Система коммутации Советский патент 1988 года по МПК G06F11/34 

4;

10

11410047

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении систем обмена информацией между ЭВМ или между модулями многопроцессорных вычислительных комплексов.

Целью изобретения является ускорение восстановления системы при отказе информационных шин.

На фиг.1 представлена структурная схема системы комт тации, на фиг.2-75- соответственно схемы селектора, узла контроля, коммутатора и устройства управления обменом.15

Система коммутаций (фиг.1) содержит М коммутаторов 1, соединенных между собой и с N абонентами 2 информационными шинами 3. Устройства уп- равления 4 обменом соединены с комму- 20 таторами 1 линиями 5 управления, число Р которых равно количеству информационных шин. Линия 6 опроса после довательно проходит через все устройства 4 управления обменом и образует 25 кольцо, в разрыв которого включена схема 7 начального запуска. Каждая адресная шина 8 соединяет абонент 2 а соответствующим устройством 4 управления обменом. На выходе коммутаторов в разрыв информационных шин 3 включены блоки 9 восстановления, а на выходе коммутаторов 1 также в раз- рьш информационных шин 3 включены блоки 10 контроля. Каждая пара смежных коммутатору 1 блоков 9 и 10, подключенных к параллельным информационным шинам 3, соединена между собой шиной 11 шлейфа, Блоки 10 контроля связаны с устройствами 4 управления обменом линиями 12 индикации отказов

Назначение устройств и связей следующее. Коммутаторы 1 по сигналам на линиях 5 управления обеспечивают соединение информационных шин 3, пос ледовательность которых, входящих в маршрут, позволяет абонентам 2 производить обмен данными. Устройства 4 управления обменом в соответствии с адресом, установленным на адресной

30

35

40

45

При обнаружении отказа совместно с блоком 9 восется в момент воздействия на устройство 4 импульса, циклирующего в линии 6 опроса. Схема 7 начального запуска, содержащая одновибратор, подключенный к входу элемента ИЛИ, который включен в разрыв линии 6 опроса, позволяет сформировать этот импульс при включении системь коммутации. Каждый блок 10 контроля предназначен для обнаружения отказа на участке между блоками 10 и 9 одной из линий информационной шины з блок Ю

становления обеспечивает определение номера отказавшей линии и- последующее включение вместо нее резервной линии, входящей в состав информационной шины З , Шина 11 пшейфа используется для передачи уже; определенного номера отказавшей линии на параллельную информационную шину 3 и далее в блок 9 восстановления для включения резервной линии. Кроме этого, блоки 10 контроля выдачей сигналов на линии 12 индикации отказов обеспечивают блокировку использования отказавшей (и параллельной ей) информационной шины на время восстановления в случае отказа одной информационной линии в шине 3 и запрет использования такой шины 3 в случае отказа в ней двух и более линий.

Блок восстановления (фиг.1) содержит группу 13 элементов ШШ мультиплексор 14, регистр 15, формирователь 16 импульсов. К выходу мультиплексора 14 подключена резервная линия 17, входящая в состав информационной шины 3 Блоки Ю и 9 соединены линией 18. управления восстановлением, которая в блоке 9 подключена к входу формирователя 16 и к одному из входов каждого элемента группы 13 элементов ИЛИ.

Назначение узлов и связей следующее. Группа 13 элементов ИЛИ, каждый из которых имеет три входа, обеспечивает передачу информации между коммутаторами 1 по информационной шине З

шине 8 абонентом-инициатором 2, обес- в режиме нормальной работы, а в режиме

0

5

0 5

0

5

0

5

При обнаружении отказа совместно с блоком 9 восется в момент воздействия на устройство 4 импульса, циклирующего в линии 6 опроса. Схема 7 начального запуска, содержащая одновибратор, подключенный к входу элемента ИЛИ, который включен в разрыв линии 6 опроса, позволяет сформировать этот импульс при включении системь коммутации. Каждый блок 10 контроля предназначен для обнаружения отказа на участке между блоками 10 и 9 одной из линий информационной шины з блок Ю

становления обеспечивает определение номера отказавшей линии и- последующее включение вместо нее резервной линии, входящей в состав информационной шины З , Шина 11 пшейфа используется для передачи уже; определенного номера отказавшей линии на параллельную информационную шину 3 и далее в блок 9 восстановления для включения резервной линии. Кроме этого, блоки 10 контроля выдачей сигналов на линии 12 индикации отказов обеспечивают блокировку использования отказавшей (и параллельной ей) информационной шины на время восстановления в случае отказа одной информационной линии в шине 3 и запрет использования такой шины 3 в случае отказа в ней двух и более линий.

Блок восстановления (фиг.1) содержит группу 13 элементов ШШ мультиплексор 14, регистр 15, формирователь 16 импульсов. К выходу мультиплексора 14 подключена резервная линия 17, входящая в состав информационной шины 3 Блоки Ю и 9 соединены линией 18. управления восстановлением, которая в блоке 9 подключена к входу формирователя 16 и к одному из входов каждого элемента группы 13 элементов ИЛИ.

Назначение узлов и связей следующее. Группа 13 элементов ИЛИ, каждый из которых имеет три входа, обеспечивает передачу информации между коммутаторами 1 по информационной шине З

в режиме нормальной работы, а в режиме

Изобретение относится к области вычислительной техники. Цель - ускорение восстановления работоспособности при отказе информационных шин. Система коммутации содержит коммутаторы 1, соединенные между собой и с абонентами информационными шинами, устройства управления обменом, связанные между собой линией опроса, а с коммутаторами линиями управления. Сущность изобретения состоит во введении блоков восстановления и блоков контроля, включенных в разрыв информационных шин между коммутаторами, в их начале и в конце и соединенньк с устройствами управления обменом линиями индикации отказов. 2 . ф-лы, 5 ил, 1 табл.

печивают возбуждение определенных линий 5 управления-для проключения маршрута к абоненту-адресату. Захват маршрута возможен-лишь после установ-- ления на определенных линиях 5 управ- ления сигналов 1, исключения конфликтов между разными устройствами 4 управления обменом захват разрешавосстановления - ввод тестовых воздействий с-линии 18 управления восг становлением. Кроме этого, щ.и во.с становлении параллельной шины - 3 ( ) через группу 13 элементов ИЛИ с шины 11 (11 ) шлейфа на шину 3 поступает код номера отказавшей линии. Мультиплексор 14 подключает

резервную линию 17 вместо отказавшей линии в информационной шине. Он содержит двухвходовые элементы И, о бъе диненные элементом ИЛИ. Входы каждого элемента И подключены к одной линии информационной шины 3 и к выходу соответствующего триггера регистра 15. В этот регистр ло окончании процесса восстановления заносится позиционный код номера отказавшей линии, который поступает по параллельной информйци- онной шине. Занесение кода производится по синхронизирующему сигналу на выходе формирователя 16, который выделяет передний фронт сигнала на линии 18 управления восстановлением. Формирователь 16 задерживает вьЩелен- ный сигнал на время, отведенное для восстановления.

Блок 10 контроля (фиг.1) содержит селектор 19, распределитель 20, регистр 21, узел 22 контроля, группу 23 элементов И. Линия 24 локализации отказа входит в состав информационной шины 3 и подключается к выходу узла контроля.

Назначение узлов и связей следующее. -Селектор 19 позволяет принять информацию с резервной линии 17 и передать ее в сторону коммутатора 1 на ту линию информационной шины 3, номер которой совпадает с номером отказавшей на участке между блоками 9 и 10 линии. Регистр 21 предназначен для хранения номера отказавшей линии и управления селектором 19. Он имеет сихронизируемые входы установки 1, к которым подключена информационная шина, вход синхронизации и асинхронные счетные входы, к которым подключены соответственно первый и второй выходы распределителя 20, третий выход которого соединен с управлякнцш; входом группы 23 элементов И. Перечисленные входы регистра 21 обеспечивают прием с шины 3 результатов тестовых воздействий и формирование номера отказавшей линии следующим образом.

Предполагается, что линии информационной шины 3 возможен отказ типа Константа нуль либо Константа единица, причем наиболее вероятен одиночный отказ. Для получения номера отказавшей линии в позиционном коде вначале по всем линиям шины 3 от блока 9 передаются 1 и заносятся по синхронизирующему сигналу в регистр

21, затем от распределителя 20 поступают 1 на счетные входы регистра 21 и, наконец, от блока 9 передаются О и заносятся с шины 3 по синхронизирующему сигналу в регистр 21. В таблице отображено состояние регистра 21 после приема результатов тестовых воздействий (для случая отказов линии номер 2).

Действие

Номера разрядов регистра 21

15

Sill

Отказ типа Константа нуль

К Заяесение результата теста Все единицы 10111

два с 1 01000

нули 01000

Отказ типа Константа единица

два с 1 00000

нули

О 1 О Ь О

При любом типе отказа в регистре образуется позиционный код номера отказавшей линии.

Группа 23 элементов И необходима для вьщачи полученного номера на шину 11 шлейфа по сигналу на третьем выходе распределителя, формируемому в конце восстановления.

Распределитель 20 вьщеляет передний фронт сигнала на линии 18 упр.ав- ления восстановлением и формирует сигналы в такой последовательности: на первом выходе, на втором выходе, на первом выходе и на третьем выходе. Он содержит входной формирователь, подключенный к цепи из трех элементов задержки. Выходы формирователя и второго элемента задержки соединены с входами элемента РШИ, выход которого является первым выходом распределите

ментов задержки образуют второй и третий выходы распределителя. Каждый элемент задержки задерживает сигнал на время, необходимое для срабатьша51

ния регистра 21, узла 22 контроля, группы 13 элементов ИЛИ и распространения сигналов по линии 18 управления восстановлением и по информационной шине 3.

Уяел 22 контроля позволяет зафиксировать факт отказа информационной шины и выдать сигналы на линию 12 индикации отказов и линию 24 локализации отказов, а также сформировать сигнал на линии 18 управления восстановлением в случае обнаружения первого отказа шины 3,

Селектор 19 (фиг,2) содержит группу 25 элементов ИЛИ, объединяющих пары элементов И. К первым входам элементов И каждой пары подключены соответственно линии информационной шины 3 и резервная линия 17, а к вторым входам - .через инвертор и непосредственно выход триггера регистра 21. При нулевом состоянии регистра 21 на выходы селектора 19 выдается информация с линией шины 3. Если же в k-м триггере регистра 21 хранится единица, свидетельствующая о необходимости восстановления k-и линии шины 3, то на k-M выходе селектора 19 появляется информация с резервной линии 17

Узел 22 контроля (фиг.З) содержит сумматор 26 по модулю два, триггер 27 элементы ИЛИ 28 и.29, элемент И 30, элементы 31 задержки и формирователь 32 импульсов. Назначение элементов и связей аледующее. Сумматор 26 по модулю два позволяет обнаружить отказ информационной шины 3, для чего в ее состав введена линия контрольного по нечетности разряда. При отказе одной из линий информационной шины 3 - Константа единица или Константа нуль - на входах сумматора 26 появится одна из комбинаций с четным числом единиц, поэтому сигналом с инверсного выхода сумматора 26 триггер 27 будет установлен в 1. Триггер 27 предназначен для индикации отказа шины 3. Линия 24 локализации отказа с элементами ИЛИ 28 позволяет фиксировать место отказа с точностью до одной информационной шины 3. В случае отсутствия линии 24 отказ одной шины 3 вызьгоал бы установку в 1 триггеров 27 узлов контроля, подключенных к шинам 3, 3 входящим в маршрут. При этом последующие узлы контроля фиксировали бы не отказ, а факт передачи искаженного в шине 3 кода.

47 6

Подключение линии 24 к входу установки в О триггера 27 и к входу элемента 28 позволяет установить в О триггеры в узлах 22 контроля, подключенных к шинам з , 3 ... . В результате только на линии 12 индикации отказов появится сигнал, указывающий на. отказ шины 3°. Этот сигнал позврляет разрушить маршрут, включающий шину 3 .

Формирователь .32 предназначен для выборки сигнала, управляющего выдачей теста Все единицы, с задержкой

переднего фронта на время, достаточное для срабатывания устройств 4 управления обменом и коммутаторов 1 при разрушении маршрута. Элементы ИЛИ 29 и И 30 позволяют, установить, не зафиксирован ли ранее отказ- той же информационной шины 3, Если отказ ранее не фиксировался, то не было и процесса восстановления, поэтому в регистре 21 все триггеры будут находиться

в состоянии О, Поэтому сигнал с выхода формирователя 32 пройдет через элемент И 30 на линию 18 управления восстановлением и на вход элемента 31 задержки. Начнется процесс восстановления, в результате которого в регистр 21 поступит номер отказавшей линии. Триггер 27 после восстановления шины 3 будет установлен в О сигналом с выхода элемента 31 задержки. При новом отказе той же шины прохождение сигнала через элемент И 30 будет запрещено, поэтому процесс восстановления не повторится, и триггер 27 не будет сброшен в О, Это будет свидетельствовать о неустранимом отказе.

Коммутатор 1 (фиг,4) -содержит элементы И 33 и элементы И-ИЛИ 34, Элемент И 33 вырабатывают управляющие воздействия на коммутирующие элементы И-ИПИ 34, К входам каждого элемента И 33 попарно подключены линии 5 управления, именлцие те номера, которые имеют соединяемые шины 3. Обозначения на фиг,4 кцеют такой смысл. Каждой линии 5 сопоставлена пара параллельных информационных шин 3, предназначенных для передачи информации между двумя коммутаторами 1 в противополож-

ных направлениях. Например, линия з соответствует паре шин: 3 и 3, ,При необходимости соединить две пары . шин 3 следует возбудить две линии 5 управления, которые сопоставлены каж

7 1

дои паре. Выход элемента И 33 управляет коммутацией двух пар информационных шин, номера соединенных шин раз разделены наклонной чертой. Связи выхода каждого элемента И 33 через инверторы с входами других элементов И 33 необходимы для того, чтобы после установления коммутатором 1 соединения между двумя парами шин 3 исключить подключение к ним новых информационных шин 3 в том же ко ммутаторе в случае возбуждения, других линий 5 управления.

Устройство 4 управления обменом (фиг.5) содержит элемент ИЛИ 35, группу 36 элементов ИЛИ, схему 37 сравнения, память 38 маршрутов, схему 39 сравнения, элемент И 40, триггер 41, элемент 42 задержки, группу 43 элементов И.

Назначение блоков и связей следующее. Память 38 маршрутов хранит коды маршрутов от данного абонента, например 2 ко всем остальным абонентам. Единица в Р-й позиции k-й ячейки означает, что информационные шины и входят в маршрут от абонента 2 к абоненту 2 . Например (фиг.1), в ячейке N памяти 38 маршрутов в устройстве 4 управления обменом единицы содержатся в позициях с номерами 1, 2, 6, т.е. в маршрут от абонента 2 к абоненту 2 входят информационные шины 3 и 32 , 33 и 3 % 3 и 3 . Обращение в памяти 38 маршрутов производится в соответствии с адресом абонента-адресата, вьщеляемым абонентом- инициатором по адресной шине 8 и удерживаемым в течение обмена. Элемент ИЛИ 35 при поступлении адреса вырабатьтает, сигнал, вызывающий срабатывание устройства 4. Схема сравнения определяет возможность захвата, маршрута. Она содержит элементы И, входы каждого из которых подключены к информационному выходу памяти 38 маршрутов и к соответствующей линии 5 ; управления, а выходы объединены элементом ИЛИ-НЕ, выход которого есть выход схемы 39.

Возможность захвата маршрута выявляется сравнением кода маршрута с состоянием линий 5, отражающих занятость соответствующих пар шин 3. 1 на выходе схемы 39 сравнения появляется, если на выходе всех элементов . И О, Такое состояние возможно, когда пара шин 3, входящая в маршрут.

478

свободна (О на соответс.твующей линии 5) либо пара шип 3, пусть даже занятая, не входит в маршрут (О на соответствующей линии выхода памяти

38).

Триггер 41 обеспечивает захват маршрута выдачей разрешающего сигнала на вход группы 43 элементов И. Тем

самым на линии 5 управления пропускается код мар.шрута, что позволяет произвести необходимые соединения в коммутаторах 1. Захват осуществляется при выполнении следующих условий: наличие адреса на адресной шине 8 и разрешающего сигнала от схемы 39 сравнения, поступление импульса по линии 6 опроса и отсутствие запрета от схемы 37 сравнения - тогда сработает элемент И 40. Группа 36 элементов ИЛИ попарно объединяет линии 12 индикации отказов для каждой пары параллельных информационных шин 3. Сигнал на выходе элемента ИЛИ указанной группы 36

свидетельствует об отказе одной из пары соответствующих шин 3.

Схема 37 сравнения запрещает использование маршрута, который содержит отказавшую информационную шину 3,

Если отказ произойдет во время обмена данными, то схема 37 обеспечит разрушение соединения. Схема 37 сравнения содержит группу двухвходовых элементов И, объединенных элементами ИЛИ, Входы каждого элемента И соединены с выходом элемента ИЛИ группы 36 и с соответствуннцей линией выхода памяти. 38 маршрутов. Сигнал на выходе схемы 37 появится, если произойдет совпадение хотя бы в одном элементе И, что означает .использование в маршруте отказавшей шины 3. Этот выходной сигнал установит в 0 триггер 41, поэтому с линий 5 управления будет снят код маршрута и соединение разрушится. Попытки захвата такого маршрута окажутся безрезультатными, пока действует сигнал запрета с выхода схемы 37 - элемент И 40 не сработает.

Элемент 42 задержки предназначен для задержки сигнала в линии 6 опроса на время, достаточное для установления соединения.

Система коммутации функционирует

следующим образом. После включения

.,

устанавливаются в нуль регистры 15

и 21, триггеры 27 во всех блоках 9 восстановления и в блоках 10 контроля и управления. Это осуществляется сиг

налом начальной установки, подаваемым на входы, установки в О всех элементов памяти, В памяти 38 марифу- тов каждого устройства 4 управления обменом содержатся коды маршрутов между абонентами 2, Схемой 7 начального запуска формируется сигнал, начинающий циркулировать по линии 6 опроса.

Абонент-инициатор при нео.бходимос- ти произвести обмен с абонентом выдает адрес.последнего по адресной шине 8 в смежное устройство 4 управления .обменом и удерживает его до конца обмена данными. По адресу из памяти 38 считывается код маршрута, в схеме 39 сравнения определяется, .свободны ли все информационные шины 3, входящие в маршрут, а схемой 37 сравнения выявляется их исправность, т.е. производится проверка условий захвата маршрута. С приходом импульса по линии 6 опроса при вьтолнении условий устанавливается в 1 триггер 41, разрешающий вьщачу на линии 5 управления кода маршрута. Возбуждение определенных линий 5 вызывает соединение коммутаторами 1 информационных шин, входящих в маршрут. Абоненты выполняют обмен данными, после .чего абонент-инициатор снимает адрес с адресной шины 8. На выходе элемента ИЛИ 35 появляется О, устанавливающий в Состояние О триггер 41. Тем самым Iзапрещается выдача кода марпфута.на Iлинии 5 управления. Коммутаторы 1 разрушают установленное соединение. I При отказе из- линий информацион- |Ной шины 3 узел 22 контроля в блоке |10 контроля фиксирует отказ - уста- :навливается в 1 триггер 27. Вьща- ется. сигнал по линии 12 индикации отказов, запрещающий использовать шину 3 для обмена, а в случае, если она использовалась в момент отказа, обеспечивающий разрушение соединения.

По линии 18 управления восстановлением в распределитель 20, в формирователь 16 и в группу 13 элементов ИЛИ поступает сигнал. На выходах группы 13 элементов ИЛИ появляется тестовое воздействие - с 1 по всем линиям шины 3 . По сигналу на первом выходе распределителя 20 результат hrecTa заносится в регистр 2.1 . Спустя Время, достаточное для срабатьшания Триггеров регистра 21, распределитель 20 формирует на втором выходе сигнал.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

поступающий на счетные входы триггеров регистра 21„

В узле 22 контроля на выходе элемента 30 появляется сигнал О по окончании работы формирователя 32 и по линии 18 передаются О. Группа 13 элементов ИЛИ вьфабатьтает тестовое воздействие - О по всем линиям щи- ны З , так как на всех трех входах каждого элемента ИПИ этой группы О. По новому сигналу на первом щ.1ходе распределителя 20 результат теста заносится в регистр 21.

Как рассмотрено ранее, описанные тесты позволяют получить S регистре 21 позиционный код номера отказавшей линии в шине 3. По сигналам с третьего выхода распределителя 20 и с выхода формирователя 16, вырабатьюае- мым одновременно, номер из регистра 21 по шине 11 шлейфа, через блок 9 () по.щине ( поступает в регистр 15 блока 9 . Включаются мультиплексор 1А в блоке 9 восстановления и селектор 19 в блоке 10 контроля, подключая вместо отказавшей резервную линию 17 в шине 3 . Процесс восстаноэления завершается. Сигналом с выхода элемента 31 задержки устанавливается в О триггер 27. Снимается сигнал с линии 12 индикации отказов. Вновь разрешается использовать восстановленную информационную шину ,3.

В случае повторного отказа той же шины 3 установится в 1 триггер 27, будет вьздан сигнап по линии 12, запрещающий использование этой шины, однако восстановление не начнется, ибо ресурсы исчерпаны. Наличие 1 в регистре 21 обусловит запрет прохождения сигнала с выхода формирователя 32 через элемент И 30 на линию 18 управления восстановлением.

Формула изобретен и я

cvicTewiii, вход опроса первого устройства управления обменом подключен к выходу схемы начального запуска, вход перезапуска которой соединен с выходом опроса Н-го устройства управления обменом, выход опроса а-го устройства управления обменом (а 1, , Н-1) соединен с входом опроса (а+1)-го устройства управления обменом, входы- выходы управления всех устройств управлений обменом подключены к входам управления всех коммутаторов, отличающаяся тем, что, с целью ускорения восстановления системы при отказе информационных шин, в нее введены Л блоков восстановления, причем в-й информационный выход с-го коммутатора (в 1, ..., Л, с 1, ..., М) соединен с информационным входом в-го блока восстановления, выход-вход которого соединен через в-ю информационную шину с первым входом номера отказавшей линии (в+1)-го блока восстановления и входом-выходом в-го блока контроля, информационный выход которого .подключен к д-му информационному входу е-го коммутатора (д 1, ..., Л, е . 1, ..., М, с # е), .выход номера отказавшей линии в-го блока контроля соединен с вторым входом номера отказавшей линии (в+1)-го блока восстановления, (д+1)-й информационный выход е-го коммутатора подключен к инфор мационному входу (в+1)-го блока восстановления, выход-вход которого соединен через {в+1)-ю информационную шину с первым входом номера отказавшей линии в-го блока восстановления и входом-выходом (в+1)-го блока конт- роля, информационный выход которого подключен к (в+1)-му информационному входу с-го коммутатора, выход номера отказавшей линии (в+1)-го блока онт- роля соединен с вторым входом номера отказавшей линии в-го блока восстановления, выходы индикации отказов всех блоков контроля подключены к в входам индикации отказов всех устройств управления обменом.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ключей к и гформациониым входам селектора и регистра, выходы которого соединены с входами управления селектора, с входами второго элемента PlflH и с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых образуют выход номера отказавшей линии блока, информационньй выход селектора подключен к входу сумматора по модулю.два я информационному выходу блока, разряд локализации отказов выхода селектора подключен к первому входу сброса триггера и первому входу первого элемента ИЛИ, инверсный выход сумматора по модулю два соединен с . входом установки триггера, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым инверсным входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, выход элемента И соединен с тактовым входом распределителя, с входом разряда управления информационного входа-выхода блок.а и через элемент задержки с вторым входом сброса триггера, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выходом индикации отказов блока и с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к разряду локализации -отказов выхода блока, первый и второй выходы распределителя подключены к установочным входам регистра, а третий выход - к вторым входам элементов И группы.

gjus.if

L.

. 2

О/в21

фиб,

.

0U6,y