УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ И СВЯЗИ Российский патент 2011 года по МПК H03K17/00 H04L12/00 G06F21/20 

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к средствам защиты от несанкционированного доступа к информации, и может быть использовано для обработки и преобразования информации в узлах коммутации данных.

Известно устройство управления и связи (см. книгу «Организация вычислительных машин», автор Флорес А., М., «Мир», 1972, раздел 9.4), содержащее блок управления, постоянное запоминающее устройство команд, арифметический блок, блок регистров общего назначения, оперативный запоминающий блок, счетчик сдвигов, регистр промежуточного результата, дешифратор нуля счетчика сдвигов, регистр результата.

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, а именно невозможность преобразования цифровой информации из-за ограниченного набора алгоритмов обработки и операций над цифровыми данными, отсутствие в устройстве технической возможности приема и выдачи цифровой информации по двухпроводным последовательным линиям связи, а также низкое быстродействие в связи с устаревшей элементной базой.

Известно устройство (см. А.С. СССР №682890 от 20.12.76, МКИ: G06F 13/00, «Процессор связи» авторов В.В.Моргунова, С.Е.Иванова и B.C.Исаевой, опубл. 30.08.79. Бюл. №32), содержащее блок управления, постоянный запоминающий блок, арифметический блок, оперативный запоминающий блок, блок регистров общего назначения, счетчик сдвигов, дешифратор нуля счетчика сдвигов, регистр промежуточного результата, регистр результата, коммутатор, блок сумматоров по модулю два. Первые вход и выход блока управления соединены соответственно с выходом и входом постоянного запоминающего устройства команд, а вторые вход и выход подключены соответственно к первым выходу и входу арифметического блока. Блок регистров общего назначения соединен первым входом с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого подключен к первому входу оперативного запоминающего блока. Выход регистра результата соединен со вторыми входами блока регистров общего назначения, выход которого подключен ко второму входу арифметического блока и первому входу счетчика сдвигов. Выход оперативного запоминающего блока соединен с третьим входом арифметического блока и первым входом регистра промежуточного результата. Вход и выход дешифратора нуля счетчика сдвигов соединены соответственно с выходом счетчика сдвигов и третьим входом блока управления, пятый, шестой и седьмой выходы которого подключены соответственно ко вторым входам счетчика сдвигов и регистра промежуточного результата и первому входу регистра результата, соединенного вторым входом со вторым выходом арифметического блока. Счетный вход регистра результата подключен к первому выходу регистра промежуточного результата, второй выход которого соединен с адресным входом оперативного запоминающего блока. Первый вход и выход блока сумматоров по модулю два подключены соответственно к выходу блока регистров общего назначения и первому входу коммутатора, выход которого соединен с третьим входом регистра результата. Вторые входы блока сумматоров по модулю два и коммутатора подключены к первому выходу старших разрядов регистра промежуточного результата, второй выход старших разрядов которого соединен с третьим входом коммутатора, а выход младших разрядов - с входом младших разрядов регистра результата.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются ограниченные функциональные возможности, невозможность преобразования цифровой информации из-за ограниченного набора алгоритмов обработки и операций над цифровыми данными, отсутствие в устройстве технической возможности ее приема и выдачи по линиям связи с внешними устройствами, а также низкое быстродействие.

Решаемой технической задачей является создание устройства коммутации и связи с расширенными функциональными возможностями.

Достигаемым техническим результатом является возможность преобразования цифровой информации за счет увеличения количества алгоритмов обработки цифровых данных.

Для достижения технического результата в устройстве коммутации и связи, содержащем блоки управления и коммутации, новым является то, что дополнительно введены приемопередатчик, блок интерфейса связи, блок идентификации внешних приборов и блок питания, выходы которого соединены с первыми входами блока управления, приемопередатчика, блока идентификации внешних приборов и блока интерфейса связи соответственно, вход-выход которого является входом-выходом устройства коммутации и связи, группа входов-выходов блока интерфейса связи соединена с группой входов-выходов блока управления, группа входов которого соединена с группой выходов блока идентификации внешних приборов, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с первой группой выходов блока коммутации, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с группой выходов блока управления, вход-выход которого соединен с входом-выходом приемопередатчика, группа входов которого соединена со второй группой выходов блока коммутации, группа входов-выходов приемопередатчика является группой входов-выходов устройства коммутации и связи.

Введение блока питания позволяет обеспечить устройство коммутации и связи набором линий питания с необходимыми уровнями напряжений. Блок управления обеспечивает прием и обработку поступающей информации, функциональное взаимодействие всех устройств и блоков устройства коммутации и связи, взаимодействие устройства коммутации и связи с внешними устройствами. Введение приемопередатчика обеспечивает информационно-логическое взаимодействие устройства коммутации и связи с внешними устройствами. Блок коммутации позволяет управлять питанием информационных линий связи с внешними устройствами. Введение блока интерфейса связи обеспечивает информационно-техническое взаимодействие с подключаемой ЭВМ, существенно расширяя функциональные возможности устройства коммутации и связи. Устройство идентификации внешних приборов позволяет идентифицировать подключаемые к устройству коммутации и связи внешние приборы.

Совокупность заявленных существенных признаков позволяет достичь заявленного технического результата. Расширение функциональных возможностей достигается за счет введения в состав устройства элементов преобразования цифровой информации, увеличения набора алгоритмов обработки цифровых данных и возможности обмена информацией с внешними устройствами. Высокое быстродействие достигается за счет построения устройства на современной элементной базе.

На чертеже представлена функциональная схема устройства коммутации и связи.

Устройство коммутации и связи содержит блоки управления 2 и коммутации 3, приемопередатчик 4, блок интерфейса связи 6, блок идентификации внешних приборов 5 и блок питания 1, выходы которого соединены с первыми входами блока управления 2, приемопередатчика 4, блока идентификации внешних приборов 5 и блока интерфейса связи 6 соответственно, вход-выход которого является входом-выходом устройства коммутации и связи, группа входов-выходов блока интерфейса связи 6 соединена с группой входов-выходов блока управления 2, группа входов которого соединена с группой выходов блока идентификации внешних приборов 5, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с первой группой выходов блока коммутации 3, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с группой выходов блока управления 2, вход-выход которого соединен с входом-выходом приемопередатчика 4, группа входов которого соединена со второй группой выходов блока коммутации 3, группа входов-выходов приемопередатчика является группой входов-выходов устройства коммутации и связи.

Блок питания 1 предназначен для преобразования входного напряжения в напряжения, необходимые для питания устройства коммутации и связи. Для обеспечения питанием блока управления 2, блока идентификации внешних приборов 5, блока интерфейса связи 6 и приемопередатчика 4 выбраны модули питания промышленного изготовления серии СПН. Вход блока питания представляет собой шину питания с уровнем напряжения +27 В. Выходы блока питания содержат шины питания с напряжениями +27 В, +5 В, ±12 В соответственно.

Блок управления 2 обеспечивает взаимное функционирование всех блоков и приемопередатчика устройства коммутации и связи. Схемотехнически блок управления 2 построен на микропроцессорной элементной базе, имеющей гибкую систему команд и позволяющей реализовать широкие функциональные возможности. Блок управления 2 реализован на микропроцессоре 1830ВЕ31. В качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) для хранения управляющей программы микропроцессора выбрана микросхема памяти 1623РТ2А. В качестве оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) применяется микросхема 537РУ9А. Адресная шина и шина данных построены на двух регистрах и буфере серии 1554ТБМ. Для выработки разрешающих сигналов управления для микросхем устройства управления каналами связи, путем комбинирования старших адресов, в блоке управления 2 применены два дешифратора и три микросхемы 4И-НЕ серии 1554ТБМ. Схема для выработки импульса сброса, для приведения в исходное состояние микропроцессора и защиты от помех при включении питания устройства управления каналами связи реализована на двух триггерах Шмитта - инверторах и транзисторе 2Т630Б. Группа выходов блока управления 2 содержит сигналы управления. Вход-выход блока управления 2 содержит буферизированную шину данных, сигналы управления и сигналы чтения-записи. Группа входов блока управления 2 содержит сигналы управления. Вторая группа входов-выходов блока управления 2 содержит последовательную шину данных и сигналы управления.

Блок коммутации 3 предназначен для коммутации последовательных информационных линий с сопрягаемыми приборами. Схема коммутации реализована на двух регистрах 1554ИР23 ТБМ, трех 4-канальных коммутаторах тока 1109КТ4Б, пяти реле РПС46-1, двенадцати диодах 2Д510А и одном реле РЭК81. Вход блока коммутации 3 содержит шину питания. Группа входов блока коммутации 3 содержит сигналы управления. Первая и вторая группы выходов блока коммутации 3 содержат сигналы управления.

Приемопередатчик 4 предназначен для обеспечения технического согласования информационного обмена по двухпроводным линиям связи с сопрягаемыми внешними приборами. Гальваническую развязку по питанию при взаимодействии устройства коммутации и связи с внешними приборами обеспечивают транзистор 1НТ251А, оптроны: один элемент 3ОТ110А и один элемент 249ЛП1 и резисторы. Источник тока для линии приемопередатчика реализован на транзисторе 2Т830Г, стабилитроне 2С133А, оптроне 3ОТ110А и резисторах. Схема управления включением-отключением источника тока реализована на регистре 1554ИР23 ТБМ и резисторе. Вход-выход приемопередатчика 4 содержит буферизированную шину данных, сигналы управления и сигналы чтения-записи. Группа входов приемопередатчика 4 содержит сигналы управления. Группа входов-выходов приемопередатчика 4 содержит последовательные информационные линии.

Блок идентификации внешних приборов 5 позволяет идентифицировать подключаемые к устройству коммутации и связи внешние приборы. Схема идентификации внешних приборов реализована на шести оптронах 249ЛП1, восьми диодах 2Д510А, шести стабилитронах 2С482А, регистре 1554ИР22 ТБМ и резисторах. Первая группа входов блока идентификации внешних приборов 5 содержит шину питания. Группа выходов блока идентификации внешних приборов 5 содержит сигналы управления, а вторая группа входов блока идентификации внешних приборов 5 содержит шину данных.

Блок интерфейса связи 6 обеспечивает информационно-техническое взаимодействие с подключаемой ЭВМ. Схема сопряжения с ЭВМ реализована на формирователе сигналов для линий связи 169АП2, усилителе сигналов для линий связи 169УП2, приемопередатчике 1002ХЛ1, двух регистрах 1554ИР23 ТБМ, двух регистрах 1554ИР22 ТБМ, одном элементе И-НЕ серии 1554 ТБМ. Схема выработки тактовой частоты для приемопередатчиков 1002ХЛ1 реализована на кварцевом резонаторе РК319, трех элементах 2И-НЕ серии 1533, одном 4-разрядном двоичном счетчике 1554ИЕ10 ТБМ, одном триггере Шмитта - инверторе 1554ТЛ2 ТБМ и резисторах. Группа входов-выходов блока интерфейса связи 6 содержит последовательную шину данных и сигналы управления. Вход-выход блока интерфейса связи 6 содержит последовательную шину данных со стандартным уровнем сигнала интерфейса RS232.

Устройство коммутации и связи работает следующим образом.

После подачи питания от внешнего источника питания блок питания 1 выдает питание на входные цепи устройства коммутации и связи. После первоначальной инициализации устройство коммутации и связи переходит в режим ожидания.

Блок идентификации внешних приборов 5 определяет, подключены ли к устройству коммутации и связи внешние приборы. В зависимости от типа подключенного прибора блок управления 2, посредством блока коммутации 3, соединяет соответствующие информационные выходы подключенного прибора с приемопередатчиком 4, после чего устройство коммутации и связи переходит в режим ожидания. Внешние приборы выдают в устройство коммутации и связи команду на начало информационного обмена, которую принимает блок управления 2 через приемопередатчик 4 в последовательном коде. Блок управления 2 анализирует принятую информацию и проверяет ее целостность. В случае обнаружения ошибок приема или если не подтверждается целостность информации, блок управления 2 через приемопередатчик 4 отправляет сообщение об ошибке приема на внешние приборы и вновь переходит в режим ожидания. В случае если блок управления 2 не обнаружил ошибок приема и целостность информации подтверждается, блок управления 2 передает ее в блок интерфейса связи 6 в параллельном коде. В блоке интерфейса связи 6 происходит преобразование информации из параллельного кода в последовательный и передача ее в ЭВМ. После этого устройство коммутации и связи переходит в режим ожидания ответа от ЭВМ. Ответная информация поступает в последовательном коде в блок интерфейса связи 6, где преобразуется в параллельный код и поступает в блок управления 2. Блок управления 2 анализирует принятую информацию и через приемопередатчик 4 передает информацию на внешние приборы.

После завершения работы с устройством коммутации и связи питание отключается.

Изготовлен лабораторный макет устройства коммутации и связи, испытания которого подтвердили осуществимость и практическую ценность заявляемого объекта.

Изобретение может быть использовано для обработки и преобразования информации в узлах коммутации данных. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет преобразования цифровой информации с помощью увеличенного количества алгоритмов обработки цифровых данных. Он достигается тем, что устройство коммутации и связи содержит блоки управления и коммутации, приемопередатчик, блок интерфейса связи, блок идентификации внешних приборов и блок питания, выходы которого соединены с первыми входами блока управления, приемопередатчика, блока идентификации внешних приборов и блока интерфейса связи, соответственно, вход-выход которого является входом-выходом устройства коммутации и связи, группа входов-выходов блока интерфейса связи соединена с группой входов-выходов блока управления, группа входов которого соединена с группой выходов блока идентификации внешних приборов, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с первой группой выходов блока коммутации, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с группой выходов блока управления, вход-выход которого соединен с входом-выходом приемопередатчика, группа входов которого соединена со второй группой выходов блока коммутации, группа входов-выходов приемопередатчика является группой входов-выходов устройства коммутации и связи. 1 ил.

Устройство коммутации и связи, содержащее блоки управления и коммутации, отличающееся тем, что дополнительно введены приемопередатчик, блок интерфейса связи, блок идентификации внешних приборов и блок питания, выходы которого соединены с первыми входами блока управления, приемопередатчика, блока идентификации внешних приборов и блока интерфейса связи соответственно, вход-выход которого является входом-выходом устройства коммутации и связи, группа входов-выходов блока интерфейса связи соединена с группой входов-выходов блока управления, группа входов которого соединена с группой выходов блока идентификации внешних приборов, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с первой группой выходов блока коммутации, первая группа входов которого является группой входов устройства коммутации и связи, а вторая группа входов соединена с группой выходов блока управления, вход-выход которого соединен с входом-выходом приемопередатчика, группа входов которого соединена со второй группой выходов блока коммутации, группа входов-выходов приемопередатчика является группой входов-выходов устройства коммутации и связи.