DE1931966C3

DE1931966C3 - Datenverarbeitungsanlage mit Assoziativspeichern

Info

Publication number: DE1931966C3
Application number: DE1931966A
Authority: DE
Inventors: Peter Alan Edward Gardner; Michael Henry Chandlers Ford Hallett; Roger James Romsey Llewelyn; Peter James Titman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-07-04
Filing date: 1969-06-24
Publication date: 1979-07-26
Also published as: US3585605A; FR2012269A1; SE337131B; GB1218406A; CH491440A; BE734268A; NL6909532A; DE1931966B2; DE1931966A1

Description

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Bei herkömmlichen elektronischen Datenverarbeitungsanlagen werden häufig die Steuerspeicher zum Speichern von Mikroinstruktionsfolgen oder ähnlichen jo Steuerworten benutzt, mittels denen das System datenverarbeitende Funktionen ausführt (Steinbuch, Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung, 2. überarbeitete Auflage 1967, Seite 1005). Üblicherweise: ist der Steuerspeicher ein Festwertspeicher, dessen Inhalt naturgemäß nur gelesen werden kann. Die Antwort des Speichers beim Abfragen und der Vorgang, der von den ausgelesenen Steuerwörtern ausgelöst wird, ist daher begrenzt Man kann auch Steuerspeiche ■ mit veränderlichem Informationsinhalt bauen, wöbe; jedoch bei den heutigen Systemsteuertechiniken der Datenwechsel Schwierigkeiten bereitet und die Anwendung dieser Möglichkeit auf genau definierte Fälle wie die Einführung einer neuen Art des Befehlswortes oder der Instruktion in das System oder das Anlaufen beschränkt Ein veränderlicher Steuerspeicher wird häufig auch lediglich als Hilfsspeicher für einen Festwertspeicher verwendet

Außerdem ist es durch US-PS 33 20 594 bekannt, Datenverarbeitungsanlagen mit assoziativen Speichern. bestehend aus einem Kontroll- und einem Datenmodul, aufzubauen, die mit Hilfe von Funktionstabellen-Operationen logische und arithmetische Operationen ausführen. Diese Datenverarbeitungsanlage hat jedoch den Nachteil, daß das Datenmodul entweder in seiner Speicherkapazität beschränkt werden muß oder bei größerer Kapazität in seiner Verarbeitungsgeschwindigkeit. Daraus ergibt sich nur eine begrenzte Einsatzmöglichkeit

Aus der FR-PS14 20 611 ist eine Datenverairbeitungs- _b0 anlage bekanntgeworden, die aus mehreren Assoziativspeichern besteht, die parallel geschaltet sind. Der Steuerspeicher und der Arbeitsspeicher sind dabei ebenfalls als Assoziativspeicher ausgeführt.

Diese Parallelschaltung mehrerer Assoziativspeicher _b5 innerhalb einer Datenverarbeitungsanlage ermöglicht zwar eine relativ hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, ist jedoch in der Anwendung wenig flexibel, insbesondere ist eine derartige Parallelschaltung durch die Leitungsführung schlecht für die Herstellung in integrierter Technik geeignet, so daß keine Universalmoduln mit Assoziativspeichern für Datenverarbeitungsanlagen wirtschaftlich auf dieser Basis hergestellt werden können.

Durch die US-PS 31 99 085 ist es bekannt, logische und arithmetische Operationen durch geeignete Ansteuerung von Funktionstabellen enthaltenden Speichern durchzuführen. Diese Lösung ist jedoch wenig leistungsfähig und benötigt einen sehr hohen Aufwand an Speicherkapazität

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Datenverarbeitungsanlage mit einem assoziativen Steuerspeicher und einem assoziativen Datenspeicher zu schaffen, die mit Hilfe von Funktionstabellen und internen logischen Verknüpfungsmöglichkeiten trotz einheitlichem Aufbau der Hauptkomponenten der Gesamtschaltung in der Anwendung sehr flexibel ist und sich insbesondere für die Herstellung in integrierter Technik gut eignet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst

Die durch die Erfindung vorgeschlagene flexible Speicheranordnung ist für die Durchführung von Funktionstabellen-Operationen vorteilhaft, da hierfür viele Speicherzugriffe erforderlich sind, die wegen der besonderen Speicheranordnung zu keinen großen Zeitverlusten führen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Assoziativspeicher zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System,

F i g. 2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen elektronischen Datenverarbeitungssystems,

F i g. 3 als Beispiel eine Funktionstabelle,

F i g. 4 ein Blockdiagramm eines anderen erfindungsgemäßen elektronischen Datenverarbeitungssystems und

F i g. 5 eine Instruktionszähler-Funktionstabelle.

Der in F i g. 1 gezeigte Assoziativspeicher 1 soll hier nur allgemein beschrieben werden. Der Speicher umfaßt ein Eingabe/Ausgabe-Register 2, ein Maskenregister 3 und mehrere Wortspeicher 4. Jeder Wortspeicher hat einen primären (P) Wahltrigger 5 und einen sekundären (Sy) Wahltrigger 6. Bestimmte Stellen des Inhaltes des E/A-Registers werden im Operationsdecoder 7 decodiert, um die Bit-, Wort- und Maskenlogik 8 zu steuern. Die Grundoperation besteht wie gewöhnlich bei einem Assoziativspeicher im Suchen von Wortspeichern, deren Inhalt in vorgegebenen Stellen steht, die auf den Inhalt derselben Stellen im E/A-Register paßt und dann die Suchergebnisse zur Steuerung der Datenübertragung zwischen dem E/A-Register und den Wortspeicherstellen benutzen. Die vorgegebenen Stellen werden mit Hilfe des Maskenregisters 3 ausgewählt Die Wortspeicher, welche Daten enthalten, die auf den Inhalt des E/A-Registers passen, werden durch Setzen eines Wahltriggers markiert, der zum Wortspeicher gehört, und der gesetzte Trigger wird bei der Steuerung der nachfolgenden Datenübertragung verwendet

Die in dem zu beschreibenden Datenverarbeitungssystem verwendeten Assoziativspeicher weisen gegenüber bisher gebräuchlichen typischen Speichern einige Veränderungen auf. Jeder Wortspeicher hat zwei Wahltrigger 5 und 6 und eine Suchoperation kann zum Einschalten eines dieser beiden Trigger des passenden

Wortes führen. Außerdem ist eine Operation mit der Bezeichnung »Nächste« vorgesehen, durch welche die Einschaltung des Primär- bzw. Sekundär-Wahltriggers auf den entsprechenden Primär- oder Sekundärtrigger des benachbarten, vom E/A-Register weiter entfernt liegenden Wortspeichers fibertragen wird. Es sind nur zwei Masken vorgesehen, d.h. nur zwei Sätze vorbestimmter Stellen des E/A-Registers können zum Vergleich mit dem Inhalt derselben Stellen der Wortspeicher gewählt werden. Selbstverständlich kai in auch ohne Mu»ke gearbeitet werden. Jeder Operationszyklus eines Assoziativspeichers wird in zwei Unterzyklen unterteilt, in deren erstem eine Suchoperation und/oder die »Nächsten-Operation ausgeführt wird und in deren zweitem die Datenübertragung erfolgt Wenn is der Inhalt von mehr als einem Wortspeicher mit dem Inhalt des E/A-Registers 2 übereinstimmt, werden bei einer Schreiboperation die Stellen des E/A-Registers 2, die bei der Suche nicht benutzt wurden, in jeden passenden Wortspeicher geschrieben, während bei einer Leseoperation der Inhalt derselben Steilen zusammen in das E/A-Register geschrieben wird, was effektiv einer ODER-Operation mit den übereinstimmenden Wörtern gleichkommt Gleichzeitig mit einer Lese- oder Schreiboperation wird der Inhalt des E/A- Registers 2 auf einer Sammelleitung 9 zur Verfügung gestellt

Von den in dem in F i g. 1 gezeigten Assoziativspeicher verfügbaren 72 möglichen Operationskombinationen wird eine Gruppe von 16 Kombinationen in dem zu beschreibenden Datenverarbeitungssystem benutzt D?« Suchoperation nach übereinstimmenden Wörtern wird in der Beschreibung Wahloperation (S) genannt die Grundoperationen sind wie folgt definiert:

S Wählen N Nächste R Lesen W Schreiben

0 keine Maske

1 Maske 1 verwenden

2 Maske 2 verwenden

P Primären Wahltrigger verwenden Sy Sekundären Wahltrigger verwenden.

Die 16 Kombinationen sind folgende:

Operation 0: Operation 1: Operation 2: Operation 3: Operation 4: Operation 5: Operation 6: Operation 7: Operation 8: Operation 9: Operation A: Operation B: Operation C: Operation D: Operation E: Operation F:

S S S S S S

N N

N N N

keine Operation

S S

N N N N

2 0 2 2 1 1 1

1 1 1 0 0 1 1 1

35

40

45

Sy Sy

Sy

Sy Sy Sy Sy

55

> Sy ρ ρ

Sy P P P

Jede Operation ist durch die in der linken Spalte angegebene Zahl oder den Buchstaben gekennzeichnet. Für eine auszuführende Operation wird die Zahl oder der Buchstabe auf den Operationsdecoder 7 in Form

b5 eines Signals aus 4 Bits gegeben. Nachfolgend werden einige typische Operationen beschrieben.

Operation 0: Wahl, Nächste, Schreiben, Maske 2,

Sekundär.

Die Suche wird auf dem Wortfeld ausgeführt, das durch die Maske 2 als Kennzeichen definiert ist Die Sekundär-Wahltrigger .solcher Wörter, die hinter übereinstimmenden Wörtern stehen, werden gesetzt Das Feld des E/A-Registers, welches bei der Wahloperation nicht benutzt wurde, wird in die Wörter mit gesetzten Sekundär-Triggern geschrieben und außerdem auf der Sammelleitung 9 ausgegeben.

Operation 1: Wahl, Nächste, Lesen, Keine Maske,

Sekundär.

Da hier keine Maske verwendet wird, wird die volle Breite des E/A-Registers mit der vollen Breite aller Wortspeicher verglichen. Die Sekundär-Wahltrigger der Wörter, die hinter den übereinstimmenden Wörtern stehen, werden gesetzt und der Inhalt der Wortspeicher mit gesetztem Sekundär-Wahltrigger nach Art einer ODER-Schaltung auf das E/A-Register und die Sammelleitung 9 ausgelesen.

Operation 6: Nächste Lesen, Maske 1, Sekundär. Hier Findet keine Wahloperation statt Das Setzen eines jeden Sekundär-Wahltriggers wird auf den nächsten Sekundär-Wahltrigger übertragen. Das durch die Maske 1 definierte Feld aller Wortspeicher mit gesetztem Sekundär-Wahltrigger wird in das E/A-Register gelesen.

Obwohl ein erfindungsgemäßes Datenverarbeitungssystem auch nur mit binären Speicherzellen in den Assoziativspeichern arbeiten kann, werden in dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel eines Systems assoziative Speicherzellen mit drei Stellungen verwendet Diese Zellen mit drei Stellungen nehmen nicht nur zwei stabile Stellungen zur Darstellung einer binären Null und Eins ein und sprechen mit einer Übereinstimmungs- oder einer Nichtübereinstimmungsanzeige auf Abfragesignale an, die eine Null und eine Eins darstellen, sondern sie können außerdem den Zustand X oder »keine Beachtung schenken« einnehmen, in welchem die Zelle mit einer Übereinstimmungsanzeige auf jedes beliebige Abfragesignal anspricht

Fig.2 zeigt das Schaubild eines mit Speicherprogramm arbeitenden elektronischen Rechners, der eine erfindungsgemäße elektronische Datenverarbeitungsanlage umfaßt. Die in der Figur gezeigten 3 Assoziativspeicher sind der Steuerspeicher 21, der Arbeitsspeicher 22 und der Lokalspeicher 23. Die Blocks stellen die Speicher dar und sind in Felder unterteilt, in welche jedes Wort im Speicher unterteilt ist Wie später genauer beschrieben wird, verbinden Datenübertragungssammelleitungen bestimmte Felder verschiedener Speicher untereinander. Daten werden grundsätzlich im Rechner als binär codierte Dezimalzahlen dargestellt die je 4 Bits umfassen. Obwohl in der Praxis jede Zahl auch noch ein Paritätsbit umfaßt, ist dieses Bit in der Beschreibung weggelassen worden, um eine unnötige Komplikation zu vermeiden.

Der Lokalspeicher 23 ist 6 Stellen groß, und jedes Wort umfaßt ein Lokalspeicher-Kennzeichnungsfeld 23a von zwei Stellen, ein 1-Datenfeld 236 von zwei Stellen und ein O-Datenfeld 23c von zwei Stellen. Im Lokalspeicher 23 werden zwei Masken verwendet, und

zwar erfolgt unter Maske 1 eine Wahloperation, indem Daten im Lokalspeicher-Kennzeichnungsfeld und im 1-Datenfeld zur Übereinstimmung gebracht werden und die Daten-Übertragung über das O-Datenfeld erfolgt. Unter Maske 2 erfolgt eine Wahloperation über das Lokalspcicher-Kennzeichnungsfeld und die Datenübertragung über die Datenfelder 1 und 0.

Der Arbeitsspeicher 22 ist 7 Stellen groß, und jedes Wort umfaßt ein Arbeitsspeicher-Kennzeichnungsfeld 22a von 2 Stellen, ein O-Datenfeld 22b von 2 Stellen, ein ι ο 1 -Datenfeld 22c von 2 Stellen und ein Bedingungscode-Feld 22d von einer Stelle. Es sind zwei Masken vorhanden, und unter Maske 1 erfolgt eine Wahloperation über das Arbeitsspeicher-Kennzeichnungsfeld und das Ö-Datenfeid und die Datenübertragung über das 1-Datenfeld und das Bedingungscode-Feld. Unter Maske 2 erfolgt die Wahloperation über das Arbeitsspeicher-Kennzeichnungsfeld und die Datenfelder 0 und 1 und die Datenübertragung läuft über das Bedingungscode-Feld.

Der Steuerspeicher 21 ist 8 Stellen groß, und jedes Wort umfaßt ein Bedingungscode-Feld 21a von einer Stelle, ein Steuerspeicher-Kennzeichnungsfeld 216, ein Arbeitsspeicher-Kennzeichnungsfeld 21c und ein Lokalspeicher-Kennzeichnungsfeld 214 die je 2 Stellen groß sind, sowie ein Steuerspeicher-Operationsfeld 2Ie, welches eine Stelle umfaßt Der Steuerspeicher 21 verfügt über nur eine Maske 1, unter der eine Wahloperation über das Bedingungscodefeld und das Steuerspeicher-Kennzeichnungsfeld abläuft

In allen Speichern kann die Benutzung einer Maske fallengelassen werden, d. h. eine Wahloperation und die Datenübertragung können über die ganze Breite eines Wortes ausgeführt werden. Diese Operation wird unveränderlich in Verbindung mit einer »Nächste«- Operation in den oben angegebenen Operationen 1, B, C durchgeführt Das heißt, eine Übereinstimmung wird mit einem Wort hergestellt und der Zugriff wird auf das diesem Wort folgende Wort ausgeübt

Die Datenübertragungssammelleitungen 24—27 stel- <to len die entsprechenden Verbindungen her zwischen Arbeitsspeicher-Kennzeichnungsfeldern im Steuer- und Arbeitsspeicher, Lokalspeicher-Kennzeichnungsfeldern im Steuer- und Lokalspeicher, Bedingungscode-Feldern im Steuer- und Arbeitsspeicher und den O-Datenfeidern im Lokal- und Arbeitsspeicher. Die Datenübertragungssammelleitung 28 verbindet die 1-Datenfelder des Lokal- und Arbeitsspeichers mit dem Steuerspeicher-Kennzeichnungsfeld.

Ein elektronischer Rechner mit gespeichertem so Programm sollte die Möglichkeit haben, arithmetische oder logische Operationen auf Instruktionen hin auszuführen, die im Rechner gespeichert sind. Damit ist für ein wirksames Arbeiten die Möglichkeit verbunden, Verzweigungsinstruktionen zu handhaben und insbesondere die Möglichkeit, zu einer Unterroutine von Instruktionen zu verzweigen und zur Hauptroutine am Ende der Unterroutine zurückzukehren. Die folgende Beschreibung befaßt sich hauptsächlich mit diesen drei Möglichkeiten.

Der in F i g. 2 gezeigte Rechner ist ein mikroprogrammierter Rechner, d. h. die Ausführung einer Makroinstruktion, wie z.B. Addieren oder Aufbereiten zum Drucken wird eingeleitet und durchgeführt unter Steuerung eines Satzes von Mikroinstruktionen, von denen jede eine Grundoperation und den oder die Operanden angibt, mit welchen die Operation auszuführen ist

Kurz gesagt, arbeitet der in F i g. 2 gezeigte Rechner wie folgt. Der Steuerspeicher 21 enthält Folgen von Mikroinstruktionen, der Arbeitsspeicher 22 enthält Funktionstabellen und der Lokalspeicher 23 enthält Makroinstruktionen und Daten. Eine Makroinstruktion wählt eine Folge von Mikroinstruktionen. Jede Mikroinstruktion enthält ein Arbeitsspeicher-Kennzeichen, das zumindest einen Teil des Argumentes zum Adressieren einer bestimmten Funktionstabelle im Arbeitsspeicher bildet. Das Arbeitsspeicher-Kennzeichen kann z. B. das Kennzeichen der Additionstabelle sein. Im allgemeinen gibt der Rest des Arguments die Operanden an und wird vom Lokalspeicher geliefert

Das O-Datenfeld des Lokalspeichers kann z. B. zwei zu addierende Ziffern enthalten, die nach übertrag in den Arbeitsspeicher und Kombination mit dem Arbeitsspeicher-Kennzeichen ein Suchargument liefern, das die Zeile(n) der Additionstabelle sucht die die Summe der beiden Ziffern enthält/enthalten. Das Ergebnis der Tabellen-Suchoperation wird in das E/A-Register des Arbeitsspeichers gelesen und in den Lokalspeicher übertragen.

Jede Funktionstabelle besteht aus einer Reihe von Zeilen, in jeder Zeile befinden sich eine oder mehrere Speicherstellen des Speichers, die aus einem Argument und einem Datenteil bestehen. Bei einer Tabellensuchoperation wird das Argument jeder Zeile mit einem in das E/A-Register gesetzten Suchargument verglichen Die Datenteile der Zeile, deren Argumente mit den Suchargumenten übereinstimmen, werden gleichzeitig in das E/A- Register gelesen.

Da eine Bitspeicherstelle die X- oder »keine Beachtung schenken«-Stellung annehmen kann, können Zeilen mit unterschiedlichen Argumenten durch ein einziges Suchargument ausgewählt werden. Somit wählt ein Suchargument 11 Zeilen aus, deren Argumente folgende sind: XX, X1 und 1 X, und 11. Bei Verwendung der in F i g. 2 gezeigten Arbeitsspeicher-Masken kann eine Zeile ein Argument enthalten, welches das Arbeitsspeicher-Kennzeichen und das O-Datenfeld odei das Arbeitsspeicher-Kennzeichen und die Datenfelder C und 1 enthält Das Argument kann außerdem die volle Breite des Arbeitsspeichers umfassen, wenn eine Wahloperation ohne Maske ausgeführt wird. In diesem Fall wird der Datenteil der Zeile in die nächste Wortspeicherstelle gestellt und die Tabellen-Suchoperation besteht aus den Schritten Wählen, Nächste Lesen, Keine Maske. Operation und Operation 1. Wenn der Datenteil einer Zeile zu lang ist um neben dem Argument in einer einzelnen Wortspeicherstelle zu stehen, wird die nächste Möglichkeit des Arbeitsspeichers ausgenutzt und mit der Operation 5 gearbeitet

Die Operationen »Keine Maske« und »Nächste« können außerdem angewandt werden, wenn Daten aus demselben Feld ausgegeben werden sollen, in welchem das Suchargument steht

In F i g. 3 ist eine Funktionstabelle für UND-, ODER und Exklusiv-ODER-Operationen gezeigt Die Tabelle gibt das Ergebnis dieser Operationen an zwei 4 BiI großen Ziffern A und B wieder. Jede Zeile der Tabelle ist an einen Wortspeicher angepaßt und die Eintragungen in der Tabelle geben die Zustände 1,0 oder Xdei den Wortspeicher umfassenden Speicherzellen wieder Es sei angenommen, daß die zu bearbeitende Ziffer A = 1001 und die Ziffer B = 1010 ist Bei dei Verwendung der Tabelle wird eine Maske benutzt wodurch eine Wahloperation in den 10 linken Spalten der Tabelle, dem Argument, erfolgt, und eine Daten-

übertragung, in Wirklichkeit ein Lesen, in den rechten 4 Spalten, dem Datenausgabefeld, durchgeführt wird. Zur Durchführung einer UND-Operation ist das Suchargument 01 1001 1010. Die beiden linken Ziffern des Arguments wählen nur die ersten vier Zeilen der Tabelle, da das 1-Bit der übrigen 8 Zeilen zu keiner Obereinstimmung in diesen Wortspeichern führt. Da eine Speicherzelle ja bekanntlich in der ^-Stellung ungeachtet des Abfragesignals mit einer Übereinstimnmngsanzeige reagiert, führt ein O-Bit in der äußersten linken Kennzeichenstelle nicht zur Anzeige einer nicht vorhandenen Übereinstimmung in den ersten 4 Wortspeichern. Jede der 4 ausgewählten Zeilen der Tabelle entdeckt die Anwesenheit von 1 -Bits in der entsprechenden Reihenfolge der Ziffern A und B und werden nur dann ausgewählt, wenn die entsprechenden Ziffern beide 1 sind. Das Ausgangsfeld ist ein 1-Bit an der Stelle der der Zeile zugeordneten Ziffer und die 0 in den übrigen Stellen. Als Ergebnis der Auswahloperation gibt nur der Wortspeicher eine Übereinstimmungsanzeige ab, der die erste Zeile der Tabelle enthält, indem der zutreffende Wahltrigger, der Primär- oder Sekundärtrigger, gesetzt wird, und das dann in das E/A-Register gegebene Ausgaberesultat ist 1000.

Für eine EXKLUSIV-ODER-Operation ist das Suchargument 10 1001 1010. Da in der zweiten Spalte der Tabelle ein 1-Bit steht, werden die ersten 4 Zeilen nicht ausgewählt und die übrigen 8 Zeilen stellen Komplementärbits in den entsprechenden Stellen der Ziffern A und B fest Übereinstimmungen treten in den Wortspeichern auf, die die 7. und 12. Zeilen der Tabelle enthalten, wobei die entsprechenden Ausgabefelder 0010 und 0001 sind. Da eine Leseoperation aus einer ODER-Verbindung der Ausgabedaten von ausgewählten Speichern besteht, erscheint als Ergebnis im E/A-Register 0011.

Für eine ODER-Operation schließlich ist das Argument 11 1001 1010, wovon die beiden linken Bits alle 12 A Zeilen der Tabelle auswählen. Die 1„ 7. und 12. Zeile wird durch die übrigen Bits des Kennzeichens ausgewählt, so daß sich die Ausgabedatenfeider 1000, 0010 und 0001 ergeben und das Ergebnis im E/A-Register 101 list.

Um die Arbeitsweise des in Fig.2 gezeigten Rechners zu beschreiben, wird angenommen, daß der Steuerspeicher 21, der Arbeitsspeicher 22 und der Lokalspeicher 23 durch irgendein herkömmliches Verfahren mit Mikroprogrammen, Funktionstabellen und Makroinstruktionen mit Daten geladen worden sind. Weiterhin wurden die Operationscodes der Makroinstruktionen in den O-Datenfeldern des Lokalspeichers aufeinander ausgerichtet Makroinstruktionen werden sequentiell im Lokalspeicher gespeichert, wobei die erste ein vorbestimmtes Lokalspeicher-Kennzeichen hat und beim Starten des Rechners eine Start-Mikroinstruktionsfolge gewählt wird, die auf die erste Makroinstruktion Zugriff ausübt und den Übertrag des 0-Datenfeldes auf den Steuerspeicher als Suchargument verursacht, das mit den Steuerspeicher-Kennzeichen der Mikroinstruktionen verglichen werden muß. Das Start-Mikroprogramm ruft die Operation F auf: Wählen, Lesen, Maske 1, Primär, welche die 1. Instruktion des Mikroprogramms für die auszuführende Operation wählt und das Auslesen der Kennzeichen des Arbeitsspeichers und des Lokalspeichers sowie des Steuerspeicher-Operationscodes in das Steuerspeicher-E/A-Register verursacht Das Arbeitsspeicher-Kennzeichen wird über die Sammelleitung 24 in das Arbeitsspeicher-E/A-Register übertragen und bestimmt die Funktionstabelle im Speicher, die bei der Operation zu verwenden ist. Wenn eine Tabelle aufgebaut ist, kann die auszuführende nächstliegende Operation mit Hilfe -> der Tabelle vorbestimmt werden. So kann z. B. eine Tabelle, mit der eine Schiebeoperation ausgeführt werden soll, so aufgebaut sein, daß ihre Verwendung die Ausführung der Operation 3 mit sich bringt: Wählen, Lesen, Maske 1, Sekundär. Eine der Argumentziffern

ι (i zur Kennzeichnung der Tabelle soll 3 sein, und wenn das Suchargument in das E/A-Register der Tabelle gesetzt wird, auf die Zugriff ausgeübt werden soll, wird die Ziffer 3 durch den Operations-Decoder 7 (Fig. 1) decodiert, um die auszuführende Operation zu bestim-

!> men. Demnach kann das die Tabelle kennzeichnende Argument auch zur Bestimmung der auszuführenden Operation benutzt werden. Jede Tabelle im Arbeitsspeicher ist in Wirklichkeit durch 2 Ziffern gekennzeichnet, von welchen die erste decodiert wird, um die mit Hilfe

2(i der Tabelle auszuführende Operation zu erhalten.

Dieser Kunstgriff ist in Fig.2 durch den Pfeil 24a gezeigt, welcher von der Sammelleitung 24 an die Seite des Blocks führt, der den Arbeitsspeicher darstellt.

Das Lokalspeicher-Kennzeichen wird über die Sammelleitung 25 in das Lokalspeicher-E/A-Register übertragen und bezeichnet einen oder mehrere Wortspeicher, die Daten enthalten, die bei der auszuführenden Operation gebraucht werden. Genau wie beim Arbeitsspeicher, enthält das Lokalspeicher-

JO Kennzeichen Informationen über die im Lokalspeicher auszuführende Operation. Im Lokalspeicher muß der im Arbeitsspeicher angewandte Kunstgriff jedoch abgewandelt werden, da im Lokalspeicher grundsätzlich eine Verbindung nur einer Operation mit einer bestimmten

Jj Wortspeicherstelle nicht möglich ist. Es müssen Daten sowohl in die als auch aus den meisten Wortspeicherstellen im Lokalspeicher übertragen werden können. Zwei typische Operationen sind einmal die Operationen 2 mit den Schritten Wählen, Schreiben, Maske 2, Sekundär, die durch die binär codierte Zahl 0010 aufgerufen wird, sowie die Operation 3 mit den Schritten Wählen, Lesen, Maske 2, Sekundär, die durch die binär codierte Zahl 0011 aufgerufen wird. Eine Wortstelle mit einer Argumentziffer 001X wird ausgewählt entweder durch das Kennzeichen 0010 oder 0011, so daß entweder in diesen Wortspeicher geschrieben oder aus ihm gelesen werden kann.

Die im Lokalspeicher aufgrund der Eingabe des Lokalspeicher-Kennzeichens ausgewählten Daten wer-

5» den in den Arbeitsspeicher übertragen, um das Suchargument zu vervollständigen. Die Datenausgabe aus dem Arbeitsspeicher wird über die Sammelleitungen 27 und 28 im allgemeinen in den Lokalspeicher übertragen.

5" Nach Beendigung der ersten Operation einer Mikroinstruktionsfolge wird jede der nachfolgenden Mikroinstruktionen aus dem Steuerspeicher ausgegeben durch die Operation D: Nächste, Lesen, Maske 1: Lokalspeicher- und Arbeitsspeicher-Kennzeichen in der

bo Wortspeicherstelle, die der Stelle folgt, in welcher die vorhergehende Mikroinstruktion gespeichert wurde, werden auf die Ausgabesammelleitungen ausgelesen. Somit kann eine Folge von Mikroinstruktionen, die in aufeinanderfolgenden Wortspeicherstellen des Steuer-

b5 Speichers gespeichert sind, von dem in F i g. 2 gezeigten Rechner ausgeführt werden.

Um von einer Folge von Mikroinstruktionen zu verzweigen, muß das Wahlverfahren der auszuführen-

den Mikroinstruktionen so geändert werden, daß die Wahl von Maschinenbedingungen abhängt. Das erfolgt durch eine Wahloperation auf dem Steuerspeicher, während sichergestellt wird, daß das Suchargument die Maschinenbedingungen wiedergibt. Die unmittelbar vor > einer Verzweigung stehende Mikroinstruktion wird aus dem Steuerspeicher ausgegeben durch eine Operation A: Nächste, Lesen, Keine Maske, Primär, welche dazu führt, daß das Steuerspeicher-Kennzeichen im Steuerspeicher-E/A-Register erscheint. Die Anordnung ist so in getroffen, daß die 1-Datenausgaben aus Arbeits- und Lokalspeicher bekannt oder vorhersagbar sind. So kann z. B. die Überprüfung der richtigen Ausführung einer arithmetischen Operation im Arbeitsspeicher zu einer von zwei vorherbestimmten Ausgaben im 1-Datenfeld r> des Arbeitsspeichers führen. Der Bedingungscode im Arbeitsspeicher wird über die Sammelleitung 26 auf die entsprechenden Stellen des Steuerspeicher-E/A-Registers übertragen. Von der eben erwähnten Mikroinstruktion wird als Steuerspeicher-Operation die Operation F aufgerufen: Wählen, Lesen, Maske 11, Primär, welche zu einer Wahl der Mikroinstruktion führt, die mit dem Bedingungscode- und dem Steuerspeicher-Kennzeichenfeld im Steuerspeicher-E/A-Register übereinstimmt. Wenn, wie meistens, angenommen wird, daß das y> 1-Datenfeld lauter Nullen enthält, da das Steuerspeicher-Kennzeichen vorherbestimmt ist, hängt das Suchai gument vom Inhalt des Bedingungscodes ab, der sich aus einer 4 Bits umfassenden Ziffer zusammensetzt und daher irgendeinen von 16 verschiedenen Werten jo annehmen kann. Somit ist eine Verzweigung in 16 Richtungen möglich.

Die Anwendung des Bedingungscodes wird nicht näher beschrieben, da dies allgemein bekannt ist. So kann der Code u. a. anzeigen, welcher der beiden i > Operanden der größere ist, oder ob bei einer Addition ein Überlauf auftritt. Die einer bestimmten Bedingungscode-Zahl beigegebene Bedeutung hängt grundsätzlich von der gerade ausgeführten Operation ab. Dieselbe Bedingungscode-Ziffer kann einmal bedeuten, daß das 1» 1-Datenfeld größer ist als das O-Datenfeld oder, in einem anderen Zusammenhang, daß ein Überlauf erfolgt ist

Da die Punktionstabellen im Arbeitsspeicher gespeichert sind, entstehen eine Verzweigung bestimmende -t^r> Bedingungen sehr häufig als Ergebnis von Operationen im Arbeitsspeicher, manchmal muß jedoch auch aufgrund von Signalen aus dem Lokalspeicher verzweigt werden. Das erfolgt dadurch, daß bestimmte Bits des Steuerspeicher-Kennzeichens, das bei der Wahl der >» Verzweigungs-Mikroinstruktion verwendet wird, 0 sind und daß die Werte der entsprechenden Bits in einem anderen 1-Datenfeld des Lokalspeichers anderweitig alle 0 sind und die Bedingung wiedergeben, welche die Verzweigung bestimmt Das l-Datenfeld wird auf die ^ Sammelleitung 28 aus- und in das Steuerspeicher-E/A-Register und gleichzeitig in das Steuerspeicher-Kennzeichen eingelesen. Das bei der Wahl der folgenden Mikroinstruktion verwendete Kennzeichenfeld hängt somit von Signalen aus dem Lokalspeicher ab. mi

Die vorgesehenen Primär- und Sekundär-Wahltrigger ermöglichen den leichten Einbau von Mikroprogramm-Unterroutinen in das Datenverarbeitungssystem. Die Mikroinstruktionen des Hauptprogrammes werden durch Setzen des Primär-Wahltriggers gewählt, f>"> und wenn zu einer Unterroutine verzweigt werden soll, wird die Operation 8 benutzt: Wählen, Lesen, Maske 1, Sekundär. Der gesetzte Primär-Wahltrigger zur Kennzeichnung der letzten verwendeten Mikroinstruktion wird dadurch nicht beeinflußt, und die Wahl der nächsten zu verwendenden Mikroinstruktion erfolgt durch Setzen des Sekundär-Triggers der Wortspeicherstelle, die diese Mikroinstruktion enthält. Nachfolgende Mikroinstruktionen werden mit Hilfe der Operation 6 gewählt: Nächste, Lesen, Maske 1, Sekundär, durch welche die Einstellungen der Sekundär-Trigger auf die Sekundär-Trigger der nächsten Wortspeicherstellen übertragen werden. Auf diese Weise wird die Unterroutine ausgeführt. Die letzte Operation einer Unterroutine ist die Operation D: Nächste, Lesen, iviaske i, Primär. Durch die »Nächste«-Operation wird die Stellung jedes Primär-Wahltriggers auf den Primär-Wahltrigger der nächsten Wortspeicherstelie übertragen. Da nur der mit der letzten verwendeten Mikroinstruktion des Hauptprogrammes verbundene Primär-Wahltrigger gesetzt ist, wird durch diese Operation die nächste Mikroinstruktion des Hauptprogrammes ausgelesen.

Da eine Verzweigung zu einer Unterroutine im Prinzip genauso verläuft wie die gerade beschriebene Verzweigungsoperation, kann sie auch genauso durchgeführt werden. Das heißt, daß es eine unbedingte Verzweigung oder das Ergebnis von Tests oder anderen Bedingungen im Lokal- oder Arbeitsspeicher sein kann. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Verwendung der Sekundär-Wahltrigger die Aufrechterhaltung einer Verbindung mit dem Hauptprogramm über die Primär- Wahl Lngger ermöglicht.

Makroinstruktionen sind im Lokalspeicher gespeichert und der Zugriff erfolgt sequentiell durch die Operation Nächste, Lesen, Primär. Auf alle anderen Wortspeicherstellen des Lokalspeichers erfolgt der Zugriff mit Hilfe der Sekundärwahltrigger, auf die Makroinstruktionen jedoch mit Hilfe der Primär-Wahltrigger als Zeiger, und zwar im wesentlichen genauso, wie der Zugriff auf die Unterroutinen im Steuerspeicher erfolgt Makro-Verzweigungsinstruktionen werden genauso ausgeführt wie die entsprechenden Mikroinstruktionen nur wird der Bedingungscode nicht dazu benutzt um festzustellen, ob eine Verzweigung auszuführen ist.

In einem anderen in F i g. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel werden Makroinstruktionen in einem herkömmli-hen Kernspeicher gespeichert, der als Hauptspeicher 41 bezeichnet ist und ein Speicheradreßregister 42 aufweist Andere Komponenten sind im Zusammenhang mit Fig.2 beschrieben und Iiaben dieselben Bezugsnummern. Die Verbindung zwischen dem Assoziativ-System und dem Hauptspeicher 41 wird hergestellt durch die Sammelleitungen 27 und 28 zum Hauptspeicher 41 und im besonderen zu einem Hauptspeicherpuffer 41a und zum Speicheradreßregister 42. Der Hauptspeicher wird durch die Hauptspeichersteuerung 43 gesteuert, die auf vorbestimmte Arbeitsspeicher-Kennzeichen anspricht welche über die Sammelleitung 24 auf die Steuerung 43 übertragen werden.

Die Steuerspeicher-Kennzeichen lösen die folgenden Hauptspeicher-Funktionen aus: Laden der Datenfelder 0 und 1 im Speicheradreßregister 42 und Datenübertrag zwischen diesen beiden Feldern und dem Puffer 41a. Falls ein Adreßfehler oder ein anderer Fehler vorliegt sendet der Hauptspeicher 41 über den Puffer 41a und die Sammelleitung 28 ein Steuerspeicher-Kennzeichen aus, durch welches das System in eine Fehlersuchroutine eintritt

Im Gegensatz zu dem im Zusammenhang mit Fig.2 beschriebenen System speichert der Lokalspeicher 23 in

Il

F i g. 4 keine Makroinstruktionen, sondern eine Instruktionszähler-Tabelle, deren Ausgangssignale als Eingang für das Speicheradreßregister zur Wahl der nächsten Makroinstruktion benutzt werden. Die Tabelle ist in Fig.5 gezeigt und zeigt einen allgemeinen Fall, in welchem der im Hauptspeicher zum Speichern von Makroinstruktionen verwendete Bereich definiert ist durch ein veränderliches werthohes 8-Bits umfassendes Byte ICX und die veränderlichen wertniederen 8-Bits umfassenden Bytes ICl und IC3. Die Zeilen 1 und 2 der m Tai^elle umfassen ein K.ennzeichenbit 010Λ'. welches besagt, daß auf diese Zeilen durch die Operationen 4 oder 5 Zugriff erfolgen kann: Wählen, Nächste, Schreiben oder Lesen, Maske i, Sekundär. Wenn das Byte 0101 1010 im Lokalspeicher-Kennzeichenfeld des ü Lokalspeicher-E/A-Registers steht, wird die Zeile i der Tabelie ungeachtet des Inhaltes des Datenfeldes 1 im Register ausgewählt und die »Nächste«-Operation führt dazu, daß der Sekundär-Wahltrigger der Zeile 2 der Tabelle gesetzt wird. Unter der Maske 1 wird das 2« Adreßbyte IC3 in das E/A-Register ausgelesen. Wenn die Schreiboperation benutzt wird, wird das Adreßbyte IC3 in das O-Datenield der Zeile 2 der Tabelle geschrieben. Genauso erfolgt der Zugriff auf das Byte ICl in Zeile 3 der Tabelle unter Verwendung des 2^r> Lokalspeicher-Kennzeichens 0101 0100 oder 0100 0100. Wenn das Kennzeichenfeld des Lokaispeicher-E/A-Registers das Byte 0011 0100 enthält, führt die Operation 3: Wählen, Lesen, Maske 2, Sekundär dazu, daß die Adreßbytes IC 1 und IC2 von der Zeile 3 der Tabelle in jo das Lokalspeicher-E/A-Register übertragen werden. Ein Kennzeichenfeld 0010 0100 führt zur Übertragung des Bytes ICX und ICl aus dem E/A-Register in die Zeile 3 der Tabelle.

Der zum wertniederen Byte ICZ der Instruktions- r> adresse zu addierende Zuschlag wird aus der dritten Zeile der Tabelle im Arbeitsspeicher entnommen. Das Arbeitsspeicher-Kennzeichenfeld jedes Eintrags der Tabelle umfaßt die Arbeitsspeicher-Operationsziffer 1000, welche die Operation 8 angibt: Wählen, Lesen, Maske 1, Sekundär und die Übertragung des Inhaltes des 1-Datenfeldes in das Arbeitsspeicher-E/A-Register veranlaßt. Die 1-Datenfelder der Tabelle enthalten die gebräuchlichsten Zuschläge, wie z. B. -l· 1, + 2 oder -1.

Wenn gleichzeitiger Zugriff auf die Zuschlagstabelle im Arbeitsspeicher und die Instruktionszähler-Tabelle im Lokalspeicher erfolgt, ergibt sich daraus das Byte IC 3 auf der Sammelleitung 27 und ein Zuschlag auf der Sammelleitung 28. Die Additionstabelle im Arbeitsspeicher wird dann dazu benutzt, um das Byte IC3 zu erhöhen und das erhöhte Byte wird dann auf die Zeile 2 der Instruktionszähler-Tabelle zurückgesetzt. Mit einem Überlauf aus dem Byte IC3 wird eine Unterroutine hereingebracht, die Zugriff auf die Zeile 3 der Instruktionszähler-Tabelle und den Zuschlag +1 aus der Zuschlagtabelle im Arbeitsspeicher ausübt. Diese beiden werden mit Hilfe der Additionstabelle im Arbeitsspeicher addiert und ergeben das erhöhte Byte ICl.

Das System kann auch zur Echtzeitverarbeitung unter der Voraussetzung benutzt werden, daß z. B. ein Übergangsstück zwischen einer Datenübertragungs-Leitung und einem großen Datenverarbeitungssystem vorgesehen wird. Die über die Datenverarbeitungs-Leitung kommenden Daten können im Arbeitsspeicher gepuffert und unter Steuerung von Mikroprogrammen im Steuerspeicher geprüft und ausgegeben werden, bevor sie in das Großsystem übertragen werden.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen braucht der Steuerspeicher nicht voll assoziativ zu sein. So kann z. B. nur die Maske 1 benutzt werden mit dem Zusatz, daß die nicht verfügbare Maske auch nicht verwendet wird. In diesem Fall brauchen nur die Bedingungs- und Steuerspeicher-Kennzeichenfelder assoziativ zu sein. Wepn eine passende Datenzelle verwendet wird, kann jede bistabile Schaltung der Zelle zum Speichern eines anderen Bits der übrigen Kennzeichen- und Operationsfelder des Arbeitsspeichers benutzt werden, wodurch die Anzahl der zum Speichern dieser Felder erforderlichen Einzelteile auf die Hälfte reduziert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Datenverarbeitungsanlage mit einem assoziativen Steuerspeicher und einem assoziativen Daten- bzw. Arbeitsspeicher, die mit Hilfe von Funktionstabellen-Operationen logische und arithmetische Operationen ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein assoziativer Lokalspeicher (23) mit den beiden genannten Speichern (21 und 22) verbunden ist, daß der Steuerspeicher (21) Steuerworte enthält, deren jedes fur den Zugriff auf Speicherstellen im Arbeitsspeicher und im Lokalspeicher Arbeits- und Lokalspeicher-Kennzeichen enthält, daß im Lokalspeicher (23) Operanden gespeichert sind, und daß die Arbeits- und Lokalspeicher-Kennzeichen im Steuerwort beim Auslesen aus dem Steuerspeicher (21) den Zugriff auf die gewünschte Funktionstabelle im Daten- bzw. Arbeitsspeicher (22) und die gewünschten Operanden im Lokalspeicher (23) steuern, die dem Daten - bzw. Arbeitsspeicher für die Funktionstabellen-Operationen über Leitungen (27,28) vom Lokalspeiche r unmittelbar zugeführt werden.