Устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса Советский патент 1985 года по МПК H05K10/00 G06F11/18 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для повьшения надежности резервированных вычислительньк комплек сов . Известно устройство для управления резервированием информации в вычислительньк комплексах, содержащее процессоры цифрового вычислительного кошшекса. Устройство обеспечивает возможность записи одновременно двух модулей памяти информации, необходимой для организации взаимодействия процессоров и продолжения работы комплекса при отказе отдельных модулей памяти fij . Недостатком этого устройства является необходимость включения в программы специальных команд, обеспе чивающих резервирование информации, что усложняет программирование и увеличивает объем программного обесп чения. Кроме того, не исключены поте ри информации в случае отказов. Известно также устройство для организации структуры вычислительного комплекса, которое осуществляет выбор работоспособной структуры вычислительного комплекса, содержащего двойной набор устройств izj . Недостаток данного устройства заключается в том, что оно является централизованным узлом управления вычислительным комплексом и, посколь ку оно не резервировано, является, с точки зрения надежности, узким местом в системе, любой отказ в котором ведет к отказу всей системы. Наиболее близким к изобретению является резервированное устройство для управления переключением модулей системы, сод-ержащее входной и выходной блоки информационной связи, блок сбоев и отказов, вход которого соединен с шиной сигналов неисправности блок контроля, блок отказа устройства, блок формирования состояний моду лей, блок запрета и соединенные с пул том блок режима резервирования системы и блок режима резервирования устройства, второй вход которого соединен с первым выходом блока сбоев и отказов. При этом в устройство с целью повьшения надежности введены блок переключения модулей, блок исполнительных потенциалов, блок отказов системы и блок управления, первый вход которого соединен с выходом входного блока информационной связи, первый выход - с управляющим входом выходного блока информационной связи, второй выход - с НИНОЙ пуска системы после переключения и третий выход - Q первым входом блока переключений модулей, вторым входом блока режима резервирования системы и третьим входом блока режима резервирования устройства, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами блоков отказа данного и резервного устройства, первый вход блока формирования состояний модулей также соединен с выходом блока отказа устройства, второй вход - с вькодом блока переключений модулей, третий вход с вторым входом того же блока и шиной отказов модулей системы, четвертый вход - с пультом, пятый и шестой входы - соответственно, с выходами блоков режима резервирования устройства и системы, а его первый и второй выходы соединены,соответственно, с вторым входом блока управления и первым входом блока исполнительных потенциалов, к которому также подключены первый вход блока запрета и информационный вход выходного блока информационной связи, причем первьм вход блока отказа системы и третий вход блока переключений модуля соединены, соответственно, с вторым и третьим выходами блока сбоев и отказов, соответствующие входы этих же блоков, а также второй вход блока запрета соединен . с пультом, выход блока отказа системы - с шиной блокировки работы системы, выход блока запрета - с вторым входом блока исполнительных потенциалов, к выходу которого подключены шины управления переключением модулей, управляющий вход входного блока информационной связи и вход блока контроля, выход блока контроля соединен с первым входом блока отказа устройства, второй вход которого подключен к шине отказа питания устройства. Преимуществом устройства является повышение функциональной надежности резервированных систем, в частности, за счет собственного автоматического резервирования Ш . Однако известное устройство работает с нерезервированной информацией, поступакидей с выхода системы, и может быть использовано только в качестве централизованного узла управления реконфигурацией системы, причем отказ в устройстве или в связях может парализовать всю систему. В случае отказа рабочего устройства, несмотря на резервирование, может возникнуть неопределенная ситуация, так как переключение режимов резерва осуществляется по инициативе отказавшего устройства. Все это не позволяет получить достаточную надежность системы, используклцей известное устройство.

Цель изобретения - расширение функциональньк возможностей, обеспечивающих повышение надежности вычислительного комплекса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса введены второй канал, а в каждый канал - коммутатор входной информации, дешифратор запросов, блок сравнения, блок контроля по модулю, блок наличия резерва элемент И вьщачи сигнала несравнения причем информационные входы коммутатора входной информации и блока орав нения соединены с входными информационными шинами одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора с входами блока контроля по четности, с информационными входами регистра состояния резервируемых модулей и с выходными информационными шинами устройства, два входа каждого элемента И блока наличия резерва соединены с выходами блока состояния резервируемых модулей, соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствукицими этим резервируемым модулям выходами дешифраторов запросов, которые соединены также с второй группой входов блока исполнительных потенциалов, входы дешифратора запросов соединены с выходными, нмнами резервируемого модуля и с выходами регистра состояния резервируемых модулей, выход блока наличия резерва соединен с первым входом элемента И вьедачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - с первым входом блока

отказов, второй вход которого соединен с выходом блока контроля по четности, выход блока исполнительных потенциалов соединен с управляющим входом коммутатора входной информации.

Предлагаемое устройство является составной частью резервированного вычислительного комплекса.

На фиг. 1 приведена структурная схема вычислительного комплекса} на фиг. 2 - структурная схема устройст ва для 5шравления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса.

Вычислительный комплекс состоит из двух каналов, каждый из которых представляет собой ЭВМ, построенную по модульному принципу.

в состав комплекса входят процессор 1 первого канала, процессор 2 второго канала, модули 3 первого канала вычислительного комплекса, модули 4 второго канала вычислительного комплекса, устройства 5 и 6 для управления реконфигурацией, соответственно, первого и второго каналов комплекса. Модули первого канала соединены один с другим и с модулями второго канала информационными шинами 7, модули второго канала - информационными шинами 8. На входы 9 прерывания процессоров поступают сигналы ошибок со всех модулей, которые представляют co6ojft функциональные устройства вычислительных MansfH (например, каналы ввода-вывода, память и т.д.). Набор модулей в обоих каналах комплекса одинаковый.

В состав каждого модуля введено устройство 5 и 6 управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса, которое управляет всем обменом информацией между 1)1одулями, необходимым в процессе решения любой задачи. Устройство производит на входе модуля-приемника контроль правильности поступившей информации и коммутирует ее в зависимости 6т состояния модулей.

Устройство (фиг. 2) содержит регистр 10 состояния резервируемых модулей, выходы которого соединены с.шинами 11 состояния резервируемых .модулей, блок 12 исполнительных потенциалов, перва:я группа входов которого соединена с выходами 13 ре1гистра состояния резервируемых модулей первого канала, блок 14 отказов, выход которого соединен с шиной 15 сигнала ошибки. Кроме того, в устройство введены второй канал, а в каждый канал кo 4мyтaтop 16 входной информации, депифратор 17 запросов, блок 18 срав нения, блок 19 контроля по модулю. блок 20 наличия резерва, элемент И 21 ввдачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора 16 входной информации и блока 18 сравнения соединены с входными информационными шинами 7 и 8 одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора 16 - с входами блока 19 контроля по четности, с информационными входами регистра 10 состояния резервируемых модулей и с выходныъш информационн ыми шинами 22 устройства, два входа каждого элемента И блока 20 наличия резерва соединены с выходами 13 и 23 блока состояния резервируемых модулей, соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствукщими этим резервируемым модулям выходами дешифраторов 17 запросов, которые соединены также с второй груп пой входов блока 12 исполнительных потенциалов, входы дешифратора запросов соединены с выходными шинами 7 и 8 резервируемого модуля и с выходами регистра 10 состояния резервируемых модулей, выход блока 20 наличия резерва соединен с первым входом элемента И 21 вьщачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 18 сравнения, а выход - с первым входом блока 14 отказов, второй вход которого соединен с выходом блока 19 контрол по четности, выход блока 12 исполни тельных потенциалов соединен с упра ляющим входом коммутатора 16 входно информации. Основным режимом работы вычислительного комплекса является одновре менное решение одной и той же задач даумя машинами. Резервирование модулей в комплек се построено таким образом, что в процессе обмена информацией для каж дого модуля рабочим является канал, в котором он находится, а другой 96резервным. При отсутствии неисправностей все одноименные модули обеих машин полностью идентичны, выходная информация двух одноименных модулейпередатчиков сравнивается на входах модулей приемников. В случае отказа какого-либо модуля в одном канале информация с одноименного исправного модуля второго канала поступает на входы модулей-приемников обоих каналов. Комплекс сохраняет работоспособность при Наличии нескольких неисправностей, при этом часть модулей работает без резерва. На исключенном из конфигурации модуле вьтолняются диагностические программы, ремонтные и профилактические мероприятия. Конфигурация комплекса определяется регистром 10 состояния модулей (фиг. 2), который имеет количество разрядов, равное количеству модулей комплекса. В разрядах, соответствующих исправным модулям, записываются 1, неисправным - О. Два соседних разряда соответствуют одноименным модулям двух каналов: разряды с выходами 13 - модулям первого канала,раз-ряды с выходами 23 - модулям второго канала. Каждое устройство в процессе работы анализирует свой регистр состояния модулей. Таким образом, даже в том случае, когда неисправность модуля такова, что его невозможно автоматически выключить или изменить содержимое его регистра состояния, он не мешает работе комплекса, так как в соответствующих разрядах регистра состояния всех остальных модулей записан О и никакие сигналы от неисправного модуля не принимаются. Работа устройств управления реконфигурацией может быть рассмотрена на примере взаимодействия двух пар одноименных модулей комплекса, например при передаче информации от модулей 1-2 к модулям 3-4 (фиг. 1). Информация, полученная, как результат работы модулей 1 и 2, по. ступает на выходные информационные шины 7, и 8 этих модулей и, соответственно, на входы устройств 5 и 6 управления реконфигурацией. Прием информации происходит только при наличии запроса модуля-передатчика. Запрос.формируется вместе с результатом выполнения операции и вьщается одноименным модулям-приемникам по индивидуальным шинам.

Шины вьдачи запросов не показаны, а условно объединены с информационными шинами.

В устройстве управления реконфигурацией запросы с шин поступают на вход дешифратора 17 запросов и, вместе с информацией, на вход блока 18 сравнения (фиг. 2). Поскольку оба канала комплекса работают синхронно, при отсутствии неисправностей запросы и информация поступают на входы устройств 5 и 6 модулей

3и 4 одновременно с двух каналов. Входы дешифратора 17 соединены с выходами регистра 10 состояния модулей, поэтому запросы принимаются только от исправных модулей. Дешифратор запросов определяет номер пары модулей-передатчиков. С выхода денифратора запросов сигнал поступает на вторую группу входов блока 12 исполнительных потенциалов, которьй определяет от какого из каналов должна быть принята информация.

Первая группа входов блока исполнительных потенциалов, представляющего собой элемент И-ИЛИ, соеди-. |Нена с выходами регистра состояния модулей, соответствующими в модуле 0 - модулю 1, а в модуле 4 - модулю |2. В результате на выходе блока 12 появляется сигнал, который через коммутатор 16 открьшает прием информации в блоке 3-е шин 7, а в блоке

4- с ншн 8. С выхода коммутатора 16 И1 ормация через выходные шины 22 устройства поступает на приемные регистры, соответственно, модулей 3 и 4, а также в блок 19 контроля по четности.

Вся )Ормация,. поступающая на вход модуля с двух каналов, сравнивается, но сигнал несравнения выраба тывается только в том слзгчае, если н один из модулей-передатчиков не исключен из конфигурации, что от едёляется блоком 20 наличия резерва. Этот блок состоит из трех входовых злементов И и элемента ИЛИ. Разрешающий потенциал НА его выходе в рассматриваемом случае -появляется лишь при исправности модулей 1 и 2, что определяется соответствующими выходами 13 и 23 регистра 10, и при наличии разрешения на выходе дешифратора 17, соответствующем паре модулей 1-2.

В случае обнаружения ошибки в полученной информации блок 14 отказов (элемент ИЛИ) собирает сигналы элемета И 21 и блока 19 и вырабатывает сигнал ошибки, который через шины 15 поступают на входы 9 прерывания процессоров.

Поскольку в предлагаемом устройстве контролируется входная информация контроль с большой вероятностью обнаруживает неисправность передатчикаi

Сигналы прерывания на входах 9 процессоров исходной информацией для решения задачи определения работоспособной реконфигурации комплекса. Результатов является иовое содержимое регистра состояния модулей, которое по обычньм каналам передачи информации через коммутатор 16 передается на входы регистра 10 всех модулей.

Если, например, определена неис правность модуля 1 и он исключен из конфигурации, то на соответствующем ему выходе 13 регистра 10 имеется нулевой потенциал. Этот потенциал заблокирует прием запроса от модуля 1 на дешифратор 17, номер передатчика определяется по запросу от одноименного модуля 2 и сигнал появляется на том же выходе дешифратора 17, что и при наличии передатчиков. Но блок 12 вырабатывает при этом потенциал, блокирующий прием информации от модуля 1. Информация от модуля 2 проходит через коммутаторы 16 устройств управления реконфигурацией модулей 3 и 4. Эта информация контролируется только по четности. Результат сравнения заблокирован, так как блок 20, анализирующий выходы регистра 10 состояния модулей, определяет отсутствие резерва модуля-передатчика. При поступлении запросов от других модулей, имеющих резерв, сравнение разблокировано и прием информации происходит как обычно при отсутствии неисправностей.

Шины 11 состо ния модулей поступают в модуль, которому принадлежит предлагаемое устройство, и блокируют вьщачу запросов модулю, исключенному из реконфигурации.

Применение предлагаемого устройства для управления реконфигурацией двухмашинного вычислительного комплекса позволит повысить его жизнеспособность за счет рассредоточения органов управления и автономности модулей, сохранения достоверной информации в модулях системы, что оче важно для систем, работающих в непр рьшном режиме. Существенным являетс также то, что инициатором изменения реконфигурации является исправное устройство, обнаружившее ошибку в переданной ему информации. В двухмашинном вычислительном комплексе ВК 2Р35, построенном на базе ЭВМ типа ЕС 1035, используется резервирование на уровне целых маши связь между которь1ми и переключение резерва осуществляется через канал прямого управления и адаптер каналканал. Наработка на отказ такого комплекса может быть рассчитана по формуле Т - о-« 25() где j - интенсивность отказов аппаратуры;Ti - среднее время восстановле ния . При использовании в качеств элементной базы элементов серии 1:)5 интенсивность отказов аппаратуры для машин подобного класса составляет, примерно, 165-1СГ 1/Ч. При 1 ч наработка комплекса на отказ Т лЗООч (коэффициент готовности К 0,998). В опытном образце управлякяцего вычислительного комплекса, использующего предлагаемое устройство и построенного с использованием той же элементной базы по принципу помодульного резервирования, надежность определяется надежностью пары одноименных резервированных модулей. Наибольшую интенсивность отказов в комплексе имеет блок памяти эц 40-10 1/ч (включая устройство управления реконфигурацией). При этом время наработки на отказ составляет 1250 ч (К 0,9992). Таким образом, использование предлагаемого устройства при построении резервированного вычислительного комплекса позволяет повысить надежность последнего на порядок.

JL

yft« у л

22f,

/J

/ ч

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕКОНФИГУРАЦИЕЙ РЕЗЕРВИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА, содержащее регистр состояния резервируемых модулей, выходы которого соединены с шинами состояния резервируемых модулей, блок исполнительных потенциалов, первая группа входов которого соединена с выходами регистра состояния резервируемьк модулей первого канала, блок отказов, выход которого соединен с шиной сигнала ошибки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, обеспечивающих повышение надежности вычислительного комплекса, в него введены .второй канал, а в каждый канал - коммутатор входной информации, дешифратор запросов, блок сравнения, блок контроля по модулю, блок наличия резерва, элемент И вьщачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора входной информации и блока сравнения соединены с входными информационными шинами одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора - с входами блока конт- роля по четности, с информационными входами регистра состояния резервируемьк модулей и с выходными информационными шинами устройства, два входа каждого элемента И блока наличия резерва соединены с выходами блока состояния резервируемых модулей, соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока на(Л личия резерва соединены с соответс ствующими этим резервируемым модулям выходами дешифраторов запросов, которые соединены также с второй группой входов блока исполнителышх потенциалов, входы дешифратора запросов соединены с выходными шинами -и резервируемого модуля и с выходами 00 регистра состояния резервируемых модулей, выход блока наличия резерва .соединен с первым входом элемента И со вьщачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - с первым входом блока отказов, второй вход которого соединен с выходом блока контроля по четности, выход блока исполнительных потенциалов соединен с .зшравляющим входом коммутатора входной информации.

3.

s

ГЁ I

f

/ u

fe

/J

/

CJJ

r

Jf

/

Ж

18

л

4УЖ4

I

.Г