DE3609680A1 - Verfahren und einrichtung zum nutzbarmachen einer hilfs-datenspeichereinheit bei einem datenverarbeitungssystem mit getrennten programm- und daten-speichereinheiten - Google Patents

Description

• B e s c h r e i b u n g Verfahren und Einricht#ung#z#um Nutzbarmachen
• einer Hilfs-Datenspeichereinheit bei einem Datenverarbeitungssystem mit getrennten Programm- und Daten-Speichereinheiten.
• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Datenverarbeitungssysteme und insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erweitern des verfügbaren Speichers zum Speichern von Daten bei Datenverarbeitungssystemen, bei denen die Datenspeichereinheit und die Programmspeichereinheit gesondert sind.
• Es ist bekannt, Datenverarbeitungseinheiten mit gesonderten Programmspeichereinheiten und Datenspeichereinheiten auszurüsten. Diese Architektur, die als Harvard-Architektur bezeichnet wird, schafft bestimmte Leistungssteigerungen dadurch, daß die Befehlsabrufoperation und die Befehlsausführungsoperation bequem in einer Folge von Unteroperationen ausgeführt werden können, was auch als "pipelining" bezeichnet wird.
• Es ist auch bekannt, eine Modifizierung der Harvard-Architektur einzusetzen, die einen Weg vom Datenspeicher des Datenverarbeitungssystems zur Programmspeichereinheit vorsieht. Zu dem vom Datenverarbeitungssystem gesetzten Befehl können spezielle Befehle hinzugefügt werden, um es dem Datenverarbeitungssystem zu ermöglichen, von diesem Datenweg Gebrauch zu machen. Ein Beispiel für solch ein Datenverarbeitungssystem ist der Mikroprozessor TMS 32010 von Texas Instruments. Bei diesem Datenverarbeitungssystem hat der spezielle Befehl zum Lesen von Daten aus der Programmspeichereinheit und zu der Datenspeichereinheit die mnemotechnische Bezeichnung TBLR, während der spezielle Befehl zum Schreiben von Daten aus der Datenspeichereinheit in die Prgrammspeichereinheit die mnemotechnische Bezeichnung TBLW aufweist. Das Merkmal der Überführung von Daten aus der Datenspeichereinheit zur Programmspeichereinheit hat sich als sehr nützlich erwiesen, ist aber mit dem Nachteil behaftet, daß in der Programmspei -chereinheit gespeicherte Datensignalgruppen, wenn sie zu das Systenprogramm bildenden Signalgruppen hinzugefügt werden, zwangsweise durch die Größe des Programmspeichers beschränkt sind, wodurch auch die Programmgröße und -flexibilität Beschränkungen erfahren.
• Es bestand daher ein Bedürfnis für ein mit der Harvard-Architektur ausgerüstetes Datenverarbeitungssystem, das von der Flexibilität spezieller Befehle zur Überführung von Datensignalgruppen zwischen der Programmspeichereinheit und der internen Datenspeichereinheit Gebrauch machen kann, ohne Beschränkunge an der Programmgröße herbeizuführen.
• Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein verbessertes Datenverarbeitungssystem zu schaffen.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Datenverarbeitungssystem zu schaffen, das eine modifizierte Harvard-Architektur aufweist.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, zusätzlichen Speicherraum für eine Datenverarbeitungseinheit zu schaffen, die eine modifizierte Harvard-Architektur besitzt.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht auch noch darin, einen Hilfs-Datenspeicher zu schaffen, der für die Überführung von Datensignalgruppen zwischen dem Datenspeicher einer Datenverarbeitungseinheit und der Hilfs-Speichereinheit verwendet werden kann.
• Diese und weitere Ziele werden gemäß der Erfindung durch ein Datenverarbeitungssystem erreicht, bei dem die interne Da tenspeichere inhei t und die Programmspeichereìnheit typischerweise getrennt benutzt werden, während gleichwohl unter der Steuerung spezieller Befehle ein Datenweg zur Überführung von Daten zwischen den beiden Speichereinheiten geschaffen wird. Es wird eine Hilfs-Speichereinheit hinzugefügt, die die gleiche, Adressengestaltung wie die Programmspeichereinheit aufweist. Es wird eine Einrichtung beschrieben, die dazu dient, die Hilfs-Datenspeicherein heit zu aktivieren und die Programm-Speichereinheit zu entaktivieren, wenn die speziellen Befehle identifiziert sind. Auf diese Weise können die in der Hilfs-Datenspeichereinheit gespeicherten zusätzlichen Datensignalgruppen der internen Datsnspeichereinheit der Datenverarbeitungseinheit verfügbar gemacht werden.
• Diese uni weitere Ziele der Erfindung ergeben sich in näheren Einzelheiten aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung, in der die Erfindung verwirklicht ist, Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der verschiedenen Signale der erfindungsgemäßen Einrichtung, und Fig. 3 ein Ablaufdiagramm der die Überführung von Daten anz#eigenden Systemsignale.
• Gemäß Fig. 1 kann eine Datenverarbeitungseinheit 10, die eine interne Datenspeichereinheit 101 aufweist, an eine Datenhauptleitung 15 und an eine System-Adressenhauptleitung 14 angeschlossen werden. Die Datenverarbeitungseinheit 10 legt auch ein Taktsignal an eine Eingangsklemme eines invertierenden Verstärkers 27 und an eine Taktklemme eines Multivibrators 23 vom D-Typ an. Die Ausgangsklemme des invertierenden Verstärkers 27 ist an eine Taktklemme eines Multivibrators 22 vom D-Typ und an eine Taktklemme eines Multivibrators 24 vom D-Typ angeschlossen.
• Eine logische UND-Torschaltung 20 empfängt an einer invertierten Klemme ein in Fig. 1 als COMPEs bezeichnetes invertiertes Steuer-oder Freigabesignal. Das invertierte Ausgangssignal der UND-Torschaltung 20 liegt an einer invertierenden Steuer- oder Freigabeklemme einer Befehlsidentifizierungseinhet 16 und an einer invertierten Eingangsklemme einer Befehlsidentifizierungseinheit 17 an.
• Die invertierende Ausgangsklemme der Befehlsidentifizierungseinheit 16 ist an eine invertierende Klemme einer logischen ODER-Torschaltung 21 angeschlossen, und eine invertierende Ausgangsklemme der Befehlsidentifizierungseinheit 17 ist mit einer invertierenden Eingangsklemme einer logischen ODER-Torschaltung 21 verbunden. Die Befehlsidentifizierungseinheit 16 und die Befehlsidentifizierungseinheit 17 sind beide an die System-Datenhauptleitung 15 angeschlossen. Die Ausgangsklemme der logischen ODER-Torschaltung 21 ist mit der D-Klemme der Multivibratoreinheit 22 vom D-Typ verbunden , während die Ausgangsklemme Q des Multivibrators 22 ein Signal Q1 an die D-Klemme des Multivibrators 23 vom D-Typ anlegt. Die invertierte Ausgangsklemme des Multivibrators 22 vom D-Typ, die mit Q1 bezeichnet ist, ist mit einer ersten Eingangsklemme einer logischen UND-Torschaltung 26 verbunden. Die Ausgangsklemme Q des Multivibrators 23 vom D-Typ ist an eine D-Klemme des Multivibrators 24 vom D-Typ und an eine erste Eingangsklemme einer logischen ODER-Torschaltung 25 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme Q des Multivibrators legt ein Signal Q3 an eine zweite Eingangsklemme der logischen ODER-Torschaltung 25 an, während die invertierende Ausgangsklemme Q3 an den Hilfs-Datenspeicher 12 angelegt ist.
• Das invertiert Ausgangssignal der logischen ODER-Torschaltung 25 liegt an einer invertierenden Klemme der logischen UND-Torschaltung 20 und an einer zweiten Eingangsklemme der logischen UND-Torschaltung 26 an. Ein invertiertes Ausgangssignal von der logischen UND-Torschaltung 26 ist an die Programmspeichereinheit 11 angeschlossen. Die Hilfs-Datenspeichereinheit 12 und die Programmspeichereinheit 11 sind beide mit der Datenhauptleitung 15 und der System-Adressenhauptleitung 14 verbunden.
• Die Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm für drei Zyklen einer Leseoperation. Das COMPEN-Signal geht auf ein negatives logisches Niveau , das die Identifizierungseinheiten 16 und 17 aktiviert. Die Identifizierung eines passenden Befehls durch die Einheiten 16 und 17 bewirkt, daß das Ausgangssignal der ODER-Torschaltung 21 ins Positive geht.
• Während des nächsten Taktzyklus wird das Signal Q1 ein positives logisches Niveau und Q1 wird zu einem negativen logischen Niveau. Das Programmsteuersignal geht hoch wodurch die Programmspeichereinheit dagegen gesperrt wird, entweder auf die Adressensignalgruppe oder die Opcode-Siqnalgruppe auf der Datenhauptleitung anzusprechen. Zur gleichen Zeit während der Änderung des Taktzyklus während der Mitte der Periode nimmt das Ausgangssignal Q2 des Multivibrators 23 vom D-Typ einen positiven logischen Wert während des in der Mitte liegenden Taktüberganges an und verbleibt für ein ganzes Taktintervall auf dem positiven Wert. Das Ausgangssignal des Multivibrators 24 erhält während der dritten Taktperiode ein positives logisches Niveau , und es hat während des restlichen Betriebes einen negativen logischen Wert. Der Ausgang der invertierten ODER-Torschaltung 25 nimmt während der dritten Taktperiode ein negatives logisches Niveau an. Der Programmspeicher wird während des zweiten und des dritten Zyklus durch das Ausgangssignal der invertierenden UND-Torschaltung 26 entaktiviert, während der Hilfs-Datenspeicher 12 während des dritten Taktzyklus aktiviert wird. In Fig. 3 sind das die Speicherprogrammeinheit 11 sperrende Signal PROG CS und das den Datenspeicher aktivierende Signal DATA CS gezeigt.
• Erläuterungshalber sind die Signale auf der Adressen leitung sowie die Signale auf der Datenleitung für diese Operation für die Leseoperation dargestellt.
• Arbeitsweise der bevorzu#t#en#Ausführun#s#form Wie oben erläutert, sind in einer in der Harvard-Architektur verwirklichten Datenverarbeitungseinheit die Datenspeichereinheit und die Programmspeichereinheit gesondert.
• Diese Trennung kann Verbesserungen der Leistungsfähigkeit des Datenverarbeitungssystems herbeiführen, die allgemein bekannt sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind der Programmspeicher 11 und die interne Datenspeichereinheit 101 der Datenverarbeitungseinheit 10 getrennte Einheiten, wobei die interne Datenspeichereinheit durch gesonderte Adressen- und Daten-Hauptleitungen an den Rest der Datenverarbcitugseinhcit (ALU) 10 angeschlossen ist. Es sind auch weitere elektrische Verbindungen wie die Takt-HauptLeitung und die Steuersignal-Hauptleitung vorhanden, doch brauchen diese Hilfs-Signalübertragungsbauteile für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erläutert zu werden. Um den für die Datensignalgruppen zur Verfügung stehenden Speicherraum zu erweitern, ist die Hilfs-Datenspeichereinheit 12 an die Adressenhauptleitung 14 und an die Datenhauptleitung 15 angeschlossen. Um sicherzustellen, daß der spezielle Lesebefehl und der spezielle Schreibbefehl verwendet werden, müssen der Hilfs-Datenspeicher 12 aktiviert und die normalerweise zugängliche Programmspeichereinheit 11 entaktiviert werden. Um dies zu erreichen, wird die Datenhauptleitung 15 durch eine Befehlsidentifizierungseinheit 16 und die Befehlsidentifizierungseinheit 17 zur Identifizierung jedes der speziellen Befehle, d.h. des Lesebefehls und des Schreibbefehls, überwacht.
• Eine an die logische UND-Torschaltung 20 angeschlossene Steuerleitung gibt die Hilfs-Speichereinheit durch Aktivieren der Befehlsidentifizierungseinheit 16 und 17 durch eine logische UND-Torschaltung 20 frei. Diese Steuerleitung erlaubt im Bedarfsfalle die normale Operation des speziellen Lesebefehls und des speziellen Schreibbefehls.
• Wenn einer der speziellen Befehle aus der Speichereinheit 11 abgerufen wird, werden die Befehlsidentifizierungseinheiten 16 und 17 aktiviert, die ein Signal über die Torschaltung der Multivibratoreinheit 22 vom D-Typ anlegen.
• Die drei Multivibratoren 22, 23 und 24 vom D-Typ schaffen Signale zur Entaktivierung der Programmspeichereinheit 11 und zur Aktivierung der Hilfs-Datenspeichereinheit 12 während des dritten Taktzyklus des speziellen Befehles.
• Es findet so eine Übertragung einer Angabe oder von Daten zwischen dem Datenspeicher der Datenverarbeitungseinheit 10 und der Hilfs-Datenspeichereinheit 12 ohne Einbeziehung der Programmspeichereinheit 11 statt, wie dies sonst im normalen Betriebe der Fall wäre. Während des dritten Taktzyklus des speziellen Befehls wird die Torschaltung 20 entaktiviert, um einen möglichen Konflikt beim Zugang zur Hilfs-Datenspeichereinheit 12 oder zur Programm-Speichereinheit 11 zu verhindern. Nach dem dritten Taktzyklus des speziellen Befehls wird die Schaltung in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeführt, und die logische UND-Torschaltung 20 kann erneut für eine anschließende Identifizierung spezieller Lese- und Schreibbefehle freigegeben werden.
• An dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel können vielerlei Abwandlungen vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird.

Claims (16)

1. P a t e n t a n s p r ür e 1. Datenverarbeitungssystem mit einer Datenspeichereinheit und einer Plsogcammspeichereinheit, die so eingerichtet ist, daß Daten zwischen der Programmspeichereinheit und der Datenspeichereinheit in Abhängigkeit von mindestens einem Befehl übertragen werden können, gekennzeichnet durch eine Hilfs-Speichereinheit und eine auf den mindestens einen speziellen Befehl ansprechende Einrichtung zum Aktivieren der Hilfs-Datenspeichereinheit und zum Entaktivieren des Programmxfi irs.
2. 2. Datenverarbeitungseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Freigeben der Selektionseinrichtung in Abhängigkeit von einem externen Signal.
3. 3. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Sperren der Reaktion des Systems auf eine zweite, mindestens einen Befehl umfassende Anweisung, wenn eine Datenübertraqung zwischen der Hilfs-Datenspeichereinheit und der internen Datenspeichereinheit stattfindet.
4. 4. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch l,~mit einer zentralen Prozesseinheit, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Datenspeichereinheit eine erste Speichereinrichtung zum Speichern von Signalgruppen aufweist, die in dem Datenverarbeitungssystem eine erste###0# tion haben , die Programmspeichereinheit eine zweite Speichereinrichtung zum Speichern von Signalgruppen aufweist, die die vorgenannte erste Funktion und eine zweite Funktion im Datenverarbeitungssystem haben, eine erste Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Signalgruppen zwischen der ersten Speichereinrichtung und der zweiten Speichereinrichtung in Abhängigkeit von ersten ausgewählten Bedingungen vorgesehen ist, die Hilfs-Speichereinheit eine dritte Speichereinrichtung zum Speichern von Signalgruppen, die die oben genannte erste Funktion haben , aufweist, und eine zweite Ubertragungseinrichtung zum Übertragen von Signalgruppen zwischen der ersten Speichereinrichtung= und der dritten Speichereinrichtung in Abhängigkeit von ausgewählten zweiten Bedingungen vorgesehen ist.
5. 5. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 4, d a d u rch gekennzeichnet, daß die zweite Ubertragungseinrichtung Mittel zum Identifizieren der ersten ausgewählten Bedinqungen aufweist.
6. 6. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 5, d a d u rch gekennzeichnet, daß die zweite Übertragungseinrichtung Mittel aufweist, die auf ein Logiksignal für die Freigabe der Identifizierungsmittel ansprechen.
7. 7. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 6, d a d u rch gekennzeichnet, daß die zweite Übertragungseinrichtung Mittel zum Inaktivieren der ersten Übertragungseinrichtung aufweist.
8. 8. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 7, d a d u r ch gekennzichnet, daß die zweite Übertragungseinrichtung die rdentifizierungsmittel sperrt, wenn eine Ubertra- gung von Datensignalgruppen zwischen der ersten Speichereinrichtung und der dritten Speichereinrichtung stattfindet.
9. 9. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Identifizierungsmittel zum Identifizieren des mindestens einen speziellen Befehls eine an die Identifizierungsmittel angeschlossene Verbindungseinrichtung zum Freigeben der Hilfs-Speichereinheit zur Datenspeichereinheit , und durch eine an die Identifizierungsmittel angeschlossene Sperreinrichtung zum Sperren der Übertragung von Signalgruppen zwischen der Datenspeichereinheit und der Programmspeichereinheit.
10. 10. Datenverarbei#ungssystem nach Anspruch 9, d a d u rch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung auf ein Steuersignal anspricht, das einen ersten Zustand aufweist, der die Benutzung der Programmspeichereinheit anzeigt, und einen zweiten Zustand besitzt, der die Benutzung der Hilfs-Speichereinheit anzeigt.
11. 11. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 9, d a d u rch gekennzeichnet, daß die Identifizierungseinrichtung während der Übertragung von Datensignalgruppen zwischen der Hilfs-Speichereinheit und der Datenspeichereinheit gesperrt ist.
12. 12. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 11, d ad u r c h gekennzeichnet, daß die Adressen der Proqrammspeichereinheit den Adressen der Hilfs-Speichereinheit entsprechen.
13. 13. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 12, d a -d u r c h gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung einen Multivibrator vom D-Typ aufweist, von dem eine erste Ausgangsklemme an die Programmspeichereinheit angeschlossen ist und eine zweite Ausgangsklemme mit der Hilfs-Speichereinheit verbunden ist.
14. 14. Verfahren zum Erweitern des für Datensignalgruppen beim Datenverarbeitungssystem gemäß Ansp#ruch 1 verfügbaren Speicherraumes, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die speziellen Befehle geschaffen werden , die die Ubertragung von Signalgruppen zwischen der Programmspeichereinheit und der Datenspeichereinheit ermöglichen, die Hilfs-Datenspeichereinheit an ein Adressenfeld angeschlossen wird, das einem Adressenfeld der Programmspeichereinheit entspricht, die speziellen Befehle identifiziert werden, und auf die Identifizierung der speziellen Befehle hin die Hilfs-Datenspeichereinheit aktiviert wird und die Programmspeichereinheit in einen inaktiven Zustand versetzt wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Identifizierung außerdem den Verfahrensschritt umfaßt, daß eine an eine Systemhauptleitung angeschlossene Einrichtung zur Identifizierung von Signalgruppen, die mit den speziellen Befehlen versehen sind, benutzt wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt des Sperrens der Einrichtung durch ein vorbestimmtes logisches Signal.