DE2716051C2 - Datenverarbeitungsanlage mit einem oder mehreren Prozessoren mit mindestem einem Ein-/Ausgabekanal mit mehreren Unterkanälen und mit einer Speicheranordnung, bei der zum Speicherzugriff Schlüssel verwendet werden - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsanlage mit einem oder mehreren Prozessoren mit mindestens einem Ein-/Ausgabekanal mit mehreren Unterkanälen und mit einer Speicheranordnung, bei der zum Speicherzugriff Schlüssel verwendet werden.

Speicherschutzschlüssel, die Speicherblockweise zugeordnet werden, sind bei Datenverarbeitungssystemen schon längere Zeit bekannt (DE-PS 14 99 203). Mit den bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Benutzung von Speicherschutzschlüsseln ist aber keine unabhängige Hauptspeicheradressierung für verschiedene, miteinander ablaufende Programme möglich. Vielmehr wurde bisher der gesamte, für den Hauptspeicher des Systems verfügbare Adreßbereich auf die miteinander (konkurrent) ablaufenden Programme verteilt, indem jedem Programm ein Teil des Gesamtadreßbereichs zugeteilt wurde. Alle Zugriffe eines Programms, dem jeweils ein Schlüssel und ein Programmstatuswort (PSW) zugeteilt ist, erfolgen in dem einen Speicherbereich, der durch den betreffenden Schlüssel identifiziert wird. Bei den bisher bekannten Lösungen gab es auch nicht die Möglichkeit, innerhalb eines einzelnen Programmes verschiedene Schlüssel für verschiedene Zugriffsarten zu benutzen.

Bei diesen bekannten Verfahren hängt die einwandfreie Arbeit des Systems ganz davon ab, ob die

Schlüsselzuteilung einwandfrei funktioniert Wenn beim Laden mehrerer Programme zufällig eine zweimalige Zuordnung eines Schlüssels zu einem PSW oder zu einem Speicherblock vorkommt, so können sich verhängnisvolle Fehler ereignen, indem ein Programm zu einem Bereich zugreift, der eigentlich einem anderen Programm vorbehalten ist.

Im US-Patent 38 28 327 ist eine Speichersteueranordnung beschrieben, bei der keine Schlüssel benutzt werden. Es sind bei diesem System verschiedene Betriebsarten vorgesehen, und der jeweilige Betriebsart-Zustand beeinflußt eine Adreßübersetzung-Steuerung. Eine am oberen Ende den Adressen zugefügte Bitposition, die normalerweise nicht zu den Programmadressen gehört, wird bei E/A-Unterbrechungsoperationen benutzt, wenn der ohne Übersetzung benutzbare Adreßbereich überschritten würde, um auf diese Weise den Zugriff zu einem weiteren vorgesehener Adreßbereich zu steuern.

Eine weitere Speichersteuerungstechnik, bei der keine Schlüssel benützt werden, ist im US-Patent 38 54 126 beschrieben. Hierbei sind auch verschiedene Prozessor-Betriebsarten vorgesehen, deren jeder eine Gruppe von Seitenadreßregistern zugeordnet ist. Zu jeder Gruppe gehören zwei Register-Untergruppen, eine für Daten, und die andere für Befehle. Jedem der Seitenadreßregister ist eine Vielzahl zusammenhängender physischer Blöcke von je 64 Speicherplätzen zugeordnet, dies ist eine Seite mit variabler Länge. Zu jeder Prozessorbetriebsart gehört also ein fest zugeorci- m neies Paar von Register-Untergruppen, getrennt für Daten und Befehle. Der höherwertige Teil einer logischen Programmadresse bestimmt ein einzelnes Register in der ausgewählten Gruppe, dessen Inhalt eine Seite identifiziert, die variable Länge hat und aus zusammenhängenden physischen Blöcken besteht. Ein mittlerer Adreßteil dient zur Auswahl je eines Blocks innerhalb der betreffenden Seite. Der niedrigste Adreßteil schließt bestimmt die relative Wortadresse im ausgewählten Block.

Bei allen bekannten Systemen besteht wie schon vorher gesagt, eine relativ feste Zuordnung zwischen Programmen, Speicherbereichen und Betriebsarten, insbesondere aus der Sicht des Benutzers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Multiprozessoranlage mit Multiprogrammierung eine Speicherzugriffsstfiuerung zu schaffen, die mit Schlüsseln arbeitet und eine flexible Zuordnung von Adreßbereichen zu verschiedenen Funktionen und eine zuverlässige Trennung der Adreßbereiche untereinander erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebene Anordnung gelöst.

Bei einer Datenverarbeitungsanlage mit den erfindungsgemäßen Einrchtungen kann der Benutzer jeweils die gewünschten Adreßbereiche für die verschiedenen Funktionen vor Programmablauf festlegen. Man ist aber keineswegs gezwungen, für unterschiedliche Funktionen verschiedene Adreßbereiche festzulegen. Die Schlüsselwerte zur Festlegung von Adreßbereichen werden erst gewählt, wenn ein Anwendungsprogramm im System ablaufen soll, und der Benutzer kann bestimmen, ob er verschiedene Funktionen unterschiedlicher Adreßbereiche zuordnen will, oder ob er für mehrere Funktionen durch Zuordnung eines gemeinsamen Schlüssels den gleichen Bereich zuweisen will. Miteinander (konkurrent) ablaufenden Programmen wird man aber im allgemeinen für den Befehlsabruf unterschiedliche Schlüssel zuweisen, um eine korrekte Ausführung zu gewährleisten. Auch werden Datenbanken jeweils mittels unterschiedlicher Schlüssel eigene Adreßbereiche erhalten, um ihre Integrität zu gewährleisten.

Werden die gemäß der Erfindung verfügbaren Schlüssel zur Adressierung je eines zugeordneten Speicherabschnittes verwendet, so kann jeder Abschnitt mit der ganzen einer Programmadresse verfügbaren Adreßkapazität adressiert werden, ohne daß Konflikte entstehen (die einer Programmadresse verfügbare Adreßkapazität ist gegeben durch die Anzahl von Bitpositionen der im Programm erscheinenden Adressen). Die verschiedenen, den Schlüsseln zugeordneten Speicherabschnitte können irgendwo in der ganzen Speicheranordnung liegen; sie können aneinander grenzen oder sich auch teilweise überlappen. Die gesamte Kapazität des Speichers kann dabei ein Vielfaches der einen Programmadresse verfügbaren Kapazität sein.

Es können im Rahmen der Erfindung auch für Ereignisse, die normale programmierte Prozessor- oder Kanaloperationen unterbrechen, mittels zugeordneten Schlüssel separate Adreßbereiche festgelegt werden. So können Systemprogramme, die in bestimmten Ausnahmesituationen benötigt werden, eigene schlüsselgeschützte Speicherbereiche haben.

Auch können bei der flexiblen Schlüsselzuordnung und variablen Adressierung spezielle Adreßbereiche für indirekt adressierte Operanden, sogar noch in Untergruppen unterteilt, vorgesehen werden. Ebenso ist eine Zuweisung getrennter Adreßbereiche für verschiedene Prozessoren und verschiedene Kanäle und Unterkanäle möglich.

Die erfindungsgemäß ermöglichte Unterscheidung kann sich auf folgende Speicherzugriffstypen erstrekken: Instruktionsabruf, Quellen-Operandenabruf, Senken-Operandenspeicherung und Senken-Operandenabruf. Da sich die beiden letzteren Zugriffstypen zumeist auf denselben Speicherbereich erstrecken, können sie zusammengefaßt werden.

Unterkanalzugriffe verursachen zumeist eine Programmunterbrechung. Durch die Verwendung eines Schlüssels für solche Zugriffe können die betreffenden Unterbrechungsprogramme in einem besonderen, geschützten Bereich gehalten werden.

Die spezielle, von Art des Zugriffs abhängige Adressierbarkeit kann sich z. B. auch auf indirekt adressierte Operanden beziehen. Diese Operanden können dann je nach Quellen- oder Senken-Verwendung untergruppiert werden. Ferner kann sich die von der Art des Zugriffs abhängige Adressierbarkeit auch auf verschiedene Prozessoren, verschiedene Kanäle und verschiedene Unterkanäle beziehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die vorbeschriebenen technischen Vorteile. Die endgültige Auswahl und Festlegung der Adressierbarkeit bestimmt jedoch der Benutzer. Die Erfindung erzwingt also nicht eine unterschiedliche Adressierbarkeit je nach Art des Speicherzugriffs, sondern sie überläßt die flexible Auswahl dem Benutzer, der spezielle Schlüssel für die betreffenden Speicherzugriffsarten festlegt. Erst im Anwendungsprogramm braucht also entschieden zu werden, wie die Adressierbarkeit unter den verschiedenen Speicherzugriffstypen aufgeteilt werden soll. Natürlich können auch ein oder mehrere Zugriffstypen zur gleichen Adressierbarkeit zusammengefaßt werden,

indem sie denselben Schlüssel zugeteilt bekommen. Die Erfindung liegt also in neuen Steuer-, Register- und Auswahleinrichtungen, deren Verwendung sich beim Gebrauch der Datenverarbeitungsanlage als vorteilhaft erweisen.

Erfindungsgemäß ist sowohl eine vollkommene Trennung der durch die einzelnen Schlüssel definierten Speicherbereiche als auch eine teilweise Überlappung dieser Bereiche möglich. Die physische Beginnadresse dieser Speicherblöcke kann irgendwo im Speicher liegen, ist also nicht von vornherein festgelegt. Bei teilweiser Überlappung von zwei Bereichen kann sich dennoch eine konfliktfreie Arbeitsweise dadurch ergeben, daß für diese Bereiche nur Lesezugriffe durchgeführt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. IA-I allgemein das Prinzip der Adreßschlüsselauswahl aufgrund von Speicherzugriffs-Steuersignalen, welche die Art des Zugriffs identifizieren;

Fig. lA-2 allgemein das Prinzip der Adreßübersetzung für den Speicherzugriff, wobei die logische Eingangsadresse aus einem speziell generierten Adreßschlüssel und der im Programm erscheinenden Adresse besteht;

F i g. 1B eine Übersicht der verschiedenen möglichen Speicherzugriffsarten;

Fig. IC in Blockform eine Übersichtsdarstellung einer Datenverarbeitungsanlage mit erweiterbarem Hauptspeicher, die als Ausführungsbeispiel beschrieben wird;

Fig. ID eine spezielle Ausführungsform der in F i g. IA gezeigten Anordnungen;

Fig.2A eine Übersichtsdarstellung der bei den Prozessoroperationen und E/A-Operationen vorkommenden Speicherzugriffe, sowie der verschiedenen Adreßbereiche;

F i g. 2B eine Übersicht der Speicherzugriffsvorgänge bei E/A-Operationen;

F i g. 3A Einzelheiten eines E/A-Unterkanals, der bei jedem Unterkanalbefehl einen Adreßschlüssel erhält und diesen für jeden Datenzugriff zur Ausführung des Befehls abgibt;

F i g. 3B die relevanten Teile eines E/A-Kanals, der eine Mehrzahl von Unterkanälen mit einer Speicherprioritätsauswahlschaltung verbindet;

Fig.3C in Blockform eine Speicherprioritätsauswahlschaltung mit einer Kanalauswahlschaltung, durch weiche E/A-Kanäle und Prozessor über den Hauptspeicherbus mit Speicher und Übersetzer verbunden sind, und die je einen ausgewählten Adreßschlüssel sowie eine Adresse für einen Speicherzugriff abgeben;

F i g. 3D Einzelheiten einer Aktivadreßschlüssel-Auswahlschaltung bei der auch ein Operandenbereichsabgleich erreicht werden kann;

Fig.4 Einzelheiten eines Prozessors, welche für die Speicherzugriffssteuerung mit Adreßschlüsseln relevant sind;

F i g. 5 das Aufteflungsformat des Adreßschlüsselregisters in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Fi g. 6 das Inhaltsformat der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Segmentregister;

Fig./ Einzelheiten der Eingabe- und Ausgabesteuerung einer einzelnen Bitposition im Adreßschlüsselregister;

F i g. 8A schematisch die Vorgänge bei Ausführung eines Befehls zum Laden bzw. Abspeichern eines Segmentregisters;

Fig.8B schematisch die Vorgänge bei Ausführung eines Befehls zum Laden bzw. Abspeichern des Adreßschlüsselregisters aus einem bzw. in einen Speicher;

Fig.8C schematisch die Vorgänge bei Ausführung eines Befehls zum Laden bzw. Abspeichern des ίο Adreßschlüsselregisters aus einem bzw. in ein Allgemeinregister;

F i g. 9A und 9B ein Blockschaltbild einer bevorzugten

Ausführungsform des Übersetzers gemäß Fig. IC, der eine 19 Bit lange logische Maschinenadresse in eine 24 Bit lange physische Adresse für den Speicherzugriff umwandelt;

Fig.9C, 9D-1, 9D-2, 9E, 9F-1 und 9F-2 Einzelheiten des in F i g. 9A/9B in Blockform gezeigten Übersetzers;

Fig.9G die Arbeitsweise der in Fig.9C gezeigten Vorgriffsschaltungen zur jeweiligen Auswahl des Innenspeichers (Basisspeicher), Außenspeichers (Zusatzspeicher) oder Asynchronspeicher, sowie die Interpretation der 24 Bit langen physischen Adresse durch die gewählte Speichereinheit beim Zugriff;
2> Fig. 10 eine Schaltungsanordnung im Prozessor zur Auswahl zwischen den Betriebsarten »Speicherschutz ohne Übersetzung« und »Speicherschutz mit Übersetzung«;

F i g. 11 Speicherschutzsteuerschaltungen zur Verwendung bei übersetzungsfreier Betriebsart;

Fig. 12 das Format eines Speicher-Speicher-Befehls; F i g. 13A relevante Teile des Formats eines Freigabe-

Sperrbefehls zur Festlegung der Betriebsarten mit spezieller Adreßbereichsauswahl (z_ B. übersetzungsfreie Adressierung mit Speicherschutz, Speicherschutz

mit Übersetzung, Operandenbereichsabgleich);

F i g. 13B aufeinanderfolgende Zustände eines Adreßschlüsselregisters, wenn bei einer Unterbrechung Operandenbereichsabgleich erfolgt;
4Ii F i g. 14 eine Schaltungsanordnung für eine alternative Speicherschutzbetriebsart mit Übersetzung, welche eine Alternative zu der Speicherschutzbetriebsart mit Adreßschlüsselübersetzung darstellt;

Fig. 15 schematisch ein alternatives Verfahren zur Adreßschlüsselübersetzung, das in einem Prozessor als Alternative zur Übersetzungsanordnung mit mehreren Registerstapeln dienen kann;

Fig. 16 Zugriff zu parallelen Grundspeichermoduln mittels mehrerer aktiver Adreßschlüssel in einem so Multiprozessorsystem;

F i g. i 7 Steuerschaitungseinzeiheiten aus dem Prozessor, zur Durchführung des in Fig.8A gezeigten Befehls zum Laden/Abspeichern eines Segmentregisters;

Fig. 18 schematisch die Vorgänge zum Laden und zum Abspeichern bei Klassenunterbrechungen.

1. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig.IA und Fig.IB zeigen die wesentlichen Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. F i g. 1A zeigt eine AdreßschMssel-Auswahlschaltung 20, die je nach Art der Speicherzugriffsanforderung (welche durch Signale auf den Leitungen 21,22,23, 24 oder 25 angezeigt werden) einen der Schlüsselregisterabschnitte 31, 32, 33, 34 oder 35 auswählt, welche folgende Schlüssel enthalten: CS-SchlüsseL IS-SchlüsseL

OPI-Schlüssel, OP 2-Schlüssel und OP 3· Schlüssel. Diese Schlüssel haben folgende Bedeutung:
CS-Schlüssel: Zyklusentnahme (»Cycle Steal«)-Schlüssel. Bei einer Zyklusentnahme wird ein Zugriff zum Speicher (Innenspeicher) von einem Kanal aus derart durchgeführt, daß der Prozessortakt während dieses Zugriffs wohl angehalten wird, jedoch keine Programmunterbrechung mit einem Absprung zu einem Unterprogramm durchgeführt wird.
IS-Schlüssel: Interner Speicherschlüssel.

Es erfolgt ein Zugriff zum Innenspeicher zwecks Abruf einer Instruktion.

OP 1 -, OP 2-, OP 3-Schlüssel: Operandenschlüssel zu verschiedenen Operandenbereichcn, aufgeteilt nach Zugriff zur Operandenquelle oder Operandensenke.

OPI: Abruf einer Quelle.
OP 2: Abspeicherung an der Senke.
OP 3: Abruf an der Senke.

Derjenige dieser Schlüssel, welcher der vorliegenden Speicherzugriffsanforderung entspricht, wird durch die AAS-Auswahlschaltung 20 als aktiver Adreßschlüssel (AAS) ausgegeben. Dieser aktive Adreßschlüssel steuert die Adressierung des Hauptspeichers des Systems während des nächsten Speicherzugriffs, d. h. Abruf oder Speicherung von Daten im Hauptspeicher. Bei dieser Adressierungsoperation bestimmt der aktive Adreßschlüssel AAS den oberen Teil (höherwertige Stellen) der logischen Adresse, die von der Anlage für den Speicherzugriff benutzt wird.

Die Signale auf den Zugriffsanforderungsleitungen 21, 22, 23, 24 und 25 stellen jedes eine andere Art von Zugriffsanforderung dar, welche von den Kanälen und Prozessoren gestellt werden können, die Zugriff zum gleichen Hauptspeicher haben. Diese Anforderungsleitungen sind in Fig. IA folgendermaßen bezeichnet: E/A-Zugriff, Befehlszugriff, OP 1-Zugriff, OP2-Zugriff und OP 3-Zugriff. Wenn nur eins dieser Zugriffsanforderungssignale auftritt dann wird sofort der Inhalt des betreffenden Adreßschlüsseiregisterabschnitts als AAS ausgegeben. Falls mehrere Anforderungssignale gleichzeitig auftreten, wird durch Prioritätsschaltungen in der AAS-Auswahlschaltung 20 bestimmt, in welcher Reihenfolge die betreffenden Adreßschlüssel als AAS ausgegeben werden. Dabei ist eine bestimmte Prioritätsordnung vorgegeben, so daß z. B. eine E/A-Zugriffsanforderung für eine Cycle-Steal-Operation den Vorrang hat, um zuerst den CS-Schlüssel auszugeben. Die Befehlsabrufanforderung wird als zweite bedient, um den IS-Schlüsse! als AAS auszugeben. Als dritte wirrj Hip OP 1 -Zugriffsanforderung bedient, um den OP 1 -Schlüssel als AAS auszugeben; schließlich werden die OP 2- und OP 3-Zugriffsanforderungen als vierte and fünfte bedient, um den OP 2-Schlüssel bzw. OP 3-Schlüssel als AAS auszugeben.

Es besteht also eine bestimmte Beziehung zwischen den verschiedenen Arten von Zugriffsanforderungen und den speziellen Schlüsselregisterabschnitten.

In einem Prozessor enthält ein Adreßschlüsselregister (ASR) folgende Abschnitte: den IS-Schlüsselabschnitt (ISS), welcher den Befehlsabrufanforderungen für den Zugriff zu jeder Instruktion zugeordnet ist, und die Schlüsselregisterabschnitte für die Schlüssel OP1 (OP IS) bis OP 3 (OP 3S), welche zu den verschiedenen Arten von Operanden-Zugriffen gehören, die zur Ausführung der Befehle benötigt werden.
Außerdem hat jeder E/A-Unterkanal einen entsprechenden CS-Schlüsselregisterabschnitt (CSS). Es kann auch vorkommen, daß mehrere E/A-Unterkanäle gleichzeitig einen Zugriff zum Hauptspeicher anfordern. Deshalb sind CSS-Prioritätsauswahlschaltungen vorge-) sehen, um bei gleichzeitigen Anforderungen die CS-Schlüssel in einer vorgegebenen Reihenfolge auszugeben.

Falls überdies mehrere Prozessoren zum gleichen Hauptspeicher Zugriff haben, sind weitere Prioritäts-

K) schaltungen vorgesehen, um die Anforderungen dieser Prozessoren in vorgegebener bestimmter Reihenfolge zu bedienen.

Fig. IA veranschaulicht die Erfindung in einem System mit Prozessor und Kanaleinheit, bei dem aktive Adrcßschlüsse! benutzt werden und in dem nur ein Teil der in einem Datenverarbeitungssystem an und für sich möglichen Speicherzugriffsarten verwendet wird. Fig. IB zeigt eine größere Zahl verschiedener Speicherzugriffsarten. Die in einem bestimmten System verwendbaren Speicherzugriffstypen sind auf solche eingeschränkt, die durch die Schaltungen des Systems identifizierbar sind. Das heißt, es werden im System Schaltungen benötigt, welche verschiedene Arten von Speicherzugriffsanforderungen feststellen können, und zwar jeweils zu der Zeit, wenn die betreffende Zugriffsanforderung auftritt. F i g. 1B zeigt mehr Zugriffsarten als die Anordnung, welche in F i g. 1A gezeigt ist In F i g. 1B sind acht Speicherzugriffsarten in drei Zugriffskategorien eingeteilt: (1) Befehlszugriff, (2) Operanden-Zugriff und (3) eine Zugriffskategorie, die den Prozessorereignissen zugeordnet ist Jeder Kanal enthält K Unterkanäle, und jeder Unterkanal hat drei Speicherzugriffskategorien: (1) Kanalbefehlszugriff, (2) E/A-Datenzugriff und (3) eine Zugriffskategorie für E/A-Ereignisse.

Zu jeder Zugriffskategorie gehört mindestens eine Speicherzugriffsart

Bei irgendeiner bestimmten Anlage können nur die Speicherajgriffsarten verwendet werden, die in der Maschinenkonstruktion durch ein identifizierendes Signal, d. h. ein Speicheranforderungssignal, vorgesehen sind.

So ist z. B. die Befehlszugriffskategorie in der Anlage durch ein Befehlsabrufanforderungssignal gekennzeichnet Die Operanden-Zugriffskategorie kann in der Anlage durch sechs verschiedene Arten von Operanden-Zugriffen identifiziert werden (F i g. 1 B). Diese sind unterteilt in direkte und indirekte Operanden-Zugriffsarten, wobei zu der Unterkategorie der direkten Zugriffe diejenigen Zugriffe gehören, welche Adressen benutzen, die direkt aus dem Befehl abgeleitet sind, während die Unterkategorie der indirekten Zugriffe solche Operanden betrifft bei denen die Adressen indirekt aus der Operanden-Adresse eines Befehls abgeleitet sind Zu jeder Unterkategorie gehören drei verschiedene Operanden-Zugriffsarten, weiche durch die Schaltung der Anlage identifiziert werden können als Anforderungssignale für Quellenabruf, Senkenabspeicherung und Senkenabruf. Jede dieser sechs Operandenzugriffsarten kann bei der Konstruktion einer Anlage vorgesehen werden, und die betreffenden von der Anlage identifizierbaren Signale können aus jedem Befehl abgeleitet werden, und zwar vom Operationscode und von den Operandenfeldem. Die Quellenabruf-Operandenart betrifft Daten, die als Quelle einer Befehlsausführung benutzt werden; sie wird nicht verändert, sondern nur benutzt, um die Ergebnisse einer Befehlsausführung zu erstellen. Auf

der anderen Seite bezieht sich die Senkenabspeicherung-Operandenart auf Zugriffe, bei denen die Resultate einer Befehlsausführung gespeichert werden. Die Senkenabruf-Operandenart ist das Resultat einer früheren Befehlsausführung, welches als Quelle für die -, Ausführung eines nachfolgenden Befehls benutzt wird. Für viele Datenverarbeitungsanlagen wurde es jedoch für praktisch befunden, bei der Konstruktion den Senkenabspeicherungs-Operandentyp und den Senkenabruf-Operandentyp zu einem einzelnen Senkenab- n> speicherungsAabruf-Operandentyp zusammenzufassen.

Prozessorereignis-Zugriffe werden hervorgerufen durch das Auftreten interner Prozessorereignisse, wie z. B. Datenfehler, Maschinenfehler, Adressierungsausnahme, usw, die zu einer langen Liste bekannter r, Ereignisse gehören, welche die üblichen Prozessorunterbrechungen, d. h. interne Unterbrechungen, hervorrufen. Die Kategorie der Prozessorereigniszugriffe kann z. B. den Zugriff zu einem Bereich des Hauptspeichers einschließen, der ein Unterbrechungs-Verarbeitungsprogramm und andere Programme zur Verarbeitung von Signalen enthält, die mit der Unterbrechung im Zusammenhang stehen, und in dem weiterhin Daten gespeichert sind, die mit der Unterbrechung im Zusammenhang stehen, so z. B. Abschlußaufzeichnun- :> gen.

Jeder Kanal hat eine Mehrzahl von Unterkanälen, die eine Vielzahl von verschiedenen Zugriffsarten durchführen. So gehört z. B. zu jedem Unterkanal eine E/A-Datenzugriffskategorie mit den Zugriffsarten jo E/A-Abruf und E/A-Abspeicherung. Bei manchen Anlagen sind diese beiden durch die Konstruktion zu einem einzelnen Zugriffstyp zusammengefaßt, den man E/A-Abruf/Abspeicherungszugriff nennt Die mit Unterkanalereignissen zusammenhängenden Zugriffe werden durch Unterbrechungen signalisiert, die für den Prozessor extern sind, d. h. externe Unterbrechungen. Es werden üblicherweise viele verschiedene externe Unterbrechungen verwendet, so z. B. die Geräteschlußunterbrechung, Gerätefehlerunterbrechung, E/A-Datenfehlerunterbrechungen, usw.

Zusammenfassend kann man sagen, das mit der Erfindung die Möglichkeit geschaffen wird, die Adressiervorgänge im Hauptspeicher für jede der verschiedenen Speicherzugriffsarten, die in Fig. IB gezeigt sind, separat zu beeinflussen. Zu den in F i g. 1B gezeigten Zugriffsarten gehören die acht verschiedenen Speicherzugriffsarten, welche jedem Prozessor zur Verfügung stehen, und die vier verschiedenen Speicherzugriffsarten, welche jedem Unterkanal zur Verfügung stehen. Diese Möglichkeit der separaten Beeinflussungen ist dadurch gegeben, daß man für jede der Zugriffsarten, welche in einer Anlage vorgesehen sind, einen separaten Schlüsselregisterabschnitt vorsieht Das Ausfuhrungsbeispiel, welches in F i g. 1A gezeigt ist, benutzt nur vier verschiedene Prozessorzugriffsarten, welche im gewählten Beispiel durch ein Adreßschlüsselregister dargestellt sind, das vier verschiedene Registerabschnitte hat Die Anzahl der Registerabschnitte im Adreßschlüsselregister ASR kann jedoch beliebig gewählt werden entsprechend der Anzahl verschiedener Zugriffsarten, die in der Konstruktion der Anlage vorgesehen sind.

Auf jeden Fall wird für jede durch die Schaltungen der Maschine identifizierbare Zugrart ein ASR-Registerabschnitt oder ein CS-Registerabschnitt mit entsprechenden Vorrichtungen in der AAS-Auswahlschaltung vorgesehen, um einen ausgewählten Registerabschnitt auszulesen, wenn die entsprechende Zugriffsanforderung bedient wird, wobei dann der Inhalt des ausgewählten Registerabschnitts der aktive Adreßschlüssel wird, welchen die Anlage als Adreßkomponente benutzt, um den Adressiervorgang für den betreffenden Speicherzugriff zu beeinflussen. Für die durch den aktiven Adreßschlüssel AAS gegebene Adreßkomponente kann folgendes gelten: (1) sie kann eine direkte Beziehung zur physischen Adresse haben, indem der AAS mit der Programmadresse verkettet wird, so daß beide zusammen eine physische Adresse im Hauptspeicher ergeben; (2) sie kann einen fest vorgegebenen Speicherzugriff im Hauptspeicher ermöglichen, wie es im Ausführungsbeispiel der Fig. 11 gezeigt ist; (3) sie kann zur Bestimmung einer verschiebbaren Adresse für durch Schlüssel identifizierte Speicherbereiche dienen, wobei man innerhalb jedes Bereiches sequentielle Programmadressen benötigt, wie es in Fig. 15 gezeigt ist; (4) sie kann in noch flexiblerer Art für die Bestimmung von verschiebbaren Adressen dienen, wobei auch noch innerhalb der durch Schlüssel identifizierten Bereiche eine Adreßverschiebung möglich ist, so wie es im Ausführungsbeispiel der Fig. IA dargestellt ist.

Die Hauptspeichereingangsadresse, welche durch die in Fig. IA gezeigte Anordnung bereit gestellt wird, ist die Kombination eines aktiven Adreßschlüssels AAS mit einer im Programm erscheinenden Adresse. Die letztere ist eine Adresse, welche die Anlage in einem in Ausführung befindlichen Programm sieht, wie z. B. die Befehlsabrufadresse im Befehlsadreßregister, und die Operanden-Adressen in den Befehlen des Programms. Wenn ein Programm geschrieben wird, so sind nur im Programm erscheinende Adressen bekannt. Der Anwendungsprogrammierer bekümmert sich um die AAS-Operationen nur insoweit, als er seine Operandendaten separat vom Programm zusammenfaßt. Der Systemprogrammierer spezifiziert allgemein die Prozessorereigniszugriffsbereiche und ihren Inhalt, und der E/A-Programmierer spezifiziert allgemein die E/A-Kanalbefehls- und Ereigniszugriffsbereiche und ihren Inhalt In Fig. IA besetzt die AAS-Komponente K Bit-Positionen im höherstelligen Teil der kombinierten Eingangsadresse, und die im Programm erscheinende Adresse besitzt 16 Bitstellen, so daß es insgesamt eine Eingangsadresse für die Anlage mit 16 + K Bitstellen ergibt

Bei der in Fig. IA gezeigten Anordnung ist die Eingangsadresse einschließlich des AAS-Feldes eine logische Maschinenadresse, für welche noch eine übersetzung erforderlich isi, um eine gewüiischie Speicherstelle im Datenverarbeitungssystem zu erreichen. Auf der anderen Seite wird in der in F i g. 11 gezeigten Anordnung der aktive Adreßschlüssel AAS als direkt benutzte Einschränkungen der physischen Adresse verwendet, welche nicht übersetzt wird.

A. Obersetzer mit Registerstapeln

Der in F i g. 1A gezeigte Obersetzer enthält eine Mehrzahl von Segmentregisterstapeln mit den Nummern 0 bis 2^K. Jeder Schlüsselregisterabschnitt im Prozessor oder in einem Unterkanal enthält mindestens einen Schlüssel mit K Bits, mit dem man jeden der Stapel adressieren kann.

Der aktive Adreßschlüssel AAS wird in eine Stapeladressiereinrichtung 40 eingegeben und dekodiert, um den gewünschten Stapel auszuwählen. Danach wird mit den höherwertigen Bit-Positionen 0—P der im

Programm erscheinenden Komponente der Eingangsadresse ein Segmentregister (SR) innerhalb des adressierten Stapels ausgewählt. Bit-Positionen 0 bis 12 des gewählten Segmentregisters enthalten eine zugeordnete Blocknummer, welche die Bit-Positionen 0 bis 12 der physischen Adresse eines bestimmten physischen Blocks im Hauptspeicher darstellen, zu dem dann zugegriffen wird.

Die restlichen Bit-Positionen 12 — 23 der physischen Adresse, welche 24 Bit umfaßt, geben die relative Byte-Adresse (D) innerhalb des gewählten physischen Blocks an; sie sind identisch mit der relativen Byte-Adresse D in der Eingangsadresse, wo sie in den niederwertigen Bit-Positionen (P+1) bis 15 stehen. Der Zugriff zu einem bestimmten physischen Block wird auch gesteuert durch Kennzeichen-Bits in den restlichen Bit-Positionen 13—15 im gewählten Segmentregister SR. Die Einteilung der Segmentregister SR ist in F i g. 6 gezeigt; der Inhalt der Validitäts-Bit-Position 13 (V) zeigt an, ob der Inhalt des Blockniimmemfeldes gültig ist. Falls er ungültig ist (d. h. V=O) kann der Inhalt des gewählten Segmentregisters nicht zur Generierung einer physischen Adresse benutzt werden, und es erfolgt dann eine Adressierungsausnahme-Unterbrechung. Die Kennzeichen-Bit-Position 14 gibt an, ob der adressierte Block nur gelesen werden darf. Falls Bit 14 auf eins gesetzt ist, darf in dem betreffenden Block nicht geschrieben werden, und es sind dann nur Abruf-Zugriffe gestattet. Bit 15 ist nicht benutzt. Das Zweitwort mit den Bit-Positionen 16 bis 31 ist reserviert und wird für das vorliegende Ausführungsbeispiel auch nicht benutzt.

B. Erweiterbarer Hauptspeicher

F i g. IC zeigt die Konfiguration eines Datenverarbeitungssystems, daß einen neuartigen erweiterbaren Hauptspeicher zur Verarbeitung übersetzter Adressen hat Der Hauptspeicher besteht mindestens aus einem inneren Speicherteil 51, im folgenden kurz Innenspeicher genannt, der bis zu 64 K Bytes Speicherkapazität hat. Die erste mögliche Erweiterung ist die Hinzufügung eines äußeren Speicherteils 52, im folgenden kurz Außenspeicher genannt, durch den der Speicher um 64 K Bytes erweitert werden kann, so daß der Hauptspeicher dann 128 K Bytes umfaßt Dann kann zusätzlich ein erweiterbarer asynchroner Speicher 53, im folgenden auch kurz Asynchronspeicher genannt, hinzugefügt werden, womit die Kapazität des Hauptspeichers auf maximal 16 777 216 Bytes (d.h. 2²⁴) erweitert werden kann.

Zur Adreßübersetzung ist ein Übersetzer 59 vorgesehöherwertigen Bits vom Übersetzer bereitgestellt; sie enthalten ein Kartenauswahlsignal (welches eine bestimmte Karte von bis zu vier Karten auswählt, aus denen der Innenspeicher besteht) sowie die Felder CSY und CSX (die einen bestimmten Speicherbereich auf der gewählten Karte auswählen, wobei diese Bereiche 4096 Bits umfassen). Die fünf höherwertigen Bits auf den Adreßbusleitungen 00—04 werden vom Übersetzer zum Prozessor übertragen, um von diesem während eines lnnenspeicherzyklus ISZ benutzt zu werden. Bit 13 bis 22 werden vom Speicheradreßregister des Prozessors abgegeben, um eine bestimmte Wortstelle im Speicherbereich auszuwählen, und das letzte Bit 23 wählt ein bestimmtes Byte in diesem Wort aus, wenn es sich um eine Schreiboperation handelt. Die Byte-Adressierung mittels des Bit 23 wird nur für Schreiboperationen benutzt, da bei Leseoperationen nur ganze Wörter adressiert werden (1 Wort enthält 2 Bytes). Für eine Schreiboperation wird das letzte Adreßbit 23 entweder auf 0 oder auf 1 gesetzt um entweder das linke oder das rechte Byte in einem Wort zu adressieren.

Wenn der Prozessor nur mit dem Innenspeicher arbeitet (d. h. wenn im System kein Außenspeicher und kein Asynchronspticher vorgesehen ist), dann adressiert der Prozessor den Innenspeicher nur mit physischen 16 Bit langen Adressen, die vom Speicheradressenregister auf dem Bus 54.4 direkt abgegeben werden. Die vom Prozessor abgegebenen 16 Bit langen Adressen reichen gerade aus zur Adressierung der Höchstkapazität des Innenspeichers (d. h. 64 K). Bei dieser Minimp.lkonfiguration werden mit den 16 Bit langen physischen Adressen Speicherschutzschlüssel benutzt entsprechend den N'ichtübersetzungsspeicherschutzschaltungen, die in F i g. 11 gezeigt sind.

Die Speicherschutzschlüssel benutzen die Möglichkeit der separaten Adreßbereichsbestimmung, welche durch die Adreßschlüsselregisterabschnitte für verschiedene Speicherzugriffsarten gegeben ist Die Kombination der Aktivadreßschlüsselauswahlschaltungen mit den Speicherschutzschlüsseln gehört auch zu der in dieser Beschreibung dargestellten Erfindung. Das hier dargestellte Merkmal der Aktivadreßschlüsselschaltungen durch welche separate Adreßbereichsbestimmungen je nach Speicherzugriffsart möglich sind, kann separat kombiniert werden, entweder mit der Benutzung von Speicherschlüsseln bei Verwendung von nicht verschiebbaren Adressen, oder mit der Benutzung von Adreßschlüsseln, bei Verwendung verschiebbarer Adressen.

Wenn man die Möglichkeit der Adreßverschiebung

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Verbindung des Außenspeichers 52 und des Asynchronspeichers 53 mit der Hauptspeicherkonfiguration.

Ein Hauptspeicherbus 56Ä (mit Bus sind im folgenden Sammelleitungen bezeichnet) verbindet einen Prozessor 54 und einen E/A-Kanal 55 über eine Speicherprioritätsauswahlschaltung 56 mit der Hauptspeicherkonfiguration. Der Hauptspeicherbus 56Λ ist auch mit dem Übersetzer 59 und mit dem Innenspeicher 5t verbunden.

Innenspeicher-Zyklus-Signalleitungen 54A verbinden den Innenspeicher 5i direkt mit der Speicherprioritätsauswahlschaltung 56. Sie übertragen Innenspeicherzyklussignale (ISZ-Signale), welche 16 Bit lange nicht übersetzte physische Adressen darstellen, die vom Prozessor generiert werden, wenn er im Nichtübersetzungsbetrieb arbeitet Wenn der Prozessor im Übersetzungsbetrieb arbeitet, werden für ISZ die fünf

Kapazitätsgrenze des Innenspeichers von 64 K hinaus erweitert werden kann, muß ein Übersetzer vorgesehen werden, wie es in F i g. IC gezeigt ist. Es kann dann ein Außenspeicher hinzugefügt werden, welcher mit dem Übersetzer durch Außenspeicherzyklus-Signalleitungen 58 verbunden werden, welche die Außenspeicherzyklussteuerung (OSZ) ermöglichen, die in F i g. 9G dargestellt ist

Der Übersetzer ermöglicht auch eine zusätzliche Erweiterung des Hauptspeichers über die Kapazitätsgrenze von 128 K, welche für den Innenspeicher und Außenspeicher gilt, hinaus durch Hinzufügung einer Asynchronspeichereinheit Die Asynchronspeichereinheit benutzt die übersetzen 24 Bit Ismgen Adressen in anderer Art als der Außenspeicher, wie dies in F i g. 9G für den Asynchronspeicherzyklus (ASZ) gezeigt ist Beim Asynchronspeicherzyklus ASZ werden die Bit-Po-

sitionen 0 bis 6 benutzt und in diesen Bit-Positionen steht mindestens ein 1-Bit weil man mehr als 16 Bit braucht um eine Zahl darzustellen, die größer als 128 K ist Durch die Benutzung der Bit-Positionen 0 bis 6 unterscheidet sich der Asynchronspeicherzyklus vom Außenspeicherzyklus, bei welchem diese Bit-Positionen nicht benutzt werden; beim Außenspeicherzyklus werden nur die Bit 7 bis 23 benutzt Diese besonderen Bedingungen für die Bit-Positionen 0 bis 6 werden dazu benutzt um ein Paar von Vorgriffbits zu setzen, welche >o in Fig.9G gezeigt sind, wobei die zugehörigen Schaltungen und Vorgänge in weiteren Einzelheiten im Zusammenhang mit den Fig.9A und 9B beschrieben werden.

Der Übersetzer hat eine Verbindung zur Haupt-Speicherbusschnittstelle über welche er logische Adressen einschließlich der Aktivadreßschlüssel vom Prozessor für die Übersetzung erhält Der Übersetzer enthält auch Schnittstellen für den Außenspeicher und den Asynchronspeicher.

C Adreßbereichs-Verteilung

Fig.2A zeigt die Beziehungen zwischen den verschiedenen Speicherzugriffsarten, welche durch verschiedene Arten von Prozessorbefehlen und Kanal- 2> befehlen hervorgerufen werden, und den entsprechenden Datenadreßbereichen, die in dem Ausführungsbeispiel benutzt werden. In Fig.2A ist nur eine Untermenge der Zugriffsarten benutzt die in F i g. 1B gezeigt wurden. Wie in Fig.2A dargestellt, wird ein jo Befehlsabruf im Befehlsadreßbereich 60 unter Benutzung des ISS ausgeführt. Außerdem sind zwei verschiedene Operanden-Zugriffsarten in Fig.2A gezeigt, welche in den Datenadreßbereichen 6t und 62 ausgeführt werden, wobei die Inhalte der Schlüsselregisterabschnitte OPlS und OP 2S benutzt werden.

C. 1. Prozessoradreßbereichs-Verteilung

F i g. 2A veranschaulicht die Speicherzugriffe, welche auf Grund verschiedener Prozessorbefehlsarten vorgenommen werden. Ein Speicher-Speicherbefehl ruft Daten im OP lS-Datenbereich 61 oder im OP 2S-Datenbereich 62 ab und bewirkt eine Speicherung der Resultate in den OP 2S Datenadreßbereich 62. Ein Befehl für direkte Speicheroperationen holt seine Daten von ISS-Adreßbereich 60 und speichert seine Resultate in den OP 2S-Datenadreßbereich 62 oder in ein Allgemeinregister (AR). Ein Register-Speicher-Befehl verschiebt Daten von einem allgemeinen Register 63 zum OP 2S-Datenadreßbereich 62; ein Speicher-Register-Befehl holt Daten vom OP 2S-Datenadreßbereich 62 und speichert sie in einem Allgemeinregister 63. Ein Verzweigungsbefehl holt einen Verzweigungszielbefehl auch vom ISS-Adreßbereich 60.

C. 2. E/A-Unterkanaladreßbereichs-Verteilung

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Zwei verschiedene Arten von E/A-Unterkanalbefehlen sind in Fig.2A gezeigt. Die eine Befehlsart wird Direkt-Programmsteuerungs-E/A-Befehl genannt (DPS E/A) und bewirkt eine E/A-Operation, die synchron mit t>o dem Hauptprogramm abläuft, d. h. das Hauptprogramm läuft nicht weiter, bis die E/A-Operation beendet ist, wobei sowohl der E/A-Befehl als auch die Daten aus dem OP 2S-Adreßbereich 62 entnommen werden.

Die andere E/A-Befehlsart bewirkt die normale Art t>5 von asynchronen E/A-Operationen, welche allgemein als Cycle-Steal-E/A-Operationen (CS) bezeichnet werden. Für diese zweite Befehlsart muß das E/A-Programm selbst (d.h. die Kanalbefehle) im »Schlüssel=O Kanalprogrammadreßbereich« 64 (siehe Fig.2A) gespeichert werden, während die Datenzugriffe, welche für das Kanalprogramm ausgeführt werden, durch Schlüssel gesteuert werden, welche in den betreffenden Kanalbefehlen spezifiziert sind, so daß durch jeden Kanalbefehl (z.B. GSB) jeweils ein anderer der Adreßbereiche 65 bis 66 ausgewählt werden kann. Das heißt also, daß jedes E/A-Gerät sein eigenes Unterkanalprogramm hat in welchem die Befehle die Möglichkeit haben, jeweils einen anderen Schlüsselwert in den Adreßschlüsselregisterabschnitt jedes Unterkanals einzugeben, so daß es für jeden Unterkanal möglich ist bei jedem Kanalbefehl zu einem anderen Adreßbereich zuzugreifen. Damit hat also jeder Kanal die Möglichkeit den Datenadreßbereich, zu dem er zugreift bei Bedarf beliebig zu verschieben.

F i g. 2B zeigt etwas genauer die Art und Weise, in der die E/A-Operationen ihre Adreßschlüssel bestimmen können, um verschiedene Datenadreßbereiche im Hauptspeicher auszuwählen.

Wie in Fig.2B gezeigt enthält das Hauptprogramm einen E/A-Bet^riebsbefehl, der einen E/A-Vorgang auslöst, und deshalb befindet sich der E/A-Betriebsbefehl im ISS-Adrcßbereich. Der OP-Codeteil des Befehls gibt an, daß es sich um einen E/A-Betriebsbefehl handelt, und das R 2-Feld bezeichnet ein Register, dessen Inhalt mit dem Adreßfeld kombiniert werden muß, um eine Adresse zu erzeugen, die direkt oder indirekt einen »Indirekten Gerätesteuerblockv.· (IGSB) im OP 2S-Adreßbereich bezeichnet Falls mit indirekter Adressierung gearbeitet wird, steht die indirekte Adresse selbst im OP 2S-Adreßbereich. Die IGSB-Adresse ist entweder eine direkte oder eine indirekte Adresse, abhängig vom Wert des I-Bit im E/A-Betriebsbefehl. Das heißt also, daß der E/A-Betriebsbefehl im ISS-Adreßbereich steht und der IGSB im OP 2S-Adreßbereich steht.

Es gibt zwei Arten von indirekten Gerätesteuerblökken IGSB: (1) einen CS-Typ, oder (2) einen D PS-Typ. Das Kanalbefehlsfeld CMD im IGSB gibt an, ob eine CS-Operation oder eine DPS-Operation eingeleitet wird.

Wenn der IGSB ein DPS-Typ ist, enthält sein zweites Wort direkte Daten, die entweder an das adressierte Gerät übertragen oder von diesem empfangen werden, je nach dem, ob das Kanalbefehlsfeld CMD anzeigt, ob es eine E/A-Lese- oder Schreiboperation ist.

Wenn das CMD-FeId anzeigt daß der IGSB vom CS-Typ ist, enthält das zweite Wort im IGSB die Adresse des Unterkanalprogramms für das Gerät, welches durch das GA-FeId im IGSB adressiert ist. Der erste Kanalbefehl (d. h. Kanalsteuerwort), welcher Gerätesteuerblock O (GSB-O) genannt wird, befindet sich in dem Adreßteil des IGSB. Ein Feld im GSB-O, welches Verkettungsadresse genannt wird, gibt den Ort des nächsten Unterkanalsteuerwortes an, welches GSB-I genannt wird, und welches ebenso eine Verkettungsadresse enthält, die den nächsten GSB lokalisiert usw., bis der letzte GSB aufgefunden ist.

In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich also das gesamte Kanalprogramm im »Schlüssel=O Adreßbereich«.

Jeder Gerätesteuerblock GSB hält jedoch in seiner ersten Wortste.lle EA ein Schlüsselfeld, welches der Adreßschlüssel für Daten ist, auf die der betreffende GSB zugreift. GSB-O enthält z.B. ein Schlüsselfeld, welches als Schlüssel für GSB-O bezeichnet wird, und

welches den Adreßbereich für einen zusammenhängenden Block logischer Adressen angibt, welcher an der Datenadresse beginnt, die in dem Feld von GSB-O enthalten ist, das sich an der Stelle EA + 14 befindet Der Schlüssel für GSB-O kann jeden beliebigen Schlüsselwert haben. In äh: ächer Weise enthält das nächste Steuerwort GSB-I einen Schlüssel für GSB-I, der jeden beliebigen Schlüsselwert haben kann, zur Festlegung des Adreßbereichs für die Daten, welche innerhalb GSB-I adressiert werden. Der Schlüsselwert in GSB-I kann also verschieden sein von dem Schlüsselwert in GSB-O usw.

Hieraus wird ersichtlich, daß sich aus der Erfindung eine sehr große Flexibilität in der Adreßbereichsauswahl während dem Betrieb von E/A-Geräten im System ergibt Bei Benutzung von Speicherschutzschlüsseln ohne Übersetzung können in den Gerätesteuerblöcken GSB verschiedene Schlüsselwerte benutzt werden, um einen speziellen selektiven Speicherschutz für die E/A-Datenzugriffe zu bekommen.

Wenn überdies im System im Übersetzungsbetrieb gearbeitet wird, werden für jeden Zugriff alle E/A-Datenadressen durch den Übersetzer übersetzt (siehe F i g. 1 D) in der gleiche Weise, wie die Prozessoradressen übersetzt werden.

F i g. 3A zeigt Schaltungseinheiten für die Steuerung der GSB-Schlüsselöperationen. Jeder E/A-Unterkanal enthält eine kleine prozessorähnliche Steuereinheit zur Steuerung der Operation eines angeschlossenen E/A-Gerätes, das von beliebiger Art sein kann. Diese prozessorähnliche Steuereinheit steuert die Verarbeitung der GSB-Schlüssel durch den betreffenden E/A-Unterkanal. Der GSB-Schlüssel wird in ein GSB-Schlüsselregister 301 in der Unterkanalsteuereinheit vom E/A-Datenbus des Kanals eingegeben, wenn jeweils ein Gerätesteuerblock GSB im Schlüssel = 0 Adreßbereich entnommen wird.

Eine Mehrzahl von Unterkanälen ist in der üblichen Weise mit einem einzelnen Kanal verbunden. Jeder Unterkanal kann sich mit seinem Kanal durch speziell dafür vorgesehene Protokollsignale verständigen. Ein Unterkanal, der Bedienung durch den Kanal anfordert, wird durch einen Aufruf-Vorgang ausgewählt. Nach der Auswahl durch den Aufruf-Vorgang überträgt der Kanaldatenbus Steuersignale und Daten zwischen dem Unterkanal und dem Hauptspeicher. Durch ein Signal, welches von der Aufrufauswahlsteuerung 310 an die Unterkanal-ROS-Steuerung 311 gelangt, wird bewirkt, daß ein Wort aus dem Festspeicher ROS 312 in ein ROS-Datenregister 313 eingegeben wird, um die notwendigen Unterkanaloperationen zu steuern. Eine der Unterkanaloperationen ist ein GSB-Abruf des nächsten Adreßfeldes im laufenden GSB vom Adreßbereich mit Schlüssel = 0. Das GSB-Abruffeld in einem ROS-Wort wird von einem ROS-Decodierer 314 entschlüsselt, welcher dann ein GSB-Abrufsteuersignal abgibt, das die UND-Glieder 315 (0) 315 (1) und 315(2) aktiviert, welche eine Eingabe in das GSB-Schlüsselregister 301 bewirken, das ein Teil des Registerstapels ist, der den ganzen Gerätesteuerblock GSB empfängt, bo Nachdem der GSB-Abruf ausgeführt ist, wird der GSB im Unterkanal gespeichert, das GSB-Abruf-Signal beendet und ein »Kein GSB-Abrufw-Steuersignal aktiviert, welches die UND-Glieder 316 (0), 316 (1) und 316 (2) freigibt, um den GSB-Schlüssel aus dem tv, GSB-Schlüsselregister auszugeben, so daß dieser als CS-Schlüssel für die GSB-Datenzugriffsoperationen zur Verfügung steht. Der CS-Schlüssel wird über den Bedingungscodebus zum Kanal in Fig.3B übertragen. Der Kanaj überträgt dann den CS-Schlüssel zum CS-Schlüsselbus, der mit der Speicherprioritätsauswahlschaltung in F i g. 3C, verbunden ist

Q 3. Speicherprioritäts-Auswahlschaltung

In Fig.3C ist gezeigt, daß der CS-Schlüssel vom Kanalbus einer Kanalsauswahlschaltung 331 zugeführt wird, die mit den Kanalbussen von allen Kanälen verbunden ist, die an den Prozessor angeschlossen sind, und welche einem CS-Schlüssel von einem der Kanäle Priorität gibt

Mit jeder Unterkanalsteuereinheit ist auch oine Mehrzahl von Steuerleitungen verbunden, darunter ein Steuerbus und ein E/A-Adreßbus. Der E/A-Adreßbus überträgt die Datenadresse, welche vom GSB hergeleitet wurde. Zum E/A-Steuerbus gehört eine CS-Anforderungsleitung, welche anzeigt, ob sich eine Adresse auf dem E/A-Adreßbus befindet (F i g. 3B).

Die Speicherprioritätsauswahlschaltung 56 ist mit CS-Zyklus-Anforderungsleitungen eines jeden der Kanäle 1 ... P verbunden, welche an einen Prozessor angeschlossen sind. Durch die Schaltung 332 wird jeweils ein bestimmter CS-Schlüssel ausgewählt und an die Kanalauswahlschaltung 331 abgegeben, welche den CS-Schlüssel des ausgewählten Unterkanals an die AAS-Auswahlschaltungen 333 überträgt, welche auch die Prozessoradreßschlüssel von den Prozessor-ASR-Bussen erhalten. Gesteuert von der Speicherprioritäts-Zyklusschaltung 332 wählen die AAS-Auswahlschaltungen 333 jeweils einen der empfangenen Adreßschlüssel als den aktiven Adreßschlüssel AAS des Systems aus. F i g. 3D zeigt Einzelheiten der AAS-Auswahlschaltung 333.

D. Prozessor

Fig.4 zeigt Einzelheiten der für die Beschreibung wesentlichen Teile des Systernprozessors, der sich gegebenenfalls gleichzeitig mit den CS-Schlüsseln um einen Speicherzugriff bemüht Die Prozessor-ASR-Busse(Sammelleitungen) sind mit den Ausgängen des Adreßschlüsselregister ASR verbunden. Die Speicherprioritätszyklusschaltung 332 (Fig.3C), welche von bekannter Bauart sein kann, bestimmt die Reihenfolge, in welcher den miteinander konkurrierenden Anforderungen ein Zugriff gewährt wird, d.h. also die Reihenfolge, in welcher die entsprechenden Adreßschlüssel als aktiver Adreßschlüssel AAS an den Ausgängen der AAS-Auswahlschaltungen (F i g. 3D) erscheinen.

Fig.4 zeigt diejenigen Steuereinrichtungen im Prozessor, die mit dem Adreßschlüsselregister ASR zusammenarbeiten. Das ASR wird geladen vom Prozessordatenbus (Datensammelleitung) mittels der Eingabesteuerung (EG), und die verschiedenen Adreßschlüssel werden aus dem Adreßschlüsselregister auf den Prozessordatenbus ausgegeben mit Hilfe der Ausgabesteuerung (AG). Die EG- und AG-Steuersignale werden vom Prozessor-ROS-Dekodierer abgegeben. Der Inhalt des Adreßschlüsselregisters ASR wird ständig abgegeben an die Prozessor-ASR-Busse, nämlich den ISS-Bus, den OP2S-Bus, den OP ΙΑ-Bus und den OBA-Bus, welche mit Eingängen der ASS-Auswahlschaltung 333 (F i g. 3C) verbunden sind, von welcher Einzelheiten in Fig.3D gezeigt sind. Die AAS-Auswahlschaltungen nehmen die Auswahl zwischen diesen drei Prozessorschlüsseln und etwa gleichzeitig vorliegenden CS-Schlüsseln vor, und bestimmen damit,

welcher von diesen Schlüsseln der aktive Adreßschlüssel AAS wird. Fig.7 zeigt im Detail die ASR-Steuerschaltung anhand der Eingabe- und Ausgabeschaltungen für eine einzelne Bitposition des ASR. Alle anderen Bitpositionen des ASR haben entsprechende Steuerschaltungen.

Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß der Prozessor-ROS-Dekodierer 405 (Festspeicher-Dekodierer) Ausgangsleitungen hat deren jede durch ein bestimmtes ROS-Wort, wenn dieses ins ROS-Datenregister 406 eingegeben ist, aktiviert wird, um Eingabe und Ausgabe bei den ASR-Registerabschnitten ISS, OPlS und OP 2S zu steuern, bzw. um andere Prozessoroperationen zu veranlassen.

D. 1 Register für letzten aktiven AdreßschlüsseJ AAS

Dei in Fig.4 gezeigte Prozessor enthält auch ein Register für den letzten aktiven Adreßschlüssel, mit dessen Eingangsseite eine AAS-TorschaJtung 407 verbunden ist, welche einerseits an den AAS-Bus von Fig.3D angeschlossen ist und andererseits an einen Inverter, der mit einer Prozessorfehlerkippschaltung 401 verbunden ist Das Ausgangssignal der AAS-Torschaltung 407 wird in das Register 408 für den letzten aktiven Adreßschlüssel AAS eingegeben, wenn ein Prozessorspeicherzyklussignal (von Fig. 17) vorliegt. Das Register 408 speichert jeden auf dem AAS-Bus vorliegenden aktiven Adreßschlüssel vom Prozessor-Adreßschlüsselregister ASR sofern die Fehlerkippschaltung 401 keinen Fehler auf einer Fehlersperrleitung anzeigt.

Wenn aber ein Maschinenfehler (MCK) oder ein Programmfehler (PCK) im Prozessor auftritt wird die Fehlerkippschaltung 401 gesetzt Als Folge davon wird die AAS-Torschaltung 407 gesperrt weil das Fehlersperrsignal abfällt, um dadurch den letzten aktiven Adreßschlüssel des Prozessors zurückzuhalten (LKSA), welcher zu der Zeit vorlag, als die Fehlerkippschaltung 401 gesetzt wurde. Das Maschinenfehlersignal (MCK) und das Programmfehlersignal (PCK) werden in einem Zwangsadreßdecodierer 402 eingegeben (außer während eines Segmentregister-Zyklus), um in die ROS-Steuerschaltung 403 zwangsweise eine Festspeicheradresse einzugeben, welche den Aufruf eines Diagnoseprogramms bewirkt welches die Fehlerbedingung beseitigt entweder durch wiederholte Ausführung der fehlerhaften Funktion, bis sie korrekt ausgeführt ist, oder durch Ausführung einer Abschlußoperation (logout), wenn festgestellt wird, daß der Fehler ein Dauerfehler ist. Das AAS-Register 408 bewahrt inzwischen den LKSA auf, um die zuletzt gültig gewesene Adreßbereichsfestlegung aufrecht zu erhalten, während im Prozessor Fehlerbehebungs-Operationen ablaufen, so daß nach Behebung der Fehlerbedingung das System unter Beibehaltung der zuletzt benutzten Adreßbereichsfestlegung die Arbeit wieder aufnehmen kann.

Eine der jeweils letzten diagnostischen Operationen, die vorgenommen werden, bevor der Zustand eines Prozessors geändert werden kann, ist die Speicherung des Gesamtzustands des Prozessors in einem Niveau-Statusblock (NSB) im Hauptspeicher, wozu der Inhalt des Adreßschlüsselregisters ASR gehört. Durch ein Signal AG AASR (Ausgabe aus dem Register für den letzten aktiven Adreßschlüssel) wird der Inhalt des Registers 408 (LKSA) an den Prozessordatenbus ausgegeben; ein gleichzeitig auftretendes Signal EGOPlS bewirkt die Eingabe des LKSA in den OP IK-Registerabschnitt des ASR für die Diagnoseoder Fehlerbehebungsoperationen (siehe Abschnitt H. 3). Wenn die Fehlerbehebungsoperationen beendet sind, wird der letzte normale ASR-Wert vom NSB im Speicher wieder geladen, um den normalen Betrieb wieder aufzunehmen.

D. 2 Befehle zum Laden/Abspeichern des ASR

Fig.8B und 8C zeigen die Befehle zur Steuerung folgender beiden Operationen: (1) Laden des Adreßschlüssels in das ASR entweder von einer Wortstelle im Hauptspeicher oder von einem bezeichneten Allge-

mein-Register AR; (2) die Abspeicherung von Adreßschlüsseln vom ASR entweder in eine Wortstelle im Hauptspeicher, oder in ein bezeichnetes Allgemeinregister AR. F i g. 8B zeigt die Vorgänge bei Ausführung des Befehls »ASR/Speicher Laden/Abspeichern«. Mit die-

sem einzelnen Befehl kann entweder das Laden des ASR aus dem Hauptspeicher oder das Abspeichern des Inhalts des ASR in den Hauptspeicher gesteuert werden.

F i g. 8B zeigt die Einteilung des 16 Bit langen Befehls

»ASR/Speicher Laden/Abspeichern«. Er ist gekennzeichnet durch den 5-Bit-OP-Code und das 3-Bit-Modifizierfeld in den Bit-Positionen 13 bis 15. Das K-FeId in den Bit-Positionen 5 bis 7 adressiert den Teil des ASR (oder das ganze ASRX der eingegeben oder ausgegeben

jo werden soll. Die K-Werte 0,1, 2 oder 3 bezeichnen die Registerabschnitte ISS, OP 2S, OP IS bzw. das gesamte ASR, zur Benutzung durch diesen Befehl. Eine logische Hauptspeicheradresse wird erzeugt mit Hilfe des RB-Feldes in den Bit-Positionen 8 und 9, welches ein Basisregister bezeichnet und die Zugriffsmodusbits 10 und 11 (AM) welche angeben, ob ein Wort angehängtes Feld an eine Instruktion ist die ein Adreßfeld enthält, wobei der Inhalt des AM-Feldes und des RB-Registers kombiniert werden, um die effektive Adresse derjenigen Wortsteüe im Hauptspeicher zu erzeugen, welche durch die Ausführung dieses Befehls entweder geladen oder abgespeichert wird. Das Bit X in der Bit-Stelle 12 gibt an, ob es sich um einen Ladebefehl oder einen Abspeicherbefehl handelt. Wenn X=O ist,dann wird der

Inhalt der adressierten Wortstelle in demjenigen ASR-Teil abgespeichert der durch das K-FeId bezeichnet ist. Wenn das X-BU=I ist, dann wird der angegebene AKR-Teil in der adressierten Wortstelle abgespeichert

In ähnlicher Weise stellt Fig.8C die bei der Ausführung des Befehls »ASR/Register Laden/Abspeichern« ausgeführten Operationen dar; der einzige Unterschied gegen Fig.8B ist, daß statt einer Hauptspeicherwortstelle bei der Ausführung dieses Befehls ein Allgemein-Register AR benutzt wird. Demgemäß bezeichnet in Fig.8C das R-FeId in den Bit-Positionen 8 bis 10 ein bestimmtes Allgemein-Register AR, welches zum Laden oder Abspeichern eines oder mehrerer Schlüssel in oder von dem bezeichneten Teil (bzw. den bezeichneten Teilen) des ASR benutzt wird.

Die entsprechenden Operationen werden im Prozessor ausgeführt aufgrund von Signalen auf den mit EG bzw. AG bezeichneten Ausgangsleitungen des Prozessors-ROS-Decodierers 405 (F i g. 4), welche mit den auf dem Datenpfad des Prozessors auftretenden Signalen die im Zusammenhang mit Fig.8B beschriebenen Operationen veranlassen.

E. Obersetzer

Fig. 9A und 9B enthalten Einzelheiten des in Fig. IC gezeigten Übersetzers 59, welcher die mit Fig. IA beschriebenen Obersetzungsvorgänge für Adreßverschiebungen vornimmt. Diese Adreßverschiebungs- > Obersetzungsschaltungen können den physischen Adreßbereich von 64 K (2¹⁶) Bytes auf 16 Millionen (2²⁴) Bytes vergrößern, was also einer Erweiterung des Innenspeichers von 64 K Bytes entspricht

Durch den Übersetzer wird der Adreßbereich des Hauptspeiehers insofern vergrößert, als dieser den aktiven Adreßschlüssel AAS und die 16 Bit lange im Programm erscheinende Adresse vom Prozessor oder von einem Unterkanai gemeinsam als logische Eingangsadresse aufnimmt und diese Eingangsadresse in eine 24 ι ί Bit lange physische Adresse umwandelt, die Zugriff zum Innenspeicher, Außenspeicher oder Asynchron-Speicher hat

Dieser Übersetzungsvorgang ermöglicht die dynamische Zuleitung physischer Speicherkapazität zu logisehen Adreßbereichen und die gemeinsame Benutzung physischer Speicherkapazität von mehreren logischen Adreßbereichen. 8 Sätze (Stapel) von je 32 Segmentregistern (SR) sind für die 8 verschiedenen möglichen Werte der Adreßschlüssel vorgesehen, was insgesamt 256 Segmentregister ergibt Jeder geladene SR-Stapel kann eine vollständige Abbildung eines Speicherbereiches enthalten, der bis zu 64 K Bytes enthält, die in Blöcken von je 2 K Byte Speicherkapazität verteilt sein können. Mit einem Stapel kann auch ein Adreßbereich adressiert werden, der weniger als 64 K Bytes hat, indem man lediglich die Validitäts-Bit-Position in einem oder mehreren der Segmentregister auf eins setzt, so daß nur diejenigen Segmentregister, bei denen die Validitäts-Bit=O sind, die Blöcke mit je 2 K Bytes Kapazität bezeichnen, welche zu einem adressierbaren Bereich gehören, der durch einen zugeordneten Adreßschlüssel identifiziert ist

Für jeden Adreßschlüssel ist ein separater Segmentregisterstapel vorgesehen, um ein schnelles Umschalten der logischen Adreßbereiche zu ermöglichen ohne die Notwendigkeit der Wegspeicherung und Wieder-Einspeicherung der Adreßbereichspeicherabbildungen des Systems.

Der Adreßverschiebungsübersetzer, der in den F i g. 9A und 9B gezeigt ist, ermöglicht eine Erweiterung des Hauptspeichers durch einen Außenspeicher von bis zu 64 K Bytes in Inkremen ten von 16 K Bytes auf je einer Karte, welche als die fünfte bis achte Karte für den Außenspeicher bezeichnet sind. Der Innenspeicher so besteht aus der ersten bis vierten Karte, welche auch je eine Kapazität von 16 K Bytes haben. Erweiterungen der Speicherkapazität über die 128 K Bytes des Innenspeichers und Außenspeichers hinaus bedürfen einer zusätzlichen Asynchronspeichereinheit (F i g- IC), durch welche der physische Speicher von 128 K Bytes bis zu einem Maximun von 16 Millionen Bytes vergrößert werden kann.

Der größte durch die Maschine statisch adressierbare Adreßbereich, welcher allen gleichzeitig ablaufenden Programmen zur Verfügung steht, wenn alle Segmentregister mit verschiedenen physischen Blockadressen geladen sind, beträgt 2¹⁹ Bytes. Diese Grenze ist bestimmt durch die 19 Bit lange Eingangsadresse, welche in F i g. 1A gezeigt ist, und die entsteht, wenn ein 3 Bit langer aktiver Adreßschlüssel an die 16 Bit lange im Programm erscheinend? Adresse angehängt wird, um so eine 19 Bit lange logische Maschineneingangsadresse für den Übersetzer zu erzeugen. Für ein einzelnes Programm besteht die Adressierungsmöglichkeit bis zu drei verschiedenen Adreßbereichen, welche durch die drei Abschnitte des ASR definiert sind, nämlich ISS, OPlS und OP 2S, was also eine Adressierbarkeit eines Adreßbereichs von max. 64 K bis zu max. 192 K Bytes ergibt

Das heißt: für einen physischen Hauptspeicher mit einer Kapazität zwischen 512 K Bytes und 16 Millionen Bytes ergibt sich eine Adressierungsmöglichkeit von nur bis zu 512 K Bytes bei einem bestimmten geladenen Inhalt der Segmentregister; dies wird als die größte statische Maschinenadressierbarkeit bezeichnet Wenn man nun eine Adressierung über die 512 K Bytes des statischen Maximuns hinaus vornehmen will, so muß man die Segmentregister durch Programme umladen, um eine Adressierbarkeit anderer Bereiche im Hauptspeicher zu erhalten.

Die statische Adressierbarkeit kann leicht vergrößert werden durch die Hinzufügung weiterer Bits zu dem Adreßschlüssel im ASR und durch die Vergrößerung der zugehörigen Schaltungen, um dadurch eine entsprechend größere Anzahl von Segmentregisterstapeln zu unterstützen.

Wenn in das System ein Übersetzer eingebaut wird, wie er in F i g. 1A gezeigt ist, so wird seine Benutzung durch ein Bit Nr. 14 im Prozessorstatuswort (PSW) gesteuert und zwar durch Ausgangsleitungen des Prozessor-ROS-Decoders in F i g. 4, bei Vorliegen des in Fig. 13A gezeigten Freigabe/Sperrbefehls. Bit 14 im Freigabe/Sperrbefehl gibt an, ob im System ein Übersetzer vorgesehen ist oder nicht, und Bit 7 gibt an, ob er freigegeben oder gesperrt sein soll. Die in F i g. 10 gezeigte Schaltung bestimmt ob der Übersetzer freigegeben wird oder nicht Wenn der Obersetzer nicht freigegeben wird, und wenn das SP-Bit in dem in Fig. 13A gezeigten Befehl auf 1 gesetzt ist wird die in F i g. 11 gezeigte Schaltung zum Speicherschutz bei NichtÜbersetzung verwendet Falls Adressierbarkeit nur in einem kleinen Adreßbereich benötigt ist und falls sehr schnelle Verarbeitung gewünscht wird, kann der Übersetzer gesperrt werden.

F i g. 9A und 9B zeigen im Einzelnen die Schaltungen, Busleitungen und Schnittstellenleitungen für den Übersetzer 59 des Systems von Fig. IC, gemäß folgender Aufstellung:

E. 1 Schnittstelle Prozessor/Übersetzer

(1) Speicheradreßbus 901. Er hat 15 Leitungen, welche die logische Programmadresse vom Speicheradreßregister (SAR) des Prozessorrs zum Übersetzer übertragen. Nach der Adreßübersetzung werden die fünf werthöchsten Bits der Übersetzadresse an den Prozessor zurückgeschickt um, falls erforderlich, zur Adressierung des Innenspeichers 51 benutzt zu werden, die 10 niederwertigen Bits (D-Feld) brauchen nicht übersetzt werden.

(2) Speicherdatenbus 902 zum Speicher. Er enthält 16 Datenleitungen und zwei Paritätsleitungen. Er überträgt Speicherdaten und Segmentregisterinhalte vom Prozessor zum Übersetzer.

(3) Speicherdatenbus 903 vom Speicher. Er enthält 16 Datenleitungen und zwei Paritätsleitungen. Er überträgt Speicherdaten vom Übersetzer und den Inhalt der Segmentregister (SR) zum Prozessor.

(4) Bus für aktiven Adreßschlüssel (AAS-Bus). Diese drei Leitungen übertragen den aktiven Adreßschlüssel AAS von der Speicherprioritätsauswahl-

schaltung (F i g. 3C) zum Übersetzer, um einen bestimmten Segmentregisterstapel im Übersetzer auszuwählen.

(5) Speicherschreiben OP 0. Einzelleitung vom Prozessor, die dem Übersetzer signalisiert, daß eine Schreiboperation im Speicher auszuführen ist mit dem linken Byte des Wortes, das gegenwärtig auf dem Speicherdatenbus zum Speicher vorliegt. Diese Leitung wird aktiviert, wenn das niedrigste Bit Nr. 23 der 24 Bit langen physischen Adresse gleich 0 ist.

(6) Speicherschreiben OP 1. Einzelleitung vom Prozessor, die dem Übersetzer signalisiert, daß eine Schreiboperation im Speicher auszuführen ist mit dem rechten Byte des Wortes, daß sich auf dem Speicherdatenbus zum Speicher befindet. Diese Leitung wird aktiviert, wenn das niedrigste Bit Nr. 23 der 24 Bit langen physischen Adresse gleich list.

(7) Übersetzerfreigabe, Einzelleitung, welche ein Prozessorsignal an den Übersetzer abgibt, daß den Übersetzer für seine Funktion freigibt. Dieses Signal wird aktiviert durch den Freigabe/Sperrbefehl.

(8) Speicheranforderung an Übersetzer. Diese Einzelleitung überträgt ein Prozessorsignal, welches den Übersetzer auffordert, die logische Adresse vom Speicheradreßbus zu übersetzen. Ein Mikrozyklus (220 Nanosekunden) wird automatisch übersprungen, um dem Übersetzer einen Zugriff zum betreffenden Segmentregister zu ermöglichen, um die physische Adresse zu ermitteln und um zu bestimmen, ob ein Zugriff zum Innenspeicher, Außenspeicher oder zum Asynchronspeicher erforderlich ist.

(9) Zeitgeberimpulse A, B, C, D. Diese vier Leitungen übertragen Prozessorzeitgerimpulse von 55 Nanosekunden Dauer, welche den Synchronismus zwischen dem Prouessor und dem Übersetzer herstellen.

(10) Übersetzer/SAR durchgeben. Das Signal auf dieser Leitung gibt an, daß der Übersetzer die fünf höchstwertigen Bits der übersetzten physischen Speicheradresse 55 Nanosekunden nach Beginn dieses Signals auf den Speicheradreßbus gegeben hat Es veranlaßt den Prozessor, daß er Bits 00-04 der übersetzten Adresse vom Adreßbus an den Innenspeicher weitergeben soll.

(11) Innenspeicherzyklus (ISZ). Diese Leitung überträgt ein vom Übersetzer generiertes Signal, welches den Prozessor auffordert, dem Innenspeicher 51 mit jeder neuen physischen Adresse ein Sneicherzeitsignal zur Verfugung zu stellen. Wenn ein Außenspeicher- oder Asynchronspeicherzyklus (OSZ oder ASZ) ausgeführt werden soll, wird diese Leitung deaktiviert, so daß der innere Speicher nicht ausgewählt wird.

(12) Obersetzerspeicher besetzt Diese Leitung tiberträgt einen vom Obersetzer generiertes Signal welches dem Prozessor anzeigt, daß er die Takteignale stoppen solL Diese Leitung wird nur aktiviert bei Zugriffen zur Asynchronspeichereinheit 53. Wenn der Übersetzer die entsprechende Antwort von der Asynchronspeichereinheit 53 bekommen hat, wird diese Leitung deaktiviert, und die Taktsignale werden wieder gestartet, um den Speicherzykhis zu beenden. Diese Stillegung der Speichertaktsignale durch eine Asynchron

speichereinheit ist der Grund für deren asynchrone Arbeitsweise und der Grund dafür, daß ihr Zugriffszyklus länger ist als der Zugriffszyklus beim Innenspeicher 51 oder Außenspeicher 52.

(13) Übersetzer eingebaut. Diese Leitung überträgt ein vom Übersetzer generiertes Signal, welches dem Prozessor anzeigt, daß ein Übersetzer 59 im System eingebaut ist.

(14) Übersetzer ungültige Speicheradresse. Diese Leitung überträgt ein vom Übersetzer generiertes Signal, das dem Prozessor anzeigt, daß die soeben an den Übersetzer übertragene logische Adresse ungültig ist; es erfolgt dann eine Programmfehleranzeige (PCK).

(15) Übersetzer Speicherschutzanzeige. Diese Leitung überträgt ein vom Übersetzer generiertes Signal, welches dem Prozessor anzeigt, daß ein Versuch gemacht wurde, im Speicher in einen Block zu schreiben, in dessen Segmentregister das Bit 14 auf 1 gesetzt ist, wodurch angezeigt wird, daß für diesen Block nur Leseoperationen erlaubt sind.

(16) Überwachungsprogrammzustand oder Zyklusentnahme. Diese Leitung überträgt ein vom Prozessor generiertes Signal an den Übersetzer, welches anzeigt, daß dieser das Nur-Lese-Bit 14 im adressierten Segmentregister ignorieren soll, weil die vorliegende Speicherzugriffsanforderung entweder vom Überwachungsprogramm oder vor einem E/A-Unterkanal stammt.

(17) Zyklusende. Diese Leitung überträgt ein vorr Prozessor generiertes Signal, welches dem Übersetzer anzeigt, daß jetzt der Speicherzyklus beendet wird.

(18) Segmentregisterzyklus. Diese Leitung überträgi ein vom Prozessor generiertes Signal, welches den Übersetzer anzeigt, daß die Segmentregistei aktiviert werden. Gleichzeitig werden die Leitun gen Speicher-Scheiben OP 0 bzw. Speicher-Schrei ben OP 1 benutzt, um anzuzeigen, ob der Zyklus eii Lese- oder Schreib-Zyklus als Teil eines Befehl: »Segmentregister abspeichern« oder »Segmentre gister laden« ist.

E. 2 Schnittstelle Übersetzer/Außenspeicher

Die Schnittstelle vom Übersetzer zum Außenspeichei ist in Fig.9B gezeigt. Zu ihr gehören folgend« Leitungen:

(1) Kartenauswahlleitungen. Diese vier Leitungen welche bezeichnet sind mit Kartenauswahl 80 K 96 K, 112 K und 128 K, wählen je eine Speicherkar te von 16 K Bytes im Außenspeicher aus.

(2) Leitungen TCSX und TCSY. Diese sechs Leitungei übertragen X-Koordinaten und V-Koordinaten fO die ausgewählte Karte, um einen bestimmte! Bereich auf dieser Karte auszuwählen.

(3) Leitungen »Byte 0 Schreiben« und »Byte Schreiben«. Diese vier Leitungen übertragei Zeitgebersignale zu den vier Außenspeicherkarter um ein Byte zu schreiben.

Wenn der Übersetzer die physische Speicheradress* vom entsprechenden Segmentregister erhält, bestimm er, ob ein Zugriff zum Innenspeicher, zum Außenspei eher oder zum Asynchronspeicher gemacht werdei muß; er aktiviert die Schnittstellenleitungen zur Außenspeicher nur, wenn ein Außenspeicherzyklu erforderlich ist. Die Leitungsbrücken, welche in de Außenspeichersteuenmg eingebaut werden (Fig.9B

zeigen an, welche der vier Karten der Außenspeichereinheit installiert sind.

E. 3 Schnittstelle Übersetzer/Asynchronspeicher

Die Schnittstelle vom Übersetzer zum Asynchronspeicher (F i g. 9A und 9B) umfaßt folgende Leitungen:

(1) Asynchronspeicher Ausgabedaten/Parität. Diese 16 Datenleitungen und zwei Paritätsleitungen bilden den Speicherdatenbus zur Asynchronspeichereinheit.

(2) Asynchronspeicher Eingabedaten/Parität. Diese 16 Datenleitungen und zwei Paritätsleitungen bilden den Speicherdatenbus von der Asynchronspeichereinheit zum Prozessor und zum Kanal.

(3) Asynchronspeicher unteres SAR Aus. Diese 13 i^r) Leitungen übertragen die 13 höhcrwcrtigen Bits der physischen Adresse, welche die Blockadresse in der Asynchronspeichereinheit bilden. Sie bilden die oberen SAR-Bits 0—12, welche im Asynchronspeicherzyklus in F i g. 9G gezeigt sind.

(4) Asynchronspeicher oberes SAR Aus. Diese zehn Leitungen übertragen die 10 niederwertigen Bits 13—22 im Asynchronspeicherzyklus, aber nicht Bit 23 des Asynchronspeicherzyklus (F i g. 9G). Die Bit 13 bis 22 adressieren ein Wort im ausgewählten Block.

(5) Byte 0 Schreiben. Diese Leitung überträgt das niedrigste Bit Nr. 23 der physischen Adresse, um anzuzeigen, ob das linke Byte des adressierten Wortes während des Asynchronspeicherzyklus für 3« eine Speicheroperation benutzt wird.

(6) Byte 1 Schreiben. Diese Leitung informiert den Asynchronspeicher, daß das rechte Byte des gerade adressierten Wortes während des Asynchronspeicherzyklus einer Speicheroperation unterliegt.

(7) Asynchronspeicherauswahl. Diese Leitung zeigt dem adressierten Speichermodu! an, daß ein Speicherzyklus begonnen werden soll. Diese Auswahlleitung wird nur aktiviert während eines Asynchronspeicherzyklus, und wenn keine logische Befehlsadresse und keine Speicherschutzanzeige vom Übersetzer festgestellt wurden.

(8) Schnittstellentakt und Schnittstellentakt 90°. Diese zwei Taktsignale haben eine Periode von 440 Nanosekunden mit einer Impulsdauer von 50% pro Periode. Die beiden Taktsignale haben eine Phasenverschiebung von 90° gegeneinander; sie sind nur aktiv, wenn das Asynchron-Speicherauswahlsignal auch aktiv ist Diese Taktsignale können in der Asynchron-Speichereinheit für folgendes benutzt werden: Synchronisierung innerhalb der Speichereinheit, Vermeidung von Problemen beim Wiedereinschreiben, Einspeicherung von Daten in Kippschaltungen, und zur Erzeugung von Antwortsignalen zu den vorgegebenen Zeitpunkten. Rückantwort Auf dieser Leitung erscheint ein Signal von der Asynchronspeichereinheit, wenn der adressierte Speicherplatz installiert ist
SchreibzeitgabesignaL Diese Leitung zum ausgewählten Asynchronspeichermodul wird während eo der zweiten Hälfte des Schreibzyklus aktiviert, nachdem der Übersetzer eine Rückantwort erhalten hatte. Das Schreibzeitgabesignal wird nur aktiviert, wenn die Auswahlleitung auch aktiviert ist Normales Asynchronspeicherzyklusende. Auf dieser Leitung wird ein Zeitgabeimpuls abgegeben, wenn die Rückantwortleitung ein Signal vom Asynchronspeicher erhält. Es wird von der ausgewählten Asynchronspeichereinheit als Bestätigungssignal benutzt, um die Rückstellung der Kippschaltungen, welche während des Zyklus gesetzt wurden, zu erreichen, und um die Wiederauswahl während desselben Zyklus beim Abfallen des Asynchronspeicherauswahlsignals zu verhindern.

E. 4 Segmentregisterauswahl

Einzelheiten der Segmentregistersteuerschaltungen sind in F i g. 9C gezeigt. Ein Segmentregister wird durch ein Konzentrationsverfahren ausgewählt. Zunächst wird in allen Registerstapeln die gewünschte Speicherstelle ausgewählt durch Adressierung aller Register mit den höherwertigen Bitstellen 0—4 der im Programm erscheinenden logischen Adresse, so daß aus jedem Stapel der Inhalt des gewählten Registers ausgegeben wird. Dann wird mit Hilfe der AAS-Bits eine Auswahl unter den Stapeln getroffen, wobei durch diese Auswahl eines der acht vorgewählten Register endgültig ausgewählt wird. Dies wird so erreicht, daß man zunächst den Wert des AAS-Bits 2 benutzt, um von den vorgewählten Segmentregistern zur Einschränkung zunächst vier auszuwählen, und zwar entweder von den gradzahligen oder den ungradzahligen Stapeln. Die vom AAS-Bit 1 beaufschlagten Leitungen mit dem Signal echt (T) und Komplement (C) werden dann dazu benutzt, um von den zwei Gruppen von Stapelausgangssignalen nur eine auszuwählen, und zwar entweder die Stapel 0,1 und 4,5 oder die Stapel 2,3 und 6,7. (Hierbei bedeutet das Komma zwischen den Stapelnummern »oder«.) Es werden also die Ausgabesignale eines Paares von Registern benutzt, und zwar entweder von den Stapeln 0,1 und 4,5, wenn AAS-Bit 1 im Zustand 0 ist, oder von den Stapeln 2,3 und 6,7, wenn das AAS-Bit 1 im Zustand 1 ist Von dem ausgewählten Paar wird schließlich ein einzelnes Register ausgewählt aufgrund des Zustandes des SR-Hoch-Niedrig-Auswahl-Bit (AAS-Bit 0), welches dem Konzentrator 921 in F i g. 9A zugeführt wird, welcher eine Auswahl aus dem vorausgewählten Paar von Stapeln trifft und schließlich nur von einem einzigen Register aus einem ausgewählten Stapel die Ausgangswerte abgibt

E. 5 Steuerung zum Laden/Abspeichern der
Segmentregister

F i g. 8A zeigt die Operation der Befehle zum Laden und Abspeichern der Segmentregister (SR). F i g. 17 zeigt die Prozessorspeichersteuerung, und F i g. 9A und 9B zeigen die zugehörigen Übersetzersteuerungen, welche zur Ausführung dieser Befehle benötiet werden.

In F i g. 8A ist gezeigt, wie der Befehl »SR Laden« die Eingabe einer physischen Blockadresse in ein gewähltes Segmentregister von einem adressierten 'Wortspeicherplatz im Hauptspeicher steuert Der Befehl »SR Abspeichern« bewirkt das Kopieren des Inhalts eines ausgewählten Segmentregisters in eine adressierte Wortspeicherstelle im Hauptspeicher.

Das Format der 16 Bit langen Befehle zum Laden und Abspeichern der Segmentregister wird bestimmt durch einen 5 Bit langen OP-Code und ein 3 Bit langes Modifizierfeld, welche in den Bit-Positionen 0 bis 4 bzw. 13 bis 15 stehen.

Das Bit X in der Bit-Position 12 des SR-Befehls gibt an, ob es sich um eine Lade- oder um eine Abspeicher-Operation handelt Wenn Xauf 0 gesetzt ist, wird der Inhalt der adressierten Wortspeicherstelle hn

Hauptspeicher in das ausgewählte Segmentregister geladen. Wenn das X-Bit auf 1 gesetzt ist, dann wird der Inhalt des gewählten Segmentregisters in der adressierten Wortspeicherstelle abgespeichert.

Das R-FeId in den Bit-Positionen 5 bis 7 adressiert ein ·-> Allgemein-Register (AR), welches die Adresse des ausgewählten Segmentregisters enthält, welches geladen oder dessen Inhalt abgespeichert werden soll. Im Allgemein-Register ist das Schlüsselfeld in den Bit-Positionen 5 bis 7 eine Stapelnummer, die den gewählten ι ο Stapel identifiziert, und die AR-Bit-Positionen 0 bis 4 enthalten eine Segmentregisternummer, welche das gewählte Segmentregister identifiziert, welches geladen oder aus dem abgespeichert werden soll.

Die gewünschte Wortspeicherstelle im Hauptspei- \^r> eher wird adressiert mit Hilfe einer logischen Adresse, welche generiert wird unter Benutzung des RB-Feldes in den Bit-Positionen 8 und 9, die ein Basisregister angeben; das AM-FeId in den Bit-Positionen 10 und 11 (Zugriffsart) gibt an, ob ein Zugriffsart-Wort der 2« Instruktion folgt. Der Inhalt des Zugriffsart-Wortes (AM-Wort) und des RB-Registers werden kombiniert, um die effektive (d. h. im Programm erscheinende) Adresse der Hauptspeicherwortstelle zu generieren, welche durch Ausführung der Instruktionen geladen oder aus der abgespeichert werden soll. Falls das System im Übersetzerbetrieb arbeitet, wird die generierte effektive Adresse in den Übersetzer (F i g. 9A und 9B) zusammen mit dem aktiven Adreßschlüssel AAS eingegeben, um eine logische Maschineneingabeadresse jo zu bilden. Der Übersetzer gibt eine 24 Bit lange physische Adresse ab, mit der ein Zugriff zu der adressierten Wortspeicherstelle möglich ist. Somit ist es möglich, daß bei dem Segmentregister, welches geladen werden soll, sein vorheriger Inhalt in einer Übersetzungsoperation benutzt wird, bevor dieser Inhalt durch den Segmentregisterladebefehl zu einer anderen physischen Blockadresse verändert wird.

Wenn der Prozessor nicht im Übersetzerbetrieb arbeitet, ist die generierte effektive Adresse die w physische Adresse im Hauptspeicher.

Bits 13 und 14 der adressierten Wortspeicherstelle im Hauptspeicher enthalten die Werte für das Validitäts-Bit V und das Nur-Lese-Bit R, welche in das Segmentregister zu laden sind, um dessen Wirkung zu steuern, wenn es für eine angeforderte Übersetzung benutzt wird.

F i g. 17 zeigt die Steuereinrichtung des Prozessors, die bei Ausführung der Befehle zum Laden bzw. Abspeichern der Segmentregister benutzt werden, so Diese Steuerschaltungen im Prozessor generieren ein SegmentregisterzykhissignaL, welches vom Übersetzer (Fig.9A und 9B) benutzt wird, um das Laden oder Abspeichern eines Segmentregisters zu bewirken. Durch einen Befehl zum Laden oder Abspeichern eines Segmentregisters werden im Prozessor Mikrobefehle abgerufen, welche ein Signal »Anforderung zum Laden/Abspeichern eines Segmentregisters« erzeugen, und danach ein Signal für eine Prozessoranforderung eines Speicherzyklus. Das erste Signal setzt eine Kippschaltung 481 »SR-Anforderung folgt« (Fig. 17), und das zweite Signal gelangt an ein UND-Glied 482, welches durch das T-Ausgangssignal der Kippschaltung 481 freigegeben wird. Bei aktivem Ausgangssignal des UND-Gliedes 482 wird eine SR-Phasenkippschaltung as (PH) für einen Zyklus gesetzt; deren Ausgangssignal aktiviert das UND-Glied 484, wenn der Obersetzer eingebaut ist Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 484 setzt eine Kippschaltung 486 »SR-Anforderung«, um anzuzeigen, daß ein Zugriff zu einem Segmentregister erforderlich ist. Das T-Ausgangssignal der Kippschaltung 486 gibt das UND-Glied 488 frei, um so ein SR-Zyklussignal zu erzeugen unter der Voraussetzung, daß keine CS-Zyklusanforderung vorliegt, da CS-Zyklen die höchste Priorität haben. Der SR-Zyklus hat zweithöchste Priorität, und ein normales Prozessor-Speicherzyklus hat niedrigste Priorität; dies wird bewirkt durch ein UND-Glied 493, das ein Prozessorspeicherzyklussignal auf Leitung 494 nur dann erzeugt, wenn kein SR-Anforderungssignal vom C-Ausgang der Kippschaltung 486 an seinem Eingang vorliegt. Der andere Eingang des UND-Gliedes 493 ist mit dem T-Ausgang der Prozessorzyklus-Kippschaltung verbunden. (Der T-Ausgang einer Kippschaltung gibt das echte oder wahre Ausgangssignai ab, während der C-Ausgang das Komplementärsignal abgibt.)

Wenn während der Ausführung eines Befehls zum Laden oder Abspeichern eines Segmentregisters das UND-Glied 488 durch das T-Ausgangssignal der Kippschaltung 486 freigegeben wird, erhält sein anderer Eingang das T-Ausgangssignal von der Prozessorzykluskippschaltung 490, die immer dann aktiviert wird, wenn eine Speicherzyklusanforderung vom Prozessor vorliegt. Die Kippschaltung 490 wird durch ein Ausgangssignal des UND-Gliedes 491 gesetzt; dessen einer Eingang erhält zur Freigabe das Signal »kein CS-Zyklus« (welches dann auftritt, wenn keine E/A-Speicher-Zugriffsanforderung vorliegt). Der andere Eingang des UND-Gliedes 491 erhält zur Freigabe das T-Ausgangssignal (wahres Ausgangssignal) der Prozessorspeicheranforderungskippschaltung 492, die immer gesetzt wird, wenn eine Prozessoranforderung für einen Speicherzyklus vorliegt.

Während ein Segmentregisterzyklussignal auf Leitung 923 vorliegt, wird das auszuwählende Segmentregister von der laufenden Adresse im Prozessorspeicheradreßregister SAR adressiert. Daraufhin erfolgt eine Auswahloperation für das Segmentregister in der gleichen Weise, wie es bei der Beschreibung des Übersetzers im Abschnitt »Segmentregisterauswahl« erläutert wurde.

Wie bereits erwähnt, bestimmt der Binärwert des X-Bit im Befehl, ob eine Lade- oder Abspeicher-Operation ausgeführt wird; zu diesem Zweck wählt das X-Bit eine Lade- oder Abspeicher-Mikroroutine vom Prozessorfestspeicher ROS. Für eine Segmentregisterladeoperation generiert die Mikroroutine zunächst eine Prozessorspeicheranforderung, während der das durch den SR-Befehl adressierte Wort aus dem Hauptspeicher abgerufen und in das Prozessorspeicherdatenregister SDR eingegeben wird. Danach gibt die rviikrorouiine das Anforderungssignal für das Laden/Abspeichern des Segmentregisters ab, worauf eine weitere Prozessoranforderung für einen Speicherzyklus folgt Dies veranlaßt die Schaltung in F i g. 17, um in der oben beschriebenen Art und Weise einen SR-Zyklus zu generieren, welcher das Segmentregister auswählt und bewirkt, daß der Inhalt des Speicherdatenregisters SDR in das ausgewählte Segmentregister übertragen wird.

Der Befehl »Segmentregister abspeichern« läuft ähnlich ab, aber mit umgekehrten Ablauf der Mikroroutine, so daß zuerst die Schaltung in Fig. 17 veranlaßt wird, einen SR-Zyklus zu generieren, während das Segmentregister ausgewählt und sein Inhalt in das Speicherdatenregister SDR übertragen wird. Dann bewirkt die Mikroroutine eine normale Prozessor-

Speicheranforderung, welche veranlaßt, daß der Inhalt des SDR in die adressierte Speicherstelle im Hauptspeicher übertragen wird.

E. 6 Steuerung für Vorgriffs-Übersetzereinheit

Wenn bei der Adreßübersetzung der Blockadreßteil der physischen Adresse aus den Bits 0—4 der logischen Adresse erzeugt wird, wird zum Zugriff für die Auswahl und das Auslesen eines Segmentregisters SR ein Prozessortaktzyklus benötigt. Ein weiterer Prozessortaktzyklus würde zum Zugriff benötigt werden (falls die ^vorgriffsschaltungen nicht vorgesehen wären), um die ausgelesene Blockadresse zu decodieren und um den Schnittstellenbus zu der benötigten Speichereinheit auszuwählen, d. h. zum Innenspeicher, zum Außenspeicher oder zum Asynchronspeicher, zu dem die physische Bloekadresse übertragen werden muß. Wenn eine Vorgriffsschaltung vorgesehen wird, braucht man keine zusätzliche Zeit zur Auswahl des benötigten Schnittstellenbus, und man braucht die ausgelesene Bloekadresse nicht zu decodieren, um die benötigte Speichereinheit zu bestimmen. Das heißt, daß durch die Vorgriffsschaltung die Zugriffszeit bei Übersetzung um einen Prozessortaktzyklus verkürzt wird. Während des Übersetzungsvorgangs liegen die D-Bits der Positionen 5 bis 15 der logischen Adresse ständig auf dem Hauptspeicherbus vom Prozessorspeicheradreßregister SAR vor. Für die D-Bits wird also keine zusätzliche Übersetzungszeit benötigt; sie werden gleichzeitig an alle drei Speichereinheiten abgegeben.

Für die Vorgriffsschaltungen werden in jedem Segmentregister (SR) in jedem der acht Stapel (Fig.9A) zwei Bit-Positionen vorgesehen, die als Vorgriffsbits bezeichnet sind. Die Einteilung der Segmentregister zeigt F i g. 6. Die beiden Vorgriffsbits werden generiert und in das Segmentregister eingesetzt, wenn die Blocknummer durch die Prozessorspeichersteuerung in das Segmentregister eingesetzt wird; diese Steuerung, welche die in Fig.8A gezeigten Operationen ausführt, ist in F i g. 17 gezeigt Die Vorgriffsbits zeigen an, ob der Innenspeicher, der Außenspeicher oder der Asynchronspeicher den Block enthält, welcher der Blocknummer im SR entspricht Wenn die Vorgriffsbits gesetzt sind und die Segmentregister geladen sind, werden die Vorgriffsbits bei jedem Speicherzugriff mit Übersetzung benutzt, um die Bestimmung und Auswahl der erforderlichen Speichereinheit parallel mit der schaltungsmäßigen Übersetzung der logischen Eingangsadresse durchzuführen. Die Blocknummer, nicht aber die Vorgriffsbits, können durch ein Programm gelesen werden, daß einen SR-Speicherbefehl benutzt

Die Vorgnffsbits werden in der in F: g. 9G gezeigter. Art codiert Das linke Vorgriffsbit wird auf 1 gesetzt wenn der zugehörige Block im Innenspeicher steht Wenn das linke Bit auf 0 gesetzt ist, steht der zugehörige Block entweder im Außenspeicher oder im Asynchron speicher. Der Wert des rechten Vorgnffsbits zeigt an, ob der Außenspeicher oder der Asynchronspeicher den Block hält Wenn das rechte Bit gleich 0 ist, steht der Block in der Asynchronspeichereinheit

Die Vorgriffsbits werden nur von den Schaltungen benutzt und sind für den Programmierer oder den Systembenutzer nicht sichtbar. Sie dienen lediglich dazu, die Speicherzugriffe zu beschleunigen, und sind nicht Teil der Obersetzungsoperation.

Die Schaltungen zum Setzen der Vorgriffsbits sind in Fig.9C gezeigt Dazu gehören die Decodierer 901A und 902A denen beide der höherwertige Teil der zugeordneten Blocknurnmer zugeführt wird, die in ein Segmentregister bei Ausführung eines Segmentregisterbefehls geladen wird, wie dies im Zusammnhang mit F i g. 8A beschrieben wurde. Das ausgewählte Segmentregister befindet sich in einem der Stapel 0 bis 7 (Fig.9C). Die Blocknummer wird abgegeben vom Befehl »Segmentregister laden«, welcher die durch Programm zugeteilte Blocknummer von dem Speicher-

lu platz im Hauptspeicher abruft, der durch den Befehl adressiert wird, wonach die Blocknummer in das Speicherdatenregister SDR (Fig.4) eingesetzt wird. Dann gibt der Prozessor die zugeteilte Blocknummer vom SDR auf den Prozessordatenbus (F i g. 3C), welcher

is mit dem Speicherdatenbus zum Speicher (Fig.9A) verbunden ist, über welchen die Daten übertragen werden, welche in ein adressiertes Segmentregister in einem der Stapel 0 bis 7 zu laden sind. Der Segmentregisterladeweg ist in Fig.9C im einzelnen gezeigt; die Signale auf den SR-Eingangsleitungen 00—07 werden zur Erzeugung der Vorgriffbits benutzt. Die Leitungen 00 bis 06 sind mit dem Eingang des 0-Decodierers 902Λ verbunden, und die Leitungen 00 bis 07 sind mit dem Eingang des 0-Decodierers 901/4 verbunden. Jeder der 0-Decodierer gibt eine 1 als Vorgriffssignal ab, wenn an seinen Eingängen lauter Nullen vorliegen, und ergibt ein O-Signal am Ausgang ab, wenn irgendeiner der Eingänge gleich 1 ist. Wenn der Decodierer 901Λ lauter Nullen in den Bit-Positionen

jo 00 bis 07 feststellt, überträgt er ein 1-Bit in die linke Vorgriffsbitstelle des adressierten Segmentregisters in den Stapeln; wenn aber irgendeines der Eingangsbits 0 bis 7 eine 1 ist, dann wird das linke Vorgriffsbit auf 0 gesetzt. Der Decodierer 901 A zeigt an, ob der physische

iί Block, dessen Adresse geladen wird, im Innenspeicher steht oder nicht; hiervon hängt es ab, ob ein ISZ-Signal erzeugt werden muß.

Wenn der Decodierer 902Λ lauter Nullen in den SR-Eingangsbitpositionen 0 bis 6 feststellt, dann wird das rechte Bit des adressierten Segmentregisters auf 0 gesetzt Der Grund hierfür ist daß wenn das linke Vorgriffsbit anzeigt das die Innenspeichereinheit nicht die betroffene Speichereinheit ist und wenn Bit 0 bis 6 alle Null sind, daß dann der Decodierer 902A anzeigt ob ein 1-Bit in Bit-Position 7 der physischen Adresse, die geladen wird, vorliegt oder nicht; dies schließlich zeigt an, ob der betreffende Block im Außenspeicher steht, oder im Asynchronspeicher.

Bei jedem Segmentregister also, das geladen wird, werden die Vorgnffsbits so gesetzt daß sie diejenige Speichereinheit angeben, welche den zugeordneten Block enthält Die SR-Ladeoperation erfolgt während eines SR-Zyklus, der auf Leitung 923 im Konzentrator 922 (F i g. 9A) von der Grundsteuerung angezeigt wird, die im Einzelnen in F i g. 9D-2 gezeigt ist

Die Stapeladresse wird in den Konzentrator 922 durch die Leitungen 05 bis 07 des Speicheradreßbus 901 (F i g. 9 A) eingegeben. Die Segmentregisteradresse wird von den Leitungen 00 bis 04 des Speicheradreßbus 901 über das PH-Register zu den Segmentregisterstapeln 0—7 (Fig.9A) übertragea Diese Adreßsignale gelangen auf die Leitungen 00 bis 07 des SpeicheradreBbus 901 (Siehe Fig.3C) vom Speicheradreßregister SAR (Fig.4) über den ProzessoradreBbus. Der Inhalt des SAR stammt aus dem Allgemein-Register, welches durch den Befehl »Segmentregister Laden« (Fig.8A) ausgewählt wurde, von welchem Allgemein-Register die Bhs 0—7 die SR-AdreB-Bits auf den Leitungen 00 bis 07

des Bus 901 sind. (Das Allgemein-Register AR wird im Niveau-Stapel 431 (Fig.4) durch eine Niveaustapeladresse ausgewählt, die vom AR-FeId im Befehl »Segmentregister laden« abgeleitet wurde.)

Der Konzentrator 922 gibt dann die Stapeladresse des gewählten Segmentregisters auf seinen folgenden Ai'sgangsleitungen ab: AAS-Bh 2, AAS-Bit 1, und »SR Hoch-Niedrig-Auswahl« (Leitung 935). Die Leitung 935 gibt ein. Eingangssignal an die Grundsteuerung in Fig.9B. Diese Schaltungen sind im Einzelnen in Fig.9D-2 gezeigt; sie erzeugen die Signale für die Leitungen 932 und 933, die mit den Segmentregisterstapeln 0—7 zur Angabe des niederwertigen Stapeladreßbits verbunden sind, und entsprechend der wahren und der komplementären Form des Signals auf Leitung 07 des Speicheradreßbus 901. Die Signale auf der Leitung AAS-Bit 1 entsprechen der wahren und der komplementären Form der Signale auf der Busleitung 06; und das Signal auf der Leitung AAS-Bit 2 entspricht dem Signal auf der Bus-Leitung 05.

Bei einem Speicherzugriff im Übersetzungsbetrieb wird ein Stapelregister ausgewählt durch die gleiche Art von Konzentrationsoperation, wie sie im Abschnitt »Segmentregister-Auswahl« beschrieben wurde. Aus den vom Konzentrator angewählten Segmentregistern werden die beiden Vorgriffsbits zur gleichen Zeit wie die übrigen 16 Bits ausgelesen. Für die Vorgriffsbits wird ein separater Konzentrator 931 benutzt, weil er schneller arbeitet als der weitere Konzentrator 921, der die Blockadreß-Bits für das gleiche Segmentregister jo auswählt. Am Ausgang des Konzentrator 931 wird jeweils eine von drei Ausgangsleitungen aktiviert, um den gewählten Speicherzyklus anzugeben, nämlich entweder ISZ, OSZ oder ASZ. Für den Prozessor werden die ISZ-Signalleitungen 54Λ vom Prozessor durch die Speicherprioritätsauswahlschaltung 56 zur Innenspeichereinheit 51 (Fig. IC) benutzt. Da die Leitungen 54A auf jeden Fall existieren, ob nun das System einen Übersetzer hat oder nicht, wird die Innenspeicherzyklus-Steuerleitung vom Konzentrator 931 mit dem Prozessor verbunden, um eine ISZ-Adressieroperation zu veranlassen. Die Leitungen für den Außenspeicherzyklus und den Asynchronspeicherzyklus führen zu den F i g. 9E bzw. 9F-1, um die Adreßauswahl in den betreffenden Einheiten zu veranlassen.

F. Operandenbereichsabgleich

45

Eine speziell vorgesehene Einrichtung ist der Operandenbereichsabgleich (OBA). Wenn diese Bedingung im Adreßschlüsselregister ASR gesetzt ist, ergibt sich ein spezieller Adressierungszustand, bei dem alle Operandenabrufe zwangsweise im OP 2S-Adreßbereich stattfinden, während der Adreßbereich, der durch den OP1 S-Adreßschlüssel angegeben ist, obwohl der Schlüssel im OP lS-Registerabschnitt des Adreßschlüsselregister ASR nicht geändert wird.

Der OBA-Zustand des Systems wird herbeigeführt durch den in Fig. 13A gezeigten Freigabebefehl, wenn dessen OBA-Bit 13 auf 1 gesetzt ist. Wenn dieser Befehl ausgeführt wird, bewirkt das gesetzte OBA-Bit, daß der bo OBA-Registerabschnitt im betreffenden ASR entsprechend geladen wird durch Eingabe vom Prozessor-ROS-Decodierer (Fig.4). Es wird keiner der Schlüssel im ASR geändert, wenn der OBA-Zustand aktiviert wird. Es wird jedoch nicht zu dem Adreßbereich zugegriffen, der im OP IS-Abschnitt definiert ist, solange der OBA-Zustand im ASR aktiv ist. Die OBA-Einrichtung wird durch die in Fig.3D gezeigte Schaltung implementiert, in welcher eine Aktivierung der OBA-Leitung vom ASR zwangsweise bedingt, daß der AAS-Ausgang den OP 2S-Schlüssel abgibt, jedesmal wenn bei Ausführung eines Befehls im Prozessor eine Zugriffsanforderung entweder für einen OP 1-Operanden oder einen OP 2-Operanden vorliegt

Wenn der OBA-Zustand beendet wird durch Ausführung eines Sperrbefehls, dessen OBA-Bit 13 auf Null gesetzt ist, wird der Schlüssel im OP lS-Registerabschnitt wieder in Benutzung genommen, und bei jeder OP 1-Operandenanforderung ausgegeben.

G. Adreßbereichsbestimmung durch
Schlüsseleingabe ins ASR

Wenn die OBA-Einrichtung gesperrt ist, haben die drei Adreßschlüssel im Adreßschlüsselregister ASR folgende Funktion:

jeder in das ASR geladene Adreßschlüssel definiert einen Adreßbereich, dem zugegriffen werden kann. Jeder Adreßbereich ist ein logisch zusammenhängender Speicherbereich, zu dem durch die effektive logische Adresse zugegriffen werden kann, ohne Zuhilfenahme irgendeiner programmierten Managementfunktion für die Verteilung der vorhandenen Mittel. Jeder logische Adreßbereich et.:hält bis zu 64 K Bytes. Alle Befehlsabrufe erfolgen in dem Adreßbereich, der durch den ISS definiert ist. Alle Leseoperationen, die einen Datenoperanden 1 betreffen (wie er im Speicher-Befehl definiert wird), erfolgen im Adreßbereich, der durch den OP IS definiert ist. (Auf Grund der Konstruktion si.id keine Schreiboperationen für Operanden 1 vorgesehen.) In ähnlicher Weise erfolgen alle Schreib- und Leseoperationen, die einen Datenoperand 2 betreffen (wie beim Entwurf der Befehlsstruktur vorgesehen), im Adreßbereich, der durch den OP 2S definiert ist.

Wenn z.B. ISS=OP IS=OP2S, erfolgen alle Speicherzugriffe zu dem gleichen logischen Adreßbereich von 64 K Bytes Kapazität Wenn ISS nicht gleich OP 1 ist, wenn aber OP IS=OP 2S, dann erfolgen die Instruktionsabrufe im ISS-Adreßbereich und die Datenzugriffe erfolgen im OP 2-Adreßbereich. Wenn ISSTtOP 1 S# OP 2S, dann erfolgt der Befehlsabruf im ISS-Adreßbereich, jeder Abruf eines Operanden 1 im OP IS-Adreßbereich, und jeder Abruf oder jede Abspeicherung eines Operanden 2 im OP 2S-Adreßbereich, wobei also die 3 Adreßbereiche voneinander verschieden sind. Der Datenfluß für eine Klasse von Instruktionen, bei denen drei verschiedene Adreßbereiche benutzt werden, ist in Fig.2A dargestellt Die Schlüsselwerte im ASR können nur gesetzt werden, wenn der Prozessor im Überwachungsprogrammbetrieb arbeitet d. h. wenn die Befehle zum Laden des ASR privilegiert sind.

H. Laden des ASR bei Unterbrechung

W<;nn im Prozessor eine Unterbrechung vorkommt, werden in das ASR zur Vorbereitung Adreßschlüssel für Adreßbereiche eingegeben, die von den die Unterbrechung behandelnden Programmen benötigt werden könnten. Es gibt im System eine Mehrzahl verschiedener Arten von Unterbrechungen, deren jede ihre spezielle Programmierunterstützung hat, die wiederum das Laden bestimmter Adreßschlüssel erfordert Zu den Prozessorunterbrechungen gehören: Unterbrechungen zum Überwachungsprogrammaufruf, E/A-Geräteunterbrechungen, Maschinenfehler-ZProgrammfehler-Unterbrechungen, Programm-Protokoll-Unterbrechurigen, Bedienungsfeld-Unterbrechungen und Unterbrechun-

gen bei thermischer Überlastung. Dieser Prozessor-Unterbrechungen werden manchmal Klassen-Unterbrechungen genannt

Es wird angenommen, daß alle Unterbrechungs-Routinen im Adreßbereich mit Schlüssel=0 untergebracht sind. Deshalb muß in den ISP-Abschnitt eine 0 geladen werden, wenn eine Unterbrechung eintritt Da die Operandendaten, welche zur Behandlung einer bestimmten Unterbrechung benötigt werden, in einem anderen Adreßbereich untergebracht sein können, kann der zu den Unterbrechungsdaten gehörende Adreßschlüssel in den OP lS-Registerabschnitt geladen werden. Ein OP 1-Schlüssel wird eingegeben, wenn eine Klassenunterbrechung erfolgt (d.h. Eingabe eines Eingangssignals in die Zwangsadreßschaltung 402 in F i g. 4), und zwar zur Vorbereitung der Durchführung einer Speicher-Speicher-Übertragungsoperation vom unterbrechenden Adreßbereich (d.h. OP IS-Bereich) zum OP 2S-Adreßbereich mit Schlüssel=0. Wenn eine Klassenunterbrechung auftritt, wird z. B. ein Niveaustatusblock NSB in den OP2S-Bereich abgespeichert welcher den Schlüssel = 0 hat (d.h. OP2S=O), wobei Daten vom OP IS-Bereich abgerufen werden. Der Inhalt des ASR wird mit einem Befehl zum Abspeichern des ASR auch in den NSB eingegeben.

Andere Zustände, bei denen alle Schlüsselwerte im ASR = O gesetzt werden, sind: Systemrückstellung und einleitendes Programmladen, während denen die ΟΡΑ-Einrichtung der Übersetzer, und die Speicherschutzeinrichtung alle gesperrt sind.

H. 1 Unterbrechung

mit Überwachungsprogramm-Ruf

(SVC-Unterbrechung)

Für die unten besprochene Operation bei der SVC-Unterbrechung ist angenommen, daß die Überwachungsprogramme im Adreßbereich mit Schlüsse! = 0 untergebracht sind, und daß das Benutzer-Programm in einem anderen Adreßbereich, d. h. mit Schlüssel 0 steht. Es ist weiterhin angenommen, daß ein Austausch von Daten zwischen Benutzer und Überwachungsprogramm erforderlich ist. Die Daten müssen vom Adreßbereich des Benutzers in den Adreßbereich des Überwachungsprogramms geholt werden und müssen später zum Adreßbereich des Benutzers zurückübertragen werden.

Fig. 13B zeigt die Ladeoperationen für das ASR bei einer SVC-Unterbrechung. Es wird angenommen, daß anfänglich im Benutzerzustand jeder der drei Benutzerschlüssel den Wert 2 hat, und daß das OBA-FeId =0 gesetzt ist. Wenn im Prozessor der Fig.4 ein Überwachungsprogramm-Rufbefehl (SVC-Befehl) ausgeführt wird, bewirkt die Zwangsadreßschaltung, daß eine Folge von ROS-Wörtern abgerufen und ausgeführt wird, wodurch der Prozessor in den Überwachungszustand gebracht wird. Es wird auch ein Niveaustatusblock NSB abgespeichert, der Inhalt von OP 2S an den Inhalt von OP IS ausgegeben, so daß der Adreßbereich, der die Daten enthält, die bei der Generierung der Unterbrechung beteiligt waren, adressierbar wird. Die Null-Ausgabeleitung (AGO) vom Prozessor-ROS-Decodierer wird aktiviert und über den Prozessordatenpfad in die OP 2S- und ISS-Positionen des ASR Werte eingegeben.

Daten werden vom Benutzerbereich in den Überwachungsprogrammbereich übertragen, und dann wird der Freigabebefehl (Fig. 13A) mit einer 1 in Bitposition 13 ausgeführt, um den OBA-Zustand 4, der in Fig. 13B gezeigt ist herbeizuführen. Dies bewirkt daß alle Speicherzugriffe im Adreßbereich mit Schlüssel=0 erfolgen, während das Überwachungsprogramm im OBA Zustand ausgeführt wird, wobei die Zugriffsmöglichkeit zum OP 1-Adreßbereich nicht verloren wird.

Wenn das Überwachungsprogramm Information in den OP IS-Bereich übertragen möchte, gibt der Prozessor einen Sperrbefehl ab, der den Inhalt des OBA-Abschnitts im ASR rückgestellt; dies bewirkt Rückkehr zum OP1-Adreßbereich. Dann wird der Zustand 6 von Fi g. 13B herbeigeführt durch Auswechseln der Felder OPlS und OP 2S, damit dem Überwachungsprogramm eine Adressiermöglichiteit zum Abspeichern im OP IS-Bereich gegeben wird. Das Überwachungsprogramm kann die Daten vom Überwachungsprogrammbereich zum Benutzerbereich übertragen. Dann wird das ASR in den Benutzerzustand 7 (Fig. 13B) zurückgebracht durch Laden des ursprünglichen Inhaltes des ASR vom Niveaustatusblock NSB.

F i g. 18 zeigt die Operationen, die ausgeführt werden, wenn ein SVC-Befehl ausgegeben wird. Zu diesen Operationen gehört die Rettung des alten Inhalts des ASR und Laden eines neuen Inhalts in das ASR entsprechend der nachfolgenden Übersicht wobei die Abschnittsnummern der Übersicht und die eingekreisten Nummern an den Datenpfaden in der Fig. 18 einander entsprechen. Die Ausführung des SVC-Befehls im Prozessor geschieht auf folgende Weise:

(1) Am Anfang der Ausführung des SVC-Befehls wird der Inhalt des ASR an das Arbeitsbereichsregister (ABR) ausgegeben, und zwar über den Prozessordatenpfad durch Aktivierung des Signals AG ASR und des Signals EG ABR vom ROS-Decodierer. Diese Operation wird angezeigt durch die Übertragung des ASR-Inhaltes in das Register TEMPA in Fig. 18; es wird angenommen, daß OP IS, OP2S und ISS auf den Wert 3 gesetzt worden sind.

(2) Ausgabe OP 2S und Eingabe OPlS.

(3) OP 2S = ISS=O setzen.

(4) Der Inhalt des Niveaustatusregisters (NSR) wird im Temporärregister gespeichert (TEMPB').

(5) Im Register NSR' wird das Bit für den Überwachungszustand gesetzt, das Bit für die Summenmaske rückgestellt und das Protokollbit ebenfalls rückgestellt.

(6) Der Inhalt des BAR (Befehlsadreßregister) wird dann um zwei Einheiten erhöht, so daß die nächste Speicherstelle adressiert wird, in welchem sich der Anfang der Daten oder ein Zeiger zu den Daten

so befindet.

(7) Wenn der Prozessor den SVC-Zustand entdeckt, wird der Inhalt der Speicherstelle 0010 im Adreßbereich mit Schlüssel = 0 abgerufen. Dieser Bereich enthält definitionsgemäß eine Adresse

(d. h. einen Zeiger) zu einem Niveauspeicherblock (d. h. NSB), welcher sich seinerseits auch im Adreßbereich mit Schlüseel = 0 befindet.

(8) Der NSB-Zeiger in Stelle 0010 wird in das Speicheradreßregister SAR (F i g. 4) übertragen.

(9) An dem durch das SAR adressierten, für den NSB vorgesehenen Speicherplatz werden dann die Inhalte von BAR, TEMPA, TEMPB, sowie der Allgemein-RegisterO—7 gespeichert. (NSB).

(10) Die SVC-Nummer (welche die betreffende Art von bs SVC-Befehl identifiziert) wird aus dem SVC-Befehl im Adreßbereich 1 kopien in das Register R 1.

(11) Der Inhalt des Speicherplatzes 0012 wird in das BAR übertragen.

OP2S

ISS

10

OP2S' 0

(Bemerkung: OP2S' ist der vorherige Inhalt von 0P2S).

Bei den anderen Klassen-Unterbrechungen werden ähnliche Arten von Operationen durchgefülirt um einen bestimmten Ladezustand des ASR zu erreichen, wie es im Folgenden dargestellt ist:

H. 2 Gerätebedingte Unterbrechung

(1) Protokoll rückstellen, OBA sperren, und Überwachungszustände setzen.

(2) ISS=OP 1S=OP 2S=O setzen.

(3) Die Adresse eines Gerätedatenblocks in Register 1 einsetzen.

(4) Die Unterbrechungsidentifikation (I D), welche vom unterbrechenden E/A-Gerät empfangen wurde, in Register 7 einsetzen.

Der sich ergebende Inhalt des ASR ist:

OPlS

0P2S

ISS

OO 0

H. 3 Unterbrechung bei Maschinenfehler und Programmfchler

(1) Protokoll rückstellen, Summenma^ke sperren, OBA sperren, und Überwachungszustände setzen. Den NSB im Adreßbereich mit Schlüssel = 0 abzuspeichern.
ISS=OP 2S = O setzen.
LKSA im OP IS speichern.

45

Inhalt des SAR im Register 7 speichern (außer Protokollbit).
Es ergibt sich folgender Inhalt des ASR:

OP2S

ISS

LKSA 0 0 (Bemerkung: LKSA ist der

letzte im Register 408 in Fig. 4 gespeicherte Schlüssel bei Auftreten der Unterbrechung.)

H. 4 Unterbrechung vom Bedienungsfeld/ Unterbrechung bei thermischer Überlastung

(1) Protokoll rückstellen, Sumincnmaske sperren, OBA sperren, und Überwachungszustiinde setzen.

(2) NSB abspeichern unter Benutzung de;- Adreßschlüsseis 0.

(3) ISS = OP IS = OP 2S = 0setzen.

Es ergibt sich folgender Zustand des ASR:

₅₅

(12) Es beginnt jetzt die Ausfürung der Überwachungsprogrammroutine, welche an der Speicherstelle mit Adresse 0012 beginnt

Das ist die Routine, welche durch SVC Nummer 2 gerufen wird.

Beim Beginn der SVC-Routine hat das ASR

folgenden Inhalt:

OPlS

0P2S

ISS

0 0 0

II. 5 Protokollaufzeichnungs-Unterbrechung

(1) Protokoll rückstellen, Summenmaske sperren, OBA sperren, und Überwachungszustände setzen. NSB abspeichern im Adreßbereich mit Schlüssel=0.

(2) ISS übertragen nach OP 1S.

(3) OP 2S=ISS=O setzen.

Daraus ergibt sich folgender Inhalt des ASR:

15

0P2S

ISS

ISS' O O (Bemerkung: ISS'

entspricht dem zur Zeit
der Unterbrechung vorliegenden ISS.)

2. Schaltungen für Speicherschutz
ohne Übersetzer

Die in F i g. 11 gezeigten Speicherschutzschaltungen für übersetzungsfreie Adressierung (ÜFA-Speicherschutzrchaltungen) werden benutzt, wenn der in F i g. 9A und 9B gezeigte Adreßverschiebungsübersetzer entweder nicht freigegeben oder im System nicht installiert ist Die Erfindung ermöglicht eine Aufwärtskompatibilität zwischen einem System mit Übersetzer und Adreßschlüsselspeicherschutz einerseits und einem System ohne Übersetzer mit Speicherschutz andererseits. Das heißt: Programme und Daten, die in einem System benutzt werden, welches mit der ÜFA-Speicherschutzeinrichtung arbeitet, können ohne Änderung in einer Anlage benutzt werden, die einen Adreßverschiebungsübsrsetzer hat Diese Wechselmöglichkeit zwischen zwei Arten von Speicherschutzschaltungen ist für Systembenutzer sehr wichtig, die mit einem relativ kleinen Speichersystem, das preiswert ist, beginnen wollen, und die ihren Speicher später für ein größeres System erweitern wollen.

Wenn der Adreßverschiebungsübersetzer freigegeben ist, und die ÜFA-Speicherschutzschaltung auch freigegeben ist, wird der Adreßverschiebungsübersetzer gesperrt. Der Zustand der ÜFA-Speicherschutzeinrichtungen wird gesteuert durch den Freigabe/Sperrbefehl, der in F i g. 13A gezeigt ist.

Die ÜFA-Speicherschutzschaltungen ermöglichen die Verhinderung unerwünschter Zugriffe zu einer Hauptspeicherstelle, sei es durch einen Prozessorbefehl oder einen E/A-Befehl, der eine nicht übersetzte Adresse benutzt Mit den ÜFA-Speichereinrichtungen wird der Hauptspeicher in Blöcke von je 2048 Byte Kapazität unterteilt. Für jeden Block des Hauptspeichers wird ein Speicherschlüsselregister in einem Registerstapel 501 (F i g. 11) vorgesehen. Jedes Register ist einem bestimmten Block im Innenspeicher zugeordnet, welcher durch die fünf höchstwertigen Bits in einer 16 Bit langen physischen Adresse ausgewählt wird, wobei dies die im Programm erscheinende Adresse ist, welche direkt von einem Programm erzeugt wird, das im System abläuft. Bei Verwendung der ÜFA-Speicherschutzeinrichtung sind die im Programm erscheinenden Adressen die physischen Adressen; wenn aber der

Obersetzer freigegeben wird, ist die im Programm erscheinende Adresse ein Teil der logischen Eingangsadresse. Jedes Register hat mindestens drei Bitstellen für einen zugeordneten Speicherschlüpsel und ein Nur-Lese-Bit R; es kann auch zusätzlich ein Validitätsbit V haben (nicht gezeigt). Für die drei Bit langen Speicherschlüssel sind die Bit-Positionen 0, 1 und 2 vorgesehen, welche durch eine der üblichen Befehle zum Laden von Speicherschlüsseln geladen werden können (wie z. B. im IBM System/360).

Ein zur ÜFA-Speicherschutzoperation gehörender Vergleichsteil entspricht in etwa der Arbeitsweise der Speicherschlüsselschutzeinrichtungen, die in bekannten Systemen wie z. B. IBM-Systeme/360 oder IBM-Systeme/370 vorkommen. Die übrigen, damit zusammenarbeitenden Teile der ÜFA-Speicherschutzeinrichtungen aber gehören zu der neuen Lösung, welche in dieser Beschreibung dargestellt ist, ebenso ihre Kombination mit den besonderen AAS-Auswahlschekungen 333 (F ig. 3D).

Für die Vergleichsoperation werden die höchstwertigen Bits 0—4 der 16 Bit Langen physischen Adresse benutzt, um dasjenige Register im Stapel auszuwählen, welches dem Innenspeicherblock zugeordnet ist.

Der Speicherschlüssel im ausgewählten Register wird abgerufen. Der aktive Adreßschlüssel AAS wird dann mit dem aus dem Stapel ausgewählten Speicherschlüssel in der Vergleichsschaltung 502 (Fig. 11) verglichen. Falls der Vergleicher anzeigt, daß die beiden Schlüssel gleich sind, so wird der Zugriff zugelassen, vorausgesetzt, daß die ÜFA-Speicherschutzeinrichtung freigegeben ist, und daß es sich bei dem Zugriff entweder um eine Abruf-Operation handelt oder um eine Schreib-Operation, wobei das Nur-Lese-Bit auf 0 gestellt ist. Die ÜFA-Speicherschutzeinrichtung ermöglicht also einen selektiven Schutz je nach Zugriffsart; mit ihr kann also bei übersetzungsfreier Adressierung ein getrennter Speicherschutz für Adressen in den Bereichen OP IS, OP 2S und ISS erreicht werden.

Ein weiteres besonderes Merkmal der ÜFA-Speicherschutzeinrichtungen ist die Zugriffssteuerung bei gemeinsam benutzten Speicherbereichen, welche durch einen besonderen Schlüsselwert angezeigt ist, und bei Zugriffen durch E/A-Unterkanäle. Jeder Benutzer hat Zugriff zu den speziellen, durch Schlüssel bezeichneten Speicherbereichen, die für den betreffenden Benutzer im ASR im Prozessor definiert sind; alle Benutzer können den Schlüssel = 7 in jedem Registerabschnitt des ASR benutzen, um einen von den Benutzern gemeinsam benutzten Speicherbereich zu definieren.

Die Schaltung 505 steuert die Zugriffe zu den gemeinsamen benutzten Speicherbereichen.

Eine besondere Zugriffssteuerung für E/A-Operationen bei Benutzung der ÜFA-Speicherschutzeinrichtungen ist durch die Schaltungen 504 und 505 gegeben, welche ermöglichen, daß eine E/A-Cycle-Steal-Zugriffsanforderung sowohl zu dem Speicherbereich, der für den betreffenden Benutzer in einem ASR definiert ist, als auch zu dem gemeinsamen Speicherbereich mit Schlüssel = 7 gemacht werden kann, wobei kein E/A-Cycle-Steale-Zugriff verhindert wird durch das Nur-Lese-Bit im verwendeten Speicherschlüsselregister. Das heißt also, daß ein E/A-Schreibzugriff immer zugelassen wird unabhängig vom Wert des Nur-Lese-Bits im ausgewählten Register im Stapel 501.

Falls der Prozessor im Überwachungsprogrammzustand ist, d. h. wenn Bit 8 im NSR (F i g. 4) gesetzt ist, werden die Speicherschlüsselschutzschaltungen umgangen und alle Zugriffe zu jedem beliebigen Block im Hauptspeicher erlaubt

Zusammenfassend kann man sagen, daß die Adreßbereichsauswahlsteuerung, welche durch das Adreßschlüsselregister ASR gegeben ist, immer benutzt wird, sowohl bei Freigabe der ÜFA-Speicherschutzeinrichtung als auch bei Benutzung einer zusätzlich vorgesehenen Übersetzer-Einrichtung. Der aktive Adreßschlüssel AAS ist entweder ein CS-Schlüssel oder ein Schlüssel, ίο der aus dem ASR ausgewählt wurde bei Ausführung eines Prozessorbefehls, in Abhängigkeit davon, welche Art Information durch den Zugriff abgerufen wird (Art von Operand bzw. Befehl).

Wenn die ÜFA-Speicherschutzeinrichtung freigegeben ist, muß mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt sein, damit ein versuchter Speicherzugriff erlaubt wird:
(1) Die Anlage befindet sich im Überwachungsprogrammzustand.

(2) Der Speicherschlüssel des adressierten Blocks ist 7. Bei einem Versuch zum Einschreiben im Speicher muß das Nur-Lese-Bit = 0 sein.

(3) Der Speicherschlüssel des adressierten Blocks muß dem aktiven Adreßschlüssel AAS gleich sein. Wenn eine Speicherschreib-Operation versucht wird, muß das Nur-Lese-Bit=0 sein.

Wenn keine der obigen Bedingungen (1), (2) oder (3) erfüllt ist, gibt der Inverter 507 (Fig. 11) ein Speicherzugriffsperrsignal aus, durch welches eine Programmfehler-Unterbrechung (PCK) hervorgerufen wird, welche das entsprechende Bit im Prozessor-Zustandswortregister (PSW-Register) setzt

Im Überwachungsprogramm-Zustand ist also freier Zugriff zu sämtlichen Teilen des Hauptspeichers gegeben. Ein Zugriff zu einem Speicherbereich, der einen Speicherschutzschlüssel 7 hat, ist erlaubt unabhängig vom Wert des aktiven Adreßschlüssels AAS oder der Werte im Adreßschlüsselregisters ASR, wenn das System nicht im Überwachungsprogramm-Zustand ist, vorausgesetzt, daß die durch den Wert des Nur-Lese-Bit für den adressierten Block gegebene Bedingung nicht verletzt wird.

Daraus ergibt sich also, daß innerhalb eines einzelnen,

durch einen Adreßschlüssel definierten adressierbaren Speicherbereich einige Blöcke im Nur-Lese-Zustand gehalten werden können, während zu anderen Blöcken ein Schreibzugriff möglich ist; dies ist abhängig von dem Binärwert des Nur-Lese-Bits der betreffenden Blöcke im adressierbaren Speicherbereich. Das Nur-Lese-Bit

so kann durch das Überwachungsprogramm gesetzt werden, welches die Stapelregister lädt.

Beim einleitenden Programm-Laden (IPL) sind sowohl die ÜFA-Speicherschutzeinrichtungen als auch die Übersetzer-Einrichtungen beide gesperrt, so daß beim einleitenden Laden in jedem Platz des Hauptspeichers eingeschrieben werden kann. Nach der erfolgreichen Durchführung des einleitenden Programm-Ladens (IPL) kann jede der beiden Speicherschutzeinrichtungen freigegeben werden, und bei Vorkommen von Adreßschlüsseln im ASR, die auf 0 eingestellt sind, geht die Anlage in den Überwachungsprogramm-Zustand über. Die ÜFA-Speicherschutzeinrichtung und die Übersetzereinrichtung benutzen zwar gemeinsam die Einrichtung des aktiven Adreßschlüssels AAS, sie haben aber auch eine Anzahl von Merkmalen, die verschieden sind, wie z. B.:

(1) Bei der ÜFA-Speicherschutzeinrichtung ist im Überwachungsprogramm-Zustand der Zugriff zu

sämtlichen Teilen des Hauptspeichers gestattet unabhängig vom Speicherschlüssel. In einem System mit Übersetzer kann im Überwachungsprogramm-Zustand nur zu dem Speicherbereich zugegriffen werden, der durch den aktiven Adreßschlüssel AAS definiert ist.

(2) Die gesamte Speicherkapazität, die in einem ÜFA-Speicherschutzsystem durch Adreßschlüssel definiert ist, beträgt höchstens 64 K Bytes. Der gesamte statische Speicher, der durch die Adreß- ι ο schlüssel in einem Übersetzersystem definierbar ist, kann zu jeder Zeit eine Kapazität von bis zu 512 K Bytes haben.

(3) In einem Übersetzersystem beginnt der durch die Adreßschlüssel definierte Adreßbereich bei der logischen Adresse 0, In einem ÜFA-Speicherschutzsystem beginnt der durch die Adreßschlüssel definierte Adreßbereich bei verschiedenen möglichen Grenzen von Blöcken von je 2 K Byte Kapazität, doch ist durch den Adreßschlüssel immer eine Zugriffskontrolle je nach Art gegeben.

(4) Die Befehle, welche benutzt werden, um die Speicherschlüsselregister im Prozessor zu laden oder um aus diesen abzuspeichern, sind verschieden von den Befehlen, die benutzt werden, um in einem System mit Übersetzer die Segmentregister zu laden oder aus ihnen abzuspeichern.

(5) Für ein E/A-Gerät in einem System, bei dem ein Übersetzer freigegeben ist, kann keine Speicherschutz-Fehleroperation vorkommen, ein E/A-Gerät in einem System mit ÜFA-Speicherschutzeinrichtung aber kann Speicherschutz-Fehleroperationen annehmen für den Zugriff zu einer Adresse, welche nicht zu dem durch einen CS-Schlüssel oder durch einen Schlüssel = 7 definierten Bereich a gehört

(6) Wegen der bei einem System mit Übersetzer gegebenen Flexibilität für die Adreßumsetzungen sind bei Vorliegen der ÜFA-Speicherschutz-Einrichtungen bestimmte Umsetzungen von logischen in physische Adreßbereiche schwierig auszuführen,

z. B. Benutzung eines gemeinsamen Bereichs für nur zwei Adreßschlüssel.

3. Alternative Speicherschutz-Betriebsart (ASB)

bei Systemen mit Adreßübersetzung ^4!l

F i g. 14 zeigt die Steuerschaltungen für eine alternative Speicherschutz-Betriebsart (ASB), die in einem Datenverarbeitungssystem verwendet werden kann. Diese Betriebsart ist eine Alternative zur oben beschriebenen Übersetzungsbetriebsart, bei der ein mehrfach unterteiltes Adreßschlüsselregister ASR (F i g. 1 D) benutzt wird. Bei dieser alternativen Betriebsart gibt es nicht die vom Typ des Speicherzugriffs abhängige Adressierbarkeit durch den Prozessor, die mit der Anordnung gemäß Fig. ID erreicht werden kann; sie ermöglicht jedoch separate Adressierbereiche für E/A-Speicherzugriffe. Die alternative Betriebsart ermöglicht dem Prozessor eine unterschiedliche, von einem aktiven Adreßschlüssel abhängige Adressierbarkeit für seine verschiedenen Programme und Daten mit unterschiedlichem Benutzeradreßschlüssel; sie erlaubt aber auch eine interaktive Beziehung des Benutzers zum Überwachungsprogramm, soweit erforderlich, ohne daß dabei der Inhalt eines Benutzerschlüsselregisters (BSR) verändert werden müßte.

In der Anordnung gemäß Fig. 14 kann nur em einzelner Adreßschlüssel in das BSR-Register 460 des Prozessors geladen werden, so daß sämtliche Speicherzugriffe zur Ausführung eines Benutzerprogramms und zum entsprechenden Datenzugriff innerhalb eines einzelnen Adreßbereichs erfolgen müssen, der durch den Benutzeradreßschlüssel im BSR 460 definiert ist; dieser Benutzeradreßschlüssel kann nicht den Wert Null haben, da dieser Wert für denjenigen Speicherbereich reserviert ist, in dem die Systemüberwachungsprogramme und Systemdaten stehen. E/A-Zugriffe werden durch den CS-Schlüssel gesteuert, der von einem Unterkanal in das CS-Schlüsselregister 465 geladen werden kann.

Die ASB-Betriebsart wird für einen Prozessor durch eine Bitposition A im Niveaustatusregister (NSR) 470 gesteuert. Wenn der Überwachungszustand eingeschaltet ist, enthält Bitposition S eine Eins; wenn die ASB-Betriebsart eingeschaltet ist, enthält Bitposition A eine Eins.

Wenn beide Bitpositionen S und A eine Eins enthalten, wird eine erste Art von Prozessoroperation vorgesehen, bei der das Überwachungsprogramm (welches im Adreßbereich mit Schlüssel = 0 enthalten ist) mit dem Adreßbereich des laufenden Benutzeradreßschlüssels (der im BSR 460 enthalten ist) arbeiten kann. Das heißt, daß das Überwachungsprogramm aus dem Bereich mit Schlüssel = 0 heraus arbeitet, und dabei Operanden aus dem durch den Benutzerschlüssel bezeichneten Adreßbereich benutzt Das Überwachungsprogramm kann aber nicht zu anderen Adreßbereichen im Hauptspeicher zugreifen, die zu anderen Adreßschlüsseln gehören. Diese Arbeitsweise des Überwachungsprogrammes mit eingeschränkter Adressierbarkeit ermöglicht zwar den Programmen zur Unterbrechungsbehandlung, zu einem gegenwärtig unterbrochenen Benutzerprogramm und dessen Daten zuzugreifen, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß das Überwachungsprogramm bei einer eigenen Störung die Integrität nichtbeteiligter Bereiche des Hauptspeichers stört Im übrigen kann ein Benutzerprogramm bei seiner Ausführung niemals zum Speicherbereich des Überwachungsprogramms zugreifen, weil jedes Benutzerprogramm nur zu dem durch den eigenen Benutzeradreßschlüssel definierten Speicherbereich Zugriff hat

Eine zweite Art von Prozessoroperation tritt auf. wenn das Überwachungsprogrammbit S Eins und das ASB-Bit A gleich Null ist Hierbei kann das Überwachungsprogramm aus dem Bereich mit Schlüssel = C heraus arbeiten, ohne den laufenden Benutzerschlüsse] im BSR 460 zu stören. In diesem Fall erfolgen alle Befehls- und Operandenzugriffe nur im Bereich mh Schlüssel=0, und das Überwachungsprogramm darf zu keinem Benutzerbereich zugreifen. Das heißt, daß ir diesem Zustand das Überwachungsprogramm einer Zugriff weder zu dem Benutzerbereich hat der durch den gegenwärtigen Inhalt des BSR 460 identifiziert ist noch zu sonst einem durch irgendeinen anderen Schlüssel definierten Bereich. Durch diese Art von Systembetrieb wird die Notwendigkeit vermieden, den Schlüssel=0 jeweils in das BSR 460 einzugeben.

Eine dritte Art von Prozessoroperation ist vorgesehen, wenn das Überwachungsprogrammbit S gleich NuIi ist, wobei der Wert des ASB-Bit A ohne Belang ist Ir diesem Fall erfolgen alle Befehlsabrufe und Operandenzugriffe nur in dem durch den Benutzerschlüsse! definierten Bereich; zum Hauptspeicherbereich mit den Schlüssel=0 sind dann keinerlei Zugriffe erlaubt

Die Betriebsart wird im Prozessor durch die ii Fig. 14 gezeigte Schaltungsanordnung gesteuert UND-GBed 462 wird freigegeben, wenn im NSR 47(

sowohl S-Bit als auch Α-Bit gesetzt sind. Damit wird die oben beschriebene erste Art von Prozessoroperation eingeleitet. Daraufhin wird bei jeder Befehlsabruf-Anforderung vom Prozessor (Fig.4) ein Signal über UND-Glied 462, ODER-Glied 466 und Inverter 467 an UND-Glied 461 gegeben, um dieses während des Befehlsabrufsvorgangs zu sperren. Während das UND-Glied 461 gesperrt ist, gibt es ein Nullsignal, welches den Schlüssel = 0 darstellt, an den AAS-Bus. Ein Befehlsabruf ist also nur im Speicherbereich des Überwachungsprogramms mit dem Schlüssel=0 erlaubt.

Wenn keine Befehlsabruf-Anforderung vorliegt (also in den Zeiten zwischen den Befehlsabruf-Anforderungen), wird das UND-Glied 462 nicht freigegeben, so daß Inverter 467 ein Aktivsignal an das UND-Glied 461 abgibt, um den Benutzeradreßschlüssel aus dem BSR 460 auf den AAS-Bus zu geben, so daß ein aus dem Überwachungsprogramm abgerufener Befehl zu Operanden zugreifen kann, die in dem Bereich stehen, der zu dem im BSR 460 stehenden Schlüssel gehört.

Wenn im NSR das ASB-Bit A rückgestellt ist (gleich Null), während das Üerbwachungsprogrammbit S

gesetzt ist (gleich Eins), bleibt das UND-Glied 464 ständig freigegeben und sperrt über Inverter 467 das UND-Glied 461, so daß dieses ständig den Schlüssel = 0 an den AAS-Bus abgibt. Hieraus ergibt sich die oben beschriebene zweite Art von Prozessoroperation, bei der das Überwachungsprogramm für alle Befehlsabrufe und Operandenzugriffe auf den Bereich des Schlüssels =0 eingeschränkt ist, unabhängig vom Wert des Benutzerschlüssels im BSR 460.

Wenn das S-Bit im NSR 470 rückgestellt ist (gleich Null), bleiben UND-Glieder 462 und 464 ständig gesperrt, so daß Inverter 467 ständig ein Freigabesignal an UND-Glied 461 liefert, welches infolgedessen ohne Unterbrechung den Benutzeradreßschlüssel an den AAS-Bus durchgibt. Daraus ergibt sich die oben beschriebene dritte Art von Prozessoroperation, bei der alle Speicherzugriffe, sowohl für den Prozessor als auch für E/A, in dem Hauptspeicherbereich erfolgen, dessen Adressierung durch den Benutzerschlüssel im BSR 460 gegeben ist. Das Überwachungsprogramm kann nur arbeiten, wenn Bit S gesetzt (gleich Eins) ist.

Hicr/ii 2⁽) Blatt Zeichnuimen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Datenverarbeitungsanlage mit einem oder mehreren Prozessoren, mit mindestens einem Ein-/Ausgabekanal mit mehreren Unterkanälen und mit einer Speicheranordnung, bei der zum Speicherzugriff Schlüssel verwendet werden, dadurch gekennzeichnet,

— daß bei jedem Prozessor Zugriffssteuerschaltungen (Fig. IA-I; 332, Fig.3C; 405, Fig.4) vorgesehen sind zur Abgabe verschiedener Zugriffsauswahlsignale auf besonderen Leitungen (22 ... 25, Fig. IA-I, Fig.3C) für verschiedene Arten von Speicherzugriff, zu denen mindestens Befehlsabruf und Operandenzugriff gehören;

— daß eine Schlüsselregisteranordnung (Fig. IA-I; 420, Fig.4) mit mehreren parallelen Schlüsselregisterabschnitten (31 ... 35, Fig. 1) bzw. Schlüsselregistern vorgesehen ist, wobei mindestens jeder Prozessor- und Kanal-Speicherzugriffsart für die ein besonderes Zugriffsauswahlsignal vorgesehen ist, ein Schlüsselregisterabschnitt bzw. Schlüsselregister zugeordnet ist;

— und daß Schlüsselauswahleinrichtungen (20, F i g. 1A-I; 333, F i g. 3C; Fi g. 3D) vorgesehen sind mit Dateneingängen, die mit den Ausgängen der Schlüsselregisterabschnitte verbunden sind, sowie mit Steuereingängen für die Zugriffsauswahlsignale, und mit Ausgängen, die mit Speicherzugriffseinrichtungen (F i g. 9A) verbunden sind, und auf die jeweils ein Schlüssel aus einem der Schlüsselregisterabschnitte gemäß dem vorliegenden Zugriffsauswahlsignal abgegeben wird.

2. Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Zugriffssteuerschaltungen (Fig. IA-I) der einzelnen Prozessoren Zugriffs aus wahlsignale sowohl für *o Befehlabruf als auch für zwei unterschiedliche Arten von Operandenzugriffen abgegeben werden, wobei die eine Zugriffsart nur Operandenabrufe einschließt und die andere Zugriffsart sowohl Operandenabspeicherungen als auch Operandenabrufe einschließt, und daß in der Schlüsselregisteranordnung für mindestens jede dieser beiden Operandenzugriffsarten und für Befehlsabrufe je ein Schlüsselregisterabschnitt bzw. Schlüsselregister vorgesehen ist.

3. Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens einen Eingabe-/Ausgabekanal eine E/A-Steuerschaltung (55, F i g. IC) zur Abgabe eines Zugriffsanforderungssignals für einen Eingabe-/Ausgabe-Speicherzugriff vorgesehen ist, daß zu der Schlüsselregisteranordnung mindestens ein weiterer Schlüsselregisterabschniit (31, Fig. IA-I) gehört, welcher den E/A-Speicherzugriffen zugeordnet ist, und daß die Schlüsselauswahleinrichtungen zusätzliehe Dateneingänge aufweisen, die mit dem Schlüsselregisterabschnitt für E/A-Speicherzugriffe verbunden sind, sowie einen Steuereingang für ein Zugriffsauswahlsignal (21, Fig. IA-I) für E/A-Speicherzugriff, welches vom entsprechenden Zugriffsanforderungssignal abgeleitet ist.

4. Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zugriffsprioritätsschaltungen (332, Fig.3C) vorgesehen sind, denen separate Zugriffsanforderungssignale (OP 2-Abr.-Anf., Bef.-Abr.-Anf„ 405, Fig.4) von den Zugriffssteuerschaltungen (405, Fig.4) für die verschiedenen Arten von Speicherzugriffen zuführbar sind, und daß diese Zugriffsprioritätsschaltungen jeweils ein Zugriffsauswahlsignal an die Schlüsselregisteranordnung (420, Fig.4}, OP2-Zugriffszyklus, Bef.-Abrufzyklus, Fig.3C) abgeben, wobei bei gleichzeitig vorliegenden Speicherzugnffsanforderungen für mehrere Zugriffsarten jeweils eine nach vorgegebenen Schema Priorität erhält

5. Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugriffsanforderungssignale von den Eingabe-/Ausgabekanälen jeweils eine Cycle-Steal-Speicherzugriffsoperation betreffen, und daß die Zugriffsprioritätsschaltungen (332, F i g. 3C) einer Cycle-Steal-Zugriffsanforderung Priorität vor allen Anforderungen für andere Arten von Speicherzugriffen geben, und ein entsprechendes Zugriffsauswahlsignal (CS-Zyklus, F i g. 3C) an einem Ausgang abgeben.

6. Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eingabe-/Ausgabekanäle vorgesehen sind, und daß entsprechende Kanal-Auswahlschaltungen (331, Fig.3C) für Schlüssel vorgesehen sind, um jeweils nur einen von einem E/A-Kanal abgegebenen Schlüssel den Schlüsselauswahleinrichtungen (333, F i g. 3C) zuzuführen.

7. Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Schlüsselauswahleinrichtungen (20, Fig. IA-I; 333, F i g. 3C) mit einem in den Speicherzugriffseinrichtungen vorgesehenen Adreßübersetzer (Fig.9A/9B) verbunden sind, um den jeweils ausgewählten Adreßschlüssel an Selektionseinrichtungen im Adreßübersetzer zu übertragen.