DE2007496C3

DE2007496C3 - Verschiebematrix mit passiven Matrixelementen zur parallelen Verschiebung von Informationen

Info

Publication number: DE2007496C3
Application number: DE19702007496
Authority: DE
Inventors: Guenter Knauft; Petar 7031 Magstadt Skuin; Edwin Vogt
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2007496B2; FR2080605B1; GB1323825A; DE2007496A1; JPS5133381B1; SE372646B; FR2080605A1; CA936245A

Description

45

Die Erfindung betrifft eine Verschiebematrix mit passiven Matrixelementen zur parallelen Verschiebung von auf Eingangsleitungen liegenden Informationen, insbesondere um ein oder mehrere. Schrille in 5<> einem Takt.

Verschiebespeicher oder Verschieberegister spielen in informationsverarbeitenden Maschinen eine große Rolle, da derartige Schaltungsanordnungen die Informationen in zwei Richtungen, sowohl in Serie als auch parallel verschieben können. Für die serienweise Verschiebung eignen sich am besten die bekannten ein- oder mehrtaktigcn Schieberegister, die die zu verschiebenden Informationen speichern und durch Anlegen eines Taktes um jeweils eine oder mehrere Stellen nach links oder mich rechts verschieben. Ein derartiges Schieberegister ist z. B. in der deutschen Auslegeschrift 1 198 599 beschrieben. Diese Schieberegister haben jedoch den Nachteil, daß die Parallelverschiebung einer mehrstelligen Information um mehr als eine Stelle in mehreren Einzelschritten vorgenommen werden muß, so daß die Verschiebezeit sich aus der Anzahl der zu einer Verschiebung erforderlichen Takte ergibt. Außerdem müssen die einzelnen Speicherzellen des Schieberegisters aus bistabilen oder mehrstabilen Kippschaltungen bestehen, in die eine Information eingeschrieben werden kann, und aus denen die gespeicherte Information zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder ausgelesen werden kann. Das Vorhandensein dieser aktiven Speicherzellen in derartigen Schieberegistern macht diese technisch sehr aufwendig, so daß derartige Lösungen zur Parallelverschiebung von mehrstelligen Informationen um mehrere Stellen in einem Takt völlig ungeeignet sind. Ein weiterer Nachteil dieser Art Schieberegister besteht darin, daß die einzelnen Stufen der Schieberegister bei einer Veischiebung umgeschaltet werden müssen, wodurch insbesondere bei sehr schnellen Schieberegistern die Verschiebezeit um die Schaltzeit der einzelnen Stufen verlängert wird.

Durch die deutsche Patentschrift 900 281 ist es weiterhin bekannt, zur Rechts- und Linksverschiebung von Ziffern Matrizen mit Speicherzellen zu verwenden, die z. B. nach dem Glimmbogen-Prinzip arbeiten. Die Zahl bzw. Ziffer wird bei dieser Anordnung durch Leitungsgruppen an die Zelle gebracht. Wenn nun eine der weiterhin vorhandenen Verteilungsleitungen auf Spannung gebracht wird, so können nur die Glimmbogen in einer Zeile oder Leiste der Matrix zünden, zu welcher die Verteilungsleitung Verbindung hat. Die Spannung des Glimmbogens wird durch Ausgangsdrähte entnommen und die in dieser Speicherzelle gespeicherte Zahl an die gewünschte Stelle gebracht. Diese Anordnung hat jedoch auch den Nachteil, daß zur Verschiebung einer Zahl oder Ziffer ein Zünden der Speicherzelle und damit ein Umschalten erforderlich ist, das den Verschiebezyklus besonders bei sehr schnellen Verschiebeanordnungen wesentlich verlängert.

Des weiteren ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 179 399 eine Anordnung von magnetischer. Schieberegistern bekanntgeworden, die eine Verschiebung eir.cr Zahl dadurch erreicht, daß die Schieberegister derart zu einem Netzwerk vereinigt sind, daß sie sich mit verschiedenen Koordinatcneinrichtungcn in den einzelnen Registerstufen kreuzen, und daß steuerbare Schaltglieder solcher Art vorgesehen sind, daß eine Information aus einer Registerstufe in einer wählbaren Koordinateneinrichtung zur nachfolgenden Registerstufe weitergegeben wird. Das Netzwerk ist dabei als Matrix mit zwei oder mehr Koordinaten ausgebildet. In einer speziellen Ausführungsform sind nach dieser Auslegeschrift die Schieberegister der Zeilen und/oder Spalten je für sich zu geschlossenen Ringen zusammengeschaltet. Jedoch hat auch diese Schaltungsanordnung den Nachteil, daß aktive Speicherstufen verwendet werden müssen, die zum Verschieben einer anliegenden Zahl oder Ziffer umgeschaltet werden, so daß die Schaltzeit der einzelnen Stufen in die Zeit für den Verschiebezyklus eingeht.

Weiterhin ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 249 345 eine Verschiebematrix für Parallelverschiebung eines Wortes bckanntcewordcn, die es unter Verwendung handelsüblicher Transformatoren und Dioden ermöglicht, eine eingespeicherte Information aus einem Eingaberegister in ein Ausgaberegister ohne Umschalten der ein/einen Matrixelemente zu übertragen, wobei gleichzeitig die Verschiebung dieser Information um eine bestimmte Zahl von Stellen erfolgt.

Obwohl liier eine Verschiebematrix für Parallelverschiebung mit passiven Schaltungselementen ge-

zeigt ist, hat diese Verschiebematrix jedoch den Nachteil, daß sie aus Transformatoren und Dioden aufgebaut ist, so daß die Herstellu.-.g einer derartigen Matrix äußerst kompliziert wird und die Funkiionssicherheit speziell im oberen Frequenzhereich zweifelhaft isi, da hier die induktiven Kopplungen und die Vorgänge beim Ein- und Ausschalten der anliegenden Signale nicht mehr mit Sicherheit beherrscht werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine Verschiebung von Zahlen oder Ziffern parallel um eine oder mehrere Stellen nach recht und nach links ermöglicht, ohne daß die einzelnen Schaltgliedcr der Verschiebematrix umgeschaltet werden müssen, so daß die Zeit für eine Verschiebung in· wesentlichen nur noch durch die Laufzeit der Elemente der Verschiebeanordnung bestimmt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Verschiebematrix aus N gleichartigen ao Basiseinheiten besteht, die als monolithischer Halbleiter-Festwertspeicher ausgebildet sind, an die außer den bekannten Daten- und Verschiebcrichtungs-Steuerleitungen sowie den an sich bekannten Stenerleitungen für die Angabe des Verschiebewertes noch eine Basiseinheiten-Auswahlleitung angeschlossen ist.

Der Vorteil der vorliegenden Verschiebeanordnung besteht vor allem darin, daß sie aus einer Vielzahl gleichartig aufgebauter Festwertspeicher besteht, die sich besonders zur Herstellung in monolithischer Technik eignen und ohne weiteres eine Lesezeit im Nanosekundcngcbiet ermöglichen. Ein Umschalten der einzelnen Elemente eines Festwertspeichers entfällt, da die einmal eingespeicherten Verbindungswege bzw. Informationen ohne Umschalten lediglich abgefragt werden können, so daß nur die Signallaufzeit vom Eingang der Verschicbcanordnung zu in Ausgang für die Verschiebezeit einer Zahl eine Roiic spielt. Durch das in der erfindungsgemäßen Lösung angegebene Verbindungsprinzip der einzelnen Festwertspeicher und der inneren Organisation dieser einzelnen Festwertspeicher ist es außerdem möglich, daß die vorhandenen Zellen in einem Festwertspeicher alle zur Verschiebung ausgenutzt werden können, so daß keine Spcicherstellen in einer Matrix unausgenutzt bleiben.

Die Erfindung wird nun an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In den Zeichnungen bedeutet

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer Basiseinheit für eine Verschiebeschaltung,

F i g. 2 eine Verschiebeanordnung zur parallelen Rechts- und Linksverschiebung von 16 Datenbits und

Fig. 3 ein Funktionsdiagramm mit 16 Basiseinheiten.

Das in Fig. 1 gezeigte Prinzipschaltbild zeigt vor allem die erforderlichen Eingangs-, Ausgangs- und Steuerleitungen für eine Basiseinheit der Verschiebeanordnung nach Fig. 2. Im Ausführungsbeispiel besitzt jede Basiseinheit 4 Eingangsleitungen, an denen die Eingangssignale D₁, bis D₁, liegen; weiterhin 3 Leitungen, an denen die Kontrollbits C₁ bis C₃ anliegen, eine Leitung, auf die das Signal der Verschieberichtung (links oder rechts) gegeben wird und eine Leitung, auf die ein Selektionssignal S gegeben wird, das innerhalb einer Verschiebeeinrichtung, die aus mehreren Basiseinheiten besteht, beim Auftreten diese bestimmte Basiseinheit auswählt und weiterhin 4 Ausgangsleitungen, auf denen die Ausgangsdaten O₁₁ bis O,i abgenommen und wei'crgcleitet werden können.

Die Verbindungen innerhalb der Basiseinheit nach Fig. 1 sind so ausgeführt, daß bis zu vier Eingangsdatenbits bis zu drei Stellen nach links oder nach rechts direkt verschoben werden können. Wenn das Kontrollsignal, das aus den drei Bit:; C, C₂ und C, besteht in der binären Schreibweise ^r--- 4 (LOO), dann werden die Ausgangsbits den Wert Null (0000) annehmen. Bei einem Kontrollsignal C₁ bis C₃, das größer 4 ist, folgen die Ausgangsdatcnsignale einem besonderen Algorithmus, der das Zusammenschalten mehrerer solcher Basiseinheiten zu einer großen Verschicbcanordnung, mit der parallel mehrere anliegende Datenbits um eine oder mehrere Stellen gleichzeitig verschoben werden können, ermöglicht. Die Zusammenhänge zwischen den Eingangsdaten D₁₁ bis D₁,, den Kontrollsignalcn C₁ bis C.,, dem Vcrschiebesignal S₁, und den Ausgangsdaten O_n bis O₁₁ sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 dargestellt. Die Tabelle 1 zeigt dabei die Zusammenhänge bei der Linksverschiebung und die Tabelle 2 die Zusammenhänge bei der Rechtsverschiebung.

Tabelle Links-Verschiebung (SD - Q)

Eingang:	Cj	C,	C₁	0,,	X	*n,,*	D„	Ausgang	O₁.	O₁,	O₁,
SD	0	0	0	X	X	X	X	O₁₁	Dc	Di,	D₁₁
0	0	0	1	X	X	X	X	Da	Di,	D_n	O
0	0	1	0	X	X	X	X	Dr	Da	O	O
0	0	I	1	X	X	X	X	D₁,	O	O	O
0	1	0	0	X	X	X	X	Da	O	O	O
0	1	0	1	X	X	X	X	O	O	O	Da
0	1	1	0	X	X	X	X	O	O	Da	Dc
0	1	1	1	X		X	X	O	Da	Dr.	Di,
0						O

0 oder 1

Tabelle 2 Rechts-Verschiebung (SD = 1)

Eingang:	C₃	C₂	C₁	D_d	Dc	D„	D₁₁	Ausgang:	O₁	O„	O₁,
SD	0	0	0	X	X	X	X	O₁₁	Dc	*D_b*	Da
1	0	0	1	X	X	X	X	*D_d*	*D_d*	Dc	*D_b*
1	0	1	0	X	X	X	X	0	0	*D_d*	Dc
1	0	1	1	X	X	X	X	0	0	0	*D_d*
1	1	0	0	X	X	X	X	0	0	0	0
1	1	0	1	X	X	X	X	0	0	0	0
1	1	1	0	X	X	X	X	Da	Da	0	0
1	1	1	1	X	X	X	X	Dt	*D_b*	Da	0
1							Dc

χ = 0 oder 1

An dieser Stelle soll bemerkt werden, daß alle Verbindungen innerhalb der Basiseinheit fest verdrahtet sind und daß eine solche Basiseinheit als Festwertspeicher ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausführung eines Festwertspeichers in monolithischer Technik entweder mit bipolaren oder mit Feldeffekttransistoren. Es ist jedoch auch möglich, daß andere technische Ausführungen, wie z. B. Kondensator-Festwertspeicher, verwendet werden können. Diese Verschiebeanordnung aus einer Anzahl gleichartig aufgebauter Festwertspeicher, die im nachfolgenden an Hand des hexadezimalen Zahlensystems erklärt wird, ist jedoch auch für jedes andere Zahlensystem mit allgemeinen Ziffern ausführbar. Die dargestellten Beispiele zeigen nur wenige technische und logische Möglichkeiten des inneren Aufbaus einer Basiseinheit. Das jedoch, was aller Basiseinheiten einer Art mit verschiedenem innerer Aufbau gemeinsam ist und damit die Basiszelle cha rakterisiert. besteht in den Funktionen der Zufüh rungsdrähte und Ableitungsdrähte sowie der Steuerdrähte, die an die Basiseinheit herangeführt werder bzw. von ihr weggeführt werden.

Die Kapazität eines Festwertspeichers, mit derr eine komplette Basiseinheit realisiert werden kann muß für dieses Beispiel eine Speicherkapazitiit vor 4-2» - 2'" Bits haben.

Der vollständige logische Aufbau einer Basiseinheil ist in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben wobei die Bitkombinationen in der hexadezimaler Schreibweise dargestellt sind.

Tabelle

	O	O	1	2	--> EINGANGSDATEN	3	4	5	6	7	(D₀	,Dc,	Dft, D₀)	B	C	D	E	F
	1	O	1	2	3	4	5	6	7	8	9	/ί	B	C	D	E	F
	2	O	2	4	6	8	A	C	E	8	9	/4	6	8	A	C	E
	3	O	4	8	C	0	4	8	C	0	2	4	C	0	4	8	C
		O	8	O	8	0	8	0	8	0	4	8	8	0	8	0	8
O	4									0	8	0
rj	5	O	O	O	O	0	0	0	0				0	0	0	0	0
η	6	O	O	O	.0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1
	7	O	O	O	0	1	1	1	1	1	1	1	2	3	3	3	3
	8	O	O	1	1	2	2	3	3	2	2		5	6	6	7	7
ω	9	O	1	2	3	4	5	6	7	4	4	5	£	C	D	E	F
Z	A	O	O	1	1	2	2	3	3	8	9	/ί	5	6	6	7	7
O I 1	B	O	O	O	0	1	1	1	1	4	4	5	2	3	3	3	3
*1/1*	C	O	O	O	0	0	0	0	0	2	2	2	1	1	1	1	1
1—1 O Qi	D	O	O	O	0	0	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0
H Z	E	O	8	O	8	0	8	0	8	0	0	0	8	0	8	0	8
O	F	O	4	8	C	0	4	8	C	0	8	0	C	0	4	8	C
		O	2	4	6	8	A	C	£	0	4	8	6	8	A	C	E
			0	2	4

In der Tabelle 3 stellen die Zahlen in den einzelnen Quadraten die Bitkombinationen der Ausgangssignale dar. Zur Erklärung sei folgendes Beispiel herausgegriffen:

Den Eingangsdaten:	A	- 1010
und den Kontroll-
signalen:	7	- Olli
entspricht die Aus
gangsbitkombination :	5	- 0101

Im nachfolgenden soll an Hand der F i g. 2 und verschiedener Funktionstabellen die Zusammenschaltung von mehreren Basiseinheiten nach Fig.¹· zu einer Verschiebecinheit beschrieben werden.

Die Anzahl der Basiseinheiten N, die für eine Verschiebeeinheit mit η Eingangssignalen notwendig ist, kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

N ä (N/₄)²

Somit besteht eine Verschiebeeinheit für z.B. 16 Eingangsbits oder -signale aus 16 Basiseinheiten nach Fig. 1. Eine Verschiebeanordnung für 16 Eingangssignale ist in F i g. 2 dargestellt.

Bei dieser Verschiebeeinheit sind alle gleichwertigen Ausgärgc aller Basiseinheiten in einer Zeile untereinander durch logische ODER-Glieder miteinander verbunden. Den Dateneingängen D₁ bis D₁₆ aller Basiseinheiten in einer Spalte werden die gleichen Eingangssignale zugeführt. Auf diese Weise entsteht eine Matrix, bei der an der ersten Zeile die Ausgangssignale O₁, O.„ O.,, O₄, in der zweiten Zeile die Ausgangssignale Ο_Γι, O₁₁, O₇, O₈ und in der letzten Zeile die Ausgangssignale O₁₃, O₁₄, O₁₅ und O₁₀ erzeugt werden. Die Zusammensetzung der einzelnen Ausgangssignale O₁ bis O_1B ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle 4.

0₁ = O₀

0₂ - O,,

O₇ -

O₁₆ =

Tabelle 4
¹ 4 O₀ ²

O₁,² 1- O_b ³ +

Oc⁷ 4- O_c ⁸

In der Verschiebeanordnung nach F i g. 2 liegen an allen Basiscinheilen die Kontrollsignale C₁ und C₂ sowie das Vcrschiebesignal S_ä parallel an. Das Kontrollsignal C₃ wird abwechselnd in wahrer und komelementarer Form, beginnend mit der Basiseinheit I, mit allen Basiseinheiten innerhalb der Verschiebeanordnung verbunden. Um eine Verschiebung der anliegenden Eingangsdatensignale zu erreichen, werden an die Basiseinheiten abhängig von der Verschieberichtung und vom Schiebebetrag die einzelnen Basiseinheiten ausgewählt. Zum Beispiel werden bei einer Linksverschiebung um 5 Stellen die Basiseinheiten 5, 9, 10, 14 und 15 selektiert und aktiviert. Die Ausgangssignale, die an den Ausgängen der einzelnen Basiseinheiten der Verschiebeanordnung bei einer Eingangsdatenbitkonfiguration von

0100 0011 0010 0001

entstehen, sind aus Fig. 3 zu entnehmen.

Um die logischen Zusammenhänge innerhalb der Verschiebeanordnung bei der beschriebenen Verschiebung um 5 Stellen besser erkennen zu können, sind in Fig. 3 die Basiseinheiten 5, 9, 10, 14 und 15 stark umrandet, was andeuten soll, daß diese entsprechend unserem Beispiel ausgewählt und aktiviert sind.

Der wesentliche Vorteil, der sich auch zur Zusammenschaltung mehrerer Basiseinheiten gemäß F i g. 1 zu einer Verschiebeanordnung gemäß F i g. 2 ergibt, besteht darin, daß es dadurch möglich ist. daß die Anzahl der notwendigen Speicherbits innerhalb der verwendeten Festwertspeicher stark reduziert wird. Wenn nämlich z. B. eine Verschiebeeinheit, die aus einem Festwertspeicher bestehen würde, z. B. mit 16 Eingangs- und 16 Ausgangsleitungen versehen würde und außerdem die Fähigkeit haben sollte, die anliegenden Eingangsdatenbits nach links und nach rechts bis zu 16 Stellen zu verschieben, dann wurden

2^1β· 16-2-2* = 2«

Speicherbits benötigt.

Durch die Aufteilung der Verschiebeeinheit auf mehrere, nach dem besonderen Algorithmus ausgelegte Basiseinheiten war es hingegen möglich, die Anzahl der erforderlichen Speicherbits auf

16-4-2⁸ = 2¹¹
Speicherbits zu reduzieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verschiebematrix mit passiven Matrixelementen zur parallelen Verschiebung von auf Eingangsleitungen liegenden Informationen, insbesondere um ein oder mehrere Schritte in einem Takt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebernalrix aus N gleichartigen Basiseinheiten (1 bis 16) besteht, die als monolithischer Halbleiter-Festwcrtspeicher ausgebildet sind, an die außer den bekannten Daten- und Verschicberichtungs-Steuerleitungen (D und .5D) sowie den an sich bekannten Steuerleitungen (C) für die Angabe des Verschiebewertes noch eine Basiseinheiten-Auswahlleitung (S) angeschlossen ist.

2. Verschiebematrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Basiseinheiten innerhalb einer Verschiebematrix mit η Eingangsinformationen gleich N (n/4)¹. «

3. Verschiebematrix nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Verschiebeeinheit alle gleichwertigen Ausgänge der Basiseinheiten (1 bis 16) in einer Zeile untereinander durch logische ODER-Glieder verbunden »5 sind und den Dateneingängen (D, bis D₁,,) aller Basiseinheiten in einer Spalte gleiche Eingangssignal zugeführt werden und daß an allen Basiseinheiten die Kontroll- ode^r Steuersignale (C) sowie das Verschiebesignal (5D) parallel anliegen.

4. Verschiebematrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontrollsignal (z. B. C₃), abwechselnd in wahrer oder komplementärer Form, beginnend mit der Basiseinheit 1 mit allen Basiscinheiten (1 bis 16) innerhalb der Verschiebematrix über Steuerleitungen verbunden ist.