Устройство для сопряжения каналов ввода-вывода с внешними устройствами Советский патент 1986 года по МПК G06F13/14 

11

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для сопряжения и коммутации устройств ввода-вывода и внешней памяти между каналами одной или несколь ких вычислительных машин.

Целью изобретения является повышение пропускной способности устройства.

. На фиг. 1 приведена структурная схема устройстваi на фиг. - функциональные схемы блоков коммутации матрицы, блоков сканирования матрицы, блока приоритета; на фиг. 5 - функциональная схема блока согласо- вания интерфейса.

Устройство (фиг. 1) содержит матрицу 1 блоков коммутации, группу 2 блоков согласования интерфейса, матрицу 3 блоков сканирования, блок 4 приоритета, шины 5, 6 и 7, 8 информационных выходов, входов канала ввода-вывода и внешних устройств, линии 9 сигналов запроса и линии 10 и 11 сигналов разрешения, линию 12 сигнала синхронизации, линии 13 сигналов готовности блоков коммутации, шины 1 второго информационного входа матрицы, линии 15 разрешения от внешних устройств, йины 16 первого информа ционного выхода матрицы, линии 17 сигналов запроса внешних устройств, шины 18 и 19 второго информационного выхода блока 2 и первого информационного входа матрицы 1, линии 20 сиг- нала разрешения сканирования строки, шины 21 и 22 вторых информационных входов блока 2 и выходов матрицы 1, линии 23 сигналов г отовности матри- цы 3.

На фиг. 2 показаны элементы ИЛИ 24 группы и формирователи 25 импульсов группы, соединенные с блоками 26 коммутации матрицы 1. Каждый блок 26 коммутации содержит триггер 27, элементы И 28 и 29, элементы ИЛИ 30 и 31, элемент НЕ 32, элементы И 33 и 34 первой и второй групп, элементы ИЛИ 35 и 36 первой и второй групп, . линии 38 третьего и четвертого информационных входов, линии 39 сигналов ответа, линии 40 и 41 сигналов ответа и транзита ответа, линии 42 и 43 сигналов опознавания адреса и сброса от внешних устройств.

Каждый блок 44 сканирования матрицы 3 (фиг, 3) состоитиз элемента .НЕ 45, первого 46,третьего 47 и второ5

71

O 5

0 5 0

5 0 5

282

го 48 элементов И, элементов ИЛИ 49 и 50 и соединены друг с другом по линиям 51 и 52 сигналов готовности и ответа.

Каждый блок 53 согласования интерфейса группы 2 (фиг. 4) содержит узел 54 сравнения (реакции на начальную выборку), узел 55 задания адресов устройств, узел 56 формирования серии импульсов последовательности окончания, узел 57 формирования серии импульсов последовательности занятого устройства, узел 58 разрешения связи, мультиплексор 59,г элемент И 60, узел 61 формирования флажков, узел 62 хранения флажков, узел 63 приоритета. Блок 4 приоритета состоит из узлов 64 выбора строки (ориентации), каждый из которых содержит элементы И 65 и 66, элемент НЕ 67 и элемент 68 задержки.

Узел 54 (фиг. 5) содержит группу элементов 69 сравнения, генератор 70 синхроимпульсов, триггер 71, элементы И 72, ИЛИ 73 и НЕ 74. Узел 55 содержит счетчик 75 адресов, регистр 76 номера адреса, регистр 77 адреса, элемент 78 задержки и постоянную память 79, Узел 56 содержит группу элементов И 80, элементы НЕ 81 и 82, элементы 83 и 84 задержки, триггеры 85-87 и элемент И 88. Узел 57 содержит элемент И 89, триггер 90 и элемент 91 задержки. Узел 58 содержит триггер 92 и элемент ИЛИ 93.Узел 61 содержит счетчик 94 и элемент И 95, а узел 62 - дешифратор 96, группу триггеров 97, две группы элементов И 98 и 99. Узел 63 состоит из многостабильного триггера 100 и шифратора 101 (фиг. 5).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на шинах 5 и 7 присутствуют О. При этом на шинах 6 и 8 присутствует О.

Установление подканала.связи между каналом и устройством осуществляется следующим образом..На шину 9 канал посылает единичный сигнал поиска запроса, который проходит через соответствуюш;ий вход блока 4 и по линии 10 поступает на вход узла 58 (фиг. 4). Одновременно сигнал поиска и адрес устройства по шине 5 поступают на вход узла 54, который сравнивает адрес с разрешенными адресами, которые поступают из узла 55, сопровождаемые управляющим сигналом, поступающим на вход элементов 69 (сигнал о выдаче последнего адреса из узла 55 поступает на входы элементов И 72, ИЛИ 73).

Если ни один адрес не сравнивается, то узел 54 блокирует узел 58 и в случае появления на пине 5 сигнала прямого опроса посылает через мультиплексор 59 сигнал обратного опроса (неготовности) по шинам 6 в канал, сигнализируя, таким образом, каналу об отсутствии доступа к устройству с данным адресом.

Если адреса сравниваются, то узел 54 разрешает прохождение сигнала поиска через узел 58 на линию 11, подготавливает к работе узел 57, открывает элемент И 60.

Сигнал на линии 11 открьшает эле- 20 нят) и ИЛИ 49 по линии 23 шины 21

менты И 28 (фиг. 2) блоков 26 соответствующей строки, выходы этих элементов открьгоают через элементы ИЛИ 30 элементы И 33, 34, которые коммутируют шины 14 на шины 22, а шины 19 - на шины 16, Сигнал на линии 11 открьшает элементы И 33, 34 только в том случае, если блоки 26 соответствующего столбца матрицы 1 свободны, т.е. на линию 40 поступает нулевой сигнал с выходов остальных триггеров 27 данного столбца через элементы ИЖ 31 всех блоков 26 данного столбца. Распространяясь по устройству, сигнал поиска обеспечивает установку связи по всем свободным столбцам.

Теперь необходимо вьщелить нужный подканал связи, а остальные освободить. Это достигается формированием единичного сигнала вьщеления по линии 42 из шины 14 устройством ввода- вывода, опознавшим свой адрес. При

в канал поступает обратный сигнал опроса.

После того как подканал связи ус тановлен, т.е. по одной из линий 20

25 шины 18 пришел сигнал выделения, си нал поиска должен быть снят. Дальне шее появление сигнала поиска в данном установленном подканале не ока- зьшает влияния на его работу,

30 В случае, если по шинам 9 приходит несколько сигналов поиска, блок 4 (фиг. 4) подключается только к одному входу, элементы И 65 и НЕ 67 узла 64 которого имеют наименьшее

35 время срабатывания. Таким образом, временем срабатьшания определяется приоритетность подключения входов блока 4. Элементы 68 задержки защищают блок 4 от ложного срабатывания

40 обеспечивая надежность вьщачй сигналов по линиям 10 при установке в определенное состояние блока 4.

Обратный сигнал опроса (готовнос1ти) по линии 23 поступает по шине 21 этом через элемент И 29 устанавлива- 45 в соответствующий блок 53 (фиг. 4), ется триггер 27 соответствующего блока 26, который через элемент ИЛИ 30 поддерживает элементы И 33, 34 открытыми. Сигнал, поступая по линии 42 шины 21 (фиг. 5) на узел 58, блоки- Q рует прохождение сигнала линий 11 на выход триггера 92, освобождая остальные блоки 26 (подканалы связи).

блокирует узел 58 и разрешает узлу 57 через мультиплексор 59 выдачу последовательности занятого устройства При этом через открытый элемент И 60 из узла 57 поступает сигнал, который добавляет +1 в узле 61 и устанавливает флажок адреса, к которому про изошло обращение, в узле 62.

Единичный сигнал по линии 42 выдается устройством ввода-вьтода толь- .ко тогда, когда на линию 17 (фиг. 2, 3) шины 8 через элементы ИЛИ 50 поступает единичный прямой сигнал опроса, который формируется по наличию

2771284

на линии 20 сигнала опроса, поступаю- щего через элементы И 47 на входы элементов ИЛИ 50 блоков 44 соответствующей строки. Если данный столбец занят, т.е. установлен в единичное состояние какой-либо триггер 27 блока 26 данного столбца, то элемент:И 47 заперт сигналом линии 13 и входной прямой сигнал опроса не прохоfO дит к блокам 26 данного столбца. Если устройство ввода-вывода не опоз- - нало свой адрес, по линии 15 шины 7 выдается обратный сигнал опроса, который поступает на входы элементов

15 И 46 данного столбца. Если ни одно, внешнее устройство в данной строке не опознало свой адрес, через эле- мент И 46 (если столбец свободен) или элементы И 48 (если столбец за-

в канал поступает обратный сигнал опроса.

После того как подканал связи установлен, т.е. по одной из линий 20

шины 18 пришел сигнал выделения, сигнал поиска должен быть снят. Дальнейшее появление сигнала поиска в данном установленном подканале не ока- зьшает влияния на его работу,

В случае, если по шинам 9 приходит несколько сигналов поиска, блок 4 (фиг. 4) подключается только к одному входу, элементы И 65 и НЕ 67 узла 64 которого имеют наименьшее

время срабатывания. Таким образом, временем срабатьшания определяется приоритетность подключения входов блока 4. Элементы 68 задержки защищают блок 4 от ложного срабатывания,

обеспечивая надежность вьщачй сигналов по линиям 10 при установке в определенное состояние блока 4.

Обратный сигнал опроса (готовнос1ти) по линии 23 поступает по шине 21 в соответствующий блок 53 (фиг. 4),

блокирует узел 58 и разрешает узлу 57 через мультиплексор 59 выдачу последовательности занятого устройства , При этом через открытый элемент И 60 из узла 57 поступает сигнал, который добавляет +1 в узле 61 и устанавливает флажок адреса, к которому произошло обращение, в узле 62.

Если в матрице 1 (фиг. 2) освобо- дился столбец (т.е. освободилось устройство ввода-вывода), соответствующий формирователь 25, выполненный, например, как одновибратор, через эле5, 12

менты ИЛИ 2k посылает по линии 12 сигнал, который поступает на все узлы 61 (фиг. 4).

Если содержимое счетчика 94 - не нуль, то из него вычитается единица. Узел 61 подготавливает узел 56 к приему адреса и разрешает узлу 62 передать в узел 63 сигналы для выборки адресов. Узел 63 разрешает узлу 55 передать адрес наиболее приоритетного устройства ввода-вывода в узел 56 и сбрасывает флажок выбранного адреса. Если каналы в данное время не работают с устройствами ввода-вывода, т.е на линии 11 нет единичного сигнала, в каналы выдается последовательность окончания, узлом 56 через мультиплексор 59. Для установления подканала связи канал снова должен посылать единичный сигнал поиска с адресом уст ройства ввода-вывода и сигнал опроса При этом устройство работает так же, как описано вьше.

Если содержимое счетчика 94 - нуль то единица не вычитается и узел 56 блокируется„

Освобождение подканала связи производится сигналом окончания связи, поступающим по линии 43 пмны 14 (фиг. 2) на синхронизирующий вход триггера 27 соответствующего блока 26. Так как на информационном входе триггера 27 присутствует сигнал с. нулевой шины. Триггер 27 устанавливается в нулевое состояние, закрывая элементы И 33, 34 и элементы И 46, 47, по снятию сигнала окончания связи (задним фронтом) в линии 43, который снимается устройством ввода- вывода по Приходу ответа о принятии этого сигнала по шине 5 от канала ввода-вьшода.

В течение всего времени от начала связи до освобождения подканала связи элементы И 33, 34 и элементы И 46,47 надежно открыты сначала сигналом в линии 11 из блока 53 через элементы И 28, ИЛИ 30, затем триггером 27, т.е. в течение этого времени проис- ходит,установление связи, передача информации, окончание связи сигналами, поступающими из шин 5 в пмны 8 и из шин 7 в шины 6.

Поскольку сигнал опроса поступает в столбцы параллельно, то, во-первых установление канала связи, осуществляется быстрее, чем при последовательном опросе устройства ввода-вывода.

86

, во-вторьпс, если какое-то устройство ввода-вывода, подю1юченное к одноу из столбцов матрицй 1, опознало свой адрес, то на установление связи не оказывает влияния ошибочная работа ибо отказ (например потеря сигнала опроса) устройств ввода-вывода, под ключенных по другим столбцам. Блок 4 готов к установлению подканалов связи по другим строкам сразу после снятия сигнала поиска в данной строке. Причем установка нового подканала связи по столбцу, в котором установлен хотя бы один триггер 27, невозможен, так как элементы И 28. заперты нулевым сигналом с элемента НЕ 32.

Рассмотрим работу блока 53 на при- мере, когда каналы ввода-вьтода ЭВМ и устройства ввода-вывода устанавли- вают связь, обмениваясь сигналами, приведенными ниже:

Сигналы каналов Сигнал поиска ввода-вывода ЭВМ Прямой сигнал опроса

Сигнал приема Сигнал окончания связи

Сигналы устройств Сигнал выделения ввода-вывода Обратный сигнал опроса

Сигнал запроса Идентификатор адреса

Сигнал занятости Сигнал окончания Идентификатор состояния

На шины 5 .канал подает адрес устройства, поступающий на первую группу входов элементов 69 сравнений,и сигнал поиска, запускаю1ций генератор 70, который сигналом с третьего выхода сбрасывает счетчик 75 в исходное состояниеJ вырабатывает сигнал, поступающий на входы счетчика 75,.регистра 76 и регистра 77. Из постоянной памяти 79 через регистр 77 поступает адрес устройства ввода-вьтода на вторую группу входов элементов 69 сравнения. Сравнение адресов производится по разрешающему сигналу из счетчика 75.

Если адреса сравнились, то на информационный вход триггера 71 поступает единичный сигнап, который по управляющему сигналу из генератора 70

7

устанавливает триггер 71 в единично состояние. Запаздыванием сигнала по второму выходу генератора 70 относительно сигнала по первому выходу обеспечивается надежное срабатывание триггера 71.

Сигнал с единичного выхода триггера 71 прекращает через элемент ИЛ 73 работу генератора 70,устанавливает триггер 92 в соответствие с наличием или отсутствием сигнала поиска на информационном входе,подготавливает элементы И 60, 89.

Если ни один адрес не сравнился, то счетчик 75 по второму выходу запрещает работу генератора 70. и открывает элемент И 72, через который прямой сигнал опроса из шин 5 поступает на вход мультиплексора 59, который обеспечивает его прохождение в канал по линии обратного сигнала опроса шины 6.

Если обратньй сигнал опроса постпил по линии 23 шины 21 (т.е. устроство занято по другому каналу), то через элемент ИЛИ 93 устанавливается в нулевое состояние триггер 92 и открывается элемент И 89, на первый и второй входы которого подаются из канала через шины 5 прямой сигнал опроса и сигнал поиска, которые обеспечивают установку в единичное состояние триггера 90.

Сигнал с триггера 90 через элемент И 60 добавляет +1 в счетчик 94, через элементы И 60 и 99 устанавливает триггер 97, соответствующий номеру адреса, находящегося на регистре 76, содержимое которого дешифрируется дешифратором 96J вырабатывает сигнал занятости, который, прходя через элемент 91.задержки, поступает вместе с идентификатором сос

Получив сигналы, которые указьша ют на освобождение устройства, канал посылает через шины 5 сигнал окончатояния устройства (который также вы- .рабатывается триггером 90) через муль-45 ния связи, который сбрасывает триг|тиш1ексор 59, который обеспечивает их . Р ° „

Блок 53 - в исходном состоянии.

передачу через шины 6 в канал.

Приняв сигнал о занятости устройства, канал сигналом окончания связи, поступающего через шины 5 на вход установки, в нуль триггера 90, сбрасывает его.

Если по линии 12 поступил сигнал (т.е. освободился столбец), то от- крьтается элемент И 95. Если содержимое счетчика 94 - не нуль, . то сигнал с выхода элемент...: И 95 уменьшает содержимое счетчика 94 на единии канал ЭВМ может установить связь с освободившимся устройством посред Q ством подачи сигнала поиска и адреса устройства на шины 5.

Реализация блока 5 в соответствии с примером на фиг 5 эффективна, когда с каналами ЭВМ работают медлен

5 ные устройства ввода-вывода в мульти плексном режиме, при котором время связи значительно меньше периода меж ду сеансами связи. В этом случае ос вобождения столбцов - частые события

28

8

цу, устанавливает в.единичное состояние триггер 85, если канал разрешает обращение к нему, т.е. на входах элементов НЕ 81 и 82 отсутствуют сигна- лы, триггер 85 вырабатывает сигнал запроса, который через мультиплексор 59 поступает в канал через шины 6J открывает элементы И 98, через которые сигналы с единичных входов триггеров 97 поступают на многостабильный триггер 100, который пропус- ает на шифратор 101 единичный сиг- |нал только с одного триггера 97, который этим сигналом устанавливается в нулевое состояние; разрешает через элемент 78 задержки считывание номера адреса из шифратора 101 в регистр 76 и через регистр 77 - считывание адреса устройства на вход элементов И 80.

Получив сигнал запроса, канал подает через шины 5 прямой сигнал опроса, который устанавлива ет в нулевое

состояние триггер 85, открывает эле- менты И 80, разрешая прохождение адреса через мультиплексор 59 и шины 6 в канал ЭВМ, устанавливает через элемент 83 задержки в единичное состояние триггер 86, который вырабаты- ваеТ идентификатор адреса, поступаю- ,щий через мультиплексор 59 в канал ЭВМ.

Получив адрес устройства, канал посыпает на шины 5 сигнал приема, который устанавливает в нулевое сос- тояние триггер 86, устанавливает в единичное состояние триггер 87, который вьфабатывает сигнал окончания и через элемент 84 задержки - идентификатор состояния устройства Указанные сигналы через мул ьтиплексрр 59 и шины 6 поступают в канал.

Получив сигналы, которые указьша- ют на освобождение устройства, канал посылает через шины 5 сигнал окончания связи, который сбрасывает триги канал ЭВМ может установить связь . с освободившимся устройством посред Q ством подачи сигнала поиска и адреса устройства на шины 5.

Реализация блока 5 в соответствии с примером на фиг 5 эффективна, когда с каналами ЭВМ работают медлен5 ные устройства ввода-вывода в мультиплексном режиме, при котором время связи значительно меньше периода между сеансами связи. В этом случае освобождения столбцов - частые события.

Таким образом, устройство обеспечивает повышение пропускной способности за счет эффективного использо- вания подканалов связи путем организации параллельной работы по несколь- КИМ подканалам одновременно, снятия ограничений на конфигурацию устройства, параллельность опроса устройств при установлеН ИИ подканала связи.

Формула изобретения

1. Устройство для сопряжения каналов ввода-вьшода с внешними устройст вами, содержащее группу блоков согласования интерфейса, блок приоритета и матрицу блоков коммутации, причем первые информационные входы и выходы i-rq блока согласования интерфейса (,N) соединены соответственно с информационными выходами и входами i-ro канала ввода-вывода, а второй информационный выход - с первыми ин- формационньпчи входами блоков коммута ции 1-й строки матрицы, вторые информационные входы блоков коммутации j-ro столбца матрицы (. И) соединены с информационным выходом j-ro рнешнего устройства, третий и четвертый информационные входы блока коммутации i-й строки и j-ro столбца подключены соответственно к перво МУ выходу блока коммутации (1-1)-й строки и j-ro столбца матрицы и второму выходу блока коммутации строки и (j-1)-ro столбца матрицы, отличающееся тем, что, с целью повьшения пропускной способности устройства, в него введена матрица блоков сканирования, группа формирователей импульса и группа элементов ИЛИ, причем входы запросов и выходы разрешения блока приоритета подключены соответственно к выходам запросов соответствующих каналов вво д-а-вывода и входам разрешения соот- ветствугацих блоков согласования интерфейса группы, синхронизируюг з;ие входы которых подключены к выходу М-го элемента ИЛИ группы, разрешающие входы блоков коммутации i-й строки соединены с разрешающей выходом i-ro блока согласования интерфейса, второй информационный вход которого соединен с. вторым информационным выходом блока коммутации 1-й строки и М-го столбца матрицы и выходом готовности блока сканирования i-й стро

0

0

- 5

ки и М-го столбца матрицы, входы разрешения блоков сканирования i-й строки матрицы подключены к второму информационному выходу блока согласования интерфейса и входу готовности блока сканирования i-й строки и первого столбца матрицы, первый информационный выход блока коммутации N-й строки и j-ro столбца матрицы и выхоД ответа блока сканирования N-й строки и j-ro столбца матрицы подключены соответственно к информационному входу и входу запроса j-ro внешнего устройства, выход разрешения которого подключен к входам готовности блоков сканирования j-ro столбца матрицы, выходы готовности которых соединены с входами опроса строки соответствующих блоков сканирования (j-1) - го столбца матрицы, выходы ответа блоков сканирования i-й строки матрицы соединены с транзитными входами столбца соответствующих блоков сканирования (1+1)-й строки матрицы, входы запроса блока сканирования i-й строки и j-ro столбца матрицы подключены к выходу готовности блока коммутации i-й строки и j-ro столбца матрицы, ВЬЕСОД ответа которого соединен с транзитным входом блока коммутации (1+1)-й строки и j-ro столбца матрицы, а вход блокировки - с выходом ответа блока коммутации N-й строки и j-ro столб- 5 ца матрицы и через j-й формирователь импульса группы - с первым входом j-ro элемента ИЛИ группы, второй вход . которого подключен к выходу (j-l)-ro элемента ИЛИ группы.

0

5

0

55

2. Устройсзгво по п. 1, отличающееся тем, что каждый блок сканирования матрицы содержит три элемента И, два элемента ИЛИ и элемент НЕ, причем выход первого элемента ИЛИ является выходом готовности блока, а первьй и второй входы подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с входом опроса строки блока, а вторые входы - соответственно с входом запроса блока и выходом элемента НЕ, входом подключенного к входу запроса блока- и первому входу третьего элемента И, второй вход и выход которого соеди- ,йены соответственно с входом разрешения блока и первым входом второго элемента ИЖ, второй вход и выход ко11

торого являются соответственно транзитным входом и выходом ответа блока, третий вход первого элемента И соединен с входом готовности блока.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый блок коммутации матрицы содержит триггер, два элемента И, два элемента ШШ, две группы элементов И, две группы элементов ИЛИ и элемент НЕ, причем выходы элементов ШШ первой и второй групп образуют соответственно первый и второй информационные выходы, а первые входы являются соответственно третьим и четвертым информационными входами блока, первые входы элементов И первой и второй групп соединены соответственно с вторым и первым информационными входами блока, выходы - соответственно с вторыми входами эле

, 10

15

20

2812

ментов ИЛН второй и первой групп, а

4

вторые входы - с выходом готовности блока и выходом первого элемента ИЛИ, первым входом подключенного к выходу первого элемента И и первому входу второго элемента И, а вторым входом- к выходу триггера и первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход и выход которого являются соответственно транзитным входом и выходом ответа блока, первый вход первого зламен- та И соединен с входом разрешения блока, а второй вход через элемент НЕ - с входом блокировки блока, второй вход второго элемента И и вход синхронизации триггера соединены с вторым информационным входом блока, информационный вход триггера подключен к шине логического нуля, а установочный вход - к выходу второго элемента И.

) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для коммутации и сопряжения устройств ввода-вывода и внешней памяти с каналами ввода-вьшода одной или нескольких вычислительных машин. Устройство позволяет подключать группы устройств ввода-вывода и внешней памяти к каналам ввода-вывода ЭВМ, позволяет организовать общие поля устройств ввода-вывода и внешней памяти. Целью изобретения является повышение пропускной способности за счет организации параллельной подачи сигнала опроса на все группы устройств ввода-вывода и внешней памяти, а также за счет обеспечения установления новых связей без прерывания работы в других. Поставленная Цель достигается тем, что в устройство, содержащее группу блоков согласования интерфейса, матрицу блоков коммутации и блок приоритета, введена матрица блоков сканирования, группа формирователей импульса и группа элементов ИЛИ. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. Л

fpugj

и

п

13

Г7

-т

.-gTHfe-i

м:

e7i±f

1277128

w

(PUJ, J

Составитель В.Вертлиб Редактор И.Рыбченко Техред и.Попович Корректор И,Эрдейи

Заказ 6668/43 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