DE19735554A1 - Nicht-flüchtiger Speicher - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf nicht-flüchtige Speichersysteme und deren Anwendungen.

Neue Multimedia-Anwendungen für Computer stellen hohe Anforde­ rungen an das Systemverhalten sowohl hinsichtlich der Verarbeitungslei­ stung als auch der Speicherkapazität. Beispielsweise sind 1-D und 2-D diskrete Cosinus-Transformationen und inverse diskrete Cosinus-Transfor­ mationen erforderlich, um JPEG- und MPEG-Kompression und -Dekompression zu implementieren. Die Wavelet-Kompression verlangt verschiedene digita­ le Filterungen. Fraktale Kompression benötigt möglicherweise sowohl Fil­ terung als auch extensive Sucharbeitsgänge. Die Bildverbesserung benö­ tigt ebenfalls Digitalfilterung. Alle diese Verarbeitungsschritte erfor­ dern extensive Berechnungen und/oder Vergleiche, die an großen Datenmen­ gen auszuführen sind.

Eine Lösung bestünde darin, einfach diese Aufgaben der zentra­ len Verarbeitungseinheit eines Computersystems zu überlassen. Das Multi­ media-Verhalten wird dann durch die Geschwindigkeit der zentralen Verar­ beitungseinheit wie auch ihre Zugriffsgeschwindigkeit auf Speicher be­ grenzt. Wenn das Computersystem gleichzeitig andere Aufgaben ausführt, werden auch diese anderen Aufgaben langsam durchgeführt.

Eine andere Lösung besteht in der Bereitstellung zusätzlicher Hardware. Beispielsweise kann ein Computersystem mit einer zusätzlichen Platine ausgestattet werden, die Digitalsignal-Verarbeitungsschaltkreise und Speicher aufweist, beide für Multimedia-Aufgaben ausgelegt. Dieser Ansatz führt jedoch zu erheblichen zusätzlichen Kosten, und darüber hin­ aus dupliziert der zugefügte Speicher Resourcen, die bereits innerhalb des Computersystems verfügbar sind.

Ähnliche Probleme werden durch die Systemsicherheit aufgewor­ fen. Das Kontrollieren des Zugriffs auf den Computer und/oder das Schüt­ zen der Vertraulichkeit von gespeicherten Daten und/oder von dem Compu­ ter übertragenen Daten erfordert, daß Verschlüsselung und Entschlüsse­ lung durchgeführt werden. Verschlüsselung und Entschlüsselung repräsen­ tieren noch einen weiteren Verbrauch der Verarbeitungsleistung des Com­ puters. Darüber hinaus werden Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs­ schlüsselinformationen typischerweise auf der Festplatte des Computers gespeichert, wo sie nur schwer zu schützen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, Computersysteme mit erweiterten Fähigkeiten für herausfordernde Anwendungen zu schaffen, wobei jedoch nur wenig zusätzliche Hardware hinzugefügt werden soll.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch den Pa­ tentanspruch 1 definiert. Die Unteransprüche beziehen sich auf Weiter­ bildungen dieses Konzepts bzw. Anwendungen desselben.

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend unter Bezug­ nahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Computersystem unter Verwendung der vorlie­ genden Erfindung.

Fig. 2A zeigt ein Speichersystem, das hierarchische Speiche­ rung und zusätzliche Verarbeitung für die Installation innerhalb des Computersystems der Fig. 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kombiniert.

Fig. 2B zeigt das Speichersystem der Fig. 2A, erweitert um computerzugreifbare Speicher, auf die als Teil des Systemspeichers des Wirt-Systems der Fig. 1 zugegriffen werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Netz von Speichersystemen ähnlich jenem der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt wie Untereinheiten des Speichersystems ähnlich dem nach Fig. 2 funktionell in einer MPEG Kompressionsanwendung des Mul­ ti-Speichersystems der Fig. 3 verbunden sind.

Fig. 5 zeigt funktionelle Elemente eines digitalen tragbaren Telefons, das als ein Wirt-Computersystem für das Speichersystem der Fig. 2 dient.

Fig. 6 zeigt eine Laufbildkamera-Einheit, die als Wirt-Compu­ tersystem für das Speichersystem der Fig. 2 dient.

Fig. 7 zeigt einen persönlichen digitalen Assistenten, der als ein Wirt-Computersystem für das Speichersystem der Fig. 2 dient.

Fig. 1 zeigt ein Wirt-Computersystem 10, das für die Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Das Wirt-Computersystem 10 um­ faßt einen Bus 12, der die Hauptuntersysteme miteinander verbindet, wie eine zentrale Verarbeitungseinheit 14, einen Systemspeicher 16 (typi­ scherweise RAM), eine Eingangs-/Ausgangssteuereinheit 18, ein Periphe­ rie-Gerät, wie einen Bildschirm 24, über einen Bildschirmadapter 26, se­ rielle Ein-/Ausgänge 28 und 30, ein Tastenfeld 32, ein Diskettenlaufwerk 36 für Floppy Disks 38 und einen CD-ROM-Player 40 für Betrieb mit einer CD-ROM 42. Viele andere Geräte können angeschlossen werden, wie eine Maus 46, angeschlossen über serielle Schnittstelle 28, und eine Netz­ werkschnittstelle 48, angeschlossen über serielle Schnittstelle 30. Der Bus 12 kann Signalkomponenten führen, die zusammenwirken oder auch nicht. Der Bus 12 kann in zugeordnete Busse für bestimmte Zwecke unter­ teilt sein, wie Speicherzugriff, Eingangs-/Ausgangszugriff, usw.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Wirt-Computersystem 10 ein spezielles Speichersystem 50, das einen nicht-flüchtigen Speicher und programmierbare Verarbeitung für die Aus­ führung von Operationen an dem Inhalt des Speichers umfaßt. Eine Funk­ tion des Speichersystems 50 besteht darin, den Platz einer Kombination einer Disksteuereinheit, wie eine IDE Steuereinheit oder SCSI Steuerein­ heit, und eines Festplattenlaufwerks einzunehmen. Für das Wirt-Computer­ system 10 erscheint das Speichersystem 50 als ein hierarchisches Spei­ chersystem, das in der Lage ist, hierarchische Speichersteuerbefehle zu empfangen und auf sie zu reagieren, um Dateien zu speichern und aus ei­ ner gespeicherten Dateistruktur zu entnehmen. Gemäß der vorliegenden Er­ findung ist das Speichersystem 50 programierbar, um auf andere Befehle zu reagieren, um Datenverarbeitungsvorgänge an gespeicherter Information vorzunehmen.

Fig. 2A zeigt eine bestimmte Konfiguration des Speichersystems 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Speicher­ system 50 umfaßt eine Wirt-Schnittstelle 202, einen eingebetteten pro­ grammierbaren Controller 204, ein internes RAM 206, ein internes ROM 208, einen oder mehrere interne DSP-Schaltkreise (digitale Signalverar­ beitung) 210, einen oder mehrere interne Codierschaltkreise 212 und ein oder mehrere inhaltsaddressierbare Speichereinheiten (CAM = Content Ad­ dressable Memory) 214. Das Speichersystem 50 umfaßt ferner eine Fehler­ korrektur-Codiereinheit 216, eine nicht-flüchtige Speicherschnittstelle 218 und eine Mehrzahl von nicht-flüchtigen Speicherkomponenten 220. Die Wirt-Schnittstelle 202 ist mit dem eingebetteten programmierbaren Con­ troller 204, dem internen RAM 206, dem internen ROM 208, DSP-Schaltung 210, Codierschaltung 212, CAM 214, über eine interne Bus-Struktur 222 verbunden. Natürlich können viele dieser Komponenten im Rahmen der vor­ liegenden Erfindung auch weggelassen werden.

Das Speichersystem 50 kann als eine gedruckte Schaltungsplati­ ne als Multi-Chipmodul oder als einzelner integrierter Schaltkreis phy­ sikalisch implementiert werden. Die einzelnen Schaltkreise der Fig. 2 können unabhängige integrierte Schaltkreise sein. Bei einem höheren Grad der Integration können mehrere Komponenten in eine einzige integrierte Schaltung kombiniert sein.

Die Wirt-Schnittstelle 202 steht in Wechselwirkung mit dem Bus 12 des Computersystems 10. Beispielsweise kann der Bus 12 ein PCI-Bus sein. Die Wirt-Schnittstelle 202 ist dann ausgestattet, um mit dem PCI-Bus in Wechselwirkung zu treten. Teilweise steht das Wirt-System 10 in Wechselwirkung mit dem Speichersystem 50, als handelte es sich um eine hierarchische Speicherstruktur, die unter der Direktion eines SCSI oder IDE Controllers stünde. Das Wirt-System 10 verwendet das Speichersystem 50, um Dateien zu sichern und zu entnehmen. Die Wechselwirkung zwischen dem Wirt-System 10 und der Wirtschnittstelle 202 für den Zweck der Da­ tenabspeicherung und -entnahme ist in dem Buch Messmer, The Indispensa­ ble PC Hardware Book (Addison Wesley Verlag, zweite Auflage 1995), Sei­ ten 731-838, erläutert, und auf diese Veröffentlichung wird zwecks wei­ terer Information verwiesen.

Der eingebettete programmierbare Controller 204 interpretiert die Speicher- und Entnahmebefehle, empfangen von dem Wirt-System 10, und dirigiert den Fluß von gespeicherten und entnommenen Daten zwischen der Wirt-Schnittstelle 202 und einer nicht-flüchtigen Speicherschnittstelle 218. Der eingebettete programmierbare Controller 204 ist vorzugsweise vom Typ ARM-7 TDMI, erhältlich von ARM Limited in Cambridge, Großbritan­ nien. Die Fehlerkorrektur-Codiereinheit 216 ist in dem Datenpfad zwi­ schen der Wirt-Schnittstelle 202 und nicht-flüchtiger Speicherschnitt­ stelle 218 eingefügt. Die Fehlerkorrektur-Codiereinheit 216 wendet einen Fehlerkorrektur-Code auf Daten an, die in den nicht-flüchtigen Speicher­ einheiten 220 zu speichern sind. Für die Entnahme von Daten überprüft die Fehlerkorrektur-Codiereinheit 216 diese bezüglich Fehlern, korri­ giert Fehler und entnimmt sie dem Code. Die Fehlerkorrektur-Codierein­ heit 216 kann über die Wirt-Schnittstelle 202 programmierbar sein.

Die nicht-flüchtigen Speichereinheiten 220 sind vorzugsweise 4MB oder größere Schnellzugriffsspeichereinheiten, die intern optimiert sind, um MS-DOS-Sektoren abzustützen. In einer alternativen Ausführungs­ form dient ein Plattenlaufwerk oder ein optisches beschreibbares Lauf­ werk als nicht-flüchtiger Speicher. Die Schnittstelle 218 zum nicht­ flüchtigen Speicher ist ausgelegt, um zu erzeugen, was immer an Daten, Adressen und Steuersignalen für die Wechselwirkung mit den nicht-flüch­ tigen Speichereinheiten 220 benötigt wird.

Der eingebettete programmierbare Controller 214 arbeitet gemäß einem Steuerprogramm. Ein Abschnitt dieses Steuerprogramms ruht in ROM 208 und kann nicht ohne weiteres modifiziert werden. Ein anderer Ab­ schnitt ist durch das Wirt-System 10 modifizierbar und ruht in den nicht-flüchtigen Speichereinheiten 220 und in dem internen Speicher des Controllers 214. Der Teil innerhalb des ROM 208 handhabt die grundsätz­ lichen Controller-Arbeitsgänge für Dateiabspeicherung und -entnahme. Die Datei-Abspeicherung und -entnahme wird vorzugsweise gehandhabt wie durch die ATA-Speichersteuerspezifikation spezifiziert, die als ANSI-X3-221- 1994 von dem American National Standards Institut in New York, N.Y., verfügbar ist, auf welche hier verwiesen wird.

Vorzugsweise umfaßt ein Minimalsatz von Erstreckungen bezüg­ lich des ATA-Schnittstellenbefehlssatzes ein "einschreiben in internen Speicher des eingebetteten Controllers", "abarbeiten des Speichers des eingefügten Controllers", "rücksetzen des Schreibspeicherzeigers des eingebetteten Controllers". Wenn das Wirt-System 10 den eingebetteten Controller 204 zu konfigurieren hat, wird zunächst der Befehl "rückset­ zen des Schreibspeicherzeigers des eingebetteten Controllers" aufgeru­ fen. Danach wird aufgerufen "einschreiben in internen Speicher des ein­ gebetteten Controllers", und zwar so oft wie erforderlich, um den inter­ nen Speicher des Controllers mit dem Steuerprogramm zu laden. Nachdem das Programm geladen ist, kann das Wirt-System das Steuerprogramm aufru­ fen, indem ein Befehl "abarbeiten des Speichers des eingebetteten Con­ trollers" aufgerufen wird. Der interne Speicher des Controllers kann entweder flüchtig oder nicht-flüchtig sein.

Eine weitere Ausdehnung bezüglich des ATA-Schnittstellenbe­ fehlssatzes kann umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt "öffne neue interne Datei", "schreibe internen Sektor", "lese internen Sek­ tor", "schließe interne Datei", "abarbeiten der internen Datei", "beende interne Abarbeitung", und "verberge interne Datei". Die jeweils in Bezug genommenen Dateisektoren der Dateien werden in dem nicht-flüchtigen Speichersystem 220 gespeichert. Der modifizierbare Teil des Steuerpro­ gramms führt Operationen bezüglich Information aus, die in den nicht­ flüchtigen Speichereinheiten 220 gespeichert sind.

Durch Modifizieren dieses Steuerprogramms kann das Wirt-Compu­ tersystem 10 das Speichersystem 50 konfigurieren, um verschiedene Funk­ tionen unabhängig von der zentralen Verarbeitungseinheit 14 auszuführen. Beispielsweise kann das Speichersystem 50 JPEG- oder MPEG-Bildkompres­ sion bei Bilddaten ausführen, die in die nicht-flüchtigen Speicherein­ heiten 220 einzuschreiben sind. Das Speichersystem 50 kann auch Bildver­ besserungs-Algorithmen implementieren, um die Auflösung bei zum Beispiel korrekten CCD-Matrizenverwaschungen zu verbessern oder Rauschen in ein­ gefangenen NTSC-Bildern zu unterdrücken. RAM 206 kann verwendet werden, um die Zwischenergebnisse zu speichern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können andere Schal­ tungsanordnungen mit dem eingebetteten programmierbaren Controller 204 zusammenwirken. Wenn beispielsweise digitale Signalverarbeitungsschal­ tungen 210 vorgesehen sind, können diese die digitale Signalverarbeitung unterstützen. Solche Operationen können die Berechnung von linearen 1-D- und 2-D-Transformationen umfassen, wie diskrete Cosinus-Transformation und inverse diskrete Cosinus-Transformation (IDCT), wie in JPEG und MPEG verwendet. Andere 1-D- und 2-D-Filter können programmiert werden, um an­ dere Kompressionsschemata abzustützen, wie wavelet-basierte Kompression. Die digitalen Signalverarbeitungsschaltung(en) 210 können auch Quanti­ sieroperationen ausführen, um die Daten von den 1-D- und 2-D-Filtern zu vergröbern. Digitalsignalverarbeitungsschaltung(en) 210 können eine oder mehrere Komponenten sein, wie die Motorola 56000 Serie, erhältlich von Motorola in Schaumburg, Illinois, oder der Oak DSP-Kern, entwickelt von DSP Group, Inc. in Santa Clara, Kalifornien. Das Steuerprogramm für di­ gitale Signalverarbeitungsschaltung(en) 210 ist ebenfalls durch das Wirt-Computersystem modifizierbar und in den nicht-flüchtigen Speicher­ einheiten 220 gespeichert.

Wenn Codierer 212 vorgesehen ist/sind, können sie andere Ope­ rationen unterstützen, die für Bildkompression und -dekompression benö­ tigt werden. Beispielsweise können Codierer 212 Lauflängencodierung der Ergebnisse der Ausgänge von den 2-D DCT oder 2-D-Filtern ausführen, im­ plemtiert durch die Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung(en) 210. Codie­ rer 212 können auch Bit-Verdichtungsoperationen ausführen, um die Kom­ pression zu unterstützen oder Lauflängendecodierung und Entdichtung vor­ nehmen, um die Dekompression abzustützen. Codierer 212 können auch Huff­ man-Codierung und -Decodierung ausführen, um die JPEG- und MPEG-Schemata zu stützen. Codierer 212 können auch Bit-Verwürfelung ausführen, um die Entschlüsselung und/oder Verschlüsselung abzustützen.

Wavelet- und Fraktalkompression/Dekompression können von DSP-Schaltkreis(en) 210, Codierer 212, und CAM 214 abgestützt werden. Die Fraktalbildkompression und -dekompression verwendet CAM(s) 214, um nach wiederauftauchenden Mustern zu suchen. Weitere Details der Fraktalbild­ kompression und -dekompression sind in der Arbeit von D.R. McGregor u. a. "Faster Fractal Compression", Dr. Dobb′s Journal, (Januar 1996), Y. Fis­ her, "Fractal Image Compression", SIGGRAPH ′92 Course Notes, Y. Fisher u. a., "Fractal (Self-VQ) Encoding of Video Sequences", Proceedings of the SPIE, Visual Communications and Image Processing, (September 1994), Barnsley u. a., Fractal Image Compression, (A.K. Peters Ltd. 1993), und U.S. Patent No. 5,065,447 von Barnsley u. a., erteilt am 12. November 1991, erläutert. Auf diese Veröffentlichungen kann im Bedarfsfall zu­ rückgegriffen werden.

Das Speichersystem 50 kann auch die Sicherheit der Verschlüs­ selung und Entschlüsselung verbessern. Paßwort-Daten für die Kontrolle des Zugriffs durch das Wirt-Computersystem 10 oder für die Verschlüsse­ lung und Entschlüsselung von Daten im Speichersystem 50 können in dem nicht-flüchtigen Speichersystem 220 gehalten werden. Die Paßwort-Daten können Daten eines Einwegeschlüssels umfassen, um von einem Benutzer eingegebene Paßworte zu entschlüsseln. Der eingebettete programmierbare Controller 204 arbeitet so, daß er externe Entnahme bezüglich der Ein­ wegschlüsseldaten ausschließt, womit die Sicherheit verbessert wird. Wenn der Benutzer anfänglich das Paßwort wählt unter Verwendung der An­ wendungssoftware, die auf einem Wirt-Computersystem 10 läuft, übersetzt der eingebettete programmierbare Controller 204 das Paßwort in die Schlüsseldaten, die verwendet werden, um das Paßwort zu entschlüsseln und speichert es in einem privaten Speicherbereich des nicht-flüchtigen Speichersystems 220. Dieser Privatbereich ist nur für den eingebetteten programmierbaren Controller 204 zwecks Paßwortentschlüsselung zugäng­ lich, und auf ihn kann nicht über die hierarchischen ATA-Speichersteuer­ befehle zugegriffen werden. Ein solches Paßwort kann verwendet werden, um den Zugriff durch bestimmte Anwendungen auf dem Wirt-Computersystem 10 zu ermöglichen, um den Zugriff auf sonst geschützte Dateien des nicht-flüchtigen Speichersystems 220 zu kontrollieren oder um den Zu­ griff eines Schlüssels für Entschlüsselung oder Verschlüsselung von im nicht-flüchtigen Speichersystem 220 gespeicherte Daten zu ermöglichen. Die Verschlüsselung und Entschlüsselung können durch die Codierer 212 gestützt sein.

Um hochintensive Verarbeitungsaufgaben aufzufangen, können mehrere Speichersysteme, wie das nach Fig. 2, in einer Matrix für Hoch­ geschwindigkeitsverarbeitung kombiniert werden. Eine solche Anordnung ist höchst geeignet für MPEG, Wavelet und Fraktalkompression oder -de­ kompression. Um diese Konfiguration zu ermöglichen, kann das Speichersy­ stem 50 eine oder mehrere weitere Schnittstellen 224 für diesen Zweck aufweisen. Information, die zu speichern oder auszugeben ist, und Steu­ erprogramminformation kann über eine von N, vorzugsweise 4 oder mehr Eingangs-/Ausgangs-Anordnungen laufen: COM1, COM2, COM3, COM4 usw. Auch die Wirt-Schnittstelle 202 kann verwendet werden, um eine Verbindung mit anderen Speichersystemen herzustellen, anstatt mit dem Wirt-Bus 12.

Fig. 2B zeigt eine Ausdehnung des Speichersystems 50, bei der ein computerzugreifbarer Speicher 226 physikalisch mit dem Speichersy­ stem 50 integriert ist. Obwohl nur ein Teil der in Fig. 2A wiedergegebe­ nen Komponenten in Fig. 2B wiederholt wurde, versteht es sich, daß jede der Komponenten aus Fig. 2A in einem Speichersystem 50 vorhanden sein kann, das physikalisch mit dem computerzugreifbaren Speicher 226 inte­ griert ist. Der computerzugreifbare Speicher 226 ist mit einem Wirt-Sy­ stem-Speicherbus 228 verbunden, der einen Teil des Busses 12 bilden kann. Der computerzugreifbare Speicher 226 arbeitet innerhalb des Sy­ stemspeichers 16 und kann einen oder beide von dem flüchtigen und dem nicht-flüchtigen Speicherschaltkreis umfassen. Der Wirt-Bus 12 kann Si­ gnale führen, die unabhängig von den Computerspeicherzugriff-Signalen sind und mit diesen gleichzeitig aktiv sein können, wodurch Datenverar­ beitungselemente im Speichersystem 50 unabhängig und gleichzeitig diese Signale bearbeiten oder übertragen können, um die Datenkompression (ein­ schließlich Bildkompression) Dekompression, Verschlüsselung, Entschlüs­ selung oder andere hohe Geschwindigkeit erfordernde Datenverarbeitung auszuführen.

Ferner sind ein Cache 230 und eine weitere Fehlerkorrektur-Co­ diereinheit 232 zwischen dem computerzugreifbaren Speicher 226 und dem Wirt-System-Speicherbus 228 eingefügt. Cache 230 optimiert den System­ speicherzugriff für das Wirt-System 10 und ist besonders wertvoll bei Fällen nicht-flüchtigen Speichers. Die Fehlerkorrektur-Codiereinheit 232 verbessert die Zuverlässigkeit und die Lebenserwartung (bekannt als mittlere Zeit zwischen dem Versagen) vom computerzugreifbaren Speicher 226.

Fig. 3 zeigt eine solche Matrixkonfiguration 300 mit mehreren Speichersystemen 50 und einem Global-Buscontroller 302. Der Gobal-Bus­ controller 302, der Fachleuten bekannt ist, dient als eine direkte Schnittstelle zum Wirt-Bus 12. Der Global-Buscontroller 302 richtet zu speichernde Information, Steuerprogramminformation, Speicher- und Ent­ nahmebefehle und Verarbeitungsbefehle an ein bestimmtes Speichersystem 50. Der Global-Buscontroller 302 empfängt entnommene Information aus Speichersystemen 50 und sendet sie auf den Wirt-Bus 12. Für Speicher-und Entnahmezwecke tritt das Wirt-System mit dem Global-Buscontroller 302 in Wechselwirkung unter Verwendung konventioneller Speicher- und Entnahme­ befehle, wie dies der Fall wäre bei einem SCSI- oder IDE-Festplattencon­ troller. Diese Befehle werden aufgestockt mit zusätzlichen Befehlen für das Anfordern spezieller Verarbeitungsoperationen.

Um Befehle, Steuerprogramminformation und zu speichernde und entnehmende Information zu verteilen, verbindet ein 2-D-Binärbaum-Kommu­ nikationsnetz mehrere Speichersysteme 50. Fig. 3 zeigt eine bestimmte Konfiguration mit 16 Speichersystemen 50. Die verschiedenen COM-Ein­ gangs-/Ausgangsanordnungen und Wirt-Schnittstelle werden verwendet, um die Speichersysteme 50 miteinander zu verdrahten. Ein Teil des Steuer­ programms für jedes Speichersystem 50 betrifft die Bereitstellung der notwendigen Anschließbarkeit innerhalb des Kontexts des Gesamtnetzes. In vielen Bildkompressionsschemata führt jedes Speichersystem 50 die Verar­ beitung in Verbindung mit einem Streifen eines Bildes oder einer Gruppe von Streifen aus. Das Netz umfaßt auch ein zweidimensionales Kommunika­ tionsschema, das als ein Torus-Kommunikationsgitter bekannt ist.

Fig. 4 zeigt, wie Untereinheiten des Speichersystems 50 funk­ tionell in einer MPEG-Kompressionsanwendung der Multi-Speichersystemkon­ figuration der Fig. 3 verbunden sind. Die verschiedenen Untereinheiten führen die Funktionen aus, die für die MPEG-Kompression notwendig sind. Gobal-Bus-Eingangspixeldaten 402 kommen vom Gobal-Buscontroller 302 ent­ weder direkt oder über ein oder mehrere andere Speichersysteme 50. Ein Abtastzeilen-Blockeingangspuffer 404 ist mit RAM 206 implemiert. Eine 2-D-Anordnung der diskreten Cosinus-Transformation und Quantisierer 406 transformieren die Pixeldaten und quantisieren die Ergebnisse in Über­ einstimmung mit Quantisierungs-Kontrollinformation, abgegeben über einen Kompensations-Rückkopplungseingang 408 und andere Quantisiersteuerinfor­ mation, empfangen vom Global-Buscontroller 302. Das Ergebnis sind quan­ tisierte Block-DCT-Koeffizientendaten, die in einem Block-DCT-Koeffi­ zientenpuffer 410 gespeichert werden, ebenfalls mit RAM 206 implemen­ tiert.

Die MPEG-Kompressionsschemata nutzen den Vorteil von Ähnlich­ keiten zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern von Pixeln und der Tatsache, daß Unterschiede zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern oft aus Bewegung von einem oder mehr Objekten gegenüber einem festste­ henden Hintergrund bestehen. Demgemäß ist es nützlich, einen letzten Block von DCT-Koeffizienten in einem Letztblock-DCT-Koeffizientenpuffer 412, ebenfalls implementiert durch RAM 206, zu speichern. Da darüber hinaus die Bewegung das Einbringen eines Objekts von einem benachbarten Pixelbereich umfassen kann, der von einem anderen Speichersystem gehand­ habt wird, verbindet eine Eingangsleitung 414 zu ein oder mehr der COM-Anordnungen oder Wirt-Schnittstelle 202. In ähnlicher Weise empfängt ein benachbarter DCT-Blockpuffer 416, ebenfalls implementiert durch RAM 206, DCT-Koeffizienten von einem oder mehreren anderen Speichersystemen 50. Ein Bewegungserkennungskreis 418 kann dann Bewegungsdaten erzeugen, ba­ sierend auf der Differenz zwischen den laufenden DCT-Koeffizienten und den vorhergehenden. Der Bewegungserkennungsschaltkreis 418 kann durch DSP-Schaltung(en) 210 und/oder CAM-Einheit(en) 214 implementiert werden. Die Bewegungserkennungsschaltung 418 erzeugt Daten für spezielle Diffe­ renzeinzelbilder zwecks Charakterisierung eines Unterschiedes gegenüber einem vorherigen Einzelbild.

Eine Logikschaltung 419 schaltet zwischen den DCT-Koeffizien­ tendaten des laufenden Einzelbildes und den Differenzdaten und erzeugt auch Daten für die Steuerung der abschließenden Gruppierung von MPEG-Da­ ten in I-Rahmen, B-Rahmen und P-Rahmen, wie Fachleuten bekannt ist. Die Logikschaltung 419 erzeugt auch einen Abschnitt der Quantisiersteuerda­ ten für den Kompensations-Rückkopplungseingang 408. Eine Bit-Packschal­ tung 420 setzt die Einzelbilder zusammen und schreibt sie in einen nicht-flüchtigen Schreib- und/oder Ausgangspuffer, der vom RAM 206 im­ plementiert wird. Von dort werden die Datenpakete in das nicht-flüchtige Speichersystem 220 eingeschrieben.

Das Speichersystem 50 implementiert eine nicht-flüchtige Spei­ cherschaltung mit vom Benutzer konfigurierbarer Verschlüsselungsfähig­ keit. Beispielsweise kann das Speichersystem 50 ein Telefonnummernver­ zeichnis in verschlüsselter Form speichern, das nur bei Eingabe eines Paßworts entschlüsselt werden kann. Der Schlüssel für die Verifizierung des Paßworts ist im nicht-flüchtigen Speichersystem 220 abgelegt und kann nicht entnommen oder verändert werden. Anstelle eines Paßwortes können eine Stimmprobe oder ein Fingerabdruck analysiert werden, um den Zugriff zu kontrollieren. Wiederum ist der Schlüssel für die Verifizie­ rung der Stimmprobe oder des Fingerabdrucks außerhalb des Speichersy­ stems 50 nicht abgreifbar. Die Verarbeitung für die Verifikation, Ver­ schlüsselung, und/oder Entschlüsselung kann von den verschiedenen Verar­ beitungskomponenten innerhalb des Speichersystems 50 ausgeführt werden speziell durch die Codierer 212.

Das Wirt-Computersystem nach Fig. 1 ist nur eine Anwendung des Speichersystems 50. Andere Anordnungen können von dem Vorteil der Merk­ male des Speichersystems 50 Gebrauch machen. Fig. 5 zeigt funktionelle Elemente eines digitalen tragbaren Telefons 500, das als ein Wirt-Compu­ tersystem arbeitet. Ein Mikrofon 502 setzt die Sprache des Benutzers in ein analoges Audioeingangssignal um. Ein Analogdigitalumsetzer 504 setzt dieses analoge Audioeingangssignal in ein digitales Audioeingangssignal um. In ähnlicher Weise setzt ein Digitalanalogumsetzer 506 ein digitales Audioausgangssignal in ein analoges Audioausgangssignal um, das dem Lautsprecher 508 zuzuführen ist. Ein Spreizspektrum-Codierer/Decodierer und Steuer/Schnittstelle 510 führen die Steuerfunktionen für das Telefon aus unter Steuerung der Wechselwirkung mit einem öffentlichen drahtlosen Telefonnetz unter Decodieren der empfangenen Spreizspektrumsignale und Erzeugung von codierten Spreizspektrumsignalen. Ein LCD-Anzeiger 512 gibt eine Benutzerschnittstelleninformation wieder. Ein Tastenfeld 514 ermöglicht dem Benutzer, den Betrieb des Telefons 500 zu steuern.

Ein Zwischenfrequenz-Modulator/Demodulator 516 führt Modula­ tions- und Demodulationsfunktionen bei einer Zwischenfrequenz aus. Ein Funkfrequenz-Sende/Empfänger 518 setzt das Zwischenfrequenz-Signal in eine zugeordnete Frequenz für die Übertragung durch eine Antenne 520 zu dem öffentlichen drahtlosen Netz um. Darüber hinaus empfängt der Funk­ frequenz-Sende/Empfänger 518 ein Signal von Antenne 520 und setzt es in Zwischenfrequenz zwecks Demodulation durch den Zwischenfrequenz-Modula­ tor/Demodulator 516 um.

Ferner können nicht-zugreifbare Verschlüsselungs- und Ent­ schlüsselungsschlüssel im nicht-flüchtigen Speichersystem 220 gespei­ chert verwendet werden, um Stimmsignale zu verschlüsseln und zu ent­ schlüsseln, um die Sicherheit der drahtlosen Kommunikation zu verbes­ sern. Das Aufrufen von sicherer Stimmübertragung erfordert typischerwei­ se auch die Eingabe eines Paßworts oder Analyse eines Fingerabdrucks oder einer Stimmprobe. Verschlüsselung und Entschlüsselung des Sprachsi­ gnals erfolgt durch die verschiedenen Verarbeitungskomponenten innerhalb des Speichersystems 50. Für zusätzliche Sicherheit kann das Speichersy­ stem 50 von dem tragbaren Telefon 500 abnehmbar sein.

Fig. 6 zeigt eine digitale Filmkamera-Einheit 600, die als ein Wirt-Computersystem für das Speichersystem 50 wirkt. Die Filmkamera-Ein­ heit 600 umfaßt eine CCD-Matrix 602 für die Erfassung eines Bildes und Umsetzen des Bildes in ein elektrisches Signal. Eine LCD-Wiedergabe 604 zeigt eine Benutzerschnittstelle. Ein Benutzer steuert die digitale Filmkamera-Einheit 600 über ein Tastenfeld 606. Die interne Steuerung und Schnittstellenschaltung 608 umfaßt eine CCD-Schnittstelle 610, eine LCD-Schnittstelle 612, eine Benutzereingabeschnittstelle 614 und Glo­ bal-Buscontroller 302. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung enthält eine entnehmbare Karte 618 die Matrix von Speichersystemen 50, die in Fig. 3 gezeigt ist, und eine Schnittstelle 620 für die Verbindung mit dem Global-Buscontroller 302. Die entnehmbare Karte 618 speichert Daten des sich bewegenden Bildes, die von der CCD-Matrix 602 eingefangen worden sind, und führt die MPEG-Kompression, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 diskutiert, bezüglich der Bewegungsbilddaten aus, um die Speicherkapazität zu vergrößern. Die entnehmbare Karte 618 kann in ein Wiedergabegerät (nicht dargestellt) eingestöpselt werden, um die Daten der eingefangenen Bewegungsbilder wiederzugeben. Zu diesem Zeitpunkt können die Verarbeitungskomponenten der entnehmbaren Karte 618 die MPEG-Kompression ausführen.

Fig. 7 zeigt einen persönlichen digitalen Assistenten 700, der als ein Wirt-Computersystem für ein oder mehrere Speichersysteme 50 wirkt. Eine LCD-Wiedergabe 702 zeigt eine Benutzerschnittstelle. Ein Be­ nutzer kann Daten eingeben oder den Betrieb des persönlichen digitalen Assistenten 700 steuern, indem er ein Tastenfeld 704 oder andere zuge­ ordnete Peripherie-Geräte 706, wie einen Schreibstift, verwendet. Zwi­ schenergebnisse und Steuerinformation werden in einem RAM 708 gespei­ chert. Eine Steuer/Schnittstelle 710 dient als Hauptprozessor des per­ sönlichen digitalen Assistenten 700. Zur Langzeitspeicherung von Daten und Software verwendet der persönliche digitale Assistent ein oder meh­ rere Speichersysteme 50. Fig. 7 zeigt eines der Speichersysteme 50 als entnehmbar. Für die Sicherheit des Benutzers können ein oder mehrere der Speichersysteme 50 verschlüsselte Daten speichern, die nur über ein Be­ nutzer-Paßwort zugänglich sind. Wie oben diskutiert, ist der Schlüssel für das Verifizieren des Paßwortes außerhalb des Speichersystems 50 nicht zugreifbar. Ohne das Paßwort ist nicht einmal das Vorhandensein von verschlüsselten Dateien sichtbar.

Glossar weniger bekannter Abkürzungen:
JPEG = Joint Photographic Experts Group
MPEG = Motion Picture Expert Group
IDE Controller = Intelligent Drive Electronics Controller
SCSI Controller = Small Computer Systems Interface Controller
PCI Bus = Peripheral Component Interconnect Bus
ATA Disk Control = Advanced Technology Attachment Disk Control

Claims (37)

1. Anordnung (50) für die Erweiterung eines Wirt-Computersy­ stems (10) um nicht-flüchtige Speicher- und zusätzliche Rechenkapazität, gekennzeichnet durch ein nicht-flüchtiges Speichersystem mit mindestens einer nicht-flüchtigen Speichereinheit (220), die auf hierarchische Speicherstruktur-Steuerbefehle von dem Wirt-Computersystem mit Speiche­ rung und Entnahme von Information von dem Wirt-Computer reagiert, und einen programmierbaren Controller (204), der ein erstes Steuerprogramm von dem Wirt-Computersystem empfängt und auf einen ersten Befehl von dem Wirt-Computersystem mit dem Aufruf des ersten Steuerprogramms reagiert, welches erste Steuerprogramm auf die in dem nicht-flüchtigen Speichersy­ stem gespeicherte Information einwirkt, wobei das nicht-flüchtige Spei­ chersystem und der programmierbare Controller gemeinsam eine hierarchi­ sche Speicherstruktur bilden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine RAM-Komponente (206) für die Speicherung von Zwischenergebnissen des ersten Steuerprogramms.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerprogramm in dem nicht-flüchtigen Speichersystem ab­ gespeichert ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Wirt-Schnittstelle (202), über die das nicht-flüchtige Spei­ chersystem und der programmierbare Controller mit dem Wirt-Computersy­ stem gekoppelt sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine ROM-Komponente (208) für die Speicherung eines nicht-modifi­ zierbaren zweiten Steuerprogramms für den programmierbaren Controller.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch ein an das nicht-flüchtige Speichersystem angekoppeltes Fehlerkorrektur-Codiersystem (216) für das Anwenden eines Fehlerkorrek­ tur-Code auf in dem nicht-flüchtigen Speichersystem gespeicherte Infor­ mation und das Entfernen des Code aus Information, die aus dem nicht­ flüchtigen Speichersystem entnommen wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlerkorrektur-Codiersystem (216) von dem Wirt-Computersystem program­ mierbar ist.

8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch mindestens einen mit dem programmierbaren Controller (204) zusammenwirkenden digitalen Signalprozessor (210).

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine digitale Signalprozessor von dem Wirt-Computersystem programmierbar ist.

10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch mindestens eine von dem programmierbaren Controller unab­ hängige, mit ihm zusammenwirkende programmierbare Komponente (214).

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Komponente (214) für Bit-Packung und Bit-Entpackung zur Abstützung von Kompression bzw. Dekompression optimiert ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Komponente (214) Verschlüsselung und Entschlüsselung abstützt.

13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Zusatzschnittstelle (224) für Informationsaustausch mit einem externen System.

14. Anordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von miteinander zusammengeschalteten Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für Datenverarbeitung unter Steuerung durch das Wirt-Computersystem.

15. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine inhaltsadressierbare Speicherkomponente, auf die der programmierbare Controller zugreifen kann.

16. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-flüchtige Speichersystem einen Festplat­ tenspeicher umfaßt.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das nicht-flüchtige Speichersystem einen Halbleiter­ speicher umfaßt.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das nicht-flüchtige Speichersystem eine optische Fest­ platte umfaßt.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das nicht-flüchtige Speichersystem einen beschreibba­ ren CO-ROM-Speicher umfaßt.

20. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der programmierbare Controller (204) für die Ausfüh­ rung von Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung unter Verwendung eines in dem nicht-flüchtigen Speichersystem gespeicherten Schlüssels ausge­ bildet ist.

21. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der programmierbare Controller (204) für die Ausfüh­ rung von Paßwort-Identifikation unter Verwendung eines in dem nicht­ flüchtigen Speichersystem gespeicherten Schlüssels ausgebildet ist.

22. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-flüchtige Speichersystem gegen Zugriff durch das Wirt-Computersystem geschützte Speicherbereiche aufweist.

23. Anordnung nach Ansprüchen 20, 21 und 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Schlüssel für Verschlüsselung und/oder Paßwort-Identifika­ tion in den geschützten Bereichen gespeichert sind.

24. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirt-Computersystem auf einen zweiten Befehl an den programmierbaren Controller Daten empfängt, die Teil des ersten Steuerprogramms werden sollen.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirt-Computersystem mit einem dritten Befehl den Empfangsbeginn der Daten für das erste Steuerprogramm aus löst.

26. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch ein Zusatz-Speichersystem (226), das physikalisch mit dem programmierbaren Controller und dem nicht-flüchtigen Speichersystem in­ tegriert ist und auf das als Teil des Systemspeichers des Wirt-Computer­ systems zugegriffen werden kann.

27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatz-Speichersystem einen nicht-flüchtigen Speicher umfaßt.

28. Anordnung nach Anspruch 26 oder 27, gekennzeichnet durch eine Fehlerkorrektur-Codierschaltung (232) für in dem Zusatz-Speichersy­ stem (226) abgespeicherte Daten.

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, gekennzeich­ net durch eine Cache-Schaltung (230) zwischen dem Zusatz-Speichersystem und dem Wirt-Computersystem.

30. Anordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Schnittstellensystem für Informationsaustausch zwischen den einzelnen Anordnungen, welche von dem Wirt-Computersystem programmierbar sind, um nebeneinander gespeicherte Information zu verarbeiten.

31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anordnung eine von dem programmierbaren Controller unabhängige und mit diesem zusammenwirkende programmierbare Komponente aufweist.

32. Wirt-Computersystem, gekennzeichnet durch einen Wirt-Com­ puter (10), einen Wirt-Bus (12) und mindestens eine an den Wirt-Bus an­ geschlossene Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.

33. Wirt-Computersystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeich­ net, daß das Wirt-Computersystem ein persönlicher digitaler Assistent ist.

34. Wirt-Computersystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeich­ net, daß es Teil eines Drahtlos-Telefonapparats (500) ist, welcher um­ faßt:
einen Funk-Sender/Empfänger (518), ein Mikrofon (502), einen Lautsprecher (508) und als Wirt-Computer ausgebildete Steuerschaltkreise (510).

35. Wirt-Computersystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeich­ net, daß es einen Teil einer Laufbildkamera-Einheit (600) bildet, welche umfaßt:
eine CCD-Matrix (602) für die Erfassung von Bilddaten,
den Wirt-Computer bildende Steuerschaltkreise zur Verarbeitung der Bilddaten und deren Übertragung zu einer Bus-Schnittstelle (302), und daß mehrere Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 31 vorgesehen sind, die für Informationsaustausch über ein Schnittstellensystem ver­ bunden sind und nebeneinander die gespeicherten Daten verarbeiten.

36. Wirt-Computersystem nach Anspruch 35, dadurch gekennzeich­ net, daß das Speichersystem abnehmbar ist.

37. Wirt-Computersystem nach Anspruch 35 oder 36, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es für die Bilddatenkompression gemäß einem MPEG-Sche­ ma ausgebildet ist.