Ячейка волновой коммутационной системы Советский патент 1986 года по МПК G06F7/00 

Изобретение относится к вычислительной и информационной технике и предназначено для использования в качестве базового элемента при построении коммут ационных систем много процессорных вычислительных систем и абонентских систем связи с децентрализованным управлением, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 934467.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения режима многоуровневой комму- .

На чертеже представлена функцио нальная схема ячейки волновой коммутационной системы.

Ячейка содержит узлы 1 ввода-вывода, в состав каждого из которых входят входной;элемент И-НЕ 2, выходной элемент ИЛИ-НЕ 3, триггер 4, элемент И-НЕ 5, элемент ИЛИ-НЕ 6, элементы И 7 и 8, элементы ИЛИ 9 и 10, узел 11 уровневой памяти, содержащий триггер 12, элементы И 13 и 14, относящиеся к каждому уровню памяти, а также элемент ИЛИ 15. Кроме того, ячейка содержит собирательный узел 16, содержащий элементы И-НЕ 17, ИЛИ 18 и НЕ 19,, узел 20 управления, содержащий триггер 21 и элементы И 22, ИЛИ- НЕ 23, ИЛИ 24, И-НЕ 25 и НЕ 26, шины 27 ввода сигнала поиска, шину 28 вывода сигнала поиска, шину 29 ввода сигнала вьщеления, шины 30 вывода сигнала выделения,- шину 31 задания приоритетной связи, шину 32 контроля, шину 33 установки в нулевое состояние, шину 34 ввода стробирующих импульсов, шины 35 выбора уровня, шину 36 записи, шину 37 считывания.

Процесс функционирования ячейки описывается в предположении ее присутствия в составе волновой коммутационной системы с каскадной или однородной структурой. Соединение ячеек в систему осуществляется соединением входных и выходных шин сигналов поиска и выделения смежных ячеек в соответствии с графом связей системы и запараллеливанием всех одноименных шин управления, поскольку процедура управления не зависит ни от структуры системы, ни от количества объединенных ячеек.

Коммутируемые источники информации по прямым каналам подключаются к шинам 27 ввода сигналов поиска и по

обратным каналам - к шинам 30 вывода сигналов выделения периферийных ячеек, а приемники информации подключаются по прямым каналам к шинам 29 ввода сигналов вьщеления и по обратным каналам - к шинам 28 вывода сигналов поиска других периферийных ячеек. Полюсы, связанные с источниками информации, являются вершинами-источ5

0

с приемниками информации, являются вершинами-приемниками системы. Побуждение образования информационного канала возникает в вершинах-источниках.

Поэтому выходному и входному полюсам каждого микропроцессора многопроцессорной вычислительной системы ставятся в соответствие вершина-источник и вершина-приемник в коммутационной

системе, а абоненту телефонной сети ставятся .в соответствие и вершина- источник и вершина-приемник системы .

Работа ячейки в составе коммутационной системы без использования уровневой памяти полностью удовлетворяет требованиям к функционированию системы абонентской связи.

После включения питающего напряжения на шинах 32, 33 и 35 - 37 устанавливаются нулевые, а на шинах 31 и 34 - единичные потенциалы. Данные шины являются общими для всех ячеек системы. В исходное состояние рассматриваемая ячейка устанавливается

5 подачей единичного импульса по шине 35. Пройдя элемент-ИЛИ 24, эта команда устанавливает триггер 21 узла 20 управления в нулевое состояние, и через вторые элементы ИЛИ 10 уста0 навливают триггеры 4 всех узлов ввода-вывода в единичные состояния. Нулевыми потенциалами, снимаемыми при этом с нулевых плеч триггеров 4, выдаются разреЩения выходным элемен5 там ИЛИ-НЕ 3 соответствующих узлов на вывод из ячейки сигналов выделения по всем направлениям, и через элементы И-НЕ 5 выдаются разрешения вход- ным элементам И-НЕ 2 на ввод в ячей50 ку сигналов поиска. Элемент И-НЕ 25 узла 20 управления получает разрешение со стороны нулевого плеча триггера 21 на ввод в ячейку команды контроля. Кроме того, нулевыми потен55 циалами по шинам 35-37 отключаются входы записи всех триггеров 4, через первые элементы И 13 отключаются входы записи всех триггеров 12 и блокируются первые элементы И 13 для исключения случая одновременного запуска процедур записи и считывания на- строечной информации из уровневой памяти.5

Команда контроля подается по шине 32 в виде единичного импульса перед образованием нового канала связи и после его фиксации. Контроль системы перед образованием каждого канала О необходим для локализации неисправных ячеек-генераторов сигналов поиска, появившихся- в промежутке времени между образованием предыдущего и данного каналов. Эта команда воспринимается 15 только незанятыми ячейками, поэтому при ее восприятии передача информации не прекращается. Сигнал команды, инвертируясь открытым элементом И-НБ 25 узла 20 управления, запирает входные 20 элементы И-ПЕ 2 всех узлов ввода-вывода незанятых ячеек. В результате . этого на выходных шинах 28 всех исправных ячеек устанавливается нулевой уровень. На этих же шинах ячеек- 25 генераторов ложного сигнала поиска удерживаются единичные потенциалы. Через время задержки элемента НЕ 26 узла управления команда контроля в виде единичного импульса, посту- 30 лающего на входы элементов И 7 всех узлов ввода-вывода, опрашивает состояния входных шин 27. Если на ан- ной шине удерживается ложный сигнал поиска, то команда контроля через 35 элементы И 7 и элементы 9 устанавли- , вает триггер 4 данного узла в нулевое состояние. Единичным потенциалом, снимаемым с нулевого плеча этого триггера, запираются выходной элемент ИЛИ-40 НЕ 3 и через элемент И-НЕ 5 входной элемент Й-НЕ 2 этого узла. Таким образом, от ячеек-генераторов ложных сигналов поиска система изолируется посредством отключения входных полю- 45 сов смежных ячеек.

Требование на образование канала связи реализуется в два шага: построения прадерева соединительных путей и вьщеления ветви или дерева сое-50 динительных путей. Первый шаг реализуется путем адресного выбора вершины-источника системы и возбуждения на шине 27 узла 1 ввода-вывода ячейки, связанной с данной вершиной, сиг-55 нала поиска в виде единичного потенциала. Пройдя периферийную ячейку, данный сигнал появляется на ее шинах 28 вновь в виде единичного потен циала. И далее по незанятым ячейкам волна этого сигнала распрЬстраняется до выходов системы. Достигнув периферийных ячеек, сигнал поиска появляется на шинах 28, связанных с вершинами-приемниками информации. Пусть волна сигнала поиска достигла рассматриваемой ячейки по двум направлениям одновременно. Инвертируясь элемента- ми И-НЕ 2 узлов 1 ввода-вывода, связанных с этими направлениями, сигнал поиска в виде нулевого потенциала по обратным связям запрещает элементам И НЕ 2 остальных узлов ввода-вывода прием данного сигнала из других направлений. Каждьй из элементов, принимающих сигнал поиска, стремится запретить ввод его из другого направления. В результате одно из направлений выигрывает гонки и на выходе элемента И-НЕ 2 данного узла ввода-вывода fустанавливается нулевой, а на выходах элементов И-НЕ 2 остальных узлов ввода-вывода - единичный потенциал. В дальнейшем, пройдя элемент -И-НЕ 17 собирательного узла 16, данный сигнал по шинам 28 вновь в виде единичного потенциала распространяется вглубь системы.

Достигнув периферийных ячеек, сигнал поиска появляется на шинах 28, связанных с вершинами-приемниками информации. Таким образом, в процессе

распространения волны сигнала поиска в системе строится прадерево соединительных путей с корнем в возбужденной вершине-источников и ветвями, оканчивающимися на всех достижимых и незанятых в данный момент вершинах-приемниках, причем каждая ветвь является кратчайшей и проходит, по исправным ячейкам, обходя неисправные и занятые участки структуры.

Вторая часть требования на образование канала связи реализуется следующим образом. Из центрального устройства управления микропроцессорной ЭВМ адресно выбирается вершина-приемник либо их подмножество, и на шинах 29 связанных с ними периферийных ячеек возбуждается сигнал выделения также в виде единичного потенциала. В случае обслуживания системой абонентской сети каждый абонентский комплект должен содержать регистр с записанным в него кодом-именем абонента, регистр кода вызываемого абонента и компаратор. Тогда источник информации по построенному прадереву соединительных путей передает коды абонентов, с которыг и необходимо образовать канал связи. В абонентских комплектах происходит сравнение кодов вызываемых абонентов с кодами-именами и по их совпадению возбужаются на шинах 29 связанных с ними ячеек сигналы выделения, как и в предыдущем случае.

Пусть сигнал вьзделения достиг рассматриваемой ячейки по одной из шин 29. Пройдя элементы ИЛИ 18 и НЕ 19 собирательного узла 16, дан- ный сигнал в виде нулевого потенциала поступает на входы выходных элементов ШШ-НЕ 3 всех .узлов 1 ввода- вывода. Однако, разрешение на вывод данного сигнала имеет лишь узел, вы- игравший гонки сигнала поиска и осуществляющий его прием. Претерпев вторую инверсию элементом ИЛИ-НЕ 3 данного узла, сигнал вьщеления вновь в виде единичного потенциала по ши- не 30 распространяется в направлении ячейки, осуществляющей передачу сигнала поиска Таким образом, от ячейки к ячейке сигнал выделения, копируя пути прохождения сигнала поиска, достигает вершины-источника. При это по образовавшемуся встречному каналу могут быть переданы квитанции вер- шине-истрчнику в виде кодов вершин- приемников, подключившихся в резуль- тате вызова.

Процессы распространения сигналов поиска и вьщеления осуществляются без прерывания передачи информации по установленным ранее каналам. До- .стигается это за счет удержания на шине 34 единичного потенциала, разрешающего элементам И 22 узлов 20 управления всех ячеек принимать признак занятости, в качестве которого используется наличие в ячейке сигналов поиска и выделения одновременно, при этом ячейки установленных ранее каналов, у которых произошло совпадение сигналов поиска и выделения, подтверждают свои состояния включения.

Пусть рассматриваемая ячейка вош- ла во вновь образованный канал. Признаком этого является совпадение на входах элемента И 23 узла 20 управления единичных потенциалов. Единичным потенциалом, снимаемым с выхода данного элемента, триггер 21 устанавливается в единичное состояние, запирая элемент И-НЕ 25, и записывается состояние ориентации включения ячейки в оперативную память. Достигается это опросом состояния выходов входных элементов И-НЕ 2 всех узлов 1 ввода-вывода. Если элемент И-НЕ 2 данного узла 1 ввода-вывода осуществляет прием сигнала поиска, то на его выходе удерживается нулевой потенциал, не разрешающий элементу И 8 данного узла пропуск единичного потенциала со стороны узла 20 управления, и триггер 4 этого узла 1 ввода- вывода остается в единичном состояни На входах элементов И 8 остальных узлов ввода-вывода происходит совпадение единичных потенциалов, и через элементы ИЛИ 9 триггеры 4 данных узлов устанавливаются в нулевые состояния, запрещая входным элементам И- НЕ 2 и-выходным элемента ИЛИ-НЕ 3 данных узлов ввод сигналов поиска и вывод сигналов выделения в соответствующих направлениях. Так, по мере распространения волны сигнала выделения, происходит фиксация состояний включения ячеек. Поэтому время, необходимое для образования одного канала связи, независимо от его ветви- мости, равно времени распространения волны сигнала поиска от вершины-источника до вершины-приемников и времени распространения волны сигнала выделения в обратном направлении.

Процедура образования канала связи, допускает одновременное возбуждение вершин среды. При этом время построения канала сокращается до времени пробегания волны в одном направлении.

После образования канала связи вновь подается команда контроля, обеспечивающая изоляцию оставшейся неиспользованной части системы от ячеек нового канала. Реализация ее осуществляется описанным образом.

Для обеспечения разрушения ненужных каналов отведен служебный такт, следующий периодически. Во время следования служебного такта передача полезной информации прекращается так чтобы в ячейках действующих каналов успели установиться единичные потенциалы по цепям передачи сигналов поиска и выделения. В каналах, подлежащих разрушению, устанавливаются нулевые потенциалы по названным цепям и потому на входах элементов ИЛИ-НЕ 23 узлов 20 управления этих ячеек присутствуют разрешения на прохождение строб-импульса, подаваемого по шине 34 в виде нулевого импульса. Пройдя эле- -мент ИЛИ 24 рассматриваемой ячейки, строб-импульс в виде единичного импульса устанавливает триггер 21 узла ,20 управления в нулевое состояние Ю и через элементы ИЛИ 1C узлов 1 ввода- вывода устанавливает триггеры 4 ячеек в единичные-состояния, т.е. возвращает каждую ячейку разрушаемого канала в исходное состояние. Длительность 5 служебного такта равна времени встречного распространения волн сигналов поиска и выделения через систему и времени переходных процесов в ячейках по отработке строб-импуль- 20 са, протекающих параллельно.

В волновой коммутационной системе, построенной из рассматриваемых ячеек, предусмотрен режим приоритетной связи. Достигается он за счет введения соот-25 ветствующей команды, а также элементов отключения памяти ячеек, перезаписи их состояний и восстановлением ориентации включения неиспользованной в приоритетном канале части сие- 30 темы..

При поступлении запроса на приоритетную связь на время поиска и фиксации нужного канала связи происходит отключение источников и приемников з информации, работающих в обычном режиме. Затем по шине 31 на все ячейки системы подается команда приоритетн ой связи в виде нулевого потенциала. Сигнал этой команды через элементы И-4о НЕ 5 всех узлов 1 ввода-вывода рассматриваемой ячейки выдает разрешения элементам И-НЕ 2 на ввод сигнала поиска, после чего в нужной вершине- источнике возбуждается сигнал поис- 45 ка и строится прадерево соединительных путей описанным образом так, как будто система свободна. По окончании переходных процессов в нужных вершинах-приемниках возбуждаются сигна- 50 лы выделения и происходит встречное распространение по ветвям этого сигнала с перезаписью памяти ячеек.

Пусть волна этого сигнала выделения достигла рассматриваемой ячейки 55 по одной из шин 29. Состояние включения данной ячейки не совпало с необходимым в приоритетном канале.

Сигнал, выделения, пройдя элементы ИЛИ 18 и НЕ 19 собирательного узла 16, в виде нулевого потенциала поступает на входы элементов ИЛИ- НЕ 6 всех узлов 1 ввода-вывода, разрешая прохождение команды приоритетной связи. Но проходит эта команда только в узел 1 ввода-вывода, элемент И-НЕ 2 которого осуществляет прием сигнала поиска, и через элемен ты И-НЕ 6 и ИЛИ 10 устанавливается триггер 4 данного узла 1 в единичное состояние. Кроме того, единичным потенциалом, снимаемым с вьпсода элемента И 22 узла 20 управления, через элементы И 8 и элементы ИЛИ 9, узлов 1 ввода-вывода, не принимающих сигнала поиска, триггеры 4 устанавливаются в нулевые состояния, приводя в соответствие оперативную память ячейки с новой ориентацией включения Ячейки, не вошедшие в канал приоритетной связи, не получают сигнала вьщеления и своих состояний не меняют. По окончании переходньш процессо команда приоритетной связи снимается и система далее может функционироват в обычном режиме.

Таким образом, в режиме приоритетной связи разрываются только те каналы, ячейки которых вошли в приорйтет- ньй канал. Остатки разорванных каналов разрушаются в моменты следования служебных тактов по мере снятия с вершин сигналов поиска и выделения, Время, необходимое для образования приоритетного канала, равно времени пробегания волн сигналов поиска и выделения, распространяющихся раздельно

.Если коммутационная система обслуживает абонентскую сеть, то используется один уровень -памяти. При обслуживании многопроцессорной вычислительной системы необходимо многократно обращаться к фиксированным системам информационных каналов, связанным или с решением стандартных задач, например, реализацией стандартных функций группами микропроцессоров, или с решением задач в режиме разделения времени. В обоих случаях заранее известны граф-схемы задач вместе со списками соединений микропроцессоров, причем на конкретную зацачу микропроцессоры совместно с внешней памятью настраиваются на этапе подготовки задачи либо программно, либо аппаратно. Поэтому появляется возможность в это время (во время компиляции программы или настройки системы с пульта управления) осуществлять настройку и коммутационной системы на решение каждой отдельной задачи с последующер записью систем информационных каналов, относящихся к ним, в уровневую память, отводя один уровень памяти под отдельную

всех узлов уровней памяти. На выходах элементов И 13, у которых совпали две команды, появляются единичные потенциалы, опрашивающие информационные входы триггеров 12 этих узлов. Информационные входы данных триггеров связаны с единичными выходами триггеров 4 одноименных узлов 1 ввода вывода, поэтс у В результате воздей-

задачу или ее крупный фрагмент. Обыч- ствия команд выбора уровня и записи

триггеры 12 выбранного уровня приводятся в соответствие с триггером оперативной памяти ячейки.

После снятия команд ячейка и сис- рема в целом приводятся в исходное .

t5

25

НО при решении сложных задач управления динамическими объектами достаточно времени при подготовке задачи .и необходимо исключительное быстродействие системы в процессе решения, поскольку обработка модели управления ведется в реальном времени функционирования объекта. Именно удовлетворение требований многофункциональности и исключительной быстроты пере- стройки системы на заранее известные задачи обеспечивается описываемой ячейкой в режиме многоуровневой коммутации.

В процессе настройки система на каждый уровень настраивается в два этапа. На первом этапе независимо от уровня система настраивается с использованием только оперативной памяти описанным образом. При этом, как 30 и в предьщущем случае, может быть использован принцип приоритетности информационных каналов. По окончании отображения граф-схемы задачи данного уровня в коммутационную систему про- 35 изводится запись образованной системы информационных каналов в память отведенного для нее уровня. Достигается это подачей двух команд, выбора уровня и записи, воздействующих совместно.

Пусть ячейка в составе системы работает в режиме многоуровневой коммутации. Первый этап - отображение граф-схемы задачи в коммутационную систему уже выполнен и ячейка вошла в информационный канал. Для записи ее состояния в уровневую память по шине 35, связанной с выбранным уровнем, подается единичный потенциал, разрешающий элементам И 13 и И 14 всех узлов 1 ввода-вывода соответственно воспринимать команду записи и выводить из данного уровня информацию о состоянии их триггеров 12. Второй 55 подается команда записи по шине 36 и также в виде единичного потенциала, поступающего на выходы элементов И 13

40

45

50

состояние аналогично тому, как это делается в начале работы и вновь осуществляется отображение граф-схемы новой задачи, записываемой впоследствии в другой уровень. Процедура записи совпадает полностью с описанной с той разнице, что подается команда выбора уровня по шине 35, соответствующей вновь выбранному уровню, причем запись содержимого оперативной памяти в уровневую память коммутационной системы может осуществляться без останова функционирования системы. Это позволяет приводить в соответствие память уровней коммутации с состоянием ячеек в конце процесса отладки задачи или непосредственно в процессе ее решения, если имели место изменения в граф- схеме .

Для извлечения информации из уровней памяти также подаются две команды: выборка уровня и считывания соответственно по шинам 35 и 37 в виде единичных потенциалов. При этом сигнал с выходом триггеров 12 выбранных уровней через открытые элементы И 14 и ИЛИ 15 всех уровней памяти 11 в виде единичного или нулевого потенциала поступает на информационные входы триггеров 4 всех узлов 1 ввода-вывода. При подаче команды считывания, следующей в виде единичного импульса, триггеры 4 всех узлов 1 ввода-вывода устанавливаются в состояния, соответствующие состояниям триггеров опрашиваемого уровня памяти. Если обе команды подаются одновременно, считывание в оперативную память граф-схемы задачи из любого уровня памяти занимает один такт.

Следует иметь в виду, что в коммутационной системе данного типа инвсех узлов уровней памяти. На выходах элементов И 13, у которых совпали две команды, появляются единичные потенциалы, опрашивающие информационные входы триггеров 12 этих узлов. Информационные входы данных триггеров связаны с единичными выходами триггеров 4 одноименных узлов 1 ввода- вывода, поэтс у В результате воздей-

состояние аналогично тому, как это делается в начале работы и вновь осуществляется отображение граф-схемы новой задачи, записываемой впоследствии в другой уровень. Процедура записи совпадает полностью с описанной с той разнице, что подается команда выбора уровня по шине 35, соответствующей вновь выбранному уровню, причем запись содержимого оперативной памяти в уровневую память коммутационной системы может осуществляться без останова функционирования системы. Это позволяет приводить в соответствие память уровней коммутации с состоянием ячеек в конце процесса отладки задачи или непосредственно в процессе ее решения, если имели место изменения в граф- схеме .

Для извлечения информации из уровней памяти также подаются две команды: выборка уровня и считывания соответственно по шинам 35 и 37 в виде единичных потенциалов. При этом сигнал с выходом триггеров 12 выбранных уровней через открытые элементы И 14 и ИЛИ 15 всех уровней памяти 11 в виде единичного или нулевого потенциала поступает на информационные входы триггеров 4 всех узлов 1 ввода-вывода. При подаче команды считывания, следующей в виде единичного импульса, триггеры 4 всех узлов 1 ввода-вывода устанавливаются в состояния, соответствующие состояниям триггеров опрашиваемого уровня памяти. Если обе команды подаются одновременно, считывание в оперативную память граф-схемы задачи из любого уровня памяти занимает один такт.

Следует иметь в виду, что в коммутационной системе данного типа информационный канал разрушается только в случае снятия сигналов поиска и вьщеления с обеих сторон вершин. Это обеспечивает сохранность информационного канала, если одйа из сторон передающая или приемная, не желает его разрушения с целью воспроизведения связи или контроля номера абонента. Ветвистый канал может быть разрушен только в случае, если источник и все приемники информации подали признаки разрушения. При необходимости разрушения только одной или нескольких ветвей ветвистого канала необходимо снять до ближайшего слу- жебного такта сигнал поиска с вершины источника и сигналы вьщеления с разрушаемых ветвей„ При сохранении сигнала поиска ветви разрушить невозможно .

Формула

изобретения

Ячейка волновой коммутационной системы по авт.св. № 934467, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения режима многоуровневой коммутации, в каждый узел

5 5

0

5

ввода - вывода ячейки введен узел уровневой памяти, содержащий элементы И, элемент ИЛИ и триггеры, причем, i-я шина выбора уровня (, п, п - число уровней) ячейки соединена с первыми входами первого и второго элементов И i-ro уровня j-ro узла уровневой памяти (, га, га - число узлов ввода вывода), шина записи ячейки соединена с вторыми входами первых элементов И всех узлов уровней памяти, пшна считывания ячейки соединена с синхровходом триггера j-ro узла ввода - вьшода, единичный выход которого соединен с информационными входами всех триггеров j-ro узла уровневой памяти, выход первого элемента И i-ro уровня j-ro узла уровневой памяти соединен с синхровходом i-ro триггера j-ro узла уровневой памяти, единичный выход которого соединен с вторым входом второго элемента И i-ro уровня j-ro узла yf)oвнeвoй памяти, выход которого соединен с i-м входом элемента ИЛИ j-rro узла уровневой памяти,выход которого соединен с информационным входом триггера j-ro vзлa ввода - вывода .ячейки.

J/7

3637J

3

Изобретение относится к вычислительной и информационной технике и предназначено для использования в качестве базового элемента При построении коммутационных систем многопроцессорных вычислительных систем и абонентских систем связи с децентрализованным управлением. Изобретение является усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 934467. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения режима многоуровневой коммутации. Для обслуживания многопроцессорной вычислительной системы, работающей в режиме разделения времени Ф1И требующей в процессе работы решения стандартных задач, в ячейку волновой коммутационной системы введены узлы уровнейой памяти. В процессе настройки вычислительной системы осуществляется настройка коммутационной системы на решение каждой отдельной задачи с последующей записью системы информационных каналов в соответствующий уровень узлов уровне- вой памяти. Таким образом до начала работы вычислительной системы осуществляется фиксация всех необходимьк систем информационных каналов в уров- невой памяти. Это обеспечивает в процессе функционирования вычислительной системы высокое быстродействие ее перестройки на заранее известные задачи. 1 ил. S (/) сл О5 rsj

Редактор П.Коссей

Составитель А.Федоров

Техред Л.Сердюкова Корректор .Е .Рошко

Заказ 4824/48 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4