DE2349377A1

DE2349377A1 - Schaltwerk zur durchfuehrung von datenverarbeitungsoperationen

Info

Publication number: DE2349377A1
Application number: DE19732349377
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-10-16
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1974-05-02
Also published as: US3783254A; SE384931B; CA1005529A; DE2349377C2; AU6051173A; FR2203232B1; FR2203232A1; BR7308087D0; JPS4974857A; JPS5228614B2; ES419582A1; GB1448382A; CH568620A5; IT998504B

Description

Böblingen, 28. September 1973 jo-fr

Anmelderin; International Business Machines

Corporation, Armonk_y N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderins FI 972 023

Schaltwerk zur Durchführung von Datenverarbeitungsoperationen

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzwerk zur Durchführung von Datenverarbextungsoperatxonen.

Bisher hatte der Konstrukteur von Datenverarbeitungsanlagen die volle Beweglichkeit beim Entwurf von Schaltwerken zur Verwirklichung von Funktionseinheiten für das Rechenwerk und andere Teile der Anlage. Daraus ergab sich eine beachtliche Vielfalt von Konstruktionen. Jede dieser Konstruktionen hat ihre eigene spezielle Abhängigkeit vom Umsahaltverhalten (Impulsbetrieb-Charakteristika) der einzelnen im System verwendeten Schaltungen.

Diese Unabhängigkeit und Flexibilität führten oft zu unerwarteten System-Taktproblemen, Schwierigkeiten bei der Prüfung der Schaltungen und einer aufwendigen Schulung des Wartungspersonals für solche Datenverarbeitungsanlagen. Auf der anderen Seite lag der Vorteil darin, dass der Konstrukteur alle Techniken ausnutzen konnte, um die beste Leistung bei Verwendung

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der kleinstmöglichen Zahl von Schaltungen zu erzielen. Die Grenze zwischen der durch den Konstrukteur entworfenen Sciialtungssiruktur und den zugrundeliegenden Bauelementen war einigerrnassen got festgelegt, und die beim Impulsbetrieb wichtigen Umschalteigenscliaften wie Anstiegszeit, Abiallzeit, Verzögerung der einzelnen Teilschaltungen usw. konnten ziemlich leicht geprüft werden.

Bei fortschreicender Integration in immer grösserem. Ausmass existiert diese wohidefinierte und zuverlässig prüfbare Grenze jedoch nicht mehr. Es- wurde unmöglich oder unpraktisch, jede Schaltung.für alle; bekannten Umschaltparameter zu prüfen. Dadurch wurde eine Aufteilung der Schaltwerke in Untereinheiten notwendig, deren Charakteristik im wesentlichen für diese Parameter unempfindlich ist. Die Integration in grossem Massstab liefert sowohl für den Schaltungskonstrukteur als auch für den Bauelementehersteller die Möglichkeit, Hundorte von Schaltungen auf ein einzelnes Plättchen aus Halbleitermaterial zu setzen. Mit dieser Möglichkeit ist eine Reduzierung des Energieverbrauchs, eine Erhöhung der Geschwindigkeit und eine wesentliche Reduzierung der Kosten digitaler Schaltungen verbunden.

Bevor dieses Ziel erreicht werden kann, muss man jedoch eine Anzahl weiterer Gesichtspunkte berücksichtigen. In einer mittleren Rechenanlage mit etwa 40'0OO einzelnen. Schaltungen ist es z.B. durchaus eicht ungewöhnlich, während der Enlvacklungsperiode des Produktes etwa 1500 oder

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mehr technische Aenderungen durchzuführen. Die Verwirklichung einer solch beträchtlichen Anzahl technischer Aenderungen nähen sich der Grenze des Möglichen, wenn die Baueinheiten einer Rechenanlage auf der untersten Stufe bereits Hunderte von Schaltungen enthalten.

Ein anderer Punkt, der bei der Herstellung von in grossem Massstab integrierten Funktionseinheiten zu berücksichtigen ist, ist die notwendige Pi . -ng der Schaltungskomplexe vor ihrem Einbau in eine Rechenanlage. Auch die später einmal bei der Wartung durchgeführten Fehlersuchoperationen sowie die während der Konstruktion und Herstellung durchgeführte Simulation sind weitere Faktoren, die bei der Herstellung soldier Funktionseinheiten zu berücksichtigen sind.

Bisher wurde jede einzelne Schaltung auf bestimmte,, für das Gleichstrom- und Umschaltverbalten wesentliche.Parameter geprüft. Zugriff zur Baueinheit zum Anlegen der Prüf signale und zum Abnehmen der daraus resultierenden Signale erhielt man durch eine feste Anzahl von Eingabe/ Ausgabe-Verbindungsstiften. Bei weitgehend integrierten Funktionseinheiten steht nur dieselbe Anzahl von Eingabe/Ausgabestiften zur Verfügung, es sind jedoch wesentlich mehr Elementarschaltungen vorhanden.

So umfasst z.B. ein typischer Baustein 100 Plättchen mit bis zu 600 Schaltungen, im Durchschnitt etwa 300 Schaltungen, und somit mindestens insgesamt 30¹OOO Schaltungen. Die Parameterprüfung aller Funktionen

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einer solchen Baueinheit ist nicht möglich. Wenn die üblichen Funktionsprüfungen an einer solchen Einheit versucht werden, die von der Konstruktion her eine herkömmliche Schaltungsanordnung hat, dann werden durch die Prüfungen gar nicht alle Funktionen abgedeckt, und die notwendige Zuverlässigkeit für die Benutzung in einer Rechenanlage ist nicht garantiert. Deshalb müssen die bisher üblichen Schaltungsstrukturen vermieden und statt dessen neuartige Schaltwerks-Organisationen benutzt werden, wenn die Vorteile der Integration in großem Maßstab optimal ausgenutzt werden sollten. Die Prüfung der Funktionen dieser neuen Schaltwerks-Einheiten ,muß sowohl auf der Ebene eines Plättchens, eines Bausteines oder auf einer anderen Ebene durchgeführt werden können. Diese Prüfung erfolgt durch automatische Erzeugung von Tests, die die richtige Arbeitsweise eines jeden Elementes in der Einheit sicherstellen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile bekannter Schaltwerke zu vermeiden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mittels eines Schaltnetzwerkes, dessen Merkmale, einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen, in den Patentansprüchen angegeben sind.

Im Gegensatz zu bisherigen Organisationen und Schaltungsstrukturen hat das Schaltwerk nach dem Erfindungsgedanken mehrere Vorteile: eine allgemeine Struktur und es ist für alle Stufen der Hierarchie von Baueinheiten anwendbar. Das Schaltwerk hat eine einseitige Schaltzeitbegrenzung (nur eine maximale, keine minimale Schaltzeit vorgeschrieben), vermeidet alle Zufallsabhängigen Schalt-

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S-.

Situationen und schließt die normalen und üblichen Abhängigkeiten vom Umschaltverhalten aus. Die Funktionseinheiten sind lediglich vom Auftreten der Taktimpulse mehrerer Systemtaktsignale abhängig. Erreicht wird dieses Ziel durch Verwendung von taktgesteuerten Speichergliedern für die interne Speicherung in den Rechenwerken der Anlage. Die genannten Taktsignale haben gleiche Frequenz, aber keine überlappenden Taktimpulse und sind unabhängig» Gruppen von Speichergliedern sind durch Verknüpfungsnetzwerke mit anderen Gruppen von Speichergliedern gekoppelt, die'durch aadere Taktsignale oder Kombinationen solcher Taktsignale gesteuert werden. Eine Möglichkeit zur Erreichung dieses Sieles ist die Verwendung einer anderen Taktsignalquelle für jede Gruppe von Speichergliedern.

Neben der einseitigen Schaltzeitbegrenzung, die einen von zufällig entstehenden, ungewollten Schaltsituationen freien Betrieb ermöglicht, enthält das neue Schaltwerk noch ein anderes Konzept. Wenn für jedes Speicherglied zusätzliche Schaltungsteile vorgesehen werden, die es zu einer Schieberegisterstufe machen, können alle diese Schieberegisterstufen miteinander verbunden werden und bilden dann eines oder mehrere Schieberegister. Jedes hat einen Eingang, einen Ausgang und Schiebesteuerungen.

Es können dann alle Systemtaktgeber abgeschaltet msd Einschiebe-/ Ausschiebeoperationen ausgeführt werden» Dadurch wird die Folgeschaltung auf eine Kombinationsschaltung reduziert, die auf die Ebene mehrstufiger Verknüpfungsnetzwerke aufgeteilt wird. Dieses Verfahren gestattet die automatische Prüfmustererseugung zum Prüfen einer jeden Schaltung in der gesamten Schalteinheit.

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Die Reduzierung von Folget;chaltungen auf Verknüpfungsnelzwerke erwies sich als notwendig, da sich mit letzteren Schaltungsarten day Problem der automatischen Prüfmustererzeugung leichter lösen lässt. Das Konzept der Erfindung ermöglicht die Umwandlung von Gruppen von Speichergliedern in Schieberegister. Wenn diese Umwandlung vorgenommen wird, werden in die Schieberegister-Speicherglieder dann, gewünschte Prüfmuster binärer Einsen und Xullen eingeschoben, wo sie zur Verwendung als Eingabedaten für die Verknüpfungsnetzwerke festgehalten werden. Du-· Ausgangssignalwerte der Verknüpfungsnetzwerke werden andererseits durch Taktsignale in die Speicherglieder eingegeben und dann zur Messung und zum Vergleich ausgeschoben, um die Funktionsfähigkeit des Schaltwerks zu bestimmen.

Die Verwendung dieser Speichergiieder ermöglicht die Gleichströmprüfung des Schaltwerks. Durch Steuerung und !Messung der maximalen Verzögerung eines Schaltvorgangs in den Verknüpfunganetzwerken der gesamten Einheit erhält -man eine Vorstellung vom Umschaltverhalten-der Einheit. In einem solchen Schaltwerk kann man den Zustand eines jeden Speieliergliedes von Zyklus zu Zyklus überwachen, indem man alle Daten aus den Speichergliedern auf ein Bildanzeigegerät ausgibt. Dabei wird der Zustand der betreffender! Schaltungen nicht gestört, sofern die Daten in derselben Reihesifolge in die Speicherglieder zux-ückgeschobeii werden, wie sie ausgeschoben wurden. - ·'

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Bei einer derartigen Anordnung braucht man keine speziellen Prüfanschlüsse vorzusehen, und dadurch wird eine grössere Packungsdichte der Schaltungen ermöglicht. Ein weiterer Vorteil eines solchen System.« besteht darin, dass eine einfache standardisierte Schnittstelle geschaffen, wird, die eine grössere Flexibilität bei der Schaffung von Bedienungs- oo'ei· Wartungskonsolen ergibt. Die Konsolen lassen sich leicht austauschen, ohne dass in irgendeiner Weise das Schaltwerk geändert werden muss. Fehlersuchprüfungen können unter Steuerung eines anderen Prozessors oder Prüfgerätes durchgeführt und ausserdem Funktionen wie Rückstellung, Initialisierung und Fellleraufzeichnung, ausgeführt werden. Einer der Hauptvorteile dieser Organisation und SchaltweHs'struktur besteht darin, dass man einfach die Frequenz ändert, mit welcher die Syslemtaktgebei· arbeiten. Aus den erhaltenen Piuifdaten lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit der Funktionseinheit und ihr möglicher künftiger Anwendungsbereich leicht bestimmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschliessend näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Struktur eines allgemeinen

Schaltwerks gemäss der Erfindung ; Fig. 2 ein Zeitdiagramm der in dem in Fig. 1 dargestellten Schaltwerk verwendeten Taktsignale ;

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Fig. 3 ein Blockdiagranim einer Ausführmigsform eines taktgesteuerten Speichergliede.s, aufgebaut aus NAND-Gliedern, für das in Fig. 1 gezeigte Schaltwerk ;

Fig. 4 einen Schaltplan eines Speichergliedes, das die gleiche Funktion wie das Speicherglied von Fig. 3 ausführt, jedoch mit invertiertem Ausgangssignal ;

Fig. 5 eiu Zeitdiagramm für das in Fig. 3 gezeigte Speicherglied ;

Fig. 6 ein. Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines taktgesteuerten Speichergliedes, das in dem in Fig. 1 gezeigten Schaltwerk verwendet werden kann ;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Struktur des allgemeinen Schaltwerks, in dem ausserdem das Einschieben und Ausschieben von Daten vorgesehen ist ;

Fig. 8 in symbolischer Darstellung ein im aligemeinen Schaltwerk der Fig. 7 zu verwendendes Speicherglied ;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines im Schaltwerk gemäss Fig. 7 zu verwendenden taktgesteuerten Speichergliedes, welches als Schieberegisterstufe geeignet ist ;

Fig. 10 in symbolischer Darstellung die Art der Verbindung mehrerer Speicherglieder der in Fig. 7 gezeigten Art auf einem einzelnen Halbleiterplättchen ;

Fig. 11 in symbolischer Darstellung die Verbindung mehrerer solcher Halbleiterplättchen-Anordnungen mit Speichergliedern, wie sie in Fig. 10 gezeigt sind, auf einem Modul ;

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Fig. 12 schernatisch die Struktur des allgemeinen Schaltwerks

in einer veränderten Form ;
Fig. 13 schematisch eine einfachere Ausführungsform der in Fig.

gezeigten Struktur, und
Fig. 14 ein Zeitdiagramm der Taktimpuls züge für das in Fig. 13 gezeigte Schaltwerk.

Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele seien noch einige verwendete Ausdrücke kurz erläutert. Ein "Schaltwerk" ist eine Anordnung, die sowohl verknüpfen als auch zwischenspeichern kann. Seine Ausgangswerte hängen also nicht nur von den momentanen, sondern auch von früheren Eingangswerten ab. Ein "Verknüpfungsnetzwerk" führt nur Verknüpfungen aus und speichert nicht (Kombinationsschaltung). Seine Ausgangswerte hängen also nur von den angelegten Eingangswerten ab. Ein "NAND-Glied" ist eine Verknüpfungsschaltung, .welche das Komplement der UND-Funktion (Konjunktion) aller anliegenden Eingangswerte abgibt (Invertiertes UND).

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Das in Fig. 1 dargestellte allgemeine Schaltwerk besteht aus mehreren Verknüpfungsnetzwerken 10, II und 12, die parallel angeordnet sind. Jedes Verknupfungsnetzwerk ist mit einer Gruppe von Speichergliedern 13, 14 bzw. 15 gekoppelt. Das Schaltwerk ist effektiv.in mehrere Segmente aufgeteilt, von denen jedes aus einem Verknüpfungsnetzwerk und einer Gruppe von Speichergliedern besteht. Drei solche Segmente sind dargestellt ; es kann natürlich jede beliebige Zahl solcher Segmente kombiniert werden. Zum Schaltwerk gehört ein zusätzliches Verknupfungsnetzwerk IG zum Empfang der Ausgangssignale der Speicherglied-Gruppen und zur Erzeugung von Schaltwerks-Ausgangssignalen, die als Ergebnissignalsatz R bezeichnet sind. Das Verknüpfungsnetzwerk 16 reagiert sowohl auf den Eingangssignalsatz S als auch auf die Ausgangssignale II, 12, 13 der Speicherglied-Gruppen 13, 14 und 15. Das Ergebnis R kann jede beliebige Verknüpfung der Ausgangssignale der Speicherglied-Gruppen (II, 12, 13) und der Eingangssignale (S) sein.

Jedes der Verknüpfungsiietzwerke 10, 11 und 12 verfügt über mehrere Eingänge und Ausgänge und enthält eine oder mehrere Stufen von Verknüpfungsschaltungen, die z.B. übliche Halbleiterschaltungen sein können. Obwohl die Verknüpfungsnetzwerke in den meisten Fällen in. einem solchen Schaltwerk komplex sind und eine Mehrzalil von Stufen umfassen, können sie auch einfach sein und nur aus durchgehenden Leitungen bestehen.

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Jedes Verknüpfungsnetzv/erk gibt aufgrund jeder beJbtinjmteii'Kumbination von Eingangssignal-«'erteil eine bestimmte Kombination von Ausgangssignalwerten ab. Die Ausgangssignale El, E2, E3 sind eigentlich Sätze von Ausgangssignalen (ebenso wie die Eingangssignale S und die Ergebnissignale E jeweils Sätze von Signale» sind), so dass das Symbol El steht für eil, el2 .. . ein. In ähnlicher Weise beziehen sich die Symbole Gl, G2 und G3 auf Sätze von Durchschaltsignalen, die von den Verknüpfungsnetzwerken geliefert werden. Die den Verknüpfungsnetzwerken zugeführleii Eingangssignale sind 'einerseits die externen Eingangssignale, die als Signalsatz S bezeichnet werden., und" andererseits Sätze von Rückkopplungssignalen (II-, 12, 13) von anderen Verknüpfungsnetzwerken und deren Speichergliedgruppen. In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Satz" jeweils eine Menge, die aus einem oder aus mehreren Elementen bestehen kann.

Zur zeitlichen Ablaufsteuerung sind im erfindungsgemässen Schaltwerk zwei oder mehr unabhängige Taktsignale erforderlich. Die A us gangs signale einer Speicherglied-Gruppe, welche durch ein bestimmtes Taktsignal gesteuert wird, können nicht über ein Verknüpfungsnetzwerk auf eine andere Speicherglied-Gruppe gekoppelt werden, die vom gleichen Taktsignal gesteuert wird. Die Ausgangssignale der Speicherglied-Gruppe 13 können also nicht in das Verknüpfungsnetzwerk 10 zurückgekoppelt werden. Sie können jedoch in die Verknüpfungsnetzwerke 11 und 12 gekoppelt werden, da bei beiden die angeschlossenen Speicherglied-Gruppen nicht durch das Taktsignal Cl gesteuert werden.

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Eine Möglichkeit zur Verwirklichung dieser Forderung besteht darin, für jedes Segment einen separaten Taktgeber gemäss Darstellung in Fig. 1 vorzusehen. Der Taktsignalzug Cl wird somit in die Speicherglied-Gruppe 13, der Taktsignalzug C2 in die Speicherglied-Gruppe 14 und der Taktsignal zug· C3 in die Speicherglied-Gruppe 15 geleitet. Jede Gruppe von Speichergliedern wird durch genau einen dieser Taktsignalzüge so-gesteuert, dass jedes Speicherglied Lij aussei- dem steuernden Taktsignal Ci zwei weitere Signale empfängt : ein Erregungssignal Eij und ein D urchschalt signal Gij. Diese drei .Signale steuern das Speicherglied so, dass bei einem aktiven Durchschaltsignal und einem aktiven Taktsignal (wobei z.B. "aktiv" = binär 1) das Speicherglied auf den. Wert des Erregungssignals geschaltet wird. Wenn entweder das Taktsignal oder das Durchschaltsignal inaktiv sind (d.h. = binär 0) kann das Speicherglied seinen Zustand nicht verändern. Die Taktierung kann auch durch Taktsignale erfolgen, die direkt auf die entsprechenden Speicher-· glied-Gruppen wirken ohne die Durchschaltsiguale Gl, G2. G3 und die zwischengeschobenen UND-Glieder.

Die Arbeitsweise des Schaltwerkes wird durch die Taktsignale bestimmt. Wenn das Signal Cl im Zeitabschnitt 47 (Fig. 2) aktiv {- binär 1) ist, sind die Signale C2 und C3 beide inaktiv (= „binär 0), und die Eingangs- und Ausgangssignale des Verknüpfungsnetzwerkes 10 sind stationär. Es sei angenommen, dass sich die Werte des Satzes von Eingangs Signalen S ebenfalls nicht ändern. Das Taktsignal Cl wird ?u den Speichergliedern der Gruppe 13 durchgeleitet, wenn der entsprechende Satz von Durchschalt-

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Signalen Gl auf einem hohen Pegel (aktiv, binär 1) steht. Die Speicherglieder der Gruppe 13 werden nun auf die Werte des Satzes von Erregungssignalen El gesetzt. Somit können Speicherglieder in der Gruppe 13 während der Zeit umgeschaltet werden,, in der CI auf dem oberen Signaipegel steht (- aktiv, binär 1). Die Dauer des Zeitabschnittes 47 braucht nur zum Umschalten der Speicherglieder auszureichen. Die Signaländerungen in den Speichergliedern laufen durch die Verknüpfungsiietzwerke H₃ 12 unmittelbar aufgrund der bestehenden Verbindungen weiter. Sie laufen auch durch das Verknüpfungsnetzwerk 16.

Bevor das Taktsignal C2 sich zuri oberen Pegel (= aktiv, binär 1) ändern kann, müssen die Ausgangssignale von der Speicherglied-Gruppe 13 die Verknüpfungsnetzwerke 11, 12 vollständig durchlaufen haben. Dieses Intervall zwischen den Impulsen der Taktsignale Cl und C2 liegt im Zeitabschnitt 48, der mindestens so lang sein muss wie die Durchlaufzeit durch das Netzwerk 11.

Wenn das Taktsignal C2 vom untei'en zum oberen Signalpegel wechselt, wird der Prozess mit den Speichergliedern der Gruppe 14 fortgesetzt, und die Erregungssignale E2 vom Netzwerk 11 werden gespeichert. In ähnlicher Weise wird das Taktsignal C3 auf den hohen Signalpegel gebracht zwecks Einstellung der Speicherglieder in der Gruppe 15. Für den richtigen Betrieb des Schaltwerks müssen somit die Taktsignalimpulse

solange dauern, dass die Speicherglieder einwandfrei umgeschaltet

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werden können, und es'muss ein Zeitabschnitt zwischen, den aufeinanderfolgenden Taktimpuls©!! verschiedener Taktsignale liegen, der ausreicht, damit alle Speicherglied-A enderungssignale vollständig durch die betroffenen Verknüpfungsiieizwerke weitergeleitet werden können. Ein solcher Betrieb erfüllt die Forderungen an ein stufetiempfindliehes System und stellt eine minimale Abhängigkeit vom U ms ehalt verhalt en der Schaltwerks-Bestandteile sicher.

Information fliesst in das stufenempfindliche Schaltwerk durch den Satz von Eingangssignalen S. Diese Eingangssignale wirken im Schaltwerk aufeinander ein, und zwar über die mit ihnen synchronisierten Taktsignale. Die Taktzeit, in der die Eiingangs signale wechseln dürfen, wird festgelegt, und dann werden die Eingangssignale auf die entsprechenden übrigen Verknüpfungsnetzwerke beschränkt. Wenn der .Sat?: von Eingangssignalen S z·. B. immer zur Taktzeit Cl wechselt, dann kann er als Eingabe für die in Fig. 1 gezeigten Verknüpfungsnetzwerke 11 oder 12, jedoch nicht als Eingabe für das Netzwerk 10 verwendet werden.

Wenn die externen Eingangssignale insofern asynchron sind, als sie ihren Zustand zu jeder Zeit wechseln können, werden sie im Schaltwerk verarbeitet, indem sie mit Hilfe von Speichergliedern, synchronisiert werden. Jedes Speicherglied empfängt als Sisigabe eines der Erregungssignale sowie das zugeordnete Taktsignal. Da ein Speicherglied seiaen. Zustand nicht ver-

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ändern kann, wenn sich das Taktsignal auf seinem unteren, inaktiven Pegel (= binär G) befindet, ändert sich das Ausgangssigual des Speicherglieds nur während des Zeitabschnitts, in dem das Signal auf seinem oberen, aktiven Pegel C= binär 1) steht. Auch, wenn sieb- der Satz von Eingangssignalen S während der Zeit ändert, in der das Taktsignal auf seinem oberen Pegel steht, treten keine Betiiebsprobleme auf. Wenn ein Speieherglied seinen Zustand beinahe verändert, könnte es in der Zeit, in der ein Taktimpuls vorhanden ist, einen kurzen Spitzenimpuls abgeben. Dadurch werden jedoch keine Probleme geschaffen, das das Ausgangs signal dieses Speichergliedes nur während einer anderen Taktzeit benutzt wird.

Nach aussen abzugebende Ausgangssignale, wie z. B. der Satz von .Ergebnissignalen R, schaffen normalerweise nur Probleme, wenn kritische Einschränkungen bezüglich dei* Äbtast Zeitpunkte dieser Ausgangs signale vorliegen. Der Einfachheit halber sollten solche nach aussen abzugebenden Signale direkt von den Speicherglied-Ausgangssignalen abhängig sein, die alle durch dasselbe Taktsignal gesteuert werden. So bleiben sie für eine gegebene Anzahl von Taktzykleii auf einem gegebenen Wert.

Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, dass der richtige Betrieb des Schaltwerks nur von der Laufzeit (der Verzögerung) der Signale durch die Verknüpfungsnetzwerke 10, 11, 12 abhängt. Diese Verzögerung muss kleiner sein als der entsprechende Zeitabschnitt (48) zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpuls en. Wenn er nicht kleiner ist, können die Speicherglieder nicht

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einwandfrei umgeschaltet werden. Diese Zeitabhängigkeit wird" ausgeschaltet, wenn man die Möglichkeit der Wiederholung mit ei niedrigeren Taktgeschwindigkeit vorsieht. Die Verwendung längerer Taktimpuls e mit einem längeren Zeitabschnitt zwischen den Taktimpulsen verschiedener Taktsignale ergibt eine fehlerfreie Operation bei der Wiederholung. Diese Lösung bietet eine höhere Zuverlässigkeit, und reduziert die Anzahl von Wartungsanforderungen wegen nicht gefundener Fehler, sowie die Möglichkeit unvollständiger Prüfung des Umschaltverhaltens von Schaltungsplättchen, die sehr dicht gepackt sind.

Ein Schaltwerk mit einer einseitigen Schaltzeitbegrenzung (nur eine maximale, keine minimale.Schaltzeit vorgeschrieben) hat den Vorteil, dass es den Aufbau des Systems mit langsameren'Funktionseinheiten gestattet, die sich dann im Laufe der Zeit gegen günstigere Funktionseinheiten mit einer weiterentwickelten Technologie leicht austauschen lassen. Der Uebergang von Einzelschaltungeii zu hochgradig integrierten Schaltungen erfolgt nur mit der Einschränkung auf eine maximale Schaltfrequenz, bei der die Schaltungen, auf einem Plättchen noch einwandfrei arbeiten. Wenn die Uraschaltverzögerungen in der hochgradig integrierten Schaltung anders sind als angenommen wurde, bedeutet das lediglich, dass das Schaltwerk langsamer zu laufen hat. Somit ist eine Prüfmöglichkeit für zeitliche Grenzbedingungen gegeben. Ein Signalmuster für den ungünstigsten Fall wird.Ä.B. im Schaltwerk umlaufen gelassen/ während die Taktgeschwiudigkeit langsam erhöht wird. Wenn zum ersten. Mal ein Fehler ermittelt wird, wird entweder die Taktgeschwindigkeit auf zuverlässigen Betrieb eingestellt, oder die ausgefallene Einheit wird durch eine Einheit ersetzt, die bei der geforderten Taktgeselnvindigkeit noch zuverlässig arbeitet.

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Ein wichtiges Ziel des in Fig. 1 gezeigten Schaltwerks besteht darin, es von Umschalteigenschaften (Wechselstromvex'balten) seiner Bestandteile unabhängig zu machen. Zu diesem Zweck sind die Speicherelemente in einem solchen Schaltwerk stufenempfindliche Elemente,, bei denen keine zufallsabhängigen Schaltsituationen entstehen köimen. Schaltungen, die diese Forderungen erfüllen, werden als getaktete gleichstromgesteuerte Speicherglieder bezeichnet. Ein solches Speicherglied kennt zwei Arten von Eingangs signal en : .Dateneingangs signale und Takt signale. Wenn sich das Taktsignal in einem bestimmten Zustand befindet, z.B. binär 0, dann kann das Dateneingangssignal den Zustand des Speicherglieds nicht verändern. Wenn jedoch das Takteingangssignal für ein Speicherglied sich in dem anderen Zustand, d.h. im binären Eins- Zustand ,befindet , stellt das Dateneingangssignal dieses Speicherglied so ein, als ob ein Gleichstromsignal angelegt wäre.

Solche getakteten gleichströmgesteuerten Speicherglieder gibt es z. B. als Binärwert-Halteschaltung, ausgeführt mit NAND-Gliedern (NAKD - invertierte UND-Funktion) , in Fig. 3 und als Halbleiter-Verknüpfungsschaltung in Fig. 4. In Fig. 3 ist bei 17 der eigentliche Speicherteil des Speichergliedes gezeigt. Fig. 3 verwendet die NAND-Glieder 18, 19 und die Inverter- . schaltung 20. Die äquivalente Transistorschaltung in Fig. 4 umfasst die Transistorinverter 21, 22, 23, die als Verknüpfungsschaltung angeordnet sind, wobei die Transistoren 21 und 23 in den Rückkopplungszweigen der Speicherschaltung angeordnet sind.

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Die Binärwert-Halteschaltung empfängt als Eingangssignal die Signale E und C und liefert als einziges A us gangs signal das mit L· . bezeichnet Signal. Wenn im Betrieb das Taktsignal C auf binär O steht, kann die Schaltung (das Speicherglied) ihren Schaltzustand nicht verändern. Befindet sich das Signal C jedoch auf binär* 1, wird der Schaltzustand der Schaltung auf den Wert des Erregungs-Eingangssignal E gesetzt (der Binärwert wird dann "gehalten").

Unter normalen Betriebsbedingungen ist das in Fig. 5 dargestellte Taktsignal C auf binär 0 (für die Beschreibung wird hierfür der niedrigere von zwei Spannungspegeln angenommen) während der Zeit, in der sich das Erregungssignal E ändern kann. Hält man das Signal C auf binar 0. so wird dadurch verhindert, dass eine Aenderungdes Erregungssignals E direkt den internen Zustand des Speichergliedes verändert. Ein Taktimpuls tritt normalerweise in Form einer binären 1 auf, nachdem sich das Erregungssignal entweder auf binär 1 oder auf binär 0 stabilisiert hat. Das Speicherglied wird erst dann auf den neuen Wert des Erregungssignals umgeschaltet, wenn der Taktimpuls erscheint. Die richtige Umschaltung des Speichergliedes hängt daher nicht von der Anstiegs- oder Abfallzeit des Taktimpuls es sondern nur davon ab, dass der Taktimpuls lange genug dauert, um das Speicherglied einwandfrei in einen stabilen Zustand umzuschalten.

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Das Signalmuster der Fig. 5 zeigt, dass !willkürliche Aenderungen des Erregungssignals den Schaltzustand des Speichergliedes nicht fälschlicherweise beeinflussen. Die willkürliche Aenderung des Erregungssigaals E bei 24 verändert den Schaltzustand des Speichergliedes (dargestellt durch das Ausgangssignal L) nicht. Ausserdem führen unzureichend geformte Taktimpulse,, wie das Signal bei 25, nicht zu einer falschen Um schaltung des Speichergliedes. Diese Merkmale der Binärwert-Balteschaltung werden für das in Fig. 1 gezeigte Schaltwerk ausgenutzt.

Jn Fig. G ist ein anderes Speicherglied gezeigt, das als Folgeschaltung in einem stufenempfindlichen Schaltwerk verwendet werden kann. Hierbei handelt es sich um ein getaktet es Setz/Bücksiell-Speicherglied,, in welchem der eigentliche Speichert eil bei 26 gezeigt ist. Er empfängt seine Eingangssignale von den NAND-Gliedern 27, 28, die mit den Setz- und Rückstelleingängen und mit einer Takisignalleitung bei C verbunden sind. Das den Schaltzustand anzeigende Ausgaagssignal wird bei L geliefert.

Eine charakteristische Eigenschaft des beschriebenen Schaltwerks besteht darin, dass der Zustand aller Speicherglieder dynamisch überwacht wei-den kann. Dadurch werden besondere Prüfanschlüsse überflüssig, alle Phasen der Fehlersuche vereinfacht und deshalb eine einzige Standard-Anschlussstelle für Bedienung und Wartung geschaffen. Zu diesem Zweck ist für

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jedes Speicherglied in jeder Speicherglied-Gruppe des Schaltwerks eine Zusatzschaltung vorgesehen, die es gestattet, die Speicherglieder als Stufen eines Schieberegisters zu bertreiben, .wobei die Schieberegistersteuerungen von den Schaltwerks-Taktsignalen und die Eingabe-Ausgabe des Schieberegisters von der Schaltwerks-Eingabe-Ausgabe unabhängig sind. Diese Schaltungsanordnung wird hier als Kombinat ions-- Schieberegister bezeichnet. Alle derartigen Kombinations-Schieberegister innerhalb eines gegebenen Schaltungsplättchens, Bausteines, usw. , sind zu einem oder . mehreren Gesamt-Schieberegistern zusammengeschaltet. Für jedes Schieberegister sind ein Datenausgang und ein Dateneingang sowie Steuereingänge an den Anschlüssen der betreffenden Sehaltungseinheit vorgesehen.

Wenn man die sonst separaten Speicherglieder zu Schieberegistern kombiniert, erhält man folgende Vorteile : Die allgemeine Möglichkeit, den Schaltwerkstaktgeber zu stoppen, den Inhalt aller Speicherglieder auszüschieben und neue Werte in alle Speicherglieder einzuschieben. Diese Möglichkeit wird als Einschieben/Ausschieben bezeichnet Bei der Prüfung der Funktions- ■"■-einheit wird die Gleichstromprüfung von der sequentiellen Prüfung auf die Kombinationsprüfung reduziert, die wesentlich einfacher und wirkungsvoller ist. Das Einschiebe/Ausschiebe-Verfahren ermöglicht ausserdem günstige und effektive Prüfungen des Umschaltverhaltens. Es erlaubt eine genaue Diagnose sowohl von Kdnstrüktions- als auch Bauteilfehlern zur Schaltwerksverbesserung, für Endprüfungen sowie für spätere Fehlersuche. Die Schieberegister lassen sich auclrfür Systemfunktionen wie Konsolanschluss, Systemrückstellung und Wiederanlaufpunkt-Festlegung verwenden. ,

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Die grössten Vorteile des vorliegenden Schaltwerks- liegen im Prüfungsbereich. Prüfverfahren für Gleichstrom- und Umschalt-(Wechselstrom) Verhalten werden weiter unten allgemein beschrieben.

Bisher waren Schaltungen auf einem Halbleiterplättchen einfach genug, um ausführliche Prüfungen des Gleichstrom- und Umschaltverhaltens auszuführen und damit das richtige Arbeiten der Schaltung und des Bauelementes sicherzustellen. Die nachfolgende Prüfung auf dem Modul oder der Karte konzentrierte sich auf den richtigen Gleichstrombetrieb. Dabei wurde gepi'üft, ob die Schaltungen richtig miteinander verbunden waren und nicht etwa durcheilen Herstellungsschritt nachteilig beeinflusst wurden. Bei der fortschreitenden Integration in immer grösserem Massstab, bei der ein Plättchen 300 bis 500 Schaltungen enhält, ist jedoch eine genaue Prüfung des Umschaltverhaltens (Wechselstromeigenschaften) nicht länger möglich und die Gleichstromprüfung aufgrund der Komplexität der zu prüfenden Funktionseinheit und der wesentlichen Aenderung des Verhältnisses zwischen Anschlussstiften und Schaltungen auf dem Plättchen extrem schwierig. Die automatische Erzeugung von Prüfmustern für Verknüpfungsnetzwerke ( die nicht speichern) ist bekanntlich wesentlich einfacher als die Erzeugung von Prüfmustern für komplizierte Folgeschaltungen (Schaltwerke), die· auch speichern. Somit müssen die Folgeschaltungen, wie z. B. die internen Speicherschaltungen des allgemeinen Schaltwerks, auf eine Form reduziert werden, die es gestattet, dieselbe Art von Prüfmuste'rerzeugung wie für

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es

die reinen Verknüpfungsschaltungen anzuwenden. Durch Einschluss zusätzlicher Schaltungen zur wahlweisen Kombination der einzelnen Speicherglieder in Schieberegistersehaltungen wird dieses Ziel erreicht.

In Fig. 7 ist ein Schaltwerk mit zwei Taktsignalen und zwei Sätzen von Schieberegister-Speichergliedern gezeigt. Die Verknüpfungsnetzwerke 30, 31, 32 sind von derselben Art wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen. Sie empfangen die Sätze von Eingangssignalen S sowie die von den Speicherglied-Gruppen 33, 34 gelieferten Rückkopplungssignale. Die Verknüpfungsnetzwerke 30, 31 liefern je einen Satz von Erregungssignalen El, E2 und einen Satz vc-n Durchschaltsignalen Gl, G2. Durch die UND-Glieder 35, 36 werden die Systemtaktsignale Cl, C2 an die Speicherglied-Gruppen 33, 34 geleitet.

Die Speicherglied-Gruppen 33, 34 unterscheiden sich von den in Fig. 1 gezeigten insofern, als sie zu Schieberegistern verbunden sind. Eines der Schieberegister-Speicherglieder ist symbolisch in Fig. 8 dargestellt. Es enhält zwei verschiedene Speicherglieder 37, 38. Das Speicherglied ist dasselbe wie die in Fig. 1 verwendeten Speicherglieder, die in einer Ausführungsform in Fig. 3 gezeigt sind. Ein jedes solches Speicherglied empfängt als Eingangssignale ein Erregungssignal E und ein Taktsignal C, und liefert ein Ausgangssignal mit der Bezeichnung L.

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Das Speicherglied 38. stellt die zusätzliche Schaltung dar, mit der die Kombination zu einem Schieberegister möglich v.ird. Es hat einen separaten Eingang U, einen separaten Ausgang Y und Schiebesteueranschlüsse A und B. Die Verwirklichung des Schieberegister-Speichei-gliedes mit NAND-Gliedern ist in Fig. 9 gezeigt.

Das Speicherglied 37, welches dasselbe ist wie das in Fig. 3 gezeigte, ist gestrichelt dargestellt. Der zusätzliche Eingang U wird durch die die NAXD-Glieder 39, 40 und das Inverter-Glied 41 gebildet. Diese Schaltung nimmt auch den ersten Schiebesteueranschluss A auf. Von den NAND-Gliedern 39, 40 erfolgt die Kopplung zum Speichi.rglied 37. At₁. den Ausgängen ' des Speichergliedes 37 ist ein zweites Speicherglied vorgesehen, das die Selbsthalte-Speicherschaltung 42 und die NAND-Glieder 43, 44 umfasst, welche mit den Ausgängen des Speichergliedes 37 sowie mit dem zweiten Schiqbesteueransehluss B verbunden sind.

Die Schaltung 42 wirkt als Zwischenspeicher während des -Einschiebens und Ausschiebens. Diese Anordnungen werden zürn Verschieben eines jeden gewünschten Musters von Einsen und Nullen in die Binär wert-Halteschaltung verwendet. Die Muster werden dann als Eingabewerte für die Verknüpfungsnetzwerke benutzt. Die Ausgangssignale der Schaltung 37 werden in die Speicherschaltung 42 getaktet und unter Steuerung des Schiebesignales B zur Prüfung und Messung ausgeschoben.

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Jede der in Fig. 7 gezeigten Speicherglied-Gruppen 33, 34 enthält mehrere der in Fig. 9 gezeigten Stufen. Diese Stufen sind in Serie so miteinander verbunden, dass einer der U-Eingänge (Fig. 9) die Eingangsleitung 45 (Fig. 7) bildet. Der A-Schiebetakt wird an die erste Schaltung (z.B. Schaltung 37) aller Speicherglieder (Stufen) der Gruppe angelegt. In ähnlicher Weise wird der B-Schiebetakt an die zweite Schaltung eines jeden Speichergliedes der Gruppe angelegi. Der V-Ausgang der Schaltung 42 (Fig. 9) der ersten Stufe wird mit dem U--Eingang der nächstfolgenden Stufe verbunden, usw. , bis zur letztere Stufe des gesamten Registers, deren V-Ausgang das -Aequivalent der Ausgangsleitung 46 der in Fig. 7 gezeigten Anordnung ist. Die Schieberegister-»Spei eher glieder sind daher mit einem Eingang, einem Ausgang und zwei Schiebetakt-Anschlüssen zu einein Schieberegister verbunden.

Um zu zeigen, wie das Verknüpfungsnetzwerk 30 der Fig. 7 geprüft werden kann, wird angenommen, dass ein bestimmtes Prüfmuster binärer Einsen und Nullen in die Speicherglied-Gruppen 33 und 34 eingeschoben wird.unter der Steuerung der Schiebetakte A und B. Ein Prüfmuster wird auch an die Schaltwerkseingänge S angelegt. Nach einer für den Durchlauf der Signale durch das Schieberegister 34 ausreichenden Zeit wird der Takt Cl so lange eingeschaltet, dass der Satz von ErregungsSignalen El, die durch die Durchschaltsignale Gl in die Speicherglied-Gruppe 33 geleitet werden, gespeichert werden kann. Das Muster in der Speicherglied-Gruppe 33 wird durch die Leitung 46 ausgeschoben und mit dem als Antwort erwarteten Muster verglichen.

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9?

Um das Verknüpfungsnetzwerk 31 zu prüfen, wird dasselbe Verfahren angewandt, jedoch wird die Antwort aus der Speicherglied-Gruppe 34 ausgeschoben. Um das Verknüpfungsnetzwerk 32 zu prüfen, wird ein Prüfmuster in die Speicherglied-Gruppen 33, 34 eingeschoben und das Ergebnis von den Ausgängen R abgenommen. Um die Schieberegisteranordnung zu prüfen, wird eine kurze Folge von binären Einsen und Nullen durchgeschoben. Man kann auch beide Schiebetakte A und B gleichzeitig anlegen. Das Ergebnis am Schieberegisterausgang auf der Leitung 46 wird überwacht, während der Schieberegistereingang auf der Leitung 45 zwischen binär 1 und 0 abgewechselt wird.

Eine Unterteilung der in Fig. 7 gezeigten allgemeinen Struktur resultiert in der Struktur einer Funktionseinheit, die genauso geprüft werden kann. Alle Verknüpfungsglieder werden mit Kombinatioiisprüfungen getestet durch Anlegen entsprechender Prüfmuster an die Eingangssätze S und die Scbieberegistereingänge und deren serielle Verschiebung in die Schieberegister. Die Ausgabemuster erhält man von den Ergebnisausgängen R oder durch Ausschieben der Bitmuster aus den Speichergliedern. Dasselbe Prüfverfahren lässt, sich ungeachtet der Packungsstufe, also für Plättchen, Bausteine, Karten und ganze Systeme anwenden.

In Fig. 10 sind drei Speicherglieder 50, 51, 52 der symbolisch in Fig. gezeigten Art auf einem Plättchen. 53 kombiniert. Jedes der Speicherglieder (Stufen) ist mit den Schiebesteueranschlüssen A und B (54, 55) verbunden. Das

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Eingabemuster wird der ersten dieser Stufen (50) durch den Eingang 56 zugeführt. Die einzelnen Stufen (Speicherglieder) werden gemäss der obigen Beschreibung im Zusammenhang mit den Fjg. 7 und 9 so mit einander verbunden, dass man die A us gangs signale am Anschluss 57 ex^hält.

In Fig. 11 sind vier solche Plättchen, wie sie in Fig. 10 gezeigt sind, auf einer Karte kombiniert und mit 60, 61, 62, 63 bezeichnet. Die Schiebesteuersignale A und B sind durch die Leitungen 64, 65 mit jedem der Plättchen 60 bis 63 verbunden. Das Eingabernuster wird an das erste Plättchen (60) über die Leitung 66 geliefert, und die Ausgabe der in Serie verbundenen Plättchen 60 bis 63 von der Leitung 67 abgenommen.

Obwohl die Funktionseinheitenanordnung der Erfindung eine leichte Gleichstromprüfung des Schaltwerks vorsieht, hat sie auch den Vorteil, das System relativ unabhängig vom Umschalt- bzw. Wechselstromverhalten der einzelnen Schaltungen zu machen. Das lässt sich leicht erkennen, wenn man berücksichtigt, dass beim Auftreten eines Impulses im Taktsignal Cl einige der Speicherglieder in der Gruppe 33 (Fig. 7) ihren Zustand aufgrund von Erregungssignalen El und Durchschaltsignalen Gl verändern können. Die in der Speicherglied-Gruppe 33 resultierenden Aenderungen inüssen durch das Verknüpfungsnetzwerk 31 laufen. Die Erregungssignale E2 und die Durchschaltsignale G2 müssten stabilisiert sein, bevor im Taktsignal C2 ein Impuls auftritt. Somit müssen die Signale der Speicherglied-

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Gruppe 33 das Verknüpfungsnetzwerk 31 während des Intervalles zwischen dem Anfang eines Impulses im Taktsignal Cl und dem Anfang eines Impulses im Taktsignal C2 vollständig durchlaufen. Ausserdem müssen die Signale der Speicherglied-Gruppe 34 vollständig durch das Verknüpfungs netzwerk 30 laufen, während der Zeit zwischen d *m Anfang eines Impulses im Taktsignal C2 und dem Anfang eines Impulses im Taktsignal Cl.

Daraus geht hei'vor, dass die einzige Anforderung an das Umschaltverhalten dieser Anordnung darin besteht, dass die ungünstigsten Gesamtverzögerungen durch die Netzwerke 30, 31 kleiner sein müssen P-Ls bestimmte bekannte Werte. Die einzelnen Anstiegs-, Abfall- oder Mindestverzögerungszeiten einer Schaltung brauchen nicht mehr beeinflusst oder geprüft zu werden. Es muss lediglich die maximale Schaltungsverzögerung festgestellt und geprüft werden. Nur die Gesamtverzögerungen über die Datenwege vom Eingang zum Ausgang der Netzwerke 30 und 31 müssen gemessen werden.

Eine erste Methode,solche Verzögerungen zu messen, besteht darin, dass man automatisch alle Verzögerungswege auswertet und Prüfungen für sie durchführt. Dazu muss ein sehr wirksamer AIgoi-ithmus entwickelt werden.

Eine andere Möglichkeit, solche Verzögei'ungen zu messen, besteht darin, einige G rund- Prüf muster durch das Schaltwerk umlaufen zu lassen, so dass sie den Verzögerungsweg für den ungünstigsten Fall prüfen. Mit dem Schieberegister kann man ein Anfangsbitmuster einsetzen und das Endbitmuster nach einer Anzahl von abgeschlossenen Zyklen überprüfen.

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Beide Lösungsmöglichkeiten gestatten eine Grenzwertprüfung. Da die Verzögerungszeit an der Zeit zwischen den Taktimpuls en gemessen wird, lässt man den Taktgeber während der Prüfung schneller als normal laufen, um einen Sicherheitsgrenzwert während des echten Systembetriebes sicherzustellen.

Die in den Fig. 8 und 9 gezeigten Speicherglied-Stufen arbeiten so, dass der Teil 37 in Fig. 8 wie eine Binärwert-Halteschaltung, die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde, arbeitet, solange die Schiebesteuersignale A und B beide auf ihrem unteren Signalpegel oder binär 0 stehen. Die Anschlüsse U und V sind Eingang bzw. Ausgang für das Schieberegister. Beim Betrieb als Schieberegister werden Daten von der vorhergehenden Stufe durch einen Impuls des A-Schiebesignals in. die Binärwert-Halteschaltung eingegeben. Nachdem das Schiebesignal A wieder auf binär 0 zurückgekehrt ist, transferiert das B-Schiebesignal die Daten in die bei 42 mit dem Ausgangsanschluss V verbundene Ausgabe-Speicherschaltung. Somit dürfen die Schiebesignale A und B nie gleichzeitig auf binär 1 stehen, wenn das Schieberegister richtig arbeiten soll.

Wenn die in Fig. 3 gezeigte Binärwert-Halteschaltung so verändert wird, dass sie die Schiebemöglichkeit einschliesst, ist ein zusätzlicher Steuereingang und eine zweite Speicherschaltung als Zwischenspeicher erforderlich. Gegenüber dem Grund-Speicherglied von Fig. 3 ist die in Fig. 9 gezeigte

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Anordnung ungefähr zwei-- bis di'eimal so aufwendig. Die Schiebeschaltungen werden während dem normalen Schaltwerksbetrieb nicht benutzt. Die Verbindung solcher Speichergliedstufen zu einer Schieberegister-Schaltung erfordert vier zusätzliche Eingabe/AusgabeanschKisse (A, B, U, V) auf jeder Packungs stufe.

Bei einem erfindungsgemässen Schaltwerk ist auch die optimale Benutzung der Schieberegister-Speichergl'ieder möglich, wenn ein'Verknüpfungsnetzwerk sehr einfach bzw. trivial ist. Nach Darstellung in Fig. 12 ist der Satz von Eingängen S in Untersätze Xl und X2 für die Verkiüipfungsnetzwerke 70 und 71 unterteilt. Jedes dieser Netzwerke liefert einen Satz von Erregungssignalen El bzw. E2 und einen Satz von Durchschaltsignalen Gl bzw. G2. Die Erregungssignale werden direkt an die entsprechenden Speicherglied-Gruppen 72, 73 unter Steuerung der Takt- und Durchschaltsignale angelegt. Das Taktsignal Cl steuert die Gruppe 72 durch das UXD-Glied 74, welches auch die Durchschaltsignale Gl empfängt. Entsprechend wird die Speicherglied-Gruppe 73 durch den Taktsignalzug C2 über das UND-Glied 75 gesteuert, welches auch die Durchschaltsignale G2 empfängt. Die Ausgänge der Speicherglied-Gruppen 72, 73 sind mit den Verknüpfungsnetzwerken 71 bzw. 70 durch die Verbindungen 76 bzw. 77 kreuzgekoppelt. Soweit sind Organisation und Aufbau des Schaltwerks dieselben, wie sie in Zusammenhang mit den Fign. 1 und 7-beschrieben wurden.

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Wenn nun angenommen wird, dass die Verknüpfungsnetzwerke vor den Speicherglied-Gruppen 78, 79 einfach, d.h. trivial, sind, dann genügt es, für jedes der Speicherglieder dieser Gruppen 78 und 79 lediglich die zweite' Speichersclialtung der in Fig. 9 gezeigten A rt zu verwenden. Die Speicherglied-Gruppe 78 wird darstellungsgemäss entweder durch den Taktsignalzug C2 oder alternativ beim Einschieben/A usschieben durch das Schiebesignal B gesteuert. Entsprechend wird die Speicherglied-Gruppe 79 durch den Taktsignalzug Cl oder während dem Einschieben/Ausschrieben durch das Schiebesignal B gesteuert. Während dem Eins chieben/Auss chi f±beu werden die Speicherglied-Gruppen 72, 73 beide durch das Schiebesignal A gesteuert. Die Speicherglied-Gruppen 78, 79 sind mit dem Ausgabe-Verknüpfungsnetzwerk 80 verbunden, welches auch mit den Ausgängen der Speicherglied-Gruppen 72, 73 und dem Schaltwerks eingang S verbunden ist. Das Ergebnissignal R wird durch das Netzwerk 80 geliefert und dient zum Ansteuern anderer Funktionseinheiten.

In der einfachsten Form enthält ein Schaltwerk gemäss Darstellung in Fig. ein Verknüpfungsnetzwerk 86, welches den Satz S von Eingangs Signalen empfängt und je einen Satz von Erregungssignalen El sowie Durchs chaltsignalenGl liefert. Die Speicherglied-Gruppe 81 wird durch den Taktsignalzug Cl über das UND-Glied 82 gesteuert. Die zweite Speicherglied-Gruppe 83 folgt einer einfachen, d.h. trivialen Verknüpfungsschaltung ; vom Satz 81 zum Satz 83 ist eine direkte Kopplung 84 vorgesehen. Die

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Speicherglied-Gruppe 83 wird durch den Taktsignalzug C2 so gesteuert dass die Speicherglieder in ihr auf die durch den Signalsatz der Eingangsleitungen 84 bestimmten Werte"gesetzt werden. Die Ausgangssignale der Gruppe 83 werden an das Ausgabe-Verknüpfungsnetzwerk 87 angelegt., das auch die Ausgangssignale der Speicherglied-Gruppe 81 sowie die Eingabesignale S empfängt. Das Netzwerk. 87 liefert; das Ergebnis R. Die Ausgänge der Speicherglied-Gruppe 83 sind durch die Verbindung. 85 mit den Eingängen des Verknüpfungsnetzwerks 86 gekoppelt. Während dem Einschieben/Ausscliiebe wird der.Betrieb der Speicherglied-Gruppe 81 vom Sehiebesignal A und der der Speicherglied-Gruppe 83 vom Signal B gesteuert. Beim Beti-eiben der in Fig. 13 gezeigten Anordnung müssen die Taktimpuls züge denselben. Forderungen nachkommen, die oben beschrieben wurden. Nach Darstellung in Fig. 14 überlappen sich die-Impulse der Takt signal züge Cl und C2 nicht. Ein Minimum an Zeit sollte, zwischen dem Abfall des Signals Cl und dem Anstieg des Signals C2 verstreichen. Zwischen dem Abfallen des Taktsignalzuges C2 und dem Beginn des nächsten Anstiegs des Taktsignalzuges Cl muss mindestens die Durchlauf zeit durch, das Verknüpfungsnetzwerk 86 und die Speicherglied-Gruppe .83 vergehen.

Mit der in den Figu, 12 und 13 gezeigten Anordnung lassen sich die Schieberegister-Speicherglieder besser ausnutzen, die nach Darstellung in Fig. 9 aus je zwei Speicherschaltungen bestehen, wobei der Ausgang- einer jeden

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ersten Speicherschaltung mit der entsprechenden zweiten Speicherschaltung gekoppelt ist. Die zweiten Speicherschaltungen sind bei der zuletzt beschriebenen "Ausführungsform zur Benutzung als separate Speicherglied-Gruppen 73 und 79 in Fig. 12 und 83 in Fig. 13 geschaltet. . Diese zweiten Speicherschaltungen dienen effektiv einmal als Folgeschaltungen für das Schaltwerk selbst, und zum anderen als Zugriffsschajtungen bei Einschiebe/Ausschiebe-Operaiionen.

Der wichtigste Vorteil der beschriebenen Schaltwerke besteht in der Möglichkeit der dynamischen Messung von Teils cha] tu ng en, die innerhalb eines bestimmten Schaltungspaketes "vergraben", d.h. ohne eigenen Anschluss sind. Mit der vorliegenden Erfindung kann der Wartungstechniker bei der Fehlersuche an der Maschine den Schaltzustand einen jeden einzelnen Speichergliedes im Schaltwerk überprüfen, und zwar für jeden Z-yklus, in dem er alle Daten aus den Speichergliedern auf. ein Bildschirmgerät ausschiebt. Der Zustand des Systems wird nicht gestört, sofern die Daten auch wieder in die Speicherglieder in derselben Reihenfolge eingeschoben werden, wie sie ausgeschoben wurden. Somit · wird der Zustand aller Speicherglieder nach jedem Taktsignal geprüft.

Da man die Möglichkeit hat, den Zustand aller Speicherglieder zu überprüfen,' werden keine besonderen Prüfanschlüsse mehr benötigt, und der Schaltungskonstrukteur kann die Schaltung so dicht wie möglich packen, ohne

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zusätzliche Eingabe/Ausgabeleitungen für den Wartungstechniker vorsehen zu müssen. Mit der; Möglichkeit, jedes Speicherglied in einem Schaltwerk nach jedem Taktsignal zu prüfen, kann jeder auftretende Fehler auf ein bestimmtes Verknüpfungsnetzwerk eingeengt werden, zu dessen Ein- und Ausgängen man Zugang hat. ·

Mit den vier zur Verwirklichung der Schieberegister-Funktion erforderlichen zusätzlichen Anschlüssen wird eine Standard-Schnittstelle geschaffen, die eine grössere Beweglichkeit für den Konstrukteur und für die Arbeit an Bedienungs- oder Wartungskonsölen ermöglicht. Die Konsolen sind austauschbar, ohne dass das System in irgendeiner Weise verändert werden müsste. Diese Steuerungen ermöglichen auch Fehlersuchoperationen unter Steuerung eines anderen Prozessors oder Prüfgerätes und erlauben auch Funktionen wie Rückstellung, Initialisierung und Fehleraufzeichnung mit Hilfe der Schieberegister.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

. iJ Schaltwerk zur Durchführung von Datenverarbeitungsoperationen, gekennzeichnet durch

a) eine Mehrzahl von Verknüpfungsnetzwerken (10, 11, 12; Fig. 1), deren jedes aufgrund vorliegender Eingangssignale einen Satz von Zwischensignalen (El, E2, Ε3)

' an entsprechenden Ausgängen abgibt;

b) eine Mehrzahl von Taktsignalanschlüssen, die zum Empfang unterschiedlicher Taktsignale (Cl, C2, C3) mit Takt-.signalquellen verbunden sind;

c) mehrere Gruppen von Speichergliedern (13, 14, 15), deren jede aufgrund eines Taktimpulses eines ihr zugeordneten Taktsignals die Werte der von einem zugeordneten Verknüpfungsnetzwerk abgegebenen Zwischensignale zur Speicherung aufnimmt und an ihren Ausgängen einen Satz von entsprechenden Ausgabesignalen (II, 12, 13) abgibt;

d) Verbindungen zwischen den Ausgängen jeder Speicherglied-Gruppe (z.B. 13) und Eingängen derjenigen Verknüpfungsnetzwerke (11, 12), deren zugeordnete Speicherglied-Gruppen (14, 15) nicht vom gleichen Taktsignal (Cl) gesteuert werden;

e) einen Satz von Eingabesignal-Anschlüssen (S), die mit Eingängen mindestens eines Verknüpfungsnetzwerks verbunden sind;

f) eine Ausgabeschaltung (16), die mindestens mit den Ausgängen der Speicherglied-Gruppen verbunden ist und an

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ihren Ausgängen einen Satz von Ergebnissignalen (R) abgibt. ■
2. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulse der verschiedenen Taktsignale (Cl, C2, C3; Fig. 1) einander nicht überlappen, und dass die Intervalle zwischen den Impulsen verschiedener Taktsignale mindestens so lang sind wie die längste mögliche Laufzeit einer EingangsSignaländerung durch irgendeines der Verknüpfungsnetzwerke (10, 11, 12).
3. Schaltwerk nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Speicherglied-Gruppen (13, 14, 15; Fig. 1) gleich der Anzahl von Taktsignalanschlüssen ist, und dass jeder Speicherglied-Gruppe ein besonderes Taktsignal (Cl, C2, C3) zugeordnet ist.
4". ' Schaltwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es in Segmente unterteilt ist, und daß jedes Segment je ein Verknüpfungsnetzwerk (z.B. 10; Fig. 1) und .eine zugeordnete Gruppe von Speichergliedern (13) aufweist.
5. Schaltwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Verknüpfungsnetzwerke (z.B. 10; Fig. 1) an entsprechenden Ausgängen zusätzlich einen Satz von Durchschaltsignalen (Gl) abgibt, und daß eine Torschaltungsanordnung zwischen dem

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Verknüpfungsnetzwerk und der zugeordneten Speicherglied-Gruppe (13) vorgesehen ist, derart, daß bei Vorliegen eines Taktimpulses nur diejenigen Zwischensignalwerte eingespeichert werden, deren zugehöriges Durchschaltsignal einen bestimmten Binärwert hat.
6. Schaltwerk nach einem oder mehreren der Anpsrüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherglieder bistabile Speicherschaltungen aufweisen mit einem Dateneingang (E) und einem Takteingang (C), und daß bei Auftreten eines Taktimpulses die bistabile Speicherschaltung jeweils den Binärzustand annimmt, der dem am Dateneingang vorliegenden Binärwert des Datensignals entspricht (Fig. 3; Fig. 4). ^;
7. Schaltwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherglieder bistabile Speicherschaltungen aufweisen mit einem Setζ-Dateneingang, einem Rückstell-Dateneingang und einem Takteingang (C), und daß bei Auftreten eines Taktimpülses die bistabile Speicherschaltung den einen oder anderen Binärzustand annimmt, je nachdem, ob das Signal am Setz-Dateneingang oder anr Rückstell-Dateneingang den Signalpegel-Binärwert aufweist, der den Aktivzustand des Signals darstellt (Fig. 6).
8. Schaltwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Speicherglied Schältungsteile aufweist, die ihm die Eigenschaften einer Schiebe-

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registerstufe geben., und daß es mittels dieser Schaltungsteile Daten aufnehmen und abgeben kann, unabhängig vom zugeordneten Taktsignal und unabhängig von seinem Eingang, der vom zugeordneten Verknüpfungsnetzwerk ein Zwischensignal aufnimmt (Fig. 7).
9. Schaltwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Speicherglied aufweist:

a) eine erste bistabile Speicherschaltung mit einem Zwischensignaleingang (E; Fig. 9), der mit einem entsprechenden Ausgang im zugeordneten Verknüpfungsnetzwerk verbunden ist, und einem zugehörigen Taktsignaleingang (C); einem Schiebedateneingang (U) und einem zugehörigen Steuereingang (A) für ein erstes Schiebesteuersignal; sowie einem Ausgabesignalausgang (L);

b) eine zweite bistabile Speicherschaltung mitBinärwerttibertragungsverbindungen zur ersten bistabilen Speicherschaltung und einem zugehörigen Steuereingang (B) für ein zweites Schiebesteuersignal; sowie einem Schiebedatenausgang (V) ;

das Ganze derart, daß ein Binärwert entweder über den Zwischensignaleingang bei Auftreten eines Taktimpuises oder über den Schiebedateneingang bei Auftreten eines Impulses des ersten Schiebesteuersignals in die erste bistabile Speicherschaltung eingegeben wird und dann am Ausgabesignalausgang vorliegt; und daß bei Auftreten eines Impulses des zweiten Schiebesteuersignals der Binärwert von der ersten in die zweite bistabile Spei-

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cherschaltung übertragen wird und dann am Schiebedatenausgang vorliegt.
10. Schaltwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,' dadurch gekennzeichnet, daß alle Speicherglieder einer Baueinheit zu einem Schieberegister, das nur einen Schiebeeingang (z.B. 56; Fig. 10) und einen Schiebeausgang (z.B. 57) hat, hintereinandergeschaltet sind, derart, daß Daten entweder von den Verknüpfungsnetzwerken aufgrund von Taktsignalen oder durch Einschieben vom Schiebeeingang her aufgrund von Schiebesteuersignalen in die Speicherglieder eingegeben werden können, und daß die in den Speichergliedern enthaltenen Daten bei einem Ausschiebevorgang aufgrund von Schiebesteuersignalen am Schiebeausgang abgenommen werden können.

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