesentlichen Teilen,

Fig. 2 die Ausführung eines Ein- und Auskoppelspeichers,

Fig. 3 die Verschaltung von Aus- und Einkoppelspeichern durch einen Kreuzschienenverteiler.

In der Fig. 1 sind Einzelrechner 1 bis 3, vorzugsweise Mikro­ prozessormoduln, über eine einzige Steuerleitung 4 durch einen nicht gezeichneten Steuerrechner, vorzugsweise ebenfalls ein Mikroprozessormodul, etwa von links her ansteuerbar. Weitere Moduln kann man sich etwa nach rechts hin an die Steuerleitung angeschlossen denken. Jedem Modul sind drei Einkoppelspeicher 11 bis 13 bzw. 21 bis 23 bzw. 31 bis 33 und drei Auskoppel­ speicher 14 bis 16 bzw. 24 bis 26 bzw. 34 bis 36 zugeordnet. Jeder Modul hat nur Zugriff auf die ihm zugeordneten Ein- und Auskoppelspeicher, wobei es genügt, daß er aus einem Einkoppel­ speicher nur Daten entnehmen und in seine Auskoppelspeicher nur Daten abgeben kann. Eine Einkoppelspeicher bzw. Auskoppel­ speicher kann aus einem einzigen Register, einem Speicherbe­ reich des Einzelrechners oder einer Reihe von Registern in Kellerspeicherorganisation bestehen. In einer solchen Keller­ speicherorganisation werden die Register in einer bestimmten Reihenfolge mit Informationen belegt und in einer bestimmten Reihenfolge wieder ausgelesen. Eine Ausführungsform besteht darin, daß das zuletzt eingelesene Wort zuerst wieder aus­ gelesen wird, d. h. es wird in der umgekehrten Reihenfolge aus­ gelesen wie eingelesen wird, und eine andere Ausführungsform besteht darin, daß das zuerst eingelesene Wort auch zuerst wieder ausgelesen wird, d. h. es wird in derselben Reihenfolge ausgelesen wie eingelesen wird. Eine solche Kellerspeicher­ organisation hat den Vorteil, daß in der Datenaustauschphase die Aussendung und der Empfang von Informationen organisatorisch derart erleichtert wird, daß für das Einschreiben und das Ab­ rufen von Speicherinhalten keine Adressen angegeben zu werden brauchen. Für die Realisierung der Ein- und/oder Auskoppel­ speicher mit Kellerspeicherorganisation können auf dem Markt befindliche entsprechende Bausteine verwendet werden.

Jeder Ein- bzw. Auskoppelspeicher ist mit einem oder mehreren Steckern zum Einstecken für Datenleitungen, die zur Übertragung von Daten und/oder Adressen und/oder Befehlen dienen, versehen. Auf dieser Weise können durch flexible Datenleitungen in belie­ biger Weise die vorhandenen Moduln miteinander verbunden werden. Die Einkoppelspeicher dienen dazu, nur ankommende In­ formation aufzunehmen und zu speichern und somit für den Rechner zur Verarbeitung bereitzuhalten, während die Auskoppel­ speicher nur dazu dienen, die vom Rechner abzugebende und für andere Moduln be­ stimmte Information aufzunehmen, zwischenzuspeichern und auf die Datenleitungen abzugeben.

In der Fig. 1 ist eine Verbindungsstruktur durch Datenlei­ tungen 51 bis 59 als Beispiel dargestellt, wobei die in die Datenleitungen eingezeichneten Pfeile die Datenflußrichtung angeben. Vorteilhafterweise sind die Stecker zum Einstecken der Datenleitungen auf einem vorhandenen Steckbrett vorhanden. Jeder Ein- bzw. Auskoppelspeicher ist mit mindestens einem Stecker verbunden bzw. versehen. Da oftmals die gleiche In­ formation eines Moduls gleichzeitig an eine begrenzte Anzahl von anderen Moduln übertragen werden soll, ist es zweckmäßig, wenn ein Auskoppelspeicher mit mehreren Steckern verbunden bzw. versehen ist.

In der Fig. 2 sind als Ausführungsbeispiel vier spezielle Einkoppelspeicher 10, 20, 30, 40 und ein Auskoppelspeicher 50 sowie ihre Ver­ schaltung bis zur Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle mit dem Ein­ zelrechner dargestellt. Die an­ gegebenen Bausteine sind 32 × 8-Bit-Kellerspeicher, bei denen in der gleichen Reihenfolge ausgelesen wie eingelesen wird, d. h. das zuerst eingelesene Wort wird auch zuerst wieder ausgelesen. Die Parallelausgänge O ₀-O ₇ eines jeden Einkoppelspeichers sind über eine 8-Bit-Zwischenregister 70 und die Eingänge D ₀-D ₇ des Auskoppelspeichers 50 auf eine gemeinsame Datenleitung 60 zur bitparallelen Übertragung eines Bytes zusammengeschaltet.

Im folgenden sei die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Das Laden des Aus­ koppelspeichers 50 vom Rechner her erfolgt folgendermaßen: Der Einzelrechner überträgt Daten über die Datenleitung 60 in den Auskoppelspeicher, wobei dazu der Eingang PL vom Rechner her über die Leitung 61 auf logisch 0 gelegt wird. In den Aus­ koppelspeicher können bis zu 32 Bytes abgelegt werden.

Zum Austausch von Daten wird ein hier nicht gezeigter Taktgene­ rator gestartet, der über die Leitung 81 Taktimpulse an die seriellen Takteingänge SL bzw. SD der Ein- bzw. des Auskopplungsspeichers legt (beispielsweise 500 kHz). Pro Taktzyklus wird von jedem Auskoppelspeicher, der an die Einkoppelspeicher 10 bis 40 angeschlossen ist ein Bit über deren Eingänge D in sie einge­ lesen. Das Einlesen in die Einkoppelspeicher erfolgt also hier bitseriell. Zur Übertragung von 32 Bytes werden damit 256 Takte benötigt. Das Austausch-Ende wird vorzugsweise angezeigt und an den Rechner als Information weitergegeben. Dies kann am einfachsten über einen 8-Bit-Binärzähler geschehen, dessen Überlaufsignal das Austausch-Ende erzeugt.

Nachdem die Einkoppelspeicher voll sind, kann ihr Inhalt vom Einzelrechner gelesen werden. Dies geschieht so, daß vom Rechner her über eine 2-Bit-Adressenleitung 90 und eine 1 aus 4-Dekodierung 100 einer der vier Einkoppelspeicher ausgewählt und über den Eingang OE freigegeben wird. Das erste auszule­ sende Datenbyte wird aus dem Einkoppelspeicher in das Zwischen­ register 70 übernommen, wobei dazu über die Leitung 110 ein ent­ sprechendes Signal an beide gegeben wird. Dann liest der Ein­ zelrechner den Inhalt des Zwischenregisters. Diese soeben be­ schriebenen Vorgänge wiederholen sich solange, bis der be­ treffende Einkoppelspeicher leer ist.

Anstelle der mechanischen Stöpselung ist auch eine elektro­ nische Durchschaltung von Datenleitungen z. B. in Form einer Kreuzschiene möglich. In der Fig. 3 ist ein Beispiel für n Moduln dargestellt. Dort sind n Auskoppelspeicher A ₁-A _n über den Kreuzschie­ nenverteiler 200 mit Einkoppelspeichern E ₁₁-E ₁₄, E ₂₁ zusammenge­ schaltet. Ein Kreis um einen Schnittpunkt einer waagrechten mit einer senkrechten Leitung in Kreuzschienenverteiler bedeutet, daß im Gegensatz zu anderen Schnittstellen eine Verbindung zwischen diesen beiden Leitungen besteht. Danach sind also beispielsweise der Auskoppelspeicher A _{n - 1} mit den Einkoppelspeichern E ₁₂, E ₁₃ und E ₂₁ verbunden. Den Aus- bzw. Einkoppelspeichern ist die Fig. 2 zugrundegelegt, d. h. zu jedem der n Moduln gehören jeweils 4 Einkoppelspeicher E ₁₁-E ₁₄, E ₂₁-E ₂₄ und sofort bis E _{n 1}-E _{n 4}. Sämt­ liche Ein- und Auskoppelspeicher sind über eine Leitung 800, an die ein Taktgenerator 300 angeschlossen ist, miteinander verbun­ den. Der Taktgenerator kann über einen Eingang 301 durch ein Startsignal in Betrieb gebracht werden und gibt nach einer be­ stimmten Anzahl von Takten an einem Ausgang 302 ein Done-Signal ab, welches den Moduln anzeigt, daß der Ein- bzw. Auslesevorgang in die Einkoppelspeicher bzw. aus den Auskoppelspeichern beendet ist. Die Herstellung der Verbindungen im Kreuzschienenverteiler erfolgt vorzugsweise durch Durchschalten von elektronischen Schaltern.

Ein hier angegebenes Rechnersystem wird für die Struktur der Auf­ gabe vorteilhafterweise folgendermaßen programmiert: Von einem oder im allgemeinen mehreren Auskoppelspeichern eines jeden Mo­ duls werden die Datenleitungen zu den entsprechenden Einkoppel­ speichern der zu verbindenden anderen Moduln geführt.

Das so vervollständigte Rechnersystem arbeitet dann vorteilhafter­ weise folgendermaßen: Während einer autonomen Phase, in denen die Einzelrechner unabhängig voneinander arbeiten, werden die Auskoppelspeicher von ihnen geladen und in der darauffolgenden Datenaustauschphase werden die Auskoppelspeicher geleert und ihr Inhalt in die Einkoppelspeicher der mit ihnen verbundenen Moduln gebracht. In der darauffolgenden autonomen Phase finden die ent­ sprechenden Einzelrechner in diesen Einkoppelspeichern die be­ nötigte Information vor.

Eine Verbindung aller oder bestimmter Moduln mit dem Steuerrech­ ner durch ein oder mehrere Datenleitungen kann zusätzlich vorhan­ den sein.

Für feste Koppelstrukturen, z. B. in Form eines quadratischen Netzes, können vorgefertigte, geätzte Platinen aus Datenleitungs- Verbindungsmatrix eingesetzt werden. Es kann auch ein elektro­ nisches Vermittlungssystem in Form eines Kreuzschienenver­ teilers eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Rechnersystem, bei dem zwei oder mehrere Einzelrechner über mindestens eine Steuerleitung mit einem Steuerrechner verbunden sind und bei dem Verbindungen durch Datenleitungen zwischen den Rechnern vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den Einzelrechnern veränderbar sind, so daß die Verbindung der Einzelrechner untereinander gemäß der Problemstruktur und der Aufgabenstellung flexibel herstellbar ist, und daß für einen Einzelrechner ein oder mehrere dem Datenaustausch zwischen den Einzelrechnern dienende(r) Einkoppelspeicher (11 bis 13, 21 bis 23, 31 bis 33) und ein oder mehrere dem Daten­ austausch zwischen den Einzelrechnern dienende(r) Auskoppel­ speicher (14 bis 16, 24 bis 26, 34 bis 36) vorgesehen sind, wobei jeder Einkoppelspeicher nur für ankommende Daten und jeder Auskoppelspeicher nur für auszusen­ dende Daten vorgesehen ist.

2. Rechnersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Steckbrett vorhanden ist, in welches Datenleitungen (51 bis 59) einstöpselbar sind, die die gewünschten Einzelrechner miteinander verbinden.

3. Rechnersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß gewünschte Verbindungen zwischen Einzelrechnern durch elektrisches Durchschalten von Datenleitungen herstellbar sind.

4. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere aus Lichtleitfasern bestehende Datenleitungen vorgesehen sind.

5. Rechnersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ein- und/oder Auskoppelspeicher die Organisation eines Kellerspeichers aufweisen.

6. Rechnersystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei den als Kellerspeicher organisier­ ten Ein- und Auskoppelspeichern entweder in der gleichen oder in der entgegengesetzten Reihenfolge ausgelesen wird wie einge­ lesen wird.