Urteil des BPatG vom 09.12.2008, 17 W (pat) 101/05

Entschieden
09.12.2008
Schlagworte
Stand der technik, Daten, Speicher, Fig, Technik, Patentanspruch, Patent, Stand, Adresse, Beschwerde
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BUNDESPATENTGERICHT

17 W (pat) 101/05 _______________ Verkündet am 9. Dezember 2008

(Aktenzeichen)

B E S C H L U S S

In der Beschwerdesache

betreffend die Patentanmeldung 197 14 681.3-53

hat der 17. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts auf

die mündliche Verhandlung vom 9. Dezember 2008 unter Mitwirkung des

Vorsitzenden Richters Dipl.-Phys. Dr. Fritsch, der Richterin Eder, des Richters

Dipl.-Ing. Baumgardt sowie der Richterin Dipl.-Ing. Wickborn

BPatG 154

08.05

beschlossen:

Auf die Beschwerde der Anmelderin wird der Beschluss der Prüfungsstelle für Klasse G06F des Deutschen Patent- und Markenamts vom 12. April 2005 aufgehoben und das Patent mit folgenden Unterlagen erteilt:

Patentansprüche 1-9 und Beschreibung Seite 3, jeweils überreicht

in der mündlichen Verhandlung,

Beschreibung Seiten 4 und 5 vom 19. August 2003, eingegangen

am 20. August 2003,

Beschreibung Seiten 1, 2, 7 und 19 vom 3. Dezember 1998,

Beschreibung Seiten 6, 8-18, 20 und 21 und

20 Blatt Zeichnungen mit 22 Figuren, jeweils vom Anmeldetag.

G r ü n d e :

I.

Die vorliegende Patentanmeldung 197 14 681.3-53 mit der Bezeichnung:

„Speichersteuergerät“

ist am 9. April 1997 unter Inanspruchnahme einer japanischen Priorität vom

10. April 1996 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht worden.

Sie wurde durch Beschluss der Prüfungsstelle für Klasse G 06 F des Deutschen

Patent- und Markenamts vom 12. April 2005 mit der Begründung zurückgewiesen,

der Gegenstand des Patentanspruchs 1 beruhe nicht auf erfinderischer Tätigkeit.

Gegen diesen Beschluss ist die Beschwerde der Anmelderin gerichtet. Sie stellt

den Antrag,

den angefochtenen Beschluss aufzuheben und das nachgesuchte

Patent mit folgenden Unterlagen zu erteilen:

Patentansprüche 1-9 und Beschreibung Seite 3, jeweils

überreicht in der mündlichen Verhandlung,

Beschreibung Seiten 4 und 5 vom 19. August 2003, eingegangen am 20. August 2003,

Beschreibung Seiten 1, 2, 7 und 19 vom 3. Dezember 1998,

Beschreibung Seiten 6, 8-18, 20 und 21 und

20 Blatt Zeichnungen mit 22 Figuren, jeweils vom Anmeldetag.

Der Patentanspruch 1, hier mit einer denkbaren Gliederung versehen, lautet:

„Speichersteuergerät zur Verwendung in einem Computersystem mit

einem Hauptspeicher (7), einer einen Cache-Speicher (1c) enthaltenden

CPU (1) und einer DMA-Vorrichtung (2), die imstande ist, einen direkten

Speicherzugriff auf den Hauptspeicher (7) vorzunehmen, wobei das Speichersteuergerät einen Datenzugriff auf den Hauptspeicher steuert, und

wobei das Speichersteuergerät umfaßt:

a) einen ersten Adreßbereich, der in einem Speicherbereich des Hauptspeichers (7) zugewiesen ist und erlaubt, dass Daten von dem ersten

Adreßbereich in den Cache-Speicher (1c) in der CPU (1) geladen werden,

aber einen Datenzugriff von der DMA-Vorrichtung (2) auf den ersten

Adreßbereich verhindert,

b) und einen zweiten Adreßbereich, der im Speicherbereich des Hauptspeichers zugewiesen ist und einen Datenzugriff von der DMA-Vorrich-

tung (2) oder der CPU (1) auf den zweiten Adreßbereich erlaubt, aber verhindert, daß Daten von dem zweiten Adreßbereich in den Cache-Speicher (1c) in der CPU (1) geladen werden; mit

c) einem der CPU (1) und der DMA-Vorrichtung (2) zugänglichen Lesepufferspeicher (3a, 3b), der gestattet, daß im zweiten Adreßbereich des

Hauptspeichers (7) gespeicherte Daten in den Lesepufferspeicher gespeichert werden, und gestattet, daß die geladenen Daten als Antwort auf eine

Datenlesezugriffsanforderung von der CPU (1) oder DMA-Vorrichtung (2)

gelesen werden;

d) einem der CPU (1) und der DMA-Vorrichtung (2) zugänglichen

Schreibpufferspeicher (4a, 4b) zum Speichern von Daten auf Anforderung

durch die CPU (1) oder die DMA-Vorrichtung (2), um in den zweiten

Adreßbereich des Hauptspeichers (7) geschrieben zu werden, und das

e) einen Steuerteil (6) umfaßt, der eine Steuerung ausführt, wenn die

CPU (1) oder DMA-Vorrichtung (2) eine Datenlesezugriffsanforderung

ausgibt, auf solche Weise, daß,

f) falls Daten, auf die zugegriffen werden soll, im Lesepufferspeicher (3a, 3b) existieren, die Daten im Lesepufferspeicher (3a, 3b) zur die

Zugriffsleseanforderung ausgebenden CPU (1) oder DMA-Vorrichtung

übertragen werden,

g) falls Daten, auf die zugegriffen werden soll, im Lesepufferspeicher (3a, 3b) nicht existieren, prüft, ob die Daten, auf die zugegriffen werden soll, in dem Schreibpufferspeicher (4a, 4b) existieren, wobei die

Daten, auf die zugegriffen werden soll, von dem Schreibpufferspeicher (4a, 4b) zur die Zugriffsleseanforderung ausgebenden CPU (1) oder

DMA-Vorrichtung (2) übertragen werden, wenn die Daten, auf die zugegriffen werden soll, in dem Schreibpufferspeicher (4a, 4b) existieren, und,

h) wenn die Daten, auf die zugegriffen werden soll, in dem Schreibpufferspeicher (4a, 4b) nicht existieren, vom zweiten Adreßbereich des

Hauptspeichers (7) die angeforderten Daten sowie Daten bei Adressen

gelesen werden, die von der Adresse gemäß der Zugriffsleseanforderung

von der CPU (1) oder DMA-Vorrichtung nur in niedrigeren Bits festgelegter

Länge verschieden sind, und die gelesenen Daten in den Lesepufferspeicher (3a, 3b) geladen werden, während die angeforderten Daten zur die

Zugriffleseanforderung ausgebenden CPU (1) oder DMA-Vorrichtung (2)

übertragen werden.“

Hinsichtlich der sich anschließenden Unteransprüche 2-8 wird auf die Akte verwiesen.

Der nebengeordnete Patentanspruch 9 lautet:

„Computersystem mit einem Speichersteuergerät nach einem der vorherigen Ansprüche.“

Ihnen liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Speichersteuergerät zum Steuern eines Zugriffs auf eine Hauptspeichereinheit von einer CPU ohne Horchfunktion und einer DMA-Vorrichtung zu realisieren, so dass ein Datenzugriff auf die Hauptspeichereinheit mit hoher

Geschwindigkeit vorgenommen werden kann, während die Widerspruchsfreiheit

von Daten zwischen dem Cache-Speicher und der Hauptspeichereinheit bewahrt

wird (Beschreibung S. 3 Abs. 4, eingegangen in der mündlichen Verhandlung).

II.

Die Beschwerde ist frist- und formgerecht eingereicht und auch sonst zulässig.

Sie hat auch Erfolg, da dem nunmehr geltenden Patentbegehren der im Verfahren

zitierte Stand der Technik nicht entgegensteht. Die Beschwerde führt deshalb zur

Aufhebung des angefochtenen Beschlusses und zur Erteilung des nachgesuchten

Patents.

1.Die Anmeldung betrifft ein Speichersteuergerät und ein Computersystem mit

einem Speichersteuergerät, bei dem die Steuerung des Hochgeschwindigkeitszugriffs von einer CPU mit eigenem Cache und einer DMA-Vorrichtung auf einen

gemeinsamen Hauptspeicher in einem Computersystem erfolgt.

Zur Vermeidung von Datenkonsistenzproblemen zwischen den unabhängig voneinander zum Hauptspeicher zugreifenden Vorrichtungen wird der Hauptspeicher

in zwei Adressbereiche unterteilt. Ein erster Adressbereich ist ausschließlich zum

Zugriff durch den Cache-Speicher der CPU vorgesehen und ein zweiter Adressbereich erlaubt Zugriff sowohl von der DMA-Vorrichtung als auch Zugriff direkt von

der CPU, verhindert aber, dass Daten von diesem Bereich in den Cache-Speicher

der CPU geladen werden.

Um eine Beschleunigung der Lese- und Schreibzugriffe von der DMA-Vorrichtung

und der CPU zum zweiten Adressbereich des Hauptspeichers zu erreichen, sind

mindestens ein Lesepufferspeicher und mindestens ein Schreibpufferspeicher vorgesehen. Diese Puffer haben die Funktion eines I/O-Caches inne und gestatten

das Zwischenspeichern von Daten beim Datenaustausch zwischen der DMA-Vorrichtung bzw. der CPU und dem zweiten Adressbereich des Hauptspeichers. Vorteilhafterweise sind jeweils ein Lese- und Schreibpuffer der CPU und jeweils ein

weiterer Lese- und Schreibpuffer der DMA-Vorrichtung zugeordnet.

Bei Lesezugriffsanforderungen durch die CPU oder die DMA-Vorrichtung wird

zuerst im Lesepufferspeicher und dann im Schreibpufferspeicher überprüft, ob die

gewünschten Daten vorhanden sind, und wenn ja, werden diese Daten an die

anfordernde Vorrichtung übertragen. Wenn diese angeforderten Daten nicht in den

Puffern vorhanden sind, wird ein Zugriff auf den zweiten Adressbereich des Hauptspeichers veranlasst. Dabei erfolgt zur Verringerung der Zugriffszeit für nachfolgende Zugriffe ein vorausschauendes Lesen, so dass mit diesem Zugriff nicht nur

die gewünschten Daten unter der dazugehörigen Adresse angefordert werden,

sondern vorsorglich Daten unter Adressen, die sich in niedrigeren Bits festgelegter

Länge von der angeforderten unterscheiden, so dass der zu dieser Adresse gehörende gesamte Block in den Lesepufferspeicher geladen wird. Sobald die

gewünschten Daten im Lesepufferspeicher vorhanden sind, werden die von einer

der Vorrichtungen angeforderten Daten an diese übertragen.

Bei Schreibzugriffsanforderungen von der DMA-Vorrichtung oder der CPU werden

die in den zweiten Adressbereich des Hauptspeichers zu schreibenden Daten im

Schreibpufferspeicher zwischengespeichert. Zur Vermeidung von Konsistenzproblemen zwischen den Daten im Lese- und Schreibpufferspeicher wird vorab im

Lesepufferspeicher überprüft, ob Daten unter dieser Adresse vorhanden sind.

Falls Daten vorhanden sind, werden diese als ungültig erklärt, da diese nicht mehr

aktuell sind.

Beim Laden der Daten in den Schreibpufferspeicher werden diese bei benachbarten Adressen, falls vorhanden, abgespeichert, um auch beim Leeren des Puffers zum beschleunigten Schreiben der Daten in den Hauptspeicher einen Blockmodus anwenden zu können.

Das Leeren des Schreibpufferspeichers in den zweiten Speicherbereich des

Hauptspeichers erfolgt erst, wenn der Puffer voll ist.

Ausgegangen wird von einem Computersystem, bei dem Datenkonsistenz zwischen einer CPU mit eigenem Cache und dem Hauptspeicher, auf den andere

DMA-Vorrichtungen zugreifen, herzustellen ist. Bei leistungsorientierten CPUs für

Workstations und hochwertige PCs wird dies durch eine Horchfunktion (Snooping

Function) gewährleistet.

Bei preiswerteren Standard-CPUs für z. B. Heimspielmaschinen (z. B. Playstations) und Notebooks wird die Datenkonsistenz jedoch ohne Snooping Function

durch Software gesichert. Dabei kann einem Speicherbereich des Hauptspeichers

der Datenzugriff nur von DMA-Vorrichtungen erlaubt werden, aber verhindert werden, dass Daten von diesem Adressbereich in den Cache-Speicher der CPU

geladen werden können. Wenn auf den gleichen Adressbereich sowohl DMA-Vorrichtungen als auch Cache-Speicher zugreifen dürfen, müssen Daten, die beim

DMA-Start im Cache-Speicher in Übereinstimmung mit den Daten in diesem

Hauptspeicherbereich existieren, für ungültig erklärt werden. Dies reduziert das

Cache-Trefferverhältnis und erhöht damit die Zugriffszeit der CPU zum Hauptspeicher (Beschreibung S. 1 Abs. 2 - S. 3 Abs. 1).

Als zuständiger Fachmann ist hier ein Elektronikingenieur (Uni) anzusehen, der

mehrjährige Berufserfahrung auf dem Gebiet der Speichersteuerungen besitzt.

2.Der Erteilungsantrag liegt im Rahmen der ursprünglichen Offenbarung.

2.1Die geltenden Patentansprüche sind zulässig.

Der geltende Anspruch 1 ergibt sich aus dem ursprünglichen Anspruch 1 durch

redaktionelle Änderungen und Klarstellung sowie durch Aufnahme von Merkmalen

des ursprünglichen Anspruchs 3 und den aus den Anmeldeunterlagen S. 3

Z. 23-33, S. 4 Z. 22-26, S. 11 Abs. 2, 3, S. 21 Abs. 1 erkennbaren Merkmalen.

Die Patentansprüche 2, 4, 6 und 8 entsprechen den ursprünglichen Patentansprüchen 2, 4, 6, 8 unter Berücksichtigung der Konkretisierung, wie sie auf S. 3

Z. 27-31, S. 4 Abs. 3 in Verbindung mit S. 8 Z. 1-4 der Anmeldeunterlagen offenbart ist. Die Patentansprüche 3, 5 und 7 entsprechen im Wesentlichen den

ursprünglichen Patentansprüchen 3, 5 und 7 mit redaktionellen Änderungen und

Klarstellungen wie im Patentanspruch 1.

Die Merkmale des Patentanspruchs 9 ergeben sich aus S. 1 Abs. 1 der Anmeldeunterlagen in Verbindung mit den ursprünglichen Ansprüchen 1-8.

2.2Die Änderungen in der Beschreibung sind durch die ursprüngliche Offenbarung gedeckt bzw. stellen redaktionelle Anpassungen dar. Nicht notwendige

Beschreibungsteile wurden gestrichen und der im Prüfungsverfahren genannte

Stand der Technik berücksichtigt.

3.Die Vorrichtungen gemäß Anspruch 1 und 9 sind patentfähig, da sie gegenüber dem genannten Stand der Technik neu sind und auf einer erfinderischen

Tätigkeit beruhen.

Im Verfahren befinden sich die im Prüfungsverfahren genannten Druckschriften:

D1 US 5 263 142

D2 Eckelmann, P.: Das Geheimnis von EDO. In: Design & Elektronik 20

vom 4.10.94, S. 40 und 42

Hinsichtlich dieses Standes der Technik sind die Gegenstände des Anspruchs 1

und des Anspruchs 9 neu, da keine der genannten Druckschriften ein Speichersteuergerät mit allen Merkmalen des Anspruchs 1 und kein Computersystem mit

einem Speichersteuergerät mit allen Merkmalen des Anspruchs 9 zeigt. Die beanspruchten Gegenstände beruhen darüber hinaus gegenüber dem genannten

Stand der Technik auch auf einer erfinderischen Tätigkeit.

Aus D1 ist ein Speichersteuergerät zur Verwendung in einem Computersystem mit

einem Hauptspeicher (18), einer CPU (12), einem der CPU zugeordneten Cache-

Speicher (26) und einer DMA-Vorrichtung (14), die imstande ist, einen direkten

Speicherzugriff auf den Hauptspeicher (18) vorzunehmen, entnehmbar, wobei das

Speichersteuergerät einen Datenzugriff auf den Hauptspeicher steuert (Fig. 1b).

Das Computersystem in D1 weist einen einen Lesepufferspeicher und einen

Schreibpufferspeicher (Sp. 5 Z. 6-9, Fig. 4b) enthaltenden I/O-Cache (22) auf

(Sp. 2 Z. 44-49), auf den sowohl die CPU (12) als auch die DMA-Vorrichtung (14)

Zugriff besitzt (Fig. 1b). Im Lesepufferspeicher des I/O-Caches können Daten aus

dem Hauptspeicher gespeichert werden (Sp. 12 Z. 67 - Sp. 13 Z. 22, Fig. 4b) und

die in diesem Puffer vorhandenen Daten können als Antwort auf eine Datenlesezugriffsanforderung von der CPU (im Diagnosebetrieb) oder der DMA-Vorrichtung

gelesen werden (Sp. 17 Z. 59-61) (teilweise Merkmal c). Im Schreibpufferspeicher

des I/O-Caches werden Daten von der CPU (im Diagnosebetrieb) gespeichert

sowie die Daten, die von der DMA-Vorrichtung in den Hauptspeicher geschrieben

werden sollen (Sp. 17 Z. 61-64) (teilweise Merkmal d).

Das Computersystem weist einen Steuerteil (28a, 28b) auf, der eine Steuerung

ausführt, wenn die CPU oder die DMA-Vorrichtung eine Datenzugriffsanforderung

ausgibt (Fig. 1b) (Merkmal e).

Es wird vom Fachmann in D1 auch mitgelesen, dass bei Lesezugriffen auf den

I/O-Cache insgesamt (Sp. 17 Z. 59-61) die gewünschten Daten sowohl im Leseals auch im Schreibpufferspeicher gesucht werden und bei einem Treffer die

Daten an die anfordernde Vorrichtung übertragen werden (Merkmale f und g).

Wenn die angeforderten Daten nicht im I/O-Cache existieren, erfolgt ein vorausschauender Zugriff auf den Hauptspeicher und es wird der zu den angeforderten

Daten dazugehörige gesamte Block aus dem Hauptspeicher gelesen (Sp. 18

Z. 4-12, Sp. 23 Z. 21-23). Die vom Hauptspeicher gelesenen Daten werden in den

Lesepufferspeicher des I/O-Caches geladen. Anschließend werden die angeforderten Daten zur anfordernden DMA-Vorrichtung übertragen (Sp. 18 Z. 1-16)

(Merkmal h).

In Fig. 1b sind darüber hinaus zwei parallele Zugriffsrouten zum Hauptspeicher

offenbart: Die CPU 12 kann zum einen über ihren Cache-Speicher 26 auf den

Hauptspeicher 18 zugreifen. Eine parallele Zugriffsroute führt von der CPU 12

über die Schreib-/Lesepuffer des I/O-Caches 22 zum Hauptspeicher (Fig. 1b,

Sp. 7 Z. 20-23). Der aus Fig. 1b ersichtliche Weg von CPU 12 direkt über den I/O-

Cache 22 zum Hauptspeicher 18 dient jedoch zur Diagnose des I/O-Caches 22

und ist aus Gründen der Erhaltung der Datenkonsistenz erforderlich (Sp. 14

Z. 29-36, Sp. 15 Z. 64-67, Sp. 16 Z. 23-29). Diese Verbindung kann deshalb nicht

derart ausgelegt werden, dass von der CPU ausschließlich über den I/O-Cache 26

ein Zugriff auf Daten aus einem den DMA-Vorrichtungen zugeordneten Adressbereich des Hauptspeichers möglich ist. Denn der Cache-Speicher der CPU (Central

Cache 26) besitzt im Unterschied zum Merkmal b des geltenden Patentanspruchs 1 Zugriff auf den gesamten Adressbereich des Hauptspeichers (Sp. 11

Z. 51-68). Bei einem Fehlzugriff zum I/O-Cache (Miss) besteht in D1 die Möglichkeit, auf den Cache-Speicher 26 der CPU zuzugreifen. Um die gewünschten

Daten liefern zu können, muss der Cache-Speicher der CPU Zugriff auf den

gesamten Adressbereich des Hauptspeichers besitzen, bzw. im dem Cache-Speicher der CPU zugänglichen Adressbereich sind auch Daten gespeichert, auf die

von den DMA-Vorrichtungen zugegriffen werden kann. Deshalb ist auch ein

Datenabgleich zwischen I/O-Cache 22 und Cache-Speicher 26 der CPU erforderlich (Rückführung in Fig. 1b, Sp. 11 Z. 16-20, Sp. 19 Z. 52-57).

Der in D1 in Fig. 4a gezeigte VMEbus Adressraum 82 bezieht sich auf den im

System insgesamt verfügbaren Adressraum (Sp. 12 Z. 43-58), der zwar auch den

Hauptspeicheradressbereich enthält, was jedoch nicht den Schluss zulässt, dass

der in dieser Figur gezeigte schraffierte Bereich und der Bereich 84 eine Aufteilung des Hauptspeichers in zwei Adressbereiche mit den beanspruchten ausschließlichen Zugriffsrechten offenbart, sondern lediglich dass im insgesamt verfügbaren Adressraum 82 ein für die DMA-Vorrichtungen reservierter Adressbereich 84 vorgesehen ist (Sp. 12 Z. 58-61).

Der Anmelderin ist somit in der Auffassung zu folgen, dass aus D1 weder ein Hinweis entnehmbar ist, dass ein Datenzugriff von der DMA-Vorrichtung auf einen

ersten Adressbereich des Hauptspeichers verhindert wird (Merkmal a), noch dass

von einem zweiten Adressbereich des Hauptspeichers keine Daten in den Cache-

Speicher geladen werden können (Merkmal b).

Aus D1 sind damit zwar die Merkmale e - h des Anspruchs 1 entnehmbar sowie

die Merkmale c und d ableitbar, nicht jedoch die konkret beanspruchten Zugriffsrechte auf verschiedene Adressbereiche des Hauptspeichers gemäß Merkmal a

und b.

Die D2 bezieht sich auf einen Modus zum seitenweise Lesen von Daten aus

einem DRAM und enthält darüber hinaus keine weiteren Merkmale.

Eine Anregung in Hinsicht auf die konkret beanspruchten Zugriffsrechte auf verschiedene Adressbereiche des Hauptspeichers findet sich somit weder in D1 noch

in D2 noch aus deren Zusammenschau.

Es ist daher anzuerkennen, dass die Vorrichtung nach Patentanspruch 1 auf erfinderischer Tätigkeit beruht und patentfähig ist.

Die abhängigen Ansprüche 2 - 8 beinhalten zweckmäßige Weiterbildungen der

Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und sind ebenfalls gewährbar.

Der Patentanspruch 9 wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 getragen.

Dr. Fritsch Eder Baumgardt Wickborn

Fa

Urteil vom 30.04.2015

2 ZA (pat) 10/14 vom 30.04.2015

Urteil vom 23.07.2015

2 Ni 20/13 (EP) vom 23.07.2015

Urteil vom 16.06.2016

10 W (pat) 20/16 vom 16.06.2016

Anmerkungen zum Urteil