Многоканальное устройство для подключения абонентов к общей магистрали Советский патент 1989 года по МПК G06F13/00 

. Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах.

Целью изобретения является повьше- ние быстродействия устройства.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока формирования максимального кода (пример для четырехразрядного кода приоритета).

Устройство содержит каналы 1, каждый из которых содержит шину 2 захвата магистрали,шину 3 ответа магистрали, шину 4 синхронизации магистрали, шину 5 кода приоритета магистрали, регистры 6-8, триггеры 9-13, блоки элементов И 14- 15, элементы И 16-21, элементы ИЛИ

22-27, элементы НЕ 28-30, элемент ИЛИ-НЕ 31, первый по пятый элементы задержки 32-36, узлы 37-38 сравнег ния, одновибраторы 39 и 40, блок 41 формирования максимального кода, блок 42 усилителей, регистр 43, блоки 44-45 коммутации, ключевые элементы 46-47, блоки 48-49 двунаправленных ключей, группу входов 50 кода приоритета абонента устройства, вход 51 конца обслуживания устройства, группу входов 52 кода сообщения устройства, выход 53 прерьшания устройства, группу входов-выходов 54 кода сообщения устройства, вход- выход 55 синхронизации устройства, выход 56 прерьшания устройства, вход 57 блокировки устройства, выход 58 блокировки устройства, группу

Q1

(

дов 59 блока 41, вход 60 разрешения блока А1, Сигнальный выход 61 устройства.

Блок 41 (фиг.2) содержит узлы 62 выделения приоритетного разряда, каждый из которых содержит элемент ИЛИ 63, элемент НЕ 64, элементы И 65 и 66, элемент И 67.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на шине 5, шине 2 захвата, шине 3 ответа, шине 4 синхронизации каждого канала 1 установлены логичекие О, регистры 6-8, триггеры 9-13 Каждого канала 1 находятся в нулевом состоянии, ключи блока 48 ключей каждого канала 1 открыты, т.е. первые входы-выходы блока 48 ключей всех каналов 1 соединены с вторыми входами-выходами этих же ключей, поэтому шина 5, шина 2 захвата, шина 3 ответа, шина 4 синхронизации всех каналов 1 образуют единую кольцевую магистраль, блоки 49 ключей всех каналов 1 закрыты, на сигнальном выходе 61 всех каналов 1 установлен логический О.

В случайные моменты времени при нал1Мии логического О на сигнальном выходе 6J каналов 1 абоненты устройства (например, ЭВМ) по мере необходимости передачи сообщений другим абонентам выдают на группу кодовых входов 52 сообщение, состоящее из кода источника и кода приемника, а на группу кодовых входов 50 - коды приоритетов. Код приоритета состоит из кода приоритета информации (массива сообщений), подготовленной для выдачи абоненту, и кода приоритета источника котбрый определяет важность абонента, подготовившего информацию, а код приоритета информации определяет ее важность . При настройке вычислительной системы коды приоритетов источников могут оперативно«изменяться, но они не могут быть одинаковыми у любых двух абонентов в данный момент време - ни.

Пусть абоненты, обращающиеся к каналам 1 для выдачи информации, называют абонентами-источниками, а абоненты, которым предназначена эта информация, назьшают абонентами-приемниками (аналогично назьшают и каналы). Далее рассмотрим работу ол

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ной пары каналов 1, так как в остальных каналах работа осуществляется аналогичным образом.

Рассматриваемый канал 1, к которому подключен абонент- {сточник , называют К-м каналом 1, а остальные каналы 1 нумеруют, начиная с рассматриваемого (т.е.), по порядку против часовой стрелки и называют Н-м кана- лом 1, к которому подключен абонент- приемник. Код приоритета записьшается в регистр 6, а код номеров абонента- источника и абонента-приемника записьшается в регистр 8, Поскольку блок 14 элементов И открыт сигналом с выхода элемента НЕ 28 и сигналом с выхода элемента НЕ 29, то код приоритета записывается в регистр 7 и с его выходов поступает на группу входов 59 блока 41 формирования максимального кода и на вторую группу входов .узла 37 сравнения. Старший разряд кода приоритета соответствует первому разряду кода приоритета информации. Поскольку коды приоритетов всех источников различны, то на группы входов 59 блоков 41 различных каналов 1 поступают отличающиеся коды. Так как на входе 60 блока 41 установлена логическая 1, то он начинает работать (при нуле на этом входе блок 41 отключен от шины 5).

Формирование кода на информационной шине 5 происходит последователь- н:о,начиная со старшего разряда. Если в старшем разряде кода приоритета на группе входов 59 блока 41 присутствует логическая 1.то срабатьша- ет элемент И 66 блока 41, в результате чего на первой цепи шины 5 появляется сигнал логической 1. Предполагается, что каждая из цепей шины 5 реализует функцию ПРОВОДНОЕ ИЛИ по отношению к сигналам логических 1, т.е. ло ическая 1, сформи- ровсШная, например, элементом И 66, передается в цепь независимо от состояния выходов аналогичных элементов И, расположенньк в других каналах 1.

Таким образом, на первую цепь выдают 1 все те блоки 41, у которых на входе старшего -разряда присутствует логическая |. Блоки 41, у которых на входах старших разрядов присутствуют логические О, не выдерживают конкурентной борьбы и отключаются от информационной шины, так как сигнал логической 1 от других

s

блоков 41 инвертируется элементом НЕ 6А. На выходе элемента ИЛИ 63. формируется логический О, закрывающий через элемент И 65. последующие узлы 62 и элемент И 67. Если ни один из блоков 41 не получил на вход старшего разряда сигнала логичекой 1, то в первой цепи шины 5 присутствует сигнал логического О, который, пройдя через элемент НЕ 64 в виде логической 1 приходит через элемент ИЛИ 63 и совместно с единичным сигналом на входе 60 открывает вход запуска следующего разряда.

Таким образом, при равных условиях в старшем разряде борьба переносится в следующий разряд и, спустя время успокоения системы (заранее известное и подсчитанное по наихудшему случаю при проектировании), на шине 5 устанавливается максимальный из кодов, поступающих на группы входов 59 блоков 41 различных каналов 1 Например, если коды, поступающие на группы входов 59 блоков 41 трех различных каналов 1.имеют вид: 1110, 1001, 0110, а на остальные каналы I устройства запросов на обмен не поступило, то на шине 5 устанавливается код 1110. Этот код поступает на первую группу входов узла 37 сравнения и в том канале 1, в котором на второй группе входов узла 37 сравнения установлен идентичный код (допустим, в К-м канале), с выхода узла 37 сравнения поступает единичный сигнал на первый вход элемента И.16, на второй вход которого поступает единичный сигнал через время задержки элемента. 32, рассчитанное на время успокоения системы, так как на выходе элемента ИЛИ 22 появляется единичный сигнал в момент появления на одной из цепей шины 5 сигнала логической 1. На третий вход элемен1

та И 16с выхода элемента НЕ 28 поступает сигнал логической I.

Таким образом, на выходе элемента И 16 появляется сигнал, устанавливающий триггер 10 в единичное состояние и запускающий одновибратор 39. С нулевого выхода триггера 10 через элемент ИЛИ-НЕ 31 на управляющие входы блока 45 и ключевого элемента 47 поступает сигнал логической I, кото рая разрешает работу блока 45 и отсоединяет второй вход-выход элемента 47 от его первого входа-выхода (форс/ ,

5240596

мируется разрьш шины 3 ответа). После появления кода приоритета на шине 5 блок 14 закрьшается сигналом логи- ческого О с выхода элемента НЕ 29, на вход которого с выхода элемента ИЛИ 22 поступает сигнал логической 1. Это предотвращает изменение кодов на группах входов 59 блоков 41 на

10 время формирования максимального кода на даформационной шине 5.

Сигнал с единичного выхода триггера 10 устанавливает на шине 2 захвата устройства и сиглальном выхо15 де 61 К-го канала логическую 1. Сигнал логической 1, проходя через элемент НЕ 28, отключает блок 41 формирования максимального кода, закрывает элементы И 16 и 1 и группу

20 14 элементов И. Единичный сигнал с выхода одновибратора 39 поступает на первьш вход элемента И 19, а также открьшает блок 15 элементов И. Сообщение из регистра 8 через блок 15 и

25 блок 42 усилителей поступает на информационную шину 5, причем код приемника поступает на группу информационных входов блока 45 К-го канала, а код источника - на группу информа30 ционных входов блока 44 Н-го канала.

Поскольку устройство имеет кольцевую структуру, то передача информации от абонента-источника к абоненту-приемнику может осуществляться по двум путям: кратчайшему пути (т.е. в том направлении, где между источником и приемником подключено меньше каналов) или по обходному пути (в противоположном направлении), Код приемника из шины 5 поступает на вторые группы информационных входов узлов 38 сравнения всех каналов 1, на первые группы входов которых поступает код адреса, подключенного к данному каналу абонента из регистров 43 адреса. На выходе узла 38 сравнения Н-го канала обмена возникает сигнал логической 1, который поступает на первый вход элемента И 20ц (с помо1цью индексов, например, К и Н обозначают принадлежность элемента к каналу обмена). В это время на выходах одновибраторов (генераторов одиночного импульса) 401 (где К 1,М) формируются кратковременные единичные сигналы, поступающие на вторые входы элементов И 20 (где ,М). Однако только на выходе од35

40

45

50

55

кого элемента И 20,, возникает единичный сигнал, который устанавливает триггер 2ц и триггер 1 1 j, в единичное состояние.

Сигнал логической 1 с единичного выхода триггера 11ц открывает блок 49ц ключей канала приемника, а сигнал логического О с его нулевого выхода устанавливает элемент И 18i в нулевое состояние. Си гнал логичес- Q ой 1 с единичного выхода триггера 12ц устанавливает на шине 3 ответа признак того, что абонент-приемник ычислительной системы выбран, а сигнал нулевого уровня с нулевого вы- 5 ода триггера 12ц через элементы Е 30 ц поступает в виде единичного сигнала на управляющие входы блока 4ц и ключевого элемента 46 ц канала-приемника. Блок 44 ц включается 2о в работу, а ключевой элемент 46ц разрьшает цепь шины 2 захвата. Работа блоков анализа коммутации осуществ- ляется по следующим правилам.

1.Если выполняется условие25 Н-К6Е(М/2), (1)

где , K:fH,

и между каналами К и Н свободны оба возможных пути передачи или свободен зо только кратг1айший путь, то формируется единичной сигнал на его первом выходе.

2.Если выполняется условие (1),

но между каналами К и Н свободен толь-., ко обходной путь, то формируется единичный сигнал на его втором выходе.

3.Если выполняется условие

(М/2),(2)

где , KtH, и между каналами К и Н свободны оба возможных пути передачи ипи-свобЬ- ден только кратчайший путь, то формируется едиличньй сигнал на его вто ром выходе.

4. Если выполняется условие (2) , но между каналами К и Н свободен только обходной путь, то формируется единичный сигнал на его первом выходРассмотрим случай, когда для абонента приемника Н-го канала обмена и абонента-источника К-го канала обмена выполняются правила 1 (или 4). Тогда сигнал единичного уровня с первого выхода блока 44 и поступает через элемент ИЛИ 26 на единичный вход триггера 13ц, а сигнал логического О G нулевого выхода этого

о

0

5

триггера поступает на выход 58 этого канала и через вход 57 (Н+1)-го канала закрьшает элемент И 21/ и, следовательно, закрьшает блок 48 ключей (Н+1)-го канала 1. Так как триггер 10ц абонента-приемника находится в нулевом состоянии, то на управляющий вход блока 43ц поступает сигнал нулевого уровня, запрещая его работу, при этом ключевой элемент 47 обеспечивает прохождение сигналов по цепи шины 3 ответа. Сигнал ответа, сформированный триггером 12|, по шине 3 поступает в К-ый канал обмена. На первом выходе блока 45ц формируется сигнал единичного уровня, которьй, проходя через элемент ИЛИ 25ц , поступает на едини гный вход триггера 9, а сигнал логического О с нулевого выхода этого триггера через элемент И 21| закрывает блок 48 ключей канала-источника, отключая первые входы-выходы Ключей этого блока ключей от их вторых входов-выходов. Единичный сигнал с третьего выхода блока 45ц поступает на второй вход элемента И 19|, кде перекрьшается во времени с единичным импульсом, сформированным одновибратором 39...

К

Единичный сигнал с выхода элемента И 19ц через элемент ИЛИ 27, устанавливает триггер 11ц в единичное состояние. Сигнал нулевого уровня с нулевого выхода триггера 11 у; устанавливает выход элемента И 18, в нулевое состояние, а единичньй сигнал с единичного выхода этого триггера открьшает блок 49ц ключей канала-источника, а также через элемент ИЛИ- НЕ 31 в виде логического О поступает на управляющий вход блока , запрещая его работу, и на управляющий вход ключевого элемента 47ц, что обеспечивает прохождение сигналов по шине 3 ответа. Блок 44, в работе не участвует, так как на его управляющий вход поступает сигнал логического О (триггер 12 находится в нулевом состоянии). , Единичный сигнал с выхода элемента И 19ц через время задержки элемента 35). поступает на выход 53ц, прерьшая работу абонента-источника.

Единичный сигнал с третьего выхода блока 44ц через время, равное времени задержки элемента Зб, сбра- сьшает триггер 12 и поступает на

вход 56, прерывая работу абонента- приемника. Сигнал единичного уровня нулевого выхода триггера 2 через элемент НЕ 30н отключает от работы блок 44 ц анализа коммутации. С этого момента возможна работа каналов К и Н в режиме обмена информацией. Абоненты, расположенные вне выделенного участка, при необходимости пере дать информацию могут соперничать за захват свободного участка магистрали Абонент-источник К-го канала обмена выдает на группу входов-выходов 54 и синхронизирующий вход-выход 55 соответственно сообщения и синхронизирующие импульсы, которые с второй группы входов-выходов блока 49)( ключей соответственно через шину 5 и шину 4 синхронизации поступают через блок 49(, ключей канала-приемника соответственно на группу входов-выходо 54ц и вход-выход 55ц канала-приемника.

После того, как все сообщения выданы, абонент-источник посьиает на вход 51 сигнал конца выдачи, который устанавливает в нулевое состояние регистр 6 канала-источника и через элемент ИЛИ 23 - регистр 7(( и триггеры 9-11 и 13 канала-источника. Триггер 10| устанавливает на шине 2 захвата сигнал логического О, сигнал логической 1 с нулевого выхода триггера 9 поступает на вход элемента И 21ц и, если на его другом входе присутствует сигнал логической 1 (соседний канал 1 не заня обменом информацией), то открьшается блок 48 ключей канала-источника, сигнал логического О с единичного выхода триггера 11) закрьтает блок 49| ключей этого канала.

Когда канал-источник установил сигнал логического О в шине 2 захвта, в канале-приемнике на выходе элемента И 17ц появляется сигнал логической 1, так как на его первом входе установлен сигнал логической 1 с выхода элемента 29ц, и на втором входе также установлен сигнал логической 1, поступающий с выхода элемента 33ц задержки, вход которого подключен к шине 2 захвата. Сигнал логической 1 с выхода элемента И 17р через элемент ИЛИ 23 ц установит в нулевое состояние триггеры 1 1 и 1З.канала триемника. Сигнал логического О с выхода триггера I lu

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

закрьгоает блок 49ц ключей, а сигнал логической I с нулевого вьосода триггера 13ц поступает на вход элемента И 21 следующего канала обмена и, если на его другом входе установлен сигнал логической 1 (следующий канал I не занят обменом информацией), то открьшается блок ,ч ключей следующего канала обмена.

Таким образом, устройство переходит в исходное состояние, если на других участках магистрали не осуществляется обмен информацией между абонентами.

В процессе дальнейшей работы, если через время задержки элемента 33ц задержки после выдани каналом 1-источником захвата (логической 1) в шину 2 захвата ответа не поступило, что свидетельствует о том, что канал 1-приемник занят обслуживанием, либо находится на заблокированном участке (между обменивающимися каналами), единичный сигнал с выхода элемента 34 ; задержки, на вход которого поступает одиночный сигнал с выхода элемента ИЛИ 24;, через элемент И 18ц, который открыт, так как триггер 11 находится в нулевом состоянии, через элемент ИЛИ 23 устанавливает триггеры 9к 10 к и регистр 7к в нулевое состояние и канал-источник возобнов,- ляет попытку установить связь с каналом-приемником, причем абонент- источник, получив сигнал логического О с выхода 61i;, может изменить содержимое регистров 6ц и 8ц.

Формула изобретения

Многоканальное устройство для подключения абонентов к общей магистрали, содержащее в каждом канале три регистра, четыре триггера, две группы входов элементов И, четыре элемента И, четыре элемента ИЛИ, два элемента НЕ, два элемента задержки, узел сравнения, одновибратор, блок формирования максимального кода, блок усилителей, два блока двунаправленных ключей, причем группа информационных входов- выходов блока формирования максимального кода подключена к шине кода приоритета магистрали, группа информационных входов первого регистра подключена к группе входов кода приоритета абонента устройства, вход сброса

первого регистра подключен к соответствующему входу конца обслуживания устройства, первая группа входов узла сравнения и группа входов первого элемента ИЛИ подключены к шине кода приоритета магистрали, группа выходов первого регистра соединена с группой информационных входов первого блока элементов И, выходы которог соединены с группой информационных входов второго регистра, группа выходов которого соединена с группой информационных входов блока формирован максимального кода и с второй группо входов узла сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с в вьтодом первого элемента ИЛИ и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с первым управляющим входом первого блока элементов И, второй управляющий вход которого сое динен с выходом второго элемента НЕ, с разрешающим входом блока формирования максимального кода, с первым входом второго элемента И, с третьим входом первого элемента И, выход ко- торого соединен с единичным входом первого триггера и с входом первого одновибратора, группа информационных входов третьего регистра подключена к группе входов кода сообщения устройства, выходы второго блока элементов И соединены с группой входов второго элемента ИЛИ и через блок усилителей подключены к кодам приоритета, к шине магистрали, первая группа информационных входов-выходов первого блока двунаправленных ключей соединена с группой выходов- входов кода сообщения устройства, первый вход-выход синхронизации первого блока двунаправленных ключей подключен к выходу-входу синхронизации устройства, вторая группа информационных входов-выходов первого блока двунаправленных ключей подключена к шине кода приоритета маги- страли, второй вход-выход синхронизации первого блока двунаправленных ключей подключен к шине синхронизации магистрали, первый вход третьего Элемента И является входом блокиров- ки устройства, нулевой выход второго триггера является выходом блокировки устройства, группа информационных

, ,, 5 Q

5

5

0

входов-выходов и вход-выход синхронизации второго блока двунаправленных ключей подключены соответственно к шине кода приоритета и шине синхронизации магистрали, управляющий вход второго блока двунаправленных ключей соединен с выходом третьего элемента

И, второй вход которого соединен с

р нулевым выходом третьего триггера

нулевой вход которого соединен с нулевыми входами первого, второго и четвертого триггеров, с входом сброса второго регистра и с выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с входом сброса первого регистра, Второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого через второй элемент задержки соединен с прямым выходом первого триггера и с соответствующим сигнальным выходом устройства, выход первого одновибратора соединен с управляющим входом второго блока элементов И, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к единичному входу четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ, вход-вы ход эахвата второго блока двунаправленных ключей соединен с входом второго элемента НЕ, прямым выходом первого триггера, прямой выход четвертого триггера соединен с управляющим входом первого блока двунаправленных ключей,о тличающееся тем, что, с целью повьш ения быстродействия устройства, в каждый канал введены пятый триггер, пятый и шестой элементы И, пятый и шестой элементы ИЛИ, третий элемент НЕ, третий, четвертый, пятый элементы эадержки, второй узел сравнения, элемент ИПИ-НЕ, четвертый регистр, первый и второй блоки коммутации, первый и второй ключевые- элементы, причем первый вход-выход первого ключевого элемента соединен с первым входом-выходом второго блока двунаправленных ключей и с первым информационным входом первого блока коммутации, второй- информационный вход которого подключен к второму входу-выходу первого ключевого элемента, к входу второго одновибратора и к первому входу-выходу второго блока двунаправленных ключей последующего канала, второй вход-выход

55

ФигГ

Фиг. г

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в многоканальных и многопроцессорных вычислительных системах с числом абонентов больше трех, использующих для обмена данными общую магистраль. Целью изобретения является повышение быстродействия. Устройство содержит блок формирования максимального кода, два блока двунаправленных ключей, четыре регистра, два блока элементов И, блок усилителей, пять триггеров, шесть элементов И, шесть элементов ИЛИ, три элемента НЕ, пять элементов задержки, два блока коммутации, узел сравнения. Устройство позволяет повысить производительность работы вычислительной системы при сокращении числа линий связи магистрали. 2 ил.