DE2554652A1

DE2554652A1 - Modulare signalverarbeitungsanordnung

Info

Publication number: DE2554652A1
Application number: DE19752554652
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Borie; Alain Couder; Alain Dauby; Michel Demange; Gerald Lebizay; Michel Lechaczinsky
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-27
Filing date: 1975-12-05
Publication date: 1976-07-01
Also published as: GB1519169A; BE835162A; FR2296221A1; DE2554652C3; DE2554652B2; BR7508782A; JPS5634898B2; IT1051056B; ES443678A1; CH600438A5; JPS5187930A; US4096566A; FR2296221B1

Description

Böblingen, den 27. November 1975 km-fe

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderini FR 974 004

Modulare Signalverarbeitungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine modulare Signalverarbeitungsanordnung in Baumstruktur, deren Zweige je eine Sammelleitung mit angeschlos sener Steuereinheit aufweisen·

Signale, welche zu übermitelnde Information enthalten, müssen meistens eine Anzahl von Verarbeitungsschritten durchlaufen, bevor die Information am Bestimmungsort abgenommen werden kann. Ein solches, von einer Quelle abgegebenes Informationssignal muß z.B. zuerst einmal der Charakteristik des Übertragungsmediums zwischen Quelle und Empfänger angepaßt werden und dann der Charakteristik des Empfängers selbst. Obwohl Quelle und Empfänger hier in breitem Sinne zu verstehen sind, kann man als Beispiel den Fall der Informationsübertragung erwähnen, für den eine Modulation auf der Sendeseite erforderlich ist, und später eine Demodulation auf der Empfängerseite.

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Die meisten bei der Signalverarbeitung durchzuführenden Verarbeitungsvorgänge bzw. zu lösenden Aufgaben weisen eine Anzahl von Ähnlichkeiten auf. Alle diese Aufgaben können gelöst werden, indem man einige relativ einfache mathematische Grundoperationen anwendet. Außerdem ist die Datenmenge, die zur Ausführung eines jeden Verarbeitungsschrittes benötigt wird, im allgemeinen klein; diese Daten sollten aber immer erneuert werden. Daher muß man sie speichern, auch wenn es nur für sehr kurze Zeit ist.

Es wurden schon besondere Anordnungen für die Signalverarbeitung entwickelt, bei denen einerseits die Eigenschaften berücksichtigt | wurden, welche den verschiedenen Signalverarbeitungsprozessen gemeinsam sind, aber andererseits auch diejenigen Eigenschaften, ! welche nur für je einen bestimmten SignalVerarbeitungsprozeß cha- | rakteristisch sind. Jedoch sind die bisher bekannten Signalverar- i beitungseinrichtungen nicht vielseitig genug; auch erlauben sie , nicht die Ausführung einer ausreichenden Anzahl verschiedener Punktionen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vielseitigen, anpassungsfähigen und dennoch einfachen Aufbau für Signalverarb ei tungs anordnungen anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Uhteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Durch die modulare Struktur der erfindungsgemäßen Anordnung und durch die Verwendung von wenigen Typen von Baueinheiten als Moduln läßt sich die ßrundstruktur je nach Bedarf für die verschiedensten Aufgaben ausbauen. Durch Zufügen zusätzlicher Moduln kann die für |

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bestimmte Punktionen erforderliche Verarbeitungsleistung gezielt !vergrößert werden, wenn dies nötig ist.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Untersystems einer erfin-I

dungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungsanord nung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäß ausgebildeten SignalVerarbeitungsanordnung,

j Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Recheneinheit, wie sie

in der Anordnung von Figur 2 verwendbar ist,

Fign. 4a und 4b ein detailliertes Blockdiagramm der Recheneinheit ! von Fig. 3,

j Fign. 5 und 5a Belegungsbeispiele für die Speicheranordnung der

Recheneinheit von Fig. 3»

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der

Arbeitsweise der Recheneinheit von Fig. 3,

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Steuereinheit, die zur

Steuerung der Recheneinheit von Fig. 3 dient,

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Fig. 8 eine schematische Darstellung des einleitenden ;

Selbstladens (IPL) eines Programms in den Speicher einer Steuereinheit; j

Fign. 9 und 10 eine schematische Darstellung der parallelen und !

alternierenden Verarbeitung je zweier Programme

durch die Steuereinheit;

Fig. 11 ein Datenflußdiagramm für einen Teil der Steuer- !

einheit, j

Fig. 12 einen Eingabe-/Ausgäbe-Anschlußmodul zur Verwendung in der Anordnung von Fig. 2,

Fig. 13 eine Verbindungseinheit zwischen zwei Sammelleitungen als Teil der Anordnung von Fig. 2,

Fig. 14 eine Blockdarstellung eines Telefon-Vermittlungssystems, das unter Benutzung einer erfindungsgemaß ausgebildeten Signalverarbeitungsanordnung ^! aufgebaut ist,

Fign. 15a-15d verschiedene Darstellungen zur Erläuterung der

Wirkungsweise des Telefon-Vermittlungssystems von Fig. 14

Fign. 16-18 eine Blockdarstellung eines Modems, das unter Benutzung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Si* gnalverarbeitungsanordnung aufgebaut ist. |

Nach der Abtastung und Digitalisierung von Signalen erfordert ihre Verarbeitung die Ausführung mathematischer Operationen, insbesondere einer sehr einfachen Grundoperation, nämlich der Multiplikation zweier Zahlen mit anschließender

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missen). Das beschriebene

Akkumulation (Addition von Zwischenergebnissen). Das bescr System enthält daher zwei Grundbausteine, deren erster die oben angeführten Rechenoperationen ausführt und deren zweiter die Ausführung der Operationen steuert. Die Rechen- und Steuereinheiten (Bausteine, Moduln) sind über eine Sammelleitung (N-Leitung) miteinander verbunden, die mit Toren versehen ist (E/A-Anschlusseinheiten), die Zugang zu externen Geräten geben, die die Ausführung von Operationen anfordern und Daten abgeben oder empfangen. Diese Einheiten bilden nach Darstellung in Fig. 1 ein Untersystem (einen Zweig), in dem die Steuereinhit mit IS-E, die Recheneinheit mit PMAU und die E/A-Anschlusseinheiten mit i/OP bezeichnet sind. Eine Verbindungseinheit IBA stellt die Verbindung zwischen zwei N-Leitungen, d.h. zwischen zwei Untersystemen (Zweigen) her.

Durch Benutzung solcher modularer Einheiten (Moduln) im Signalverarbeitungssystem wird dieses besonders vielseitig. Das ganze System kann so angeordnet sein, dass den Moduln eine Hierarchie zugeordnet wird. In einer solchen Hierarchie ist jeweils eine Leitsteuereinheit (oder kurz "Leiteinheit") einer oder mehreren Sekundärsteuereinheiten (oder kurz "Sekundäreinheiten") übergeordnet, wobei also die Sekundärsteuereinheiten von der zugeordneten Leitsteuereinheit abhängig sind. Jede Sekundärsteuereinheit kann ihrerseits die Leitsteuereinheit einer anderen Steuereinheit sein, und so erhält man eine Baumstruktur. Fig. 2 zeigt eine solche Baumstruktur. Oben im Baum befindet sich eine Steuereinheit MAl, die als absolute Leiteinheit arbeitet. Ein E/A-Anschlussmodul I/OPI gestattet es, ein Terminal oder irgendeine andere externe Einheit mit der Leiteinheit

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über eine Sammelleitung Bl zu verbinden. In diesem Fall steuert die Leiteinheit eine Sekundäreinheit SLl über eine Verbindungseinheit IBAl, die auf der Sammelleitung vorgesehen ist. Die Sekundäreinheit SLl aber wirkt ihrerseits als Leiteinheit MA2 über die drei Steuereinheiten SL2, SL2' und SL2'¹, die mit ihr über drei weitere Verbindungseinheiten IBA verbunden sind. Die Steuereinheit SL2¹ wiederum steuert drei Sekundäreinheiten SL3, SL3¹ und SL3", die mit drei zugehörigen E/A-Anschlussmoduln IOP2, I0P3 und I0P4 versehen sind.

Die Leiteinheit MAl steuert die Verarbeitung des ganzen Systems: Sie überwacht die durch die Sekundäreinheit SLl durchgeführten Operationen und bewirkt die Verbindung mit der zum E/A-Anschlussmodul I0P1 gehörenden externen Einheit. SLl überträgt aber ihre eigenen Aufgaben den Sekundäreinheiten SL2, SL2¹ und SL2^1f usw. Das System wird vervollständigt durch die nach Bedarf verteilten Recheneinheiten PMAU. Eine solche Konstruktion gestattet durch weitere Sekundäreinheiten die benötigte Verstärkung der Systemteile, die zur Ausführung der ihnen zugeordneten Operationen nicht stark genug sind. Die verschiedenen oben erwähnten Moduln werden später genauer beschrieben.

Die Recheneinheit PMAU könnte ein autonomer byteserieller Parallelmultiplikator sein, der mit einem Anwendungsprogramm arbeitet. £s schien jedoch wirksamer, ihn in enge Abhängigkeit von der Steuereinheit zu setzen, die zu demselben Untersystem gehört. Dann besteht das Herz der Recheneinheit PMAU einfach aus einem Multiplizierer für die Zahlen a^ und X£ und einem

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Akkumulator. Der Multiplizierer ist eine Einheit bekannter Art und kann insbesondere unter den Geräten ausgewählt werden, die von 0. Mac Sorley in dem Artikel mit dem Titel "High Speed Arithmetic in Binary Computers", veröffentlicht in "Proceedings of the IRE" im Januar 1961 auf den Seiten 67 ff. beschrieben sind.

Der Akkumulator kann aus einem einfachen Addierer bestehen, der ein Register speist. Verbindet man in einer Schleife den Ausgang des Registers mit dem zweiten Eingang des Addierers, so wird damit die Akkunailationsfunktion ausgeführt.

Der vom Multiplizierer gespeiste Akkumulator errechnet ein Resultat y nach folgender Gleichung:

y "Vl ⁺ V₂ ⁺ '·· ⁺ Vn⁼ Σ a.x .

1=1

Die Recheneinheit PMAU kann aber auch andere Operationen übernehmen wie:

Z « Σ ax. - Σ by

Y + jZ = Z [(a+jb) (x+jy)]

Auf der Basis dieser Grundoperationen kann die Recheneinheit PMAU eine bestimmte Anzahl Funktionen oder Funktionskombinationen unter Mikroprogrammsteuerung ausführen. Sie empfängt von ihrer Steuereinheit ein Steuerwort CW, welches die ausführende Operation und damit das zu benutzende Mikroprogramm definiert. In dem gewählten Ausführungsbeispiel ist das Steuerwort vier Bytes lang, wobei drei dieser Bytes Adresszeiger sind, die später

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noch beschrieben werden, während das vierte Byte (Op-Code) die Operationen bezeichnet. Die Bits des Op-Code können beispielsweise definieren:

Bit 1: Vorzeichen der Rechenoperation, d.h.

0 für +

1 für -

Bits 2 bis 4: Angeforderter Funktionstyp, und zwar: 001 für Transversalfilter

010 für komplexes Transversalfilter

011 für Rekursivfilter

100 für lineare Korrektur einer Reihe von Konstanten

101 Multiplikation mit einer Konstanten

Bits 5 bis 7: Sprungwert j.

Das in Fig. 3 gezeigte PMAU-Blockdiagramm enthält den oben erwähnten Multiplizierer (MULT) und den Akkumulator (AKK), die die Operanden von einem Signalspeicher SiS erhalten. Dieser Speicher wird durch einen Satz von Adressregistern AR adressiert. Die Adressen werden in einem Addierer ADD aufgebaut, der zu einem anderen Satz von Registern mit der Benennung Inkrementierregister und der Kurzabezeichnung IR gehört. Die externen Verbindungen werden durch eine Anschlusseinheit NBI hergestellt, die die N.-Leitung (Sammelleitung) mit dem Eingang und Ausgang des Speichers SiS und mit den Eingängen der Register IR und AR verbindet. Eine Steuereinheit CB steuert die Operationen der Recheneinheit PMAU.

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Jeder Recheneinheit PMAU wird eine Adresse zugeordnet. Im Betrieb erkennt also der in der NBI enthaltene Decodierer ein an ihn adressiertes Steuerwort CW durch Decodieren des zugehörigen Adresswortes.

Der Ausgabewert des Akkumulators wird immer an den Eingang des Speichers SiS zurückgegeben, wodurch der logische Teil der Recheneinheit PMAU weniger zeitabhängig ist von der Multiplizierer-Akkumulator-Anordnung.und daher von der zu deren Bau angewandten Technologie. Schliesslich muss noch eine Einrichtung vorgesehen werden, die anzeigt, wann der letzte Operand verarbeitet werden soll, und die dem Speicher SiS anzeigt, dass das Ergebnis bei Beendigung der Berechnung zur Verfugung steht.

Das Auslesen aus dem bzw. Einschreiben in den Speicher SiS werden gesteuert durch die Anschlusseinheit NBI, welche die Daten überträgt, die die PMAU zu verlassen haben.

Fig. 4 zeigt die Elemente der Recheneinheit PMAU im einzelnen. Die Anschlusseinheit zur N-Leitung mit der Bezeichnung NBI in Fig. 3 enthält eine adressgesteuerte Decodiereinheit ACD mit zwei Eingängen. Der erste Eingang wird Personalisierungseingang genannt und gestattet die Zuordnung einer Adresse zur PMAU-Einheit beim Bau des Systems. Der zweite Eingang ist mit der N—Leitung verbunden. Aussdem hat die ACD-Einheit vier Ausgänge mit den Bezeichnungen RC, IRAC, CWC bzw. SiSC. Die Anschlusseinheit NBI enthält auch acht mit der N-Leitung verbundene Register.

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Vier dieser acht Register bilden eine Gruppe mit der Bezeichnung CWR (Steuerwortregister) und die anderen vier tragen die Bezeichnungen COM, IRA, F und BOR. Der Eingang des Registers BOR ist mit der N-Leitung über das Tor 24 und mit dem Ausgang des Speichers SiS über ein Tor 2 verbunden. Der Ausgang des Registers BOR ist mit der N-Leitung (Ausgabe) über das Tor 1 sowie mit dem Eingang des Speichers SiS über das Tor 2 verbunden. Der COM-Registerausgang ist mit einer Lese- oder Schreib-Vorbereitungssteuerleitung PR/W verbunden. Die anderen Register dienen hauptsächlich der Erstellung von Adressen zur Adressierung des Speichers SiS und sind daher nit den Inkrementierregistern IR, den Adressregistern AR und dem Addierer ADD verbunden. Ausserdem enthält die Anschlusseinheit NBI ein Kippglied L, dessen Eingang mit der Steuereinheit CB und dessen Ausgang mit einer Unterbrechungsleitung der N-Leitung verbunden ist.

Die PMAU-Einheit ist also, wie aus der obigen Beschreibung zu entnehmen ist, um den Multiplizierer-Akkumulator MULT/ARK herum gebaut und wird mit Operanden aus dem Speicher SiS versorgt. Das Ergebnis aus dem Akkumulator wird nach SiS gespeichert. Die SiS-Adressiereinheit sollte daher sowohl die Adressen der Operanden als auch die Adressen für die Ergebnisse der von der Einheit MULT/AKK ausgeführten Berechnungen liefern. Später wird gezeigt, dass es keinen grundlegenden Unterschied zwischen diesen beiden Informationen gibt, und dass ein Operand selbst das Ergebnis einer früheren Berechnung sein kann. Die Adressiereinheit enthält den Satz von Adressregistern (AR), der aus dem Satz von Steuerwortregistern CWR und vom Ausgang des Addierers ADD

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geladen wird. Einer der Eingänge des Addierers ADD ist mit dem Satz von' Inkrementierregistern (IR) verbunden. Der zweite Eingang des Addierers ADD ist mit den Ausgängen der Adressregister (AR) verbunden.

Die Register IR setzen sich aus zwei Registertypen zusammen. Die einen enthalten einen festen Wert 1 oder 0 und sind mit dem Eingang 1 des Addierers ADD über die Tore 3 oder 4 verbunden. Die anderen tragen die Bezeichnungen TJ und MOD und enthalten einen veränderlichen Wert. Der Eingang des Registers TJ ist mit dem Ausgang des Registers OP-CODE der Gruppe CWR verbunden und hat drei Ausgänge mit den Bezeichnungen S (Vorzeichen), Typ und J. Der Ausgang J ist mit dem Eingang 1 des Addierers ADD über das Tor 5 verbunden. Der Eingang des Registers MOD ist mit der Ausgangsleitung des Speichers SiS verbunden. Sein Ausgang ist mit dem Eingang 1 des Addierers durch das Tor 6 verbunden.

Es gibt sieben AR-Register mit den Bezeichnungen A, B, C, D, E, Rl und R2. Die Eingänge von A, B und C sind mit den Ausgängen der Register PTRl, PTR2 bzw. PTR3 der Gruppe CWR verbunden, über die Tore 7 bis 9. Die Eingänge für die Register D und E sind mit dem Ausgang des Addierers ADD verbunden, der ausserdem an die Eingänge von A, B, C und Rl über die Tore 10 bis angeschlossen ist. Der Ausgang des Registers IRA ist mit dem Eingang von Rl über das Tor 14 verbunden. Die Ausgänge von Rl und R2 sind über die Tore 15 bzw. 16 und eine gemeinsame Leitung mit der Adressiersammelleitung des Speichers SiS über das Tor 17 verbunden. Die Ausgänge der Register A bis F sind mit derselben Adress-Sammelleitung über die Tore' 18 bis

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verbunden. Diese Sammelleitung ist auch mit dem Eingang von R2 sowie durch den Puffer R3 mit dem Eingang 2 des Addierers ADD verbunden. Der Speicher SiS kann durch Signale auf dieser Leitung adressiert werden.

Die Steuereinheit CB enthält einen Festwertspeicher ROS, der mit einem Ausgangsregister ROR versehen ist» Der Ausgang des Registers ROR ist mit dem Eingang eines Puffers BIR verbunden, der drei Ausgänge hat. Einer dieser drei Ausgänge ist an einen Decodierer angeschlossen, der zweite ist auf den Eingang des ROS-Speichers durch das Tor 27 zurückgeführt, und der dritte ist mit dem Eingang einer Verzweigungssteuerung BR verbunden, deren Ausgang durch den Puffer R und das Tor 26 auf den Eingang des ROS zurückgeführt ist. Der Eingang von BR empfängt auch den Ausgang "Typ" des Registers TJ (Bits 2 bis 4 des Op-Code-Byte des auszuführenden Steuerwortes CW) sowie ein Kennzeichen, das vom Speicher SiS abgegeben wird- Der Ausgang des Decodierers ist mit einem Eingang der Einheit MULT/AKK verbunden.

Schliesslich enthält die Steuereinheit CB eine Ergebnisübertragungssteuerung RCT, die das Schreiben der Akkumulatorerergebnisse in den Speicher SiS steuert. Sie kann aus einem Kippglied bestehen, dessen Ausgang mit einem Eingang des Speichers SiS verbunden ist. Dieser Speichereingang ist ausserdem mit dem Ausgang PR/W des Registers COM verbunden. Diese Anordnung gestattet die Abgabe von Mikroinstruktionsroutinen an die Recheneinheit PMAU zur Ausführung von Funktionen oder Funktionskombinationen der oben beschriebenen Art.

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Die Recheneinheit PMAU arbeitet wie folgt. Wenn die Schaltung. ACD ihre" Adresse in den von der N-Leitung genommenen Daten erkeniit, weiss sie, dass sie die nächstfolgenden Daten von der N-Leitung analysieren sollte. Mit diesen Daten kann die ACD bestimmen, welcher ihrer Ausgänge erregt werden sollte. Wenn sie eine Instruktion erkennt, die einen Zugriff zum Signalspeicher SiS fordert, wird der Ausgang SiSC erregt. Dadurch kann jetzt das nächste auf der N-Leitung erscheinende Byte in das Register F geladen werden. Das ist die Adresse des Speichers SiS, deren Zugriff durch die Steuereinheit angefordert wurde. Das nächste Byte ist dann ein Steuerbyte, das an das Register COM gerichtet ist, das möglicherweise nur eine Bitposition enthält. Wenn dieses Bit gleich 1 ist, verlangt der entsprechende Befehl (PR) die Lesevorbereitung für den Speicher SiS, und es werden die Leseschaltungen des Speichers erregt. In diesem Fall wird die aus dem Speicher geholte Information über das Tor 24 im Register BOR gepuffert. Jetzt muss man warten, bis die ACD einen weiteren Lesesteuerbefehl decodiert und ihren Ausgang RC erregt, woraufhin der Inhalt des Registers BOR über das Tor 1 auf die N-Leitung gegeben wird. Wenn andererseits das im COM-Register enthaltene Bit gleich 0 ist, betrifft der empfangene Befehl eine Schreiboperation in den Speicher SiS. Durch Oeffnen des Tores 24 können die am Eingang (N-Leitung) vorliegenden Daten in das Register BOR geladen werden. Der Inhalt dieses Registers wird dann über das Tor 2 in den Speicher SiS an die Adresse geladen, die durch den Inhalt des Registers F bezeichnet ist, und das Laden erfolgt unter der Steuerung durch das komplementierte Ausgangssignal des Registers COM.

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Wenn ACD einen Befehl zum Laden des Registersatzes CWR decodiert, wird der Ausgang CWC erregt. In diesem Fall wartet die ACD auf ein Steuerwort CW, und die nächsten am Eingang (N-Leitung) erscheinenden vier Bytes werden in die Register PTRl, PTR2, PTR3 und OP-Code eingegeben.

Wenn die Einheit PMAU zur Ausführung des Steuerwortes bereit ist, gibt sie diese Information an die Steuereinheit durch Anlegen eines "1"-Signales an das Kippglied L der Anschlusseinheit NBl durch den Eingang INT.RQ. Damit fordert sie ein neues Steuerwort von der Steuereinheit an. In der Zwischenzeit wurde der Inhalt von CWR in IR und AR übertragen. Der Op-Code geht nach TJ,und PTRl, PTR2 und PTR3 werden in die Register A, B bzw. C geladen. Das Bit in der Position 1 von TJ gibt das Vorzeichen der durch die Einheit MULT/AKK auszuführenden Operationen an. Mit den Bits 5 bis 7 werden die Adressen für den Speicher SiS zus 'mmengesetzt, während die Bits 2 bis 4 den Typ der "von der PMAU-Einheit auszuführenden Funktion definieren. Diese Bits gestatten der Verzweigungssteuerung BR der Steuereinheit CB ein Mikroprogramm aus den im ROS gespeicherten Programmen auszuwählen. Tatsächlich braucht man nur die erste Instruktion dieses Mikroprogrammes zu wählen; die anderen Instruktionen werden bestimmt durch ein in jeder (vom ROS an das BIR übertragenen) Instruktion enthaltenes erstes Feld NIA oder durch ein zweites Feld, welches eine Verzweigung durch die Verzweigungseinheit BR festlegt. Der übrige Inhalt des BIR wird decodiert und damit die Ausführung der Operationen durch die Einheit PMAU gesteuert. Der Decodierer steuert insbesondere die Uebertragung der Ergebnisse der Einheit AKK an die N-Leitung. Sobald der Akkumulator das Ergebnis erhalten

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hat, wird der Steuerung RCT diese Tatsache mitgeteilt und der Decodierer bewirkt dann die Uebertragung.

Alle Uebertragungen zwischen der Recheneinheit PMAU und der N-Leitung laufen durch den Speicher SiS. Die Ergebnisse aus der Einheit MÜLT/AKK müssen daher in diesen Speicher geschrieben werden. Die Bestimmung der notwendigen Adressen hangt von der auszuführenden Funktion ab. Ihr Prinzip wird daher durch den Decodierer festgelegt entsprechend den Typenbits, die ihm vom Op-Code des verarbeiteten Steuerwortes geliefert werden. Es wurden zwei Grundprinzipien gewählt. Wenn die jeweils neu zu erzeugende Adresse von dem vorhergehenden Rechenergebnis unabhängig ist, erfolgen die Eintragungen im Speicher SiS sequentiell. Die Initialisierung der Folge erfolgt durch die Abgabe einer Instruktion von der Steuereinheit IS-E, deren erstes Byte durch ACD so decodiert wird, dass der Ausgang IRAC erregt wird, wodurch das Laden des Registers IRA mit dem zweiten Byte derselben Instruktion bewirkt wird. Die so initialisierte Folge läuft weiter bis zum Empfang einer neuen Initialisierungsinstruktion von der Steuereinheit IS-E. Bei dieser Art der Adressierung wird die Adresse jeweils in das Register Rl eingegeben und später vom Addierer um eine Einheit erhöht.

Bas zweite Prinzip zur Bestimmung der Adresse, an welche die Rechenergebnisse ia Speicher SiS geschrieben werden sollen, wird angewandt, wenn die Einheit PHMJ die Adresse nach der ausgeführten Operation selbst initialisiert. In diesem Fall wird die Adresse nach jeder Operation errechnet. Ua diese Adressen nicht einzeln errechnen zu müssen, kann man mehrere Adressen

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zusammen errechnen und sie in eine Warteschlange in das Register R2 einsetzen.

Zum besseren Verständnis dieser Adressierprobleme sei angenommen, dass man eine gegebene Tabelle mit Einträgen konstanter Länge zu benutzen hat, die zwischen den Adressen ζ und z+n im Speicher SiS stehen und deren Inhalt nach jedem Lesen progressiv erneuert wird. Insbesondere wird die Position des jeweils zu lesenden Eintrags angegeben durch einen Zeiger, der sich progressiv weiterbewegt. Zu diesem Zweck hat die Steuereinheit CB an die Adresse z+n+1 ein "Modifizierer" (MOD) genanntes Wort gesetzt, das ein bestimmtes Kennzeichen Fl (siehe Fig. 5) sowie die erste Adresse FA der Tabelle enthält. Das Lesen der Tabelle beginnt an der durch den Zeiger in R2 angegebenen Position; der Inhalt dieser Position wird durch neue, in die Tabelle einzugebende Daten ersetzt. Der Zeigerwert wird durch den Addierer ADD um eine Einheit geändert und wieder in das Register R2 gesetzt. Das Lesen der Tabelle wird weitergeführt durch Erhöhen der Leseadresse um jeweils eine Einheit, bis das Kennzeichen Fl abgefühlt wird, woraufhin der Inhalt des Feldes FA für die nächste Leseadresse eingesetzt wird. Dann wird das sequentielle Lesen wieder aufgenommen bis zum Zeiger oder bis zu einer Tabellenendadresse.

Das erste Verfahren ist besonders nützlich bei einer von der Einheit PMAU auszuführenden Filterfunktion. In diesem Falle enthält die Tabelle Daten x. des zu filternden Signales und simuliert die Funktionen der in der Filteroperation gebrauchten Verzögerungsleitung.

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Bei manchen Anwendungen braucht man nur bestimmte ausgewählte Einträge der Tabelle, beispielsweise nur jeden zweiten oder dritten Eintrag. Beim Lesen der X-Tabelle muss man daher wiederholt springen: In diesem Fall werden die Bits 5 bis 7 des vierten Byte des Steuerwortes CW, d.h. die Sprungibts (J) benutzt, und die X-Adresse wird nach jedem Lesen von SiS um den Betrag J erhöht.

Wenn dieselbe F"nktion mehrmals mit verschieden?·-'. Datengruppen wiederholt werden soll (dasselbe Steuerwort CW), müssen die Operationen verkettet werden. Mit dem Kennzeichen Fl wird das Ende einer jeden Datengruppe markiert. Ein Feld des Modifizierers, dessen Inhalt als Verschiebung (DIS) bezeichnet wird, wird ebenfalls verwendet. Der DIS-Wert wird vom Speicher in das Register MOD übertragen. Durch Addition des Verschiebungs-Wertes DIS zur Adresse des Zeigers einer Gruppe erhält man die Adresse des Zeigers der nächsten Gruppe. Um eine solche Funktionsverkettung zu zeigen, wird auf die Darstellung der Fig. 19 Bezug genommen Xierden, die ein Beispiel für den Inhalt des Speichers SiS zeigt.

Es wird angenommen, dass es drei Datengruppen x, y und ζ und drei Koeffizientengruppen a, b und c gibt. Die Koeffizienten sind sequentiell angeordnet, und die Koeffizientengruppen sind voneinander durch je ein Wort getreent, das durch ein Kennzeichen Fl markiert ist. Die Bedeutung des Kennzeichens kann sich von einer Funktion zur anderen ändern, sein Vorhandensein bei den Koeffizienten bezeichnet jedoch immer das Ende eines Koeffizientensatzes. Die Datensätze x, y und ζ stehen an verschiedenen

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Stellen des Speichers. Innerhalb desselben Satzes werden Daten mit dem oben beschriebenen Verfahren sequentiell gelesen und erneuert. Um die Operationen beim Uebergang von einem Satz zum anderen jedoch zu verketten, wird das Feld DIS benutzt, dessen Inhalt zur Adresse des Zeigers des benutzten Satzes addiert wird, um die Adresse des Zeigers des nächsten Satzes zu erhalten.

Fig. 5 und 5a zeigen drei Felder für jeden Modifizierer: Ein Feld FA zur Bezeichnung der ersten Adresse der Gruppe, ein Verschiebungsfeld DIS und ein Kennzeichenfeld Fl. Zwei weitere Felder zur Steuerung der Vorzeichenänderung und der Rückstellung des Akkumulators können vorgesehen werden.

Wie oben gesagt wurde, ist die Recheneinheit PMAU so ausgelegt, dass sie bestimmte mathematische Operationen ausführen kann, die alle auf der Grundoperation Y = Σ ax basieren. Damit können die meisten zur Signalverarbeitung nötigen Funktionen ausgeführt werden. Einige wurden bereits angegeben, dazu gehören die Filterfunktionen, die anschliessend genauer beschrieben werden, um die Arbeitsweise der Einheit PMAU zu zeigen.

Die Transversalfilterfunktion wird hauptsächlich durch Ausführung der Grundoperation Y = £ ax erfüllt. Im allgemeinen gestatten die Rechenkapazität der PMAU-Einheit und ihre Arbeitsgeschwindigkeit, die wesentlich höher liegt als die Datenrate am Eingang eines angeschlossenen Systems, die verschachtelte Ausführung verschiedener Filterfunktionen in einer Kette. Es muss dann eine Anordnung zum Speichern der Daten in den Speicher SiS

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vorgesehen werden. Es sei angenommen, dass die drei folgenden Filterfunktionen auszuführen sind:

1) oder: _2]^ oder: _3)_

Ϊ-Σ- Vi ^Y r Σ «λ ^{Y =} E Vi

X^sl 1-1 3.-1

:■« Σ b.xi υ¹= Σ a.x! υ'= Σ *·*·

T₁Ii r _Ί ι ι τ. li

i=l i=l i=l

Y"= I cx" Y"= £ ax" Y"= -E

1=1 ι i=l i=l

Es sollten zur Berechnung der Werte von Y, Y¹ und Y" je ein Satz von η Koeffizienten der Typen a, b und c sowie von je η Datenwörtern x, x* oder x" zur Verfügung stehen.

Dann ist das oben beschriebene Funktionsverkettungsverfahren anzuwenden und in diesem Fall haben die Kennzeichen Fl folgende Bedeutung:

Datenkenhzeichen: 00 kein Kennzeichen

01 Satzende

10 Letzter Satz

Koeffizientenkennzeichen: 00 kein Kennzeichen

01 Verkettung eines weiteren Koeffizientensatzes

' 10 Kette benutzt denselben Koeffizientensatz

11 Ende der Ausführung

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Das Kennzeichen gibt an, ob der Koeffizientensatz und/oder der Datensatz abhängig von der gerade laufenden funktion gewechselt werden muss.

Am Anfang geben die drei Zeiger des Steuerwortes CW an: 1) Die Adresse der neuen einzuführenden Daten, 2) die Lage des Zeigers des ersten Datensatzes, und 3) die Adresse des ersten Koeffizienten. Die Bits 2 bis 4 des Op-Code sind 001 und definieren für die Steuereinheit CB den Typ der Transversalfilterfunktion.

Es wird angenommen, dass die drei Koeffizientensätze a, b und c zu benutzen sind. Zuerst errechnet die PMAU-Einheit die Serie 1, nämlich:

η η η

Y-T a.χ. Y' = £ b.x! und Y"= £ a.xV

T₁Il .,11 ...11

1=1 1=1 ι=1

In diesem Fall wird das Datenkennzeichen 01 (Satzende) an das Ende der Gruppen χ und x' und das Datenkennzeichen 10 (Ende des letzten Satzes) an das Ende der Gruppe x" gesetzt. Das Kennzeichen der Koeffizientensätze a und b ist 01 und das Kennzeichen des Koeffizientensatzes c ist 11.

Wie oben gezeigt wurde, kann die Recheneinheit PMAU auch Operationen mit komplexen Zahlen der Art:

^ ⁺ JZ=E

ausführen und rechnet dann

(ax-by) und Z - £ (ay+bx) FR 9-74-004 - 20 -

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separat im sequentiellen Betrieb nach-der obigen Beschreibung. In diesem Fall müssen natürlich die Bedeutungen der beiden als Kennzeichen verwendeten Bits sowie die Zuordnung der Zeiger des Steuerwortes CW geändert werden. Die Kennzeichen werden folgende:

Zuordnung	Code	Bedeutung
Daten	0 0	kein Kennzeichen
	0 1	Satzende
Koeffizienten	0 0	kein Kennzeichen
	0 1	Ende des Koeffiz
	1 0	Ende des Koeffiz

Der Modifzierer befindet sich an derselben Adresse wie das Datenkennzeichen und enthält die erste Datenadresse, den Verschiebungswert, eine Anzeige zur Rückstellung des PMAU-Akkumulators sowie eine Anzeige für Vorzeichenwechsel.

Der erste Zeiger'gestattet den Abruf neuer Daten aus dem Speicher SiS, der zweite wird zum Laden der neuen Daten in die entsprechende Tabelle des Speichers SiS benutzt, und mit dem dritten wird die Lage des ersten zu benutzenden Koeffizienten im Speicher SiS definiert.

Die Bits 2 bis 4 des vierten Byte des Steuerwortes CW, die in diesem Fall den Operationscode in der Form 010 definieren, geben die komplexe Transversalfilterfunktion an.

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Die PMAU-Eiriheit kann auch die Rekursivfilterfunktion ausführen, bei der bekanntlich die in der Einheit errechneten Daten hinterher als Eingangsdaten benutzt werden. Dann muss eine andere der oben beschriebenen Möglichkeiten zur Adressbestimmung benutzt werden.

Die Rekursivfilterfunktion kann von verschiedenen Formeln abgeleitet werden, und in diesem Fall wurde die sogenannte kanonische Form für die Ableitung ausgewählt. Abhängig von der Benutzung der direkten kanonischen Form oder der Kaskadenform sind zwei Fälle möglich. Im ersten Fall wird ein Abtastwert Y des gefilterten Signales abgeleitet von einer Summe von gewichteten te

Zwischensignalen der Funktion Z.

η
Y₁ = Γ a. Z₁ .

^k i=o ^{L k}"^L

^Zk " \ ⁺ I₁ ^bi ·■ ^Zk-i

Die den Wert für Z, ergebende Formel zeigt, dass zur Berechnung dieses Abtastwertes η vorher errechnete Abtastwerte Z , ^z , ··· ^z benötigt werden.

Für die Kaskadenform ergeben sich folgende Formeln:

Y - _a ⁿ 7ⁿ + a" 7ⁿ + a¹¹ 7ⁿ
\ ^ao \ ^al Vl ^a2 ^Zk-2'

^₁ " Λ, τ D₁ ti. - ' ■*" D_A ti. .ι If If I Ir-1 O V —9

EV CC J-iVJ. im B* £*

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Der ^unterschied zwischen der direkten Form und der Kaskadenform

f
resultiert aus der Benutzung der folgenden Kennzeichen:

Zuordnung	Code	Bedeutung
Daten	0 0	kein Kennzeichen
	0 1	Ende des Datensatzes
	1 0	Ende des Satzes,

Verketten mit nächstem Filter

Koeffizienten 0 0 kein Kennzeichen

0 1 denselben Datensatz benutzen 10 Datensatz wechseln

1 1 Ende der Koeffizientensätze

Mit dem ersten Zeiget des Steuerwortes CW werden die nächsten Daten X, bezeichnet. Der zweite Zeiger bezeichnet die ersten Daten des ersten Satzes und der dritte Zeiger den ersten Koeffizienten.

Ira Betrieb initialisiert die Recheneinheit PMAU die Ergebnisadresse durch Uebertragen des Inhaltes von Rl nach R2. Dann holt sie die ersten Daten aus dem Speicher SiS und benutzt diese Stelle im Speicher für das Teilergebnis Z. Sie holt die Koeffizienten und Daten, während sie die Kennzeichen beachtet. Sobald ein Datenkennzeichen 01 erkannt wird, holt sie die ersten Daten der Tabelle, rettet den Modifizierer und beginnt wieder von vorn. Wenn sie ein Koeffizientenkennzeichen findet, behält sie denselben Datensatz bei oder holt einen neuen Datensatz abhängig davon,

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ob dieses Kennzeichen 01 oder 10 ist, und beginnt wieder von vorn. Wenn sie das Koeffizientenkennzeichen 11 erkennt, lädt sie die neuen Daten X, in den Multiplizierer und stoppt. Wenn eine Filteroperation mit der vorhergehenden zu verketten ist, löst die Erkennung des Datenkenn— zeichens 10 den Beginn eines speziellen Schleifenbetriebes aus, während auf das letzte Koeffizientenkennzeichen überwacht wird. Dann lädt sie die neuen Daten in den Multiplizierer und fährt mit der nächsten Filteroperation fort.

In einer anderen Funktion kann die PMAU-Einheit eine Reihe von Zahlen linear korrigieren. Hierfür berechnet sie die folgende Gleichung:

G ist der neue, zu berechnende Ausdrück. Er geht hervor aus dem vorhergehenden Ausdruck 'CL, .. K₁ und K sind Konstanten und X und Y Daten. In diesem Fall ersetzt das Ergebnis C den alten Wert, d.h. C, im Speicher SiS. Im Speicher sind die Werte wie folgt angeordnet. Der erste Zeiger des Steuerwortes CW bestimmt die Adresse eines Modifizierers, und die Koeffizienten Kl und K2 werden in die Speicherplätze unmittelbar hinter den Modifizierern für X und Y geladen.

Im Betrieb (Fig. 6) holt die PMAU-Einheit den Modifizierer aus dem Speicher, vm den für den Schritt vom X-Satz zum Y-Satz und zurück zu benutzenden ¥erschiebungswert kennenzulernen (Schritt 1). Es hält den Modifizierer fest (Schritt 2). Dann holt die PMÄU-Einheit den Wert C_n _

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aus dem Speicher (Schritt 3). Wenn ein Koeffizientenkennzeichen erkannt wird (CFl^O), ist die Operation beendet. Wenn nicht (CFl=O), wird C mit

1 multipliziert und in den Akkumulator gegeben (Schritt 4). Die PMAU-Einheit holt dann K aus dem Speicher (Schritt 5), dann X (Schritt 6), während sie nach einem Datenkennzeichen sucht (Schritt 7). Wenn sie kein Datenkennzeichen erkennt (DFl=O), holt sie im Schritt 8 den Wert K» und im Schritt 9 den Wert Y aus dem Speicher. Mit dem nächsten Koeffizienten

C,_T wird dieselbe Schleife wieder durchlaufen. Sobald sie ein Koeffizienten-N

kennzeichen erkennt, ist das Verfahren vorüber.

Im Ablaufdiagramm der Fig. 6 werden folgende Bezeichnungen verwendet:

A = Register A (bzw. B, C, etc.) (A) = Inhalt des Registers A

[(A)J - Inhalt der Position im Speicher SiS, die durch den Inhalt des Registers A adressiert wird

CFl = Koeffizientenkennzeichen

DFl = Datenkennzeichen

MAC = Multiplikator / Akkumulator

SOR = Ausgaberegister des Speichers SiS

DIS = Verschiebungswert

J ^s Sprungwert

Die Recheneinheit PMAU kann auch bestimmte einfachere Funktionen wie Multiplikationen mit einer Konstanten ausführen. Ausserdem kann sie

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Kombinationen der oben beschriebenen Funktionen ausführen durch Anwenden ähnlicher Verfahren, wie sie oben beschrieben wurden.

Jede Recheneinheit PMAU wird, wie oben beschrieben, durch eine Steuereinheit (IS-E) gesteuert, die jeweils ein Steuerwort CW für diesen Zweck bereitstellt. Die PMAU-Einheit signalisiert durch Abgabe einer Unterbrechungsinformation die Steuereinheit IS-E, dass sie mit der Ausführung der angeforderten Operation beginnt und zum Empfang eines weiteren Steuerworts CW bereit ist. Die CW-Ausführungen sind also verkettet, und die Ergebnisse werden in den Speicher SiS geschrieben, der durch die Einheit IS-E für Lese- und Schreiboperationen direkt adressiert wird. Die Steuereinheit entnimmt dem PMAU-Speicher die Ergebnisse der ausgeführten Berechnungen, die sie vorher angefordert hatte. Die Steuereinheit hat daher keine rein mathematischen Berechnungen mehr auszuführen} dies wird durch die Recheneinheit PMAU
erledigt. Sie muss jedoch die Steuerung aller mit der Sammelleitung
verbundenen Einheiten sicherstellen, nämlich einer oder mehrerer Recheneinheiten PMAU, über E/A-Anschlussmoduln (I/PO) angeschlossener externer Einheiten, sowie anderer Untersysteme (Sekundäreinheiten), die über eine Verbindungseinheit IBA angeschlossen sein können.

Die Steuereinheit ist deshalb ein intelligentes Modul. Nachdem sie sich in ihren Speicher die auszuführenden Programme selbst geladen hat,
erfüllt sie die Forderungen der verschiedenen von ihr gesteuerten Moduln. Zu diesem Zweck arbeitet sie auf Prioritätsbasis und sucht unter den an die N-Leitung angeschlossenen Einheiten diejenige mit der höchsten

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Priorität heraus. Diese Suche wird nach der Ausführung einer jeden Instruktion durch die Steuereinheit durchgeführt. *'

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Steuereinheit einen Speicher IS und einen logischen Teil E. Letzterer besteht gemäss Darstellung in Fig. 7 hauptsächlich aus einem Instruktionsregister IRM, das jeweils zwei Wörter vom Speicher IS empfangen kann, zwei Blöcken von Operandenregisfrn SA und SB, einem Rechenwerk ALU, einem Adressgenerator AdF und weiteren Registern, deren Funktion später beschrieben wird. Nimmt man jetzt an, dass der Speicher IS das Programm der von der Steuereinheit zu steuernden Operationen enthält, so wird zunächst eine Adresse in das Adressregister ISAR geladen, um eine Instruktion aus dem Speicher IS zu holen.

Diese Adresse wird durch einen Block von Instruktionsadressregistern NIAR geliefert. Die NIAR-Einrichtung verfügt über soviele Register, wie Prioritatsstufen vorhanden sind. In jedes Register wird nach der Ausführung einer Instruktion die Adresse der nächsten Instruktion des Programmes mit der betreffenden Priorität eingeschrieben. Bevor eine Instruktion ausge- , fuhrt wird, fragt also die Steuereinheit alle Einheiten ab, die unter ihrer Steuerung laufen und mit der betreffenden N-Leitung verbunden sind, um nur eine Instruktion für diejenige mit der höchsten Prioritätsstufe zu verarbeiten. Bei den Prioritätsstufen handelt es sieh daher eigentlich um Unterbrechungsstufen, da jedes Programm nach der Ausfuhrung einer seiner Instruktionen unterbrochen wird.

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2 5 5 A 6 5 2

Jede aus dem Speicher IS geholte Instruktion wird in das Instruktionsregister IRM geladen, das in diesem Fall zwei Wörter WO und Wl speichern kann. Das erste Wort stellt die Adressen der in einem der Register SA und SB enthaltenen Operanden dar, mit denen im Rechenwerk ALU eine Operation auszuführen ist- Das Wort Wl kann auch direkte Operanden darstellen, die nach Verarbeitung im Rechenwerk ALU in die Register SA oder SB gesetzt werden. Der Betrieb des Rechenwerks wird gesteuert durch das Feld ALU STRG von W,. Das Verarbeitungsergebnis kann entweder durch ein Register ALU REG laufen und in eines der Register SA oder SB und zur N-Leitung übertragen werden, oder es kann in den Adressgenerator ADF gesetzt werden, um dort unter Steuerung eines anderen Feldes von W, die Adresse der nächsten Instruktion zu generieren, welche Adresse dann in eines der NIAR-Register eingegeben wird. ,

Andere Daten können mit der N-Leitung ausgetauscht werden, entweder in Eingaberichtung, d.h.. von der Sammelleitung zur Steuereinheit E, oder in Gegenrichtung. In Eingaberichtung laufen die Daten durch ein Register REG IN, welches, entweder da.e Registergruppe SB oder das Eingangs register A der ALU speist. In Ausgaberichtung besteht ausser der oben genannten die Möglichkeit, die Ausgangssignale der Registergruppe SB direkt auf die N-Leitung zu übertragen. Die Uebertragungen erfolgen durch Tore G.

Der Betrieb der Steuereinheit beginnt mit einer Initialisierung, während der die ersten Adressen eines jeden Programmes, das von der Einheit ausgeführt werden kann,, in die NIÄR-Einheit geladen werden. Die mit der

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N-Leitung verbundenen Einheiten werden dann abgefragt. Wenn eines von ihnen Bedienung durch die Steuereinheit wünscht oder zur Ausführung einer Operation unter deren Kontrolle bereit ist, gibt e_s ein Anforderungssignal ab. Die Anforderung kann jedoch nur erfüllt werden, wenn die betreffende Einheit unter den anfordernden Einheiten die höchste Priorität hat. Um die Vielseitigkeit des Systems zu verbessern, wurde nicht nur jedem Eingang zur N-Leitung eine Priorität zugeordnet, sondern es besteht auch die Möglichkeit, durch den Programmierer definierte Prioritäten einzuführen.

Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass der Programmierer eine normale Unterbrechung mit der höchsten Prioritätsstufe (Stufe 0) mit der Geschwindigkeit eines in Fig. 7 mit TAKT bezeichneten Taktgebers einführen kann, oder dass er Prioritätsstufen zur Begünstigung tieferer Stufen durch eine Maskierungseinrichtung maskieren kann, oder schliesslich Unterbrechungsstufen durch eine PIRR-Einrichtung erzwingen kann. Die Maskierungs- und die PIRR-Einrichtung können Register mit so vielen Bitpositionen sein, wie Unterbrechungsstufen möglich sind. Der Programmierer lädt eine Eins oder eine Null in die Bitposition, die der zu maskierenden oder der zu zwingenden Stufe entspricht.

Wie oben ausgeführt wurde, kann die Steuereinheit die Programme, die sie zur Steuerung der von ihr abhängigen Moduln ausführen muss, in ihren Speicher IS selbst laden. Die Konstruktionsart dieser Einheit gestattet die Durchführung dieser Funktion zu niedrigen Kosten. Der Zusatz eines einfachen Registers mit der Bezeichnung IPL in Fig. 8 bietet die Möglichkeit, die Steuereinheit zu personalisieren. Zu diesem Zweck enthält der

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Speicher IS einen Festspeieherteil ROS, der ein Ladeprogramm enthalt, und einen Schreib-Lesespeicherteil RAM, in den die Anwendungsprogramme der Steuereinheit geschrieben werden, die durch eine mit der N-Leitung über einen E/A-Anschluss I/OP verbundene Einheit ATT geliefert werden. Diese Einheit kann z.B. ein Kartenleser sein. Fig. 8 zeigt in Form eines Blockdiagramms das Ladesystem. Der Inhalt des Festspeichers ROS läuft durch das Register IRM und beginnt die Ladeoperation. Die Stufe mit der höchsten Priorität (Stufe 0) wird der Einheit ATT zugeordnet, indem man eine Eins in die Nullstufenzelle des Registers PIRR setzt. Alle Register der NIAR-Einheit werden zurückgestellt, ausser demjenigen mit der höchsten Prioritätsstufe, in welches die Adresse der ersten Instruktion des Ladeprogrammes (Adresse 00001 für dieses Beispiel) eingegeben wird.

Das Vorhandensein einer binären Eins in der der Unterbrechungsstufe 0 entsprechenden PIRR-Zelle, verlangt die Ausführung des Ladeprogrammes. Die Adresse 00001 wird in die ISAR-Einheit gegeben, wonach das Lesen der entsprechenden Position des Speichers IS erfolgt, wo eine ATT-Leseinstruktion gefunden wird. Eine Instruktion und eine Adresse werden aus dem ATT über die N-Leitung herausgeholt, und das ganze in eines der SB-Register geladen. Dann wird die Instruktion durch die Steuereinheit in das IPL-Register übertragen, während der Wert der RAM-Speicheradresse, die die aus dem ATT geholte Instruktion empfangen sollte, in die ISAR-Einheit gegeben wird, wozu der Inhalt des Registers IPL in die RAM-Einheit geschrieben wird. Das ganze wird in der nachfolgenden Beschreibung "IPL-Verfahren" genannt.

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Zur Beschreibung des Datenflusses sei zuerst angenommen, Sass die Ausführung nur einer Instruktion betrachtet wird. Wenn eine mit der N-Leitung verbundene Einheit eine Bedienung durch die Steuereinheit wünscht, gibt sie eine Unterbrechungsanforderung ab, die durch die INTER-Einheit (siehe Fig. 7) erkannt wird. Dadurch kann der Inhalt desjenigen NIAR-Registers, welches der Unterbrechungsstufe der anforderneden Einheit entspricht, herausgezogen werden, nämlich die Adresse des Platzes im Speicher IS, wo die durch die Steuereinheit auszuführende Instruktion gespeichert ist. Durch das Adressregister ISAR wird somit eine Instruktion adressiert, die in das Register ISM übertragen wird. Diese Instruktion enthält die beiden Abschnitte W- und W„. W enthält entweder die Adressen der Register SA und SB, welche die im Rechenwerk ALU zu benutzenden Operanden abgeben, oder direkt die in die ALU-Einheit einzugebenden Werte. W gestattet die Operationssteuerung des Rechenwerks ALU. Das gelieferte Ergebnis kann an die Register SA oder SB oder an beide übertragen werden, und zwar in die bereits durch W_n definierten Adressen.

Die- Adresse der nächsten, auf derselben Frioritätsstufe auszuführenden Instruktion wird durch die VERZWEIG-Anzeige in W.. oder auch mit Hilfe des Rechenwerks ALU erzeugt. Die neue Adresse wird in das NIAR-Register geladen, welches der verarbeiteten Prioritätsstufe entspricht. Wenn die verarbeitete Instruktion sich auf eine Einheit bezieht, die mit der N-Leitung verbunden ist, ist ihre Adresse in W enthalten. "

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Zur Erhöhung der Verarbeitungsleistung arbeitet die Steuereinheit tatsächlich gleichzeitig an zwei Instruktionen, die zu zwei verschiedenen Programmen gehören (Gerade-Ungerade). Die NIAR-Register sind dann in zwei Gruppen angeordnet, von denen die eine die geraden Unterbrechungsstufen und die andere die ungeraden Unterbrechungsstufen verarbeitet. Wenn zwei Unterbrechungsanforderungen, eine ungerade (U) und eine gerade (G) gleichzeitig getätigt werden, arbeitet die Steuereinheit wie folgt. Die Prioritätseinhe: holt den NIAR-Inhalt der G-Stufe heraus, der dann nach ISAR übertragen wird. Diese Instruktion wird in der Steuereinheit ausgeführt, während das ungerade NIAR-Register U adressiert wird und ISAR speist, wodurch wiederum der Speicher IS adressiert und IRM geladen wird usw.

Die Steuereinheit arbeitet daher nut zwei Programmsätzen, von denen jeder seine eigene Prioritätseinrichtung hat. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird gemäss Prioritäten die Verarbeitung der Stufe 6 unterbrochen, nachdem die Ausführung der Instruktion 103 beendet wurde, um zur Stufe 4 zu gehen (neuanfordernde Einheit mit einer höheren Priorität als die Stufe 6). Die Instruktionen 200 und 201 werden ausgeführt. Dann geht die Verarbeitung zur Stufe 6, Instruktion 104 zurück, und läuft weiter. Ein ähnlicher Prozess läuft zwischen den Programmen, ab, die zur ungeraden Stufe gehören. Gerade und ungerade Programme werden somit parallel verarbeitet. Um das möglich zu machen, müssen natürlich die Elemente der Steuereinheit in besonderer Art so angeordnet werden, dass sie bestmöglich genutzt werden, während der Verlust oder die Vermischung von Daten vermieden wird.

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Die zur Ausführung einer Instruktion benötigte Zeit wird in vier gleiche Teile C , C , C und C unterteilt. Nach Darstellung in Fig. 10 wird

während des Zyklus C , soweit die geraden Stufen betroffen sind, eine halbe Instruktion aus dem Speicher IS geholt und in das Register IEM geladen, und die vorhergehende Instruktion wird in die Sätze SA und SB geschrieben. Das Rechenwerk ALU arbeitet für die ungeraden Stufen. Während C„ wird für die geraden Stufen der zweite Teil der Instruktion aus IS geholt, und die Register SA und SB werden gelesen. In der Zwischenzeit werden die Adressdecodiereinrichtung zum Decodieren der Adresse der nächsten Instruktion (N. INST.AD) und die Unterbrechungseinrichtung (UNTERBR.) den ungeraden Stufen zugeteilt. Während C wird das Rechenwerk ALU den geraden Programmen zugeteilt, wahrend für die ungeraden Programme die erste Hälfte einer Instruktion geholt und in die Register SA und SB geschrieben wird. Während C schliesslich wird für die geraden Programme die Adresse der neuen Instruktion decodiert und die neue Unterbrechungsstufe verarbeitet; bei den Programmen der ungeraden Stufen wird die zweite Hälfte der Instruktion aus IS geholt, und die Register SA und SB werden gelesen« In gleicher Weise wird fortgefahren rait C , C usw.

Das Rechenwerk ALU kann von bekannter Bauart sein. Es sollte in der Lage sein, Additionen, Subtraktionen, UND-Verknüpfungen, ODER-Verknüpfungen, Antivalenzverknüpfungen, Rechts- und Linksverschiebungen auszuführen. Seine beiden Eingangsregister A und B können Daten aufnehmen und halten, während eine ALU-Operation läuft. Diese Register verfügen über die Abschnitte PA und PB für Paritätsbits. Ein Ausgaberegister AUSG.REG. empfängt das

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Ergebnis vom Rechenwerk ALU. Nach Darstellung in Fig. 11 ist eine Paritätssteuerung vorgesehn. Der Inhalt von PA bzw. PB wird je einer Paritätssteuereinheit PARIT.-STRG. zugeführt und zur Erstellung eines Ergebnisses PP benutzt, das durch eine Paritätsvoraussageschaltung PARIT,-VORAUSSAGE geliefert wird. Det Vergleich von PP mit den Paritätsbits PR, erzeugt vom Paritätsgenerator PARIT.-GEN., dem das Ergebnis aus dem Rechenwerk ALU zugeführt wird, ergibt die Fehleranzeige. Das Ergebnis wird im Register AUSO.-REG. gepuffert.

Nach diesen Erläuterungen sollte es leichter sein, die Zusammenarbeit der Recheneinheit PMAU mit der Steuereinheit IS-E zu verstehen. Die Recheneinheit PMAU ist, wie oben ausgeführt, von derjenigen Steuereinheit abhängig, welche die N-Leitung steuert, an die sie angeschlossen ist. Sobald die PMAU-Einheit zur Ausführung eines durch die Einheit IS-E gelieferten Steuerwortes CW bereit ist, leitet sie eine Unterbrechungsanforderung ein, indem sie z.B. eine binäre Eins in das zugehörige Kippglied L setzt. Die Zweirichtungs-Sammelleitung enthält Leitungen für die Datensignale (Datenleitung) und eine andere Leitung für die Unterbrechungssignale (Unterbrechungsleitung). Wenn die PMAU-Einheit eine binäre Eins auf die Unterbrechungsleitung der ihr zugeordneten Sammelleitung gibt, wird die Steuereinheit davon informiert, dass die Ausführung des Steuerwortes begonnen wurde und die PMAU-Einheit ein neues Steuerwort empfangen kann. Die Ergebnisse werden automatisch in den Speicher SiS gespeichert, der von der Steuereinheit zum Lesen oder Schreiben adressiert wird. Diese Zugriffe werden nach dem prioritätsgesteuerten Zykluszuordnungsverfahren ausgeführt,

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und so müssen jeder PMAU-Einheit zwei Adressen zugeordnet werden, nämlich eine für die PMAU-Einheit und die zweite nur für den Speicher SiS. Tatsächlich genügt ein zur PMAU-Adresse zusätzliches Bit.

Das Steuerwort CW enthält vier Bytes· Um es in die Recheneinheit PMAU einzugeben, führt die Steuereinheit eine Instruktion "vier Byte schreiben" aus. Mit einer weiteren Schreibinstruktion stellt die. Steuereinheit eine Folge von Adressen des PMAU-Speichers SiS bereit, die nach dem oben beschriebenen Verfahren verarbeitet werden soll. An diese Adressen werden die Ergebnisse der von der PMAU ausgeführten Operationen abgegeben.

Durch Ausführen von Lese- oder Schreibinstruktionen kann also die Steuereinheit entweder Daten an eine an die N-Leitung angeschlossene Station senden oder Daten von einer Station holen.

Die beiden für das Signalverarbeitungssystem wesentlichen Moduln, nämlich die Steuereinheit IS-E und die Recheneinheit PMAU, arbeiten mit von dem zu verarbeitenden Signal abgeleiteten Daten. Die Verbindung mit jeder Datenquelle ist durch je ein E/A-Anschlussmodul I/OP sichergestellt· Nach Darstellung in Fig. 12 ist dieses relativ einfach aufgebaut. Obwohl es in dieser Figur die Verbindung eines Analog-Digital-Umsetzers AD mit der N-Leitung herstellt, ist es ein Standardanschlussmodul und deshalb nicht von dem angeschlossenen Gerat abhängig. Dieses Modul besteht hauptsächlich aus einem Adressdecodierer AD-DEC, der mit dem Datenteil der N-Leitung verbunden i*t, einem Register R und einem Kippglied Lo.

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Wenn der AD-Umsetzer oder ein anderes externes, mit dem E/A-Anschlussmodul (I/OP) verbundenes Gerät eine.Information für das Steuergerät hat, lädt es diese in das Register R, während das Kippglied Lo auf "1" geschaltet wird. Da das Kippglied mit derjenigen Unterbrechungsanforderungsleitung der N-Leitung verbunden ist, diezu der diesem E/A-Anschlussmodul zugeordneten Prioritätsstufe gehört, wird die Steuereinheit von dieser Unterbrechungsänforderung unterrichtet. Wenn die Steuereinheit zu einem gegebenen Zeitpunkt bereit ist, diese Bedienungsanforderungen zu erfüllen, sendet sie die Adresse des betroffenen E/A-Anschlussmoduls über die N-Leitung, und das E/A-Anschlussmodul entlädt dann bei Erkennen der eigenen Adresse den Inhalt seines Registers R auf die Datensammelleitung und setzt das Kippglied LO auf O zurück. Um die Steuereinheit und die an das E/A-Anschlussmodul angeschlossene externe Einheit in beiden Richtungen miteinander verbinden zu können, kann man das Register R al τ Eingabe- und Ausgaberegister benutzen.

Ein Modul mit der Bezeichnung Verbindungseinheit IBA ist vorgesehen für die Verbindung zwischen zwei Untersystemen (Zweigen), von denen eines als Leitsteuereinheit (Leiteinheit) und das andere als Sekundärsteuereinheit (Sekundäreinheit) arbeitet. Man kann fast sagen, dass die Schaltung aus zwei gegensinning verbundenen E/A-Anschlussmoduln i/OP besteht, wie in Fig. 13 gezeigt. Wenn die Leiteinheit M Verbindung mit der Sekundäreinheit E. aufnehmen will, sendet sie die Adresse der Verbindungseinheit IBA auf die N-Leitung und gleichzeitig einen Schreib- oder Lesebefehl. Wenn die Adresse einmal von der Einheit AD-DEC decodiert wurde, veranlasst die Leiteinheit M das Laden des Registers R, Gleichzeitig ruft die Leiteinheit M

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über eine Steuerschaltung CTL die Sekundäreinheit E durch Abgabe einer Unterbrechungsanforderung auf der höchsten Prioritätsstufe, indem sie ein entsprechendes Signal auf die Leitung UNT.0 der N-Leitung 2 sendet. Nach der Ausführung der laufenden Instruktion adressiert die Sekundäreinheit die IBA-Einheit und veranlasst das Entladen des Inhaltes von R auf die N-Leitung 2. Mit Ausnahme der Prioritäten läuft die umgekehrte Operation von E nach M genauso. In diesem Fall hat die Sekundäreinheit natürlich nicht die höchste Priorität, und ihre Prioritätsstufe hängt von der allgemeinen Konstrkution des gesamten Systems und der Aufteilung der Arbeitsbelastungen auf die verschiedenen Untersysteme ab.

Die Verbindungseinheit IBA kann fast symmetrisch sein, man kann aber auch einen einzigen Adressdecodierer für beide Richtungen verwenden.

Aus den oben beschriebenen Moduln können Signalprozessoren aufgebaut werden. Grundsätzlich muss bei jeder Anwendung zunächst einmal eine Liste der auszuführenden Funktionen aufgestellt werden, und dann müssen zur Optimierung der ganzen Anlage die Funktionen auf die verschiedenen Untersysteme verteilt werden. Die vorliegende Erfindung wird anschliessend anhand eines Beispieles aus dem Telefonbereich und eines anderen Beispieles aus dem Modembereich gezeigt. Diese Auswahl von Beispielen schränkt jedoch den Anwendungsrahmen der Erfindung, die ebensogut auf andere Arten von Signalprozessoren anwendbar ist, in keiner Weise ein.

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Ein Telefonsystem sollte folgende Funktionen ausführen: Dauernde Abfrage der verbundenen Teilnehmeransehlüsse zur Ermittlung ihres Belegungs- bzw. Freizustandes, Uebertragung der Töne, Erkennung der gewählten Nummern," Aufbau der Verbindung zwischen rufendem und gerufenem Anschluss, Rufzeichen für den gerufenen Anschluss usw. Das hier betrachtete Telefonsystem arbeitet im Zeitmultiplexverfahren. Ein derartiges System ist beschrieben in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 405 401.

Zuerst werden die Grundprinzipien erklärt: Alle an das System angeschlossenen Teilnehmeransehlüsse werden in diesem Fall periodisch abgefragt, um Zustandsänderungen zu erkennen. Wenn ein Zustand "abgehoben" erkannt wird, wird die zugehörige Teilnehmeranschlussnummer aufgezeichnet und ein Wählton an den rufenden Teilnehceranschluss gegeben, der dann weiss, dass er die Nummer des verlangten Teilnehmers wählen kann. Sobald diese feststeht, wird ein Ruf an den verlangten Teilnehmeranschluss abgesandt. Dann wird der Zustand des Gabelschalters (aufgelegt/abgehoben) festgestellt, und die Verbindung hergestellt durch Zuordnung des gleichen Zeitabschnittes im Multiplexzyklus zu den beiden Anschlüssen. Das bewirkt jeweils ihren gleichzeitigen Zugang zur Zeitmultiplexleitung zur Datenübertragung.

Fig. 14 zeigt ein Telefonsystem, welches N Teilnehmeransehlüsse bedient, die in drei Gruppen Kl, K2, K 3 unterteilt sind. Jede Gruppe ist mit einem Untersystem verbunden, das eine Steuereinheit IS-E enthält, die an eine mit einer Recheneinheit PMAU und zwei E/A-Anschlussmoduln ausgestattete N-Leitung angeschlossen ist. Das erste E/A-Anschlussmodul SB sorgt für

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die Verbindung der Zeitmultiplexleitung mit den Anschlüssen TO, Tl, ... Tn über die Leitungsanschlußleitungen LAO, LAl, ... LAn. Jede Leitungsanschlußschaltung enthält eine konventionelle jLeitungsschaltung sowie einen AD- und DA-Umsetzer. Das zweite jE/A-Anschlußmodul (CSB) sorgt für die Verbindung mit einer der j jTelefonsteuerung zugeordneten Leitung. Dieses E/A-Anschlußmodul j 'sichert die Abfrage- und Rufoperationen, das Erkennen von Zustands-j [änderungen usw.

I ■ ■ ' " "■ ■ ■

Die Aufteilung der Anschlüsse in verschiedene Gruppen bietet eine iLösung für Probleme, die durch räumliche Entfernungen zwischen den Anschlüssen entstehen. Die Anschlüsse derselben Gruppe können j durch ein Untersystem behandelt werden. Die Gesamtsteuerung ver- j langt die Benutzung einer Leitsteuereinheit M, die eine Leitfunk- j [tion über andere Steuereinheiten Sl, S2, S3 ausübt. Die N-Leitung JO, die mit der Leitsteuereinheit verbunden ist, ist daher auch jmit der N-Leitung 1, N-Leitung 2 und N-Leitung 3 der Sekundärsteuereinheiten über die Verbindungseinheiten IBAl bis IBA3 verbunden« Ein E/A-Anschlußmodul SBO gestattet die Verbindung einer Zeitmultiplexsammelleitung O mit der N-Leitung O. Jede Zeitmultiplexsammelleitung eines Untersystems ist mit SBO über eine Zeitmultiplexverbindungsschaltung verbunden, die bezeichnet ist mit TBI.

Im Betrieb können die Operationen wie folgt ablaufen; Jede der Steuereinheiten. E2, E3 und E4 fragt dauernd die Schaltungen LA, die mit der ihr zugeordneten K-Gruppe verbunden sind, durch sequentielle und zyklische Adressierung besagter Schaltungen ab, indem ihre Adresse zusammen mit einem Lesebefehl durch das An-

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schlußmodul CSB gesandt wird. Nimmt man an, daß die Schaltung LAO j der Gruppe K3 mit einem rufenden Telefonapparat verbunden ist, j so empfängt die adressierende Steuereinheit E4 von LAO eine Information, welche die Zustandsänderung (Abheben des Hörers) anzeigt. j Die Steuereinheit S3 hat die Adresse des Anschlusses TO aufgejzeichnet und wird von dem Ruf informiert. Sie sendet durch das E/A-Anschlußmodul SB3 den konventionellen Wählton an LAO und somit an den rufenden Teilnehmer TO, Der erwähnte Ton muß zuerst einmal erzeugt werden. Deshalb veranlaßt S3 die Recheneinheiit PMAU3 zur Durchführung dieser Tonerzeugungsoperation (die im einzelnen später beschrieben wird) durch Abgabe eines Steuerwortes CW an die Recheneinheit, welches die Art des benötigten Tones (Wählton) angibt. Der rufende Teilnehmer am Anschluß TO wird durch Empfang des Wähltones davon informiert, daß er die Telefonnummer des zurufenden Anschlusses wählen kann. Die Steuereinheit S3 sammelt die gewählten Ziffern durch das E/A-Anschlußmodul IBA3 an die Leiteinheit M nach der oben beschriebenen Technik, um die Verbindung zwischen Leiteinheit und Sekundäreinheit herzustellen. Es kann z.B. angenommen werden, daß der gerufene Anschluß der Anschluß Tn in der Gruppe Kl ist. Die Leiteinheit identifiziert diesen Anschluß und stellt fest, mit welcher Steuereinheit zu verbinden ist. Dann fordert sie von Sl den Zugang zu dem Anschluß Tn, der zu dieser Gruppe gehört. Die Sekundäreinheit Sl sendet über CSBl einen Rufsteuerbefehl an Tn. Während Tn gerufen wird, informiert Sl die Leiteinheit, die dann S3 auffordert, ein Rufrückmeldesignal an den rufenden Anschluß TO über das E/A-Anschlußmodul SB3 zu geben. Bei diesem Signal handelt es sich um einen anderen Ton, der von der Einheit PIIAU 3 erzeugt wird (von S3 angefor··

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dert), indem an die Einheit PMAU 3 das den geforderten Funktionen entsprechende Steuerwort gegeben wird. Der Belegungszustand des gerufenen Anschlusses Tn wird von S1 während der sequentiellen Abtastung der K1-Anschlüsse erkannt. Diese Steuereinheit liefert dann an Tn einen Befehl zur Rufbeendigung über CB31 und LAn. Die Verbindung kann durch die Leiteinheit M hergestellt werden. Zu diesem Si eck wird derselbe Zeitabschnitt Ti zum Abfragen der Zeitmultiplexleitung 0 von der Leiteinheit H beiden Zeitraultiplexverbindungsschaltungen TBI1 und TBI3 zugeordnet. Diese Zeitmultiplexverbindungsschaltungen vervollständigen durch die Zuordnung der Zeitabschnitt die Verbindung zwischen der Zeitmultiplexleitung 0, !der Zeitmultiplexleitung 3 und der Zeitmultiplexleitung 1. Das bedeutet f daß der Inhalt der Zeitmultiplexleitung 1, der während des Zeitabschnittes erscheint,- der im Abfragezyklus der Gruppe K1 dem Anschluß Tn zugeordnet ist, in ein Register der Zeitmultiiplexverbindungsschaltung TBI1 gespeichert wird, daß der Inhalt dieses Registers die auf der Zeitmultiplexleitung 0 während der iZeit Ti zu übertragenden Daten darstellt, und daß der Inhalt der Zeitmultiplexleitung 0 während dieses Zeitabschnittes Ti aaf die ,Zeitmultiplexleitung 3 gegeben werden sollte, während des Zeitabschnittes, der für die Abfrage von TO der Gruppe K3 vorgesehen ist.
i

!Die auf diese Weise aufgebaute Verbindung wird nur unterbrochen, wenn die Sekundäreinheiten S1 oder S3 erkennen, daß einer der hceilnehmer (Anschluß Tn oder TO) aufgelegt hat. S1 oder S3 zeigen diesen Zustand natürlich der Leiteinheit an, die den betreffenden Zeitabschnitt der Zeitmultiplexleitung 0 dann wieder freigibt.

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Dieses Verfahren ist in einem Programm enthalten, das im Speicher IS der Leiteinheit oder der Sekundäreinheit gespeichert ist. Es kann z.B. beim Aufbau des Systems durch Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens in diesen Speicher eingegeben worden sein.

Es wurde oben gezeigt, dass Tonsignale zu einem bestimmten Zeitpunkt im Vermittlungsprozess an die Anschlüsse gegeben werden müssen. Diese Tonsignale werden durch die PMAU-Sinheit bei Empfang eines entsprechenden Steuerwortes CW erzeugt. Bekanntlich werden Tonsignale verschiedener Frequenzen und Amplituden in Telefonsystemen benötigt. Alle diese Frequenzen werden in diesem Fall aus einer'Grundsinuswelle abgeleitet (sieheFig. 15a), wobei Abtastwerte ihrer Halbschwingungen im Speicher SiS der Recheneinheit PMAU gespeichert sind. Aus diesen Abtastwerten kann die Recheneinheit harmonische Sinusschwingungen aufbauen. Im vorliegenden Fall sind Tonsignale lineare Kombinationen der Frequenzen Sp und Sq, die der folgenden Formel entsprechen:

S - oU Sp + /3 Sq
worin °C und /3 Konstanten sind.

Das Signal kann also durch die PMAU-Einheit synthetisiert werden. Die Steuereinheit IS-E zeigt der Recheneinheit PMAU die Art des zu einem gegebenen Zeitpunkt gewünschten Tones an. Die Werte der Parameter oC und /3 sind damit ebenso definiert wie die Charakteristik von Sp und Sq. Fig. 15b zeigt die Anordnung der benötigten Daten im Speicher SiS. Die

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Koeffizienten ⁰^- und /3 sind zweimal gespeichert, nämlich oC und /S in den Adressen B und B+l und - OL. und /3 in den Adressen C und C+l. Die Daten X stellen die Abtastwerte X bis X der Grundsinusschwingung der Frequenz f dar, gespeichert in den Adressen A bis A+n. Eine der Tonerzeugung entsprechende Routine ist im Steuerspeicher CB der PMAU-Einheit enthalten. Sp und Sq stellen Abtastwerte der Sinuswellen der Frequenzen f/p und f/q dar, wobei ρ und q ganze Zahlen sind. Fig. 15c zeigt das Forma«: des Steuerwortes CW, das von der Einheit IS-E an die Einheit PMAU gesendet wird als Aufforderung zum Aufbau eines Tonsignals. Byte 4 gibt den Op-Code an. Die Bits 2 bis 4 stellen ein Codewort dar, das dem angeforderten Ton entspricht, dessen Charakteristik dann in der Steuereinheit CB der Recheneinheit PMAU definiert wird. Die Bytes 1 bis 3 geben die Zeiger PTRl bis PTR3 an. Die PMAU-Einheit benutzt den Zeiger PTRl, um CC oder -CC herauszuho*den. Der entsprechende /3 -Wert steht in der nächsten Adresse. Ein Kennzeichen (Fl) erscheint an der jeder Koeffizientengruppe ( &-,/3 ) folgenden Adresse . PTR2 und PTR3 definieren Sp und Sq. Die Ergebnisse der von der PMAU-Einheit ausgeführten Operationen werden in eine Tabelle geschrieben ("RESULT"), die für diesen Zweck im .Speicher SiS vorgesehen ist, und werden von der Recheneinheit PMAU an die Steuereinheit gegeben und dann an den D/A-Umsetzer übertragen, der zu dem den Ton anfordernden Telefonanschluss gehört*

Fig. 15d zeigt ein Betriebsablaufdiagramm für die SekundärSteuereinheit. Wenn die Steuereinheit IS-E zu arbeiten beginnt, wird das Steuerwort CW in ein Register geladen (Schritt 1) und ist dann zur Uebertragung bereit.

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Dann wird das erste Steuerwort an die Einheit PMAU gesendet (Schritt 2) und die gerade laufende PMAU-Unterbrechungsstufe wird auf Null zurückgestellt. Das Programm wartet dann auf den Unterbrechungsbefehl (Schritt 3) von der Einheit PMAU. Bei Empfang dieses Befehles wird die entsprechende Stufe in der PIRR-Einheit auf Eins gesetzt (Schritt 4). Das Berechnungsergebnis wird durch IS-E in den Speicher SiS der PMAU-Einheit gelesen und an die Anschlussschaltung LA gesendet (Schritt 5), die den Ton anfordert, wo es dann von Digital- in Analogdarstellung umgesetzt wird. Im Schritt 6 wird das neue Steuerwort vorbereitet durch Addition von ρ und q zu PTR2 bzw. PTR3. Das Programm der Steuereinheit prüft, ob die neuen Zeiger den Wert A+n nicht überschreiten. Wenn das der Fall ist, werden sie durch ihren Modulo-n Wert ersetzt und das entsprechende Vorzeichen wird verändert. Dann sendet die Steuereinheit das neue Steuerwort, wie oben beschrieben, und die Reihenfolge beginnt wieder von vorne.

Die vorliegenden Ausführungen zeigen die Vorteile der Erfindung im Telefonbereich. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt. Jedesmal wenn eine Signalinforraation verarbeitet werden soll, um von ihrem Empfänger interpretiert werden zu können, kann diese Erfindung angewandt werden. Jedesmal ändern sich zwar die Funktionskombinationen in der Recheneinheit PMAU ebenso wie die Programme und die Prozesse, die Grundprinzipien bleiben jedoch dieselben.

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Nimmt man z.B. an, dass ein Datenübertragungssystem aufgebaut werden soll, so kann das Informationssignal an den. Adressaten erst abgeliefert werden, nachdem es eine Anzahl von Prozessen einschliesslieh insbesondere einer Modulation an der Senderseite und einer Demodulation an der Empfängerseite unterworfen wurde. Die diese Operationen ausführende Einheit ist als Modem bekannt. Mehrere Beschreibungen analoger oder digitaler Modems finden sich in der Fachliteratur, insbesondere im Artikel von M. Choquet und H. Nussbaumer im IBM Journal of Research and Development, Band 15, 1971, S. 364 - 377. Eine Ausführung ist auch beschrieben in der deutschen Offenlegungsschrift 2'146'752.

Auf der Empfängerseite muss das Eingangssignal geprüft, gefiltert und abgeglichen werden, bevor man die Daten bekommt. Diese Operationen müssen mit der richtigen Taktrate und der richtigen Anfangsphase ausgeführt werden.

Nach Darstellung in Fig. 16 enthält ein Empfänger einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC), in dem das Analogsignal r (t) von der Leitung mit der Frequenz des durch CK erzeugten Taktsignales abgetastet wird. Die so erhaltenen Abtastwerte r, werden an einen Hilbert-Transformator (H) übertragen, der einen Entzerrer EQ treibt, welcher einen Detektor D speist. Eine genaue Beschreibung dieser Funktionseinheiten findet sich in den deutschen Offenlegungsschriften Nr. 2'416'058, 2'420'831 und 2'258'383.

Ein diese Erfindung benutzendes Modem ist in Fig. 17 gezeigt. Es enthält eine als Leiteinheit arbeitende Steuereinheit, deren N-Leitung 0 über IBA

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und IBA an die N-Leitung 1 und die N-Leitung 2 angeschlossen ist, die zu den Sekundäreinheiten Sl bzw. S2 gehören. Die Sekundäreinheit S steuert eine Recheneinheit PMAU und ein E/A-Anschlussmodul I/OP , verbunden mit einer analogen Eingangsschaltung. Dieser Teil des Modems führt in Verbindung mit der Leiteinheit die Empfangsfunktion aus. Die Sekundäreinheit S, ist mit einer analogen Ausgangsschaltung verbunden.(ANALOG AUS). Die Leitsteuereinheit M und die Sekundärsteuereinheit S„ mit den zugehörigen Verbindungseinheiten führen die Absendefunktion aus. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird angenommen, dass ein 8-Phasen—Modem betrachtet wird, in dem jede Phaseninformation drei Bits benötigt. Es wird ausserdem angenommen, dass die A/D-Umsetzung und die Taktinformations-Wiedergewinnung (mit den Bezeichnungen ADC und CK in Fig. 16) auf konventionelle Weise durch Analogschaltungen in der Eingangsschaltung (ANALOG EIN) der Fig. 17 durchgeführt werden. Diese Schaltung liefert daher Abtastwerte r an das E/A-Anschlussmodul I/OP . Das Untersystem (1) mit S , der Recheneinheit PMAU und dem E/A-Anschlussmodul i/OP führt die Hilbert-Funktion, die Entzerrung und die Detektorfunktion der Fig. 16 aus. A/D-Umsetzung und Taktrückgewinnung können natürlich auch durch ein von S gesteuertes Untersystem ausgeführt werden.

In Fig. 18 ist ein Funktionsablaufdiagramm für die Anordnung der Fig. gezeigt, welches die Verteilung der Aufgaben unter den verschiedenen Elementen des Untersystems (1) der Fig. 16 wiedergibt. Dieses Untersystem liest Abtastwerte r in das Register des E/A-Anschlussmoduls I/OP und schreibt diese Abtastwerte in den Speicher SiS der Einheit PMAU. Mit diesen

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Abtastwerten führt die Recheneinheit PMAU die Hilbertfunktion und die Entzerrerfunktion durch. Wie bereits in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2¹416'058 beschrieben ist, werden diese Funktionen von Transversalfiltern mit den Koeffizienten A., B., C., B. und von Addierern £, 1 und ^₁ wahrgenommen. Die Abtastwerte r werden in ein erstes Schieberegister dli

K.

gesendet, das von den beiden Transversalfiltern MAT und HIL benutzt wird und die Koeffizienten A. und B. hat.

Die von diesen beiden Filtern abgegebenen Abtastwerte X und Y werden in die Schieberegister dl2 bzw. dl3 eingeführt, von denen jedes ein Transversalfilter mit den Koeffizienten C. und D. bildet. Die Ausgänge dieser Filter liefern die Signale U und V. Die Recheneinheit PMAU übernimmt gemäss obiger Beschreibung alle diese Funktionen vollständig. Die Steuereinheit liefert daher ein Steuerwort und cle Abtastwerte r an die PMAU-Einheit und die PMAU-Einheit liefert die Wörter entsprechend U und V zurück an die Steuereinheit, nachdem sie die Transversalfilterfunktionen ausgeführt hat und die Summen dieser Funktionen gebildet hat. In der digitalen Phasenmodulation stellt jedes U-V-Paar die kärtesischen Koordinaten dar, die die verlangte Information Da definieren. (Siehe oben zitierten Aufsatz von Choquet und Nussbaumer). Aus ihnen bestimmt die Einheit IS—E im Falle eines Achtphasen-Mödems den Wert des empfangenen Byte durch Tabellensuche. Die Bits werden dann zur Verbindungseinheit IBA gesendet, um an die Leiteinheit übertragen zu werden, die ihre Verarbeitung fortsetzen sollte. Ausserdem sollten die Werte der Koeffizienten C. und D. des Entzerrers von Zeit zu Zeit modifiziert werden. Die Steuereinheit IS-E errechnet

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einen Fehlerausdruck (Er),· dessen kartesische Komponenten lauten DU = U - U und DV = V - V, worin U und U die idealen Werte und U und V die effektiv empfangenen Werte sind. Die Informationen DU und DV werden an die Recheneinheit PMAU gegeben, die mit einem konventionellen Algorithmus die Abweichungen Δ C. und Δ D. errechnet, die auf die

Koeffizienten C. und D. anzuwenden sind, um den Fehler bei U und V ι ι

möglichst klein zu halten. In diesem Fall gibt die Steuereinheit der PMAU-Einheit Steuerwörter zur Ausführung dieser Algorithmen ab.

Wie oben beschrieben wurde, liefert die Sekundäreinheit S der Leiteinheit M Bytes von 3 Bit Länge, die aus dem auf der Leitung L empfangenen Signal herausgezogen wurden (Fig. 17). Diese Bits bilden jedoch nicht die benötigte Endinformation. Zuerst sollte die Leiteinheit die Bytes dechiffrieren. Bevor die Datenbits an der Absendeseite in die Leitung gegeben werden, werden sie nach einem vorher definierten Algorithmus modifiziert. So wurde z.B. systematisch in lange Folgen von Einsen eine Null eingegeben, bevor diese Folgen auf die Leitung gesendet werden. Diesen Vorgang nennt man "Verwürfelung", und dadurch wird die Uebertragung über die Leitung und die Wiedergewinnung der Taktinformation im Empfänger leichter.

Um diese "Verwürfelung" rückgängig zu machen, braucht man nur logische Funktionen auszuführen, und das geschieht durch die Leitsteuereinheit. Diese führt z.B. Modulo-2-Additionen mit den empfangenen Bits aus.

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Aus der dechiffrierten Bitfolge ergibt sich eine zweite Folge, die von der Leiteinheit in Wörter aufgeteilt wird. Die Aufteilungsphase läuft unter der Steuerung der Leiteinheit, welche die Bits dann sortiert, um nur die benötigten zurückzuhalten.

Auf der Etnpfängerseite führt die Leiteinheit komplementäre Operationen aus. Sie gibt daher Gruppen von 3 Bits an die Sekundareinheit S-. Bei der Phasendigitalmodulation stellt jedes 3-Bit-Byte einen Phasenwert dar, und ein Signalelement entspricht jedem Phasenwert. (Eine genaue Beschreibung der digitalen Uebertragung ist den oben angeführten Referenzen zu entnehmen).

Für ein Achtphasen-Modem gibt es nur acht mögliche Signalelemente. Jedes Signalelement ist selbst durch ei~e gegebene Anzahl von Abtastwerten definiert, die zusammen ein Wort bilden. Die acht Phasen sind daher durch acht Wörter dargestellt, die am Anfang in den Speicher IS der Sekundäreinheit S im IPL-Verfahren geladen werden.

Wie in der oben erwähnten Auslegeschrift gezeigt wird, sollten Additionen der Signalelement-Abtastwerte entsprechend dem letzten von der Leiteinheit M empfangenen Byte und einer gegebenen Zahl (z.B. 5) der vorhergehenden Signalelemente ausgeführt werden. Diese Operationen können von der Sekundäreinheit S ausgeführt werden. Die aus dem Speicher IS bei jeder Ankunft eines Byte geholten Signalelemente werden in Register geladen, die zum Block SB von E2 gehören. Wenn zur Zeit i ein neues Byte ankommt,

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wird ein neues Wort S . in den Registerblock SB eingeführt und das

Wort S . - wird ausgeschoben. Die vor der Ankunft eines neuen Byte in ei-6 *

S auszuführenden Operationen sind nur Additionen und Akkumulationen, die hauptsächlich mit dem Rechenwerk ALU und dem Registerblock SB ausgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Akkumulationen sind Wörter, die an die Ausgangsschaltung "ANALOG AUS" durch ein E/A-Anschlussmodul I/0P2 gegeben werden. Diese Schaltung führt dieD/A—Umsetzung durch und bei Bedarf auch Ausgabefilteroperationen," bevor die Signale auf die Ausgangsleitung gegeben werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Modulare Signalverarbeitungsanordnung in Baumstruktur, deren Zweige je eine Sammelleitung mit angeschlossener Steuereinheit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) mindestens eine Steuereinheit als Leitsteuereinheit (MAl) wirkt und mindestens eine Steuereinheit (SLl) als von der Leitsteuereinheit abhängige Sekundärsteuereinheit wirkt,

b) jeder zu einer Sekundärsteuereinheit gehörenden Sammelleitung (B2) eine Verbindungseinheit (IBA) zugeordnet ist, mit der die betreffende Sammelleitung an die Sammel leitung (Bl) der übergeordneten Leitsteuereinheit angeschlossen ist, und

c) diö Anordnung mindestens ein an eine Sammelleitung (Bl) angeschlossenes Eingabe/Ausgabe-Ansehlußmodul (I/0P1) sowie mindestens eine an eine Sammelleitung (B2) angeschlossene Recheneinheit (PMAU) zur Durchführung einfacher arithmetischer Operationen unter Steuerung der zugeordneten Steuereinheit (SLl) aufweist (Fig. 2).

! 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Einsatz als Modulator/Demodulator

a) eine Leitsteuereinheit (M),

b) einen Sendezweig mit mindestens einer Sekundärsteuereinheit (Sl) und mindestens einem Eingabe/Ausgäbe-Anschlußmodul (SBl)

c) einen Empfangszweig mit mindestens einer Sekundärsteuersteuereinheit (S2), einer Recheneinheit (PNAU) und einem Eingabe/Ausgabe-Ansehlußmodul (SB2) enthält.

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3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Sekundär-Steuereinheit (SLl = MA2) eine oder mehrere weitere Sekundärsteuereinheiten (SL2, SL2j, SL2") untergeordnet sind, indem deren angeschlossene Sammelleitungen über Verbindungseinheiten mit der Sammelleitung der erstgenannten Sekundärsteuereinheit (SLl) verbunden sind, welche ihrerseits als Leitsteuereinheit (MA2) für die untergeordneten Sekundärsteuereinheiten wirkt (Fig. 2).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuereinheit (SL) selbst als Prozessor mit Programmspeicher (IS) und Rechenwerk (ALU) und Einrichtungen (INTER, PIRR, MASKE) zur mehrstufigen Programmunterbrechung sowie mit mehreren, der Anzahl Unterbrechungsstufen entsprechenden Instruktionsadreßregistern (NIAR) ausgelegt ist (Pig. 7, fig. 8).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Recheneinheit (PNAU) folgende Einrichtungen aufweist:

a) einen Multiplizierer mit angeschlossenem Akkumulatorregister (MULT/AKK),

b) einen Speicher (SiS) für Blöcke von Signalwerten und/oder Koeffizientenwerten sowie Ergebnissen ,

c) Register (AR) zur Speicherung der Bestandteile eines von der zugehörigen, an der gleichen Sammelleitung angeschlossenen Steuereinheit (SL) empfangenen Steuerwortes und

d) Einrichtungen (IR, ADD) zur Speicherung von Adressen und zur Erhöhung von Adreßwerten (Fig. 4).

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6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuereinheit (ML oder SL) so eingerichtet ist, daß sie zwei Programme verschiedener Kategorie parallel, aber bezüglich der einzelnen Instruktionsausführungen phasenverschoben ausführen kann, wobei für jedes der beiden Programme Unterbrechungen zum Übergang auf andere Programme der gleichen Kategorie möglich sind,

7. Anordnung nach einem der Anspräche 1 bis 6 oder Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuereinheit (ML, SL) direkten Zugriff zum Speicher (SiS) in jeder der an die gleiche Sammelleitung angeschlossenen Recheneinheiten (PNAU) hat.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß an jede zu einer Leitsteuereinheit (MLl) oder Sekundärsteuereinheit (SLl) gehörende Sammelleitung mehrere Recheneinheiten (PNAU) und/oder mehrere Eingabe/ Ausgäbe-Anschlußmoduln (I/OPl) angeschlossen werden können (Fig. 1, Fig. 2).

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn-· zeichnet, daß jede Steuereinheit einen Festspeicherteil ■ (ROS) mit einem Selbstladeprogramm enthält, mit dem sie ^] zur Signalverarbeitung benötigte Programme von der Sammelleitung selbst in einen eigenen Schreib-Lese-Speicher (RAM) eingeben kann.

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