Der 8-bit-Arbeitsregisterblock

  1. Einleitung

    Der gesamte Registersatz hat ein Speichervolumen von 64bit, organisiert in 8x8bit Registern. Die gesamte Schaltung enthält alle Komponenten zur Speicherung, Steuerung und Stromversorgung der Register. Der Registerblock ist über einen 40-poligen Steckverbinder mit dem internen CPU-Bus verbunden, ein separater 4-poliger Steckverbinder dient der Stromversorgung. Das Businterface enthält die Datenleitungen DB0..DB7 für den 8-bit breiten Datenbus, die Adressleitungen ADR2, ADR1 und ADR0 für die Adressierung der 8 Register, sowie die Steuerleitungen READ, WRITE, CLEAR und SELECT.

  2. Die Schaltung des 8-bit-Registerblocks

    Auf dem folgenden Bild ist die Schaltung des 8-bit-Registerblocks dargestellt.

    Das Interface besteht aus zwei Steckverbindern.

    Der Stecker P1 stellt das Businterface dar und hat die Belegung:
    PinNameFunktionPegel
    39DB0Dateneingang/ausgang 00V,12V,H
    37DB1Dateneingang/ausgang 10V,12V,H
    35DB2Dateneingang/ausgang 20V,12V,H
    33DB3Dateneingang/ausgang 30V,12V,H
    31DB4Dateneingang/ausgang 40V,12V,H
    29DB5Dateneingang/ausgang 50V,12V,H
    27DB6Dateneingang/ausgang 60V,12V,H
    25DB7Dateneingang/ausgang 70V,12V,H
    23ADDR0Adressleitung 00V,12V,H
    21ADDR1Adressleitung 10V,12V,H
    19ADDR2Adressleitung 20V,12V,H
    17freikeine BelegungH
    15freikeine BelegungH
    13freikeine BelegungH
    11freikeine BelegungH
    9freikeine BelegungH
    7SELECTSteuereingang SELECT0V,12V,H
    5CLEARSteuereingang CLEAR0V,12V,H
    3WRITESteuereingang WRITE0V,12V,H
    1READSteuereingang READ0V,12V,H
    2..40GNDMasse 0V0V
    Der Stecher P2 ist der Stromversorgungsanschluss. Die Belegung ist
    PinNameFunktionPegel
    1+12VVersorgungsspannung +12V12V
    2GNDMasse 0V0V
    3GNDMasse 0V0V
    4+24VVersorgungsspannung +24V+24V
  3. Funktionsweise der Schaltung

    Die Schaltung besteht im Prinzip nur aus der Parallelschaltung der 8 Registerbaugruppen und des Register-Controllers über eine gemeinsame Busleitung, den internen Registerbus. Diese Verschaltung wurde als Steckverbindung mit 40-poligem Flachbandkabel und angepressten Buchsenleisten ausgeführt. Damit kann der gesamte Registerblock z.B. zu Reparaturzwecken schnell und einfach zerlegt werden. Der Stecker zum CPU-Bus wird ebenfalls mit einem Flachbandkabel zur CPU-Busplatine geführt. Die Schaltungen befnden sich auf insgesamt 9 Platinen im Format 160mmx100mm und sind über Abstandshalter zu einem kompakten Turm verschraubt. Insgesamt befinden sich im Registerturm
    AnzahlBauelement
    5Relais, 1Wechselkontakt
    89Relais, 2Wechselkontakte
    1Relais, 4Wechselkontakte
    280Gleichrichterdioden
    68Leuchtdioden
    64Widerstände 160Ohm
    2Widerstände 1,6kOhm
    2Widerstände 3,3kOhm
    8Elektrolytkondensatoren 220µF/63V
    34Schmelzsicherungen (32 davon nur als Schmelzdraht)
    1040-polige Pfostenstecker
    940-polige Pfostenbuchsen mit Flachbandkabel
    14-poliger Powerconnector
    Registerblock von vorn
    Oben befindet sich der Register-Controller mit dem Steckverbinder zum CPU-Bus.
    Registerblock von hinten
    An der Rückseite ist die Verkabelung des internen Registerbusses zu erkennen. Alle Registerplatinen sind über ein 40-poliges Kabel parallel geschaltet und mit der Controllerplatine an der Oberseite verbunden.

  4. Wahrheitstabelle

    In der Wahrheitstabelle sind nun die einzelnen Pegel zur Umsetzung der Registersteuerung am CPU-Businterface aufgelistet. Durch die Programmsteuerung müssen also, je nach den Vorgaben der Befehlsdecodierung, diese Pegel an den Eingangsleitungen des Registercontrollers erzeugt werden.
    0=logisch 0-Pegel, entspricht 0V
    1=logisch 1-Pegel, entspricht 12V
    H=hochohmiger Zustand
    X=beliebiger Zustand
    ABC=Binäradresse für das gewählte Register an den Eingängen ADR2,ADR1,ADR0
    000=Register0 (A)
    001=Register1 (B)
    010=Register2 (C)
    011=Register3 (D)
    100=Register4 (E)
    101=Register5 (F)
    110=Register6 (G)
    111=Register7 (H)
    SELECTREADWRITECLEARDB0..DB7ADR0..2Erläuterung
    0 X X X H XDer Registerblock ist vom Datenbus abgekoppelt, die Registerinhalte bleiben erhalten, die Ausgänge sind hochohmig
    1 0 0 1 H ABCDer Inhalt des Registers ABC wird auf 0 zurückgesetzt (gelöscht), das Register selbst ist vom Datenbus abgekoppelt, die Ausgänge sind hochohmig
    1 1 0 0DB=OUT ABCDer Inhalt des Registers ABC wird am Datenbus ausgegeben, die Datenleitungen sind als Ausgänge geschaltet
    1 0 1 0DB=IN ABCDer Inhalt des Datenbusses wird mit dem Inhalt des Registers ABC ODER-verknüpft, die Datenleitungen sind als Eingänge geschaltet
  5. Ersatzschaltbild

    Da der Registerblock eine wichtige und in sich abgeschlossene Funktionseinheit darstellt, wird er in den Übersichtsschaltplänen der CPU durch ein Ersatzschaltbild dargestellt. Da es für das Verständnis der Funktionsweise der CPU insgasamt nicht von entscheidender Bedeutung ist, wie die Register im einzelnen funktionieren und wie sie im Innern aufgebaut sind, ist die Erfassung als Funktionsblock ausreichend. Wichtig für die weitere Verschaltung sind daher nur die Anschlussleitungen des Register-Controllers, die die Verbindung zur CPU herstellen.

  6. Schluss

    Die gleichzeitige Ansteuerung der Steuerleitungen READ, WRITE, CLEAR und SELECT ist unzulässig, da durch unterschiedliche Schaltverzögerungen der Relais das Verhalten der Schaltung nicht vorhersagbar ist. Am CPU-Bus sollten zuerst der Datenbus DB0..DB7, die Adresse ADR2..0 und das Steuersignal READ, WRITE oder CLEAR generiert werden und mit zeitlicher Verzögerung sollte dann SELECT aktiviert werden. Solange SELECT aktiv ist, dürfen sich die Pegel nicht verändern. Nach dem inaktiv werden von SELECT ist die Registeroperation ausgeführt und die Pegel dürfen sich wieder verändern.




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