WO1991003020A1 - Data processing system and process for controlling it and cpu boards - Google Patents

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WO1991003020A1
WO1991003020A1 PCT/DE1990/000643 DE9000643W WO9103020A1 WO 1991003020 A1 WO1991003020 A1 WO 1991003020A1 DE 9000643 W DE9000643 W DE 9000643W WO 9103020 A1 WO9103020 A1 WO 9103020A1
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cpu
main memory
system bus
switching mechanism
data processing
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PCT/DE1990/000643
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Inventor
Thomas Schlage
Original Assignee
Digital Equipment Corporation
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/14Handling requests for interconnection or transfer
    • G06F13/20Handling requests for interconnection or transfer for access to input/output bus
    • G06F13/28Handling requests for interconnection or transfer for access to input/output bus using burst mode transfer, e.g. direct memory access DMA, cycle steal

Definitions

  • the invention relates to a data processing system and a method for its control, the data processing system having a central computer unit (CPU), a main memory and a system bus which can be connected to the main memory and other functional units.
  • the invention also relates to a CPU board for a data processing system, in which the CPU is arranged on a separate board.
  • the CPU, the main memory and the input / output units (I / O units) or their controllers are usually each on a board, which is also called a board or card. All the functional units connected to the system bus are controlled centrally by the central computer unit (CPU), for example a microprocessor. Communication between the functional units and the CPU always runs via the system bus.
  • CPU central computer unit
  • an I / O unit wants to perform a data transfer with respect to the main memory, ie wants to read data into the main memory or read data from the main memory
  • the I / O unit sends a signal to the system bus, on the basis of which the CPU for is "stopped" for a short time, during which the I / O unit is given direct access, which is also referred to as DMA (Direct Memory Access), to the main memory.
  • DMA Direct Memory Access
  • So-called cache memories are used, for example, as small, fast buffers, which can be arranged on the same board as the CPU.
  • the CPU reads data from the main memory via the system bus and " writes this data to the fast cache memory on the CPU board. If the CPU now wants to access this data again, it must no longer carry out the data transfer from the main memory via the relatively slow system bus, but can directly access the fast cache memory.
  • the object of the invention is to increase the operational behavior of the data processing system in that as many tasks as possible can be processed simultaneously and the waiting times on the system bus are reduced.
  • main memory can be connected directly to the CPU, a first switching mechanism which controls the connection between the CPU and the main memory, and a second switching mechanism which controls the connection between the system bus and the main memory, wherein the first and the second rear derailleur are connected so that only one of the two Switchgear can release the respective connection of the CPU or the system bus with the main memory.
  • a first buffer which is controlled by the first switching mechanism, and a second buffer between the system bus and the main memory is provided between the CPU and the main memory, ensures that the data transfer between the CPU and the main memory, on the one hand and the system bus and the main memory on the other hand is done correctly.
  • the main memory, the first and second switching mechanisms and the first and second buffers are preferably provided on the same board as the CPU.
  • one or more I / O units without direct memory access are provided, which can be connected directly to the CPU via a CPU bus, the CPU optionally with the main memory or one of the I / O units can be connected without direct memory access.
  • the CPU board according to the invention which is described in claims 7 to 11, can be marketed independently of the data processing system, as long as compatibility with the corresponding data processing system is ensured.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a data processing system according to the invention
  • Fig. 2 is a flow chart for explaining the operation of a first rear derailleur
  • Fig. 3 is a flow chart to explain the operation of a second switching mechanism.
  • the data processing system has a central computer unit (CPU) 1, a main memory 2 and a system bus 3.
  • the CPU 1 is connected to the main memory 2 via a first buffer 4.
  • the control takes place via a first switching mechanism 5.
  • the main memory 2 is also connected to the system bus 3 via a buffer 6, the control being carried out via a second switching mechanism 7.
  • the data processing system also has a CPU bus 8, through which the CPU 1 is connected to a number of I / O units without direct access, that is to say I / O units without DMA.
  • the embodiment shown is a register set 9, a boot PROM 10, a setup EEPROM 11 and further serial interfaces 12.
  • the I / O units 9 to 12 are typical I / O units which are connected to the system bus 3 in the known data processing systems.
  • the register set 9 usually has an interrupt controller, a clock generator and a real-time clock.
  • Boot PROM 10 and set EEPROM 11 contain the functions for starting the system, the configuration data, hardware-related functions, diagnostic programs, " self-test programs, etc. " in a known manner.
  • the serial interfaces 12 are, for example eight serial interrupt-lines connected to the Svstemkonsole ', terminals, printers, modems u. Like. Are connected. Furthermore, a floating point unit (not shown) can be connected to the CPU bus in a known manner.
  • All of the components shown in FIG. 1 are preferably arranged on the CPU board.
  • the first switching mechanism 5 controls all processes close to the CPU, such as accesses by the CPU 1 to the main memory 2 and to the I / O units without DMA, which are identified in FIG. 1 by the reference numerals 9 to 12.
  • the second switching mechanism 7 controls the processing of the DMA System bus 3 requirements, the actual memory accesses of the DMA units and the CPU 1 accesses to the system bus 3.
  • the first switching mechanism 5 and the second switching mechanism 7 operate in the so-called handshaking process, whereby mutual locking is ensured when access requirements occur simultaneously.
  • step 101 a query is made as to whether the CPU 1 should access main memory 2. If this is not the case, a query is made in step 102 as to whether there is a request for or an interrupt from one of the I / O units identified by reference numerals 9 to 12 in FIG. 1 without DMA. If this is the case, the request or the interrupt is processed in step 103.
  • step 101 If it is determined in step 101 that the main memory 2 is to be accessed, the switching mechanism 5 occupies the main memory 2 in step 104 and emits a corresponding occupancy signal to the switching mechanism 7. If it is determined in step 105 that the main memory 2 is occupied, that is to say an access from a DMA unit via the system bus 3 the main memory 2 is present, the process continues until the main memory 2 is free. After that. The storage action is carried out in step 106, the buffer 4 being controlled accordingly by the switching mechanism 5. After the storage action has ended, the main memory 2 is released again in step 107 and a corresponding release signal is sent from the switching mechanism 5 to the switching mechanism 7.
  • step 201 a query is made as to whether there is a request from a DMA unit via the system bus 3. If this is the case, the switching mechanism 7 issues the DMA release to the system bus 3 in step 202. A bidirectional connection is then established between the switching mechanism 7 via the system bus 3 to the DMA unit connected to the system bus 3 and the first part of the bus protocol is processed in step 203. The switching mechanism 7 then occupies the main memory 2 and emits a corresponding occupancy signal to the switching mechanism 5. If it is determined in step 205 that the main memory 2 is occupied, ie there is still access from the CPU 1 to the main memory 2, the system waits until the main memory 2 is free is. The storage action is then carried out in step 206, the buffer 6 being controlled accordingly by the switching mechanism 7.
  • step 207 the main memory 2 is released in step 207 and a corresponding release signal is sent from the switching mechanism 7 to the switching mechanism 5. Then in step 208 the second part of the bus protocol is processed in communication between the switching mechanism 7 and the DMA unit.
  • the main memory is not occupied during the entire standardized standard cycle time of a DMA access, which runs from steps 201 to 208 in FIG. 3, but only during the absolutely necessary time, which results from steps 204 to 207 in Fig. 3 results.
  • the time referred to as idle time (steps 201 to 203 and step 208 in FIG. 3) between memory allocation (steps 204 to 207 in FIG. 35 and the standard cycle time (steps 201 to 208 in FIG. 3) can be used for other purposes are, for example, for an access of the CPU to the main memory, so that the actual memory accesses can be nested in time.
  • a further increase in system performance can be achieved in that the CPU can process requests from I / O units without DMA access while the main memory is occupied by the system bus, so that true parallel processing is possible.

Abstract

In a data processing system with a central processing unit (CPU), a main store (2) and a system bus (3), which may be connected to the main store (2) may be directly connected to the CPU (1) and there are a first switching unit (5) which controls the connection between the CPU (1) and the main store (2) and a second switching units (5, 7) are so interconnected that only one of them can release the existing connection of the CPU (1) or the system bus (3) to the main store. Here the main store, the first and second circuit and the first and second buffers are fitted on the same board as the CPU (1).

Description

Datenverarbeitungssysteni und Verfahren zu seiner Steuerung sowie CPU-Platine Data processing system and method for its control as well as CPU board
Die Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungssystem und ein Verfahren zu seiner Steuerung, wobei das Datenverarbei¬ tungssystem eine zentrale Rechnereinheit (CPU) , einen Hauptspeicher und einen Systembus aufweist, der mit dem Hauptspeicher und anderen Funktionseinheiten verbindbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine CPU-Platine für ein Datenverarbeitungssysteni, bei dem die CPU auf einer eigenen Platine angeordnet ist.The invention relates to a data processing system and a method for its control, the data processing system having a central computer unit (CPU), a main memory and a system bus which can be connected to the main memory and other functional units. The invention also relates to a CPU board for a data processing system, in which the CPU is arranged on a separate board.
Üblicherweise befinden sich die CPU, der Hauptspeicher und die Ein/Ausgabeeinheiten (I/O-Einheiten) beziehungsweise deren Controller jeweils auf einer Platine, die auch Board oder Karte genannt wird. Dabei werden alle mit dem System¬ bus in Verbindung stehenden Funktionseinheiten zentral von der zentralen Rechnereinheit (CPU), z.B. einem Mikroprozes¬ sor gesteuert. Dabei läuft die Kommunikation zwischen den Funktionseinheiten und der CPU stets über den Systembus. Wenn z.B. eine I/O-Einheit bezüglich des Hauptspeichers einen Datentransfer durchführen will, d.h. Daten in den Hauptspeicher oder Daten aus dem Hauptspeicher lesen will, so wird von der I/O-Einheit ein Signal an den Systembus abgegeben, aufgrund dessen die CPU für einen kurzen Zeit¬ raum "angehalten" wird, währenddessen der I/O-Einheit ein direkter Zugriff, der auch als DMA (Direct Memory Access) bezeichnet wird, auf den Hauptspeicher ermöglicht wird.The CPU, the main memory and the input / output units (I / O units) or their controllers are usually each on a board, which is also called a board or card. All the functional units connected to the system bus are controlled centrally by the central computer unit (CPU), for example a microprocessor. Communication between the functional units and the CPU always runs via the system bus. If, for example, an I / O unit wants to perform a data transfer with respect to the main memory, ie wants to read data into the main memory or read data from the main memory, the I / O unit sends a signal to the system bus, on the basis of which the CPU for is "stopped" for a short time, during which the I / O unit is given direct access, which is also referred to as DMA (Direct Memory Access), to the main memory.
Da insbesondere bei Spitzenlastbetrieb sehr viele direkte Zugriffe auf den Hauptspeicher erfolgen, kommt es zu Staus und lange Wartezeiten, da der Systembus in seinem Zeitver¬ halten standardisiert und damit nicht beliebig beschleunig¬ bar ist, zumal sich alle auf dem Systembus befindlichen Steckkarten an bestimmte Timings halten müssen und diese nicht geändert werden können.Since there is a large number of direct accesses to the main memory, in particular during peak load operation, there are traffic jams and long waiting times, since the system bus is standardized in its time behavior and therefore cannot be accelerated at will, especially since all plug-in cards on the system bus are at specific timings must keep and these can not be changed.
Es sind eine ganze Reihe von Techniken bekannt, um in Datenverarbeitungssystemen möglichst viele Aufgaben gleich¬ zeitig zu bearbeiten. So werden z.B. als kleine schnelle Zwischenspeicher sogenannte Cache-Speicher verwendet, die auf der gleichen Platine wie die CPU angeordnet sein können. Dabei liest die CPU über den Systembus Daten aus dem Hauptspeicher und "schreibt diese Daten in den, auf der CPU-Platine befindlichen schnellen Cache-Speicher. Wenn die CPU nun nochmals auf diese Daten zugreifen will, so muß sie nicht mehr den Datentransfer vom Hauptspeicher über den relativ langsamen Systembus durchführen, sondern kann un¬ mittelbar auf den schnellen Cache-Speicher zugreifen.A whole series of techniques are known for processing as many tasks as possible in data processing systems at the same time. So-called cache memories are used, for example, as small, fast buffers, which can be arranged on the same board as the CPU. The CPU reads data from the main memory via the system bus and " writes this data to the fast cache memory on the CPU board. If the CPU now wants to access this data again, it must no longer carry out the data transfer from the main memory via the relatively slow system bus, but can directly access the fast cache memory.
Aufgrund fortschreitender Integrationstechnik ist es möglich geworden, CPü und Hauptspeicher auf einer Platine anzuordnen. Da aber weiterhin die Kommunikation zwischen den I/O-Einheiten und dem Hauptspeicher über den Systmbus erfolgt, wird dieser durch häufige DMA-Zugriffe, d.h. Zu¬ griffe von I/O-Einheiten mit direktem Zugriff, auf den Hauptspeicher blockiert, so daß es weiterhin zu hohen War¬ tezeiten kommt.Due to the progress of integration technology, it has become possible to arrange the CPü and main memory on one board. However, since communication between the I / O units and the main memory continues to take place via the system bus, this is caused by frequent DMA accesses, i.e. Access by I / O units with direct access to the main memory blocked, so that there are still high waiting times.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Betriebsverhalten des Datenverarbeitungssystems dadurch zu erhöhen., daß möglichst viele Aufgaben gleichzeitig abgear¬ beitet werden können und die Wartezeiten auf dem Systembus vermindert werden.In contrast, the object of the invention is to increase the operational behavior of the data processing system in that as many tasks as possible can be processed simultaneously and the waiting times on the system bus are reduced.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Hauptspeicher mit der CPU direkt verbindbar ist, ein erstes Schaltwerk, das die Verbindung zwischen der CPU und dem Hauptspeicher steuert, und ein zweites Schaltwerk vorgesehen sind, das die Verbindung zwischen dem Systembus und dem Hauptspeicher steuert, wobei das erste und das zweite Schaltwerk so miteinander verbunden sind, daß nur eines der beiden Schaltwerke die jeweilige Verbindung der CPU bzw. des Systembus mit dem Hauptspeicher freigeben kann.This object is achieved in that the main memory can be connected directly to the CPU, a first switching mechanism which controls the connection between the CPU and the main memory, and a second switching mechanism which controls the connection between the system bus and the main memory, wherein the first and the second rear derailleur are connected so that only one of the two Switchgear can release the respective connection of the CPU or the system bus with the main memory.
Damit ist es möglich, wahlweise von der CPU und dem System¬ bus auf den Hauptspeicher zuzugreifen, wobei der Hauptspei¬ cher nur für den Zeitraum des eigentlichen Speicherzugriffs für die andere Seite gesperrt werden muß, nicht aber für den gesamten Zugriffszyklus.This makes it possible to selectively access the main memory from the CPU and the system bus, the main memory only having to be blocked for the other side for the period of the actual memory access, but not for the entire access cycle.
Dadurch, daß zwischen der CPU und dem Hauptspeicher ein erster Puffer, der vom ersten Schaltwerk gesteuert wird, und zwischen dem Systembus und dem Hauptspeicher ein zwei¬ ter Puffer vorgesehen ist, wird sichergestellt, daß der Datentransfer zwischen der CPU und dem Hauptspeicher einer¬ seits und dem Systembus und dem Hauptspeicher andererseits korrekt erfolgt.The fact that a first buffer, which is controlled by the first switching mechanism, and a second buffer between the system bus and the main memory is provided between the CPU and the main memory, ensures that the data transfer between the CPU and the main memory, on the one hand and the system bus and the main memory on the other hand is done correctly.
Vorzugsweise sind dabei der Hauptspeicher, das erste und zweite Schaltwerk sowie der erste und zweite Puffer auf der gleichen Platine wie die CPU vorgesehen.The main memory, the first and second switching mechanisms and the first and second buffers are preferably provided on the same board as the CPU.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere I/O-Einheiten ohne direkten Speicherzugriff vorgesehen, die über einen CPU-Bus mit der CPU direkt verbindbar sind, wobei die CPU wahlweise mit dem Hauptspei¬ cher oder einer der I/O-Einheiten ohne direkten Speicherzu¬ griff verbindbar ist. Damit ist es möglich, daß die CPU auch dann auf I/O-Einheiten direkt zugreifen kann, wenn der Systembus gerade den Weg zwischen Hauptspeicher und einer DMA-Einheit blockiert. Dadurch kann eine weitere Leistungs¬ steigerung des Datenverarbeitungssystems erreicht werden.In a further embodiment of the invention, one or more I / O units without direct memory access are provided, which can be connected directly to the CPU via a CPU bus, the CPU optionally with the main memory or one of the I / O units can be connected without direct memory access. This makes it possible for the CPU can also access I / O units directly when the system bus is blocking the path between main memory and a DMA unit. A further increase in the performance of the data processing system can thereby be achieved.
Die erfindungsgemäße CPU-Platine, die in den Ansprüche 7 bis 11 beschrieben ist, ist unabhängig vom Datenverarbei¬ tungssystem vermarktbar, solange die Kompatibilität mit dem entsprechenden Datenverarbeitungssystem gewährleistet ist.The CPU board according to the invention, which is described in claims 7 to 11, can be marketed independently of the data processing system, as long as compatibility with the corresponding data processing system is ensured.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in den Ansprüche 12 bis 16 beschrieben.The method according to the invention is described in claims 12 to 16.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird an Hand der Zeich¬ nungen näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is described in more detail with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfin¬ dungsgemäßen Datenverarbeitungssystems;1 shows a schematic block diagram of a data processing system according to the invention;
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines ersten Schaltwerks undFig. 2 is a flow chart for explaining the operation of a first rear derailleur and
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines zweiten Schaltwerks.Fig. 3 is a flow chart to explain the operation of a second switching mechanism.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, weist das erfindungsgemäße Datenverarbeitungssystem eine zentrale Rechnereinheit (CPU) 1, einen Hauptspeicher 2 und einen Systembus 3 auf. Die CPU 1 ist über einen ersten Puffer 4 mit dem Hauptspei¬ cher 2 verbunden. Die Steuerung erfolgt dabei über ein erstes Schaltwerk 5.As can be seen from FIG. 1, the data processing system according to the invention has a central computer unit (CPU) 1, a main memory 2 and a system bus 3. The CPU 1 is connected to the main memory 2 via a first buffer 4. The control takes place via a first switching mechanism 5.
Der Hauptspeicher 2 ist außerdem über einen Puffer 6 mit dem Systembus 3 verbunden, wobei die Steuerung über ein zweites Schaltwerk 7 erfolgt.The main memory 2 is also connected to the system bus 3 via a buffer 6, the control being carried out via a second switching mechanism 7.
Das erfindungsgemäße Datenverarbeitungssysteni weist außer¬ dem einen CPU-Bus 8 auf, durch den die CPU 1 mit einer Reihe von I/O-Einheiten ohne direkten Zugriff, also I/O- Einheiten ohne DMA, verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen Registersatz 9, einen Boot-PROM 10, einen Setup-EEPROM 11 und weitere serielle Schnittstellen 12.The data processing system according to the invention also has a CPU bus 8, through which the CPU 1 is connected to a number of I / O units without direct access, that is to say I / O units without DMA. The embodiment shown is a register set 9, a boot PROM 10, a setup EEPROM 11 and further serial interfaces 12.
Bei den I/O-Einheiten 9 bis 12 handelt es sich um typische I/O-Einheiten, die bei den bekannten Datenverarbeitungs¬ systemen mit dem Systembus 3 verbunden sind. So weist der Registersatz 9 üblicherweise eine Interrupt-Steuerung, einen Taktgeber und eine Echtzeituhr auf. Boot-PROM 10 und Set-EEPROM 11 enthalten in bekannter Weise die Funktionen zum Starten des Systems, die Konfigurationsdaten, hardware¬ nahe Funktionen, Diagnoseprogramme, "Selbsttestprogramme usw.The I / O units 9 to 12 are typical I / O units which are connected to the system bus 3 in the known data processing systems. The register set 9 usually has an interrupt controller, a clock generator and a real-time clock. Boot PROM 10 and set EEPROM 11 contain the functions for starting the system, the configuration data, hardware-related functions, diagnostic programs, " self-test programs, etc. " in a known manner.
Bei den seriellen Schnittstellen 12 handelt es sich z.B. um acht serielle, interruptfähige Leitungen, die mit der Svstemkonsole', Terminals, Drucker, Modems u. dgl. verbunden sind. Weiterhin kann noch in bekannter Weise eine Gleit¬ kommaeinheit (nicht dargestellt) mit dem CPU-Bus verbunden sein.The serial interfaces 12 are, for example eight serial interrupt-lines connected to the Svstemkonsole ', terminals, printers, modems u. Like. Are connected. Furthermore, a floating point unit (not shown) can be connected to the CPU bus in a known manner.
Vorzugsweise sind alle, in Fig. 1 dargestellten Bauteile auf der CPU-Platine angeordnet.All of the components shown in FIG. 1 are preferably arranged on the CPU board.
Im nachfolgenden. wird nun die Arbeitsweise des erfindungs¬ gemäßen Datenverarbeitungssystems beschrieben.In the following . the operation of the data processing system according to the invention will now be described.
Die technische Realisierung erfordert aufgrund der mögli¬ chen Gleichzeitigkeit der Zugriffe der CPU 1 bzw. von I/O- Einheiten mit direktem Zugriff (DMA-Einheiten) , die in üblicher Weise mit dem Systembus verbunden und der Über¬ sichtlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestellt sind, über den Systembus 3 auf den Hauptspeicher 2 zwingend zwei Schaltwerke, die die zeitlichen Abläufe im jeweiligen Teil steuern.Due to the possible simultaneity of the accesses of the CPU 1 or of I / O units with direct access (DMA units), the technical implementation requires that they are connected to the system bus in the usual way and for the sake of clarity in FIG. 1 are not shown, via the system bus 3 to the main memory 2, two switching mechanisms which control the time sequences in the respective part.
Dabei steuert das erste Schaltwerk 5 alle CPU-nahen Ab¬ läufe, wie Zugriffe der CPU 1 auf den Hauptspeicher 2 und auf die I/O-Einheiten ohne DMA, die in Fig. 1 mit den Bezugszeichen 9 bis 12 gekennzeichnet sind.The first switching mechanism 5 controls all processes close to the CPU, such as accesses by the CPU 1 to the main memory 2 and to the I / O units without DMA, which are identified in FIG. 1 by the reference numerals 9 to 12.
Das zweite Schaltwerk 7 steuert die Bearbeitung der DMA- Anforderungen vom Systembus 3, die eigentlichen Speicher¬ zugriffe der DMA-Einheiten sowie die Zugriffe der CPU 1 auf den Systembus 3.The second switching mechanism 7 controls the processing of the DMA System bus 3 requirements, the actual memory accesses of the DMA units and the CPU 1 accesses to the system bus 3.
Das erste Schaltwerk 5 und das zweite Schaltwerk 7 arbeiten im sogenannten Handshaking-Verfahren, wodurch eine gegen¬ seitige Verriegelung bei gleichzeitig auftretenden Zu¬ griffsanforderungen gewährleistet ist.The first switching mechanism 5 and the second switching mechanism 7 operate in the so-called handshaking process, whereby mutual locking is ensured when access requirements occur simultaneously.
Die Arbeitsweise des ersten Schaltwerks 5 wird nun an Hand von Fig. 2 näher beschrieben.The mode of operation of the first switching mechanism 5 will now be described in more detail with reference to FIG. 2.
Anfangs steht das erste Schaltwerk 5 in Wartestellung 100. Im Schritt 101 wird abgefragt, ob ein Zugriff der CPU 1 auf den Hauptspeicher 2 erfolgen soll. .Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 102 abgefragt, ob eine Anforderung be¬ züglich bzw. ein Interrupt von einer der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 9 bis 12 gekennzeichneten I/O-Einheiten ohne DMA vorliegt. Ist dies der Fall, so wird die Anforderung bzw. der Interrupt im Schritt 103 abgearbeitet.Initially, the first switching mechanism 5 is in the waiting position 100. In step 101, a query is made as to whether the CPU 1 should access main memory 2. If this is not the case, a query is made in step 102 as to whether there is a request for or an interrupt from one of the I / O units identified by reference numerals 9 to 12 in FIG. 1 without DMA. If this is the case, the request or the interrupt is processed in step 103.
Wird im Schritt 101 festgestellt, daß ein Zugriff auf den Hauptspeicher 2 erfolgen soll, so belegt im Schritt 104 das Schaltwerk 5 den Hauptspeicher 2 und gibt ein entsprechen¬ des Belegungssignal an das Schaltwerk 7 ab. Wird im Schritt 105 festgestellt, daß der Hauptspeicher 2 belegt ist, d.h. noch ein Zugriff von einer DMA-Einheit über den Systembus 3 auf den Hauptspeicher 2 vorliegt, so wird so lange gewar¬ tet, bis der Hauptspeicher 2 frei ist. Danach. ird im Schritt 106 die Speicheraktion durchgeführt, wobei der Puffer 4 durch das Schaltwerk 5 entsprechend gesteuert wird. Nach Beendigung der Speicheraktion wird der Haupt¬ speicher 2 im Schritt 107 wieder freigegeben und ein ent¬ sprechendes Freigabesignal vom Schaltwerk 5 an das Schalt¬ werk 7 abgegeben.If it is determined in step 101 that the main memory 2 is to be accessed, the switching mechanism 5 occupies the main memory 2 in step 104 and emits a corresponding occupancy signal to the switching mechanism 7. If it is determined in step 105 that the main memory 2 is occupied, that is to say an access from a DMA unit via the system bus 3 the main memory 2 is present, the process continues until the main memory 2 is free. After that. The storage action is carried out in step 106, the buffer 4 being controlled accordingly by the switching mechanism 5. After the storage action has ended, the main memory 2 is released again in step 107 and a corresponding release signal is sent from the switching mechanism 5 to the switching mechanism 7.
Die Arbeitsweise des zweiten Schaltwerks 7 wird nun an Hand von Fig. 3 näher beschrieben.The mode of operation of the second switching mechanism 7 will now be described in more detail with reference to FIG. 3.
Anfangs steht das zweite Schaltwerk 7 in Wartestellung 200. Im Schritt 201 wird abgefragt, ob eine Anforderung einer DMA-Einheit über den Systembus 3 vorliegt. Ist dies der Fall, so gibt das Schaltwerk 7 an den Systembus 3 im Schritt 202 die DMA-Freigabe. Daraufhin wird eine bidirek¬ tionale Verbindung zwischen dem Schaltwerk 7 über den Systembus 3 zu der mit dem Systembus 3 verbundenen DMA- Einheit hergestellt und der erste Teil des Bus-Protokolls wird im Schritt 203 abgearbeitet. Danach belegt das Schalt¬ werk 7 den Hauptspeicher 2 und gibt ein entsprechendes Belegungssignal an das Schaltwerk 5 ab. Wird im Schritt 205 festgestellt, daß der Hauptspeicher 2 belegt ist, d.h. noch ein Zugriff von de-r CPU 1 auf den Hauptspeicher 2 vorliegt, so wird so lange gewartet, bis der Hauptspeicher 2 frei ist. Danach wird im Schritt 206 die Speicheraktion durchge¬ führt, wobei der Puffer 6 durch das Schaltwerk 7 entspre¬ chend gesteuert wird.Initially, the second switching mechanism 7 is in the waiting position 200. In step 201, a query is made as to whether there is a request from a DMA unit via the system bus 3. If this is the case, the switching mechanism 7 issues the DMA release to the system bus 3 in step 202. A bidirectional connection is then established between the switching mechanism 7 via the system bus 3 to the DMA unit connected to the system bus 3 and the first part of the bus protocol is processed in step 203. The switching mechanism 7 then occupies the main memory 2 and emits a corresponding occupancy signal to the switching mechanism 5. If it is determined in step 205 that the main memory 2 is occupied, ie there is still access from the CPU 1 to the main memory 2, the system waits until the main memory 2 is free is. The storage action is then carried out in step 206, the buffer 6 being controlled accordingly by the switching mechanism 7.
Nach Beendigung der Speicheraktion wird der Hauptspeicher 2 im Schritt 207 freigegeben und ein entsprechendes Freigabe¬ signal vom Schaltwerk 7 an das Schaltwerk 5 abgegeben. Danach wird im Schritt 208 der zweite Teil des Bus-Proto¬ kolls in Kommunikation zwischen dem Schaltwerk 7 und der DMA-Einheit abgearbeitet.After the storage action has ended, the main memory 2 is released in step 207 and a corresponding release signal is sent from the switching mechanism 7 to the switching mechanism 5. Then in step 208 the second part of the bus protocol is processed in communication between the switching mechanism 7 and the DMA unit.
Durch die zwei schnellen Schaltwerke 5 und 7, die miteinan¬ der kommunizieren und im Handshaking-Verfahren arbeiten, wird also jeweils entschieden, wer auf den Hauptspeicher 2 zugreifen kann.The two high-speed switching devices 5 and 7, which communicate with one another and work in the handshaking process, therefore decide in each case who can access the main memory 2.
Aus Fig. 2 und 3 ist unmittelbar ersichtlich, daß der Hauptspeicher 2 jeweils nur während des unbedingt erforder¬ lichen Zeitraums belegt ist. Dieser ist durch die gestri¬ chelten Linien in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 110 und in , Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 210 gekennzeichnet.2 and 3 that the main memory 2 is only occupied during the absolutely necessary period. This is identified by the dashed lines in FIG. 2 with the reference number 110 and in FIG. 3 with the reference number 210.
Während der übrigen Zeit, d.h. der restlichen Zykluszeit eines DMA-Zugriffs oder eines CPU-Zugriffs auf den Haupt¬ speicher oder auch während eines CPU-Zugriffs auf die mit dem Bezugszeichen 9 bis 12 gekennzeichneten I/O-Einheiten ohne DMA-Zugriff, kann der Hauptspeicher 2 freigegeben und für eine neue Anforderung belegt werden.During the remaining time, ie the remaining cycle time of a DMA access or a CPU access to the main memory or also during a CPU access to the I / O units identified by the reference numerals 9 to 12 without DMA access the main memory 2 released and for a new request.
Mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird erreicht, daß der Hauptspeicher nicht während der gesamten genormten Standardzykluszeit eines DMA-Zugriffs, die vom Schritt 201 bis 208 in Fig. 3 läuft, sondern nur während der absolut notwendigen Zeit belegt wird, die sich aus den Schritten 204 bis 207 in Fig. 3 ergibt. Die als Leerlaufzeit bezeich¬ nete Zeit (Schritte 201 bis 203 und Schritt 208 in Fig. 3) zwischen Speicherbelegung (Schritte 204 bis 207 in Fig. 35 und der Standardzykluszeit (Schritte 201 bis 208 in Fig.- 3) kann für andere Zwecke genutzt werden, z.B. für einen Zugriff der CPU auf den Hauptspeicher, so daß die eigentli¬ chen Speicherzugriffe zeitlich eng verschachtelt werden können.With the embodiment according to the invention it is achieved that the main memory is not occupied during the entire standardized standard cycle time of a DMA access, which runs from steps 201 to 208 in FIG. 3, but only during the absolutely necessary time, which results from steps 204 to 207 in Fig. 3 results. The time referred to as idle time (steps 201 to 203 and step 208 in FIG. 3) between memory allocation (steps 204 to 207 in FIG. 35 and the standard cycle time (steps 201 to 208 in FIG. 3) can be used for other purposes are, for example, for an access of the CPU to the main memory, so that the actual memory accesses can be nested in time.
Eine weitere Leistungssteigerung des Systems läßt sich dadurch erreichen, daß die CPU während der Zeit, in der der Hauptspeicher durch den Systembus belegt ist, Anforderungen von I/O-Einheiten ohne DMA-Zugriff abarbeiten kann, so daß eine echte Parallelverarbeitung möglich ist. A further increase in system performance can be achieved in that the CPU can process requests from I / O units without DMA access while the main memory is occupied by the system bus, so that true parallel processing is possible.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Datenverarbeitungssystems mit einer zentralen Rechner¬ einheit (CPU), einem Hauptspeicher und einem Systembus, der mit dem Hauptspeicher und verschiedenen anderen Funktions¬ einheiten verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptspeicher (2) mit der CPU (1) direkt verbindbar ist, daß ein erstes Schaltwerk (5) , das die Verbindung zwischen der CPU (1) und dem Hauptspeicher (2) steuert, und ein zweites Schaltwerk (7) vorgesehen sind, das die Verbin¬ dung zwischen dem Systembus (3) und dem Hauptspeicher (2) steuert, wobei das erste und zweite Schaltwerk (5, 7) so miteinander verbunden sind, daß nur eines der beiden Schaltwerke die jeweilige Verbindung der CPU (1) bzw. des Systembus (3) mit dem Hauptspeicher (2) freigeben kann.1. Data processing system with a central computer unit (CPU), a main memory and a system bus which can be connected to the main memory and various other functional units, characterized in that the main memory (2) can be connected directly to the CPU (1) that a first switching mechanism (5), which controls the connection between the CPU (1) and the main memory (2), and a second switching mechanism (7) are provided, which controls the connection between the system bus (3) and the main memory (2) controls, the first and second switching mechanisms (5, 7) being connected to one another such that only one of the two switching mechanisms can release the respective connection of the CPU (1) or the system bus (3) to the main memory (2) .
2. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, bei dem zwischen der CPU (1) und dem Hauptspeicher (2) ein erster Puffer (4) , der vom ersten Schaltwerk (5) gesteuert wird, und zwischen dem Systembus (3) und dem Hauptspeicher (2) ein zweiter Puffer (6) vorgesehen ist. 2. Data processing system according to claim 1, wherein between the CPU (1) and the main memory (2) a first buffer (4), which is controlled by the first switching mechanism (5), and between the system bus (3) and the main memory (2 ) a second buffer (6) is provided.
3. Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Hauptspeicher (2) das erste und zweite Schaltwerk (5, 7) sowie der erste und zweite Puffer (4, 6) auf .der gleichen Platine wie die CPU (1) vorgesehen sind.3. Data processing system according to one of claims 1 or 2, wherein the main memory (2), the first and second switching mechanisms (5, 7) and the first and second buffers (4, 6) on the same board as the CPU (1) are provided.
4. Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens eine I/O-Einheit (9, 10, 11, 12) ohne direkten Speicherzugriff (DMA, Abkürzung von Direct Memory Access) vorgesehen ist, die über einen CPU-Bus (8) mit der CPU (1) direkt verbindbar ist.4. Data processing system according to one of claims 1 to 3, in which at least one I / O unit (9, 10, 11, 12) without direct memory access (DMA, abbreviation of direct memory access) is provided, via a CPU bus (8) can be directly connected to the CPU (1).
5. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 4, bei dem eine Reihe von I/O-Einheiten (9, 10, 11, 12) ohne DMA vorgesehen sind, die über den CPU-Bus (8) mit der CPU (1) direkt verbindbar sind.5. Data processing system according to claim 4, in which a series of I / O units (9, 10, 11, 12) without DMA are provided, which can be connected directly to the CPU (1) via the CPU bus (8).
6. Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die CPU (1) wahlweise mit dem Hauptspeicher (2) oder einer der I/O-Einheiten (9, 10, 11, 12) ohne DMA verbindbar ist.6. Data processing system according to one of claims 1 to 5, in which the CPU (1) with the main memory (2) or one of the I / O units (9, 10, 11, 12) can be connected without DMA.
7. CPU-Platine für ein Datenverarbeitungssystem, auf der eine CPU (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der CPU-Platine vorgesehen sind: ein Hauptspeicher (2) , ein erstes Schaltwerk (5) , das die Verbindung zwischen der CPU (1) und dem Hauptspeicher (2) steuert, und ein zweites Schaltwerk (7), das die Verbindung zwischen dem7. CPU board for a data processing system on which a CPU (1) is arranged, characterized in that there are provided on the CPU board: a main memory (2), a first switching mechanism (5) which establishes the connection between the CPU (1) and the main memory (2) controls, and a second switching mechanism (7) that connects the
Systembus (3) und dem Hauptspeicher (2) steuert, wobei das erste und zweite Schaltwerk (5, 7) so miteinander verbunden sind, daß nur eines der beiden Schaltwerke die jeweilige Verbindung der CPU (1) bzw. des Systemsbus (3) mit dem Hauptspeicher (2) freigeben kann.Controls system bus (3) and the main memory (2), the first and second switching mechanisms (5, 7) being connected to one another in such a way that only one of the two switching mechanisms has the respective connection of the CPU (1) or the system bus (3) release the main memory (2).
8. CPU-Platine nach Anspruch 7, auf der zwischen der CPU (1) und dem Hauptspeicher (2) ein erster Puffer (4) , der vom ersten Schaltwerk (5) gesteuert wird, und zwischen dem Systembus (3) und dem Hauptspeicher (2) ein zweiter Puffer (6) vorgesehen sind.8. CPU board according to claim 7, on the between the CPU (1) and the main memory (2), a first buffer (4), which is controlled by the first switching mechanism (5), and between the system bus (3) and the main memory (2) a second buffer (6) is provided.
9. CPU-Platine nach einem der Ansprüche 7 oder 8, auf der mindestens eine I/O-Einheit (9, 10, 11, 12) ohne DMA vorge¬ sehen ist, die über einen CPU-Bus (8) mit der CPU (1) direkt verbindbar ist.9. CPU board according to one of claims 7 or 8, on which at least one I / O unit (9, 10, 11, 12) without DMA is provided, which via a CPU bus (8) with the CPU (1) is directly connectable.
10. CPU-Platine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, auf der eine Reihe von I/O-Einheiten (9, 10, 11, 12) ohne DMA vor¬ gesehen sind, die über den CPU-Bus (8) mit der CPU (1) direkt verbindbar sind.10. CPU board according to one of claims 7 to 9, on which a number of I / O units (9, 10, 11, 12) are provided without DMA, which are connected via the CPU bus (8) to the CPU (1) can be connected directly.
11. CPU-Platine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, auf der die CPU (1) wahlweise mit dem Hauptspeicher (2) oder einer der I/O-Einheiten (9, 10, 11, 12) ohne DMA verbindbar ist. 11. CPU board according to one of claims 7 to 10, on which the CPU (1) optionally with the main memory (2) or one of the I / O units (9, 10, 11, 12) can be connected without DMA.
12. Verfahren zur Steuerung eines Datenverarbeitungs¬ systems mit- einer zentralen Rechnereinheit (CPU) , einem12. Method for controlling a data processing system with a central computer unit (CPU), a
Hauptspeicher, einem Systembus, der mit dem Hauptspeicher und anderen Funktionseinheiten in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die CPU direkt mit dem Hauptspeicher verbunden wird, wobei die Verbindung von einem ersten Schaltwerk gesteuert wird, die Verbindung zwischen dem Systembus und dem Hauptspeicher von einem zweiten Schaltwerk gesteuert wird und das erste und zweite Schaltwerk so miteinander verbunden werden, daß nur eines der beiden Schaltwerke die jeweiligeMain memory, a system bus which is connected to the main memory and other functional units, characterized in that the CPU is connected directly to the main memory, the connection being controlled by a first switching mechanism, the connection between the system bus and the main memory by a second Switchgear is controlled and the first and second switchgear are connected to each other so that only one of the two switchgear the respective
Verbindung der CPU bzw. des Systembus mit dem Hauptspeicher freigibt.Enables connection of the CPU or the system bus to the main memory.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zwischen der CPU und dem Hauptspeicher ein erster Puffer, der von dem ersten Schaltwerk gesteuert wird, und zwischen dem Systembus und dem Hauptspeicher ein zweiter Puffer angeordnet werden.13. The method of claim 12, wherein a first buffer, which is controlled by the first switching mechanism, and a second buffer between the system bus and the main memory are arranged between the CPU and the main memory.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem die CPU über einen eigenen Bus mit einer I/O-Einheit ohne direkten Speicherzugriff verbunden wird.14. The method according to any one of claims 12 or 13, wherein the CPU is connected via its own bus to an I / O unit without direct memory access.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die CPU mit einer Reihe von I/O-Einheiten ohne direkten Speicherzugriff verbunden wird. 15. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the CPU is connected to a series of I / O units without direct memory access.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die CPU wahlweise mit einer I/O-Einheit ohne DMA oder mit dem Hauptspeicher verbunden wird, wobei die Steuerung durch das erste Schaltwerk erfolgt. 16. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the CPU is optionally connected to an I / O unit without DMA or to the main memory, the control being carried out by the first switching mechanism.
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