Устройство для ввода-вывода информации Советский патент 1990 года по МПК G06F3/00 

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано для ввода-вывода информад.ии в цифровых вычислительных управляющих машинах, работающих в реальном масштабе времени, и является усовершенствованием известного устройства по. авт.св. № 1275414.

Цель изобретения - повышение на- дежности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для ввода-вывода информации; на фиг. 2 - иллюстрация работы блока приемопередатчиков; на фиг. 3-- схема блока мажоритар1-1ых элементов; на фиг. 4 - схема блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; на фиг.5 формирование управляющего слова; на фиг. 6и7- временные диаграммы; на фиг. 8 - алгоритм работь устройства. Устройство содержит мультиплексор 1э приемный регистр 2, приемопередатчик 3, третий элемент ИЛИ 4, регистр 5 а,цреса ввода, блок 6 мажоритарных элементов, 7 адреса вывода, блок 8 памяти, информационную шину 9, первый 10, второй 11, третий 12, четвертый 13 и пятый 14 управляющие вхо- |ды, первый 15 и второй 16 элементы

I ИЛИ, командный регистр 17,. блок 18

I элементов ИЛИ, информационные входы

I 19, информационные выходы 20, канал

I 21 обмена с ЦВМ, блок 22 приемопереI датчиков. В состав блока 8 памяти вхо

: дят регистры 23 и блок 24 элементов

; ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В состав блока 22

:-входят второй 25, третий 26 и четIвертый 27 приемопередатчики и элеj мент 28 задержки .

Блок 6 мажоритарных элементов представляет собой постоянное запоминающее устройство, у которого ячейки (А 4 -А о 00000000)2 и (А,.. ХХ1 1 1 I 1 I 11 )2 прошить так, что им со- ответствуют коды (Л. . .А ): ячей-, кам (0000000, КХХА...Ао)2 и (1111111 ХХХА4... .Ад) - (А.. . .Ар), ячейкам (00000 Aq...A5- 00000) и (ПШ Ад. ..А nill) - (Ад...А5.), осталь- ным ячейкам (А А-,3 «А, АО) - результат выполнения операции поразрядного мажорирования

maj {(А,4...), (А. . .Ag.)., (А4...Ао)2 .

Фиг. 2 иллюстрирует работу блока 22, показывает как обеспечивается расшию

15 20 25 30

35

40

4550 5

рение числа адресуемых информационных входов-выходов. На фиг. 2 обозначены: структура 29 адреса, передаваемого по каналу 21 связи с ЦВМ, младшие разря- .ды 30 адреса, передаваемые по младшим ли1шям канала 21 связи с ЦВМ и ин- .формационной шине 9, старшие разряды 31 адреса, определяющие канал, к которому происходит -обращение ЦВМ, разряды 32 адреса, дублируемые с помощью блока 22 на старшие линии информационной шины 9, структура 33 адреса, выдаваемого на информационную пшну 9, ю - .разрядность ад1)еса информационного входа или выхода.

Блок 6 мажоритарных элементов (фиг. 3 а) представляет собой постоянное запоминающее устройство 34, прошитое в соответствии с фиг, 36 и формирующее адрес 35 информационного входа 19 и информационного выхода 20. Блок 24 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (фиг. 4) представляет собой набор элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36. На фиг. 4 обозпачеьш старитая 37 и младшая 38 половины информационной шины 9, по которым одновременно передается соответственно первое и второе слова (39 - размеры этих слов), из которых блок 24 формирует управляющий код 40, записываемый в один из регист- ров 23.

Фиг. 5 иллюстрирует формирование управляющего слова, записываемого в регистры 23. Приведен пример отказа нескольких линий шины 9, причем в кружках показан вид отказа данной шины (константный нуль или единица). Для этого примера приведены соответст- вуюш 1е-ему первое 41 и второе 42 слова ошибок, общее слово 43 ошибки и примеры уцравляющего слова 44, J :OTO- рое необходимо записать в регистр 23. Показаны соответствующие ему и виду отказов линий сформированные управляющей ЦВМ первые 45 и вторые 46 слова, вьщаваемые ею на шину 9, и первые 47 и, вторые 48 слова, поступающие на вход блока 24 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Временная диаграмма сигналов по фиг. 6 характеризует работу устройства при вводе информации, в ЦВМ, временная диаграмма сигналов по фиг. 7- при работе устройства на вывод инфор-, мации. В приведенном алгоритме работы устройства при вводе информации в ЦВМ (фиг. 8) п обозначает число под51

ряд отказавших линий информационной шины 9.

Устройство может быть реализовано на микросхемах: мультиплексор - К561КП2; приемный регастр 2 - К561ИР К531ИР11; приемопередатчики 3 и 25- 27 - 588ВА1; элементы ИЛИ 4, 15 и 16 - 555ПЛ1; регистры 5, 17 и 23 - 588ИР1; регистр 7 адреса вывода - 588ВТ1; блок 6 мажоритарных элементов - 568РЕЗ; элементы ИСКЛЮЧА ОЩЕЕ ИЛИ 36 - К555ЛП5; элемент 28 задержки - .интегрирующая НС-цепочка с диодом, включенным параллельно резистору, катод диода соединяется с выходом элемента 28. Последний обеспечивает задержку поступления фронта 1/0 сигнала СНА с первого управляющего входа 10 устройства на прямой и ин- верснйй управляющие входы выбора криталла второго 25 и третьего 26 приемопередатчиков соответственно (фиг. 6 и 7), 4Td обеспечивает фор ирование блоком 22 структу 33 (фиг. 2) адреса, выдаваемого на информационную шику 9.

Временные диаграммы сигналов на управляющих входах 10-12 устройства как при вводе, так и при вьшоде информации полностью соответствует временной диаграмйе унифицированного интерфейса микро-ЭВМ Электроника-60.

В дополнение к сигналам на входах 10-12 с помощью командного регистра 17, запись в который проходит по . фронту 1/0 на первом входе 10, и элементов ИЛИ 15 и 16 формируются сигналы, определяющие канал ввода или вывода, к которому происходит обращение управляющей ЦВМ. Эти сигналы формируются из двух старших разрядов адреса, передаваемых по входам 13 и 14, соответствующим старшим разрядам внутренней информационной шины управляющей ЦВМ. Таким образом организуется двухуровневая адресация (старшие, разряды адреса определяют канал, к которому происходит обращение управляющей ЦВМ, мпадпме служат для адресации внутри самого канала). Двухуровневая адресация, формирование сигналов адресации из сигналов внутренней информационной шины ЦВМ и вьща- ча их в качестве управлякнцих обеспечивают обращение к любому каналу при. отказе части линий информационной шины 9.

56946

Устройство для ввода-вывода информации работает следующим .образом, - Адрес информационного входа 19, с которого вводится информация, выдается управляющей ЦВМ при обршцении к каналу 21 и заносится в регистр 5, с выхода которого а,црес поступает на адресные входы мультиплексора 1. пись в регистр 5 происходит по фронту 1/0 сигнала на входе 10, считы- .. вание - по нулевому сигналу на выходе элемента ИЛИ 15. Информация с выбранного информационного входа 19 сра15 ЗУ е записывается в регистр 2 по появлению кулевого уровня сигнала на выходе элемента ИЛИ 15. Ввод в управляющую ЦВМ происходит по появлению нулевого уровня сигнала одновременно

20 на вьгходе элемента ИЛИ 15 и на входе 11 устройства, связанных с первым и вторым управляющими входами приемопередатчика 3 и первым управляющим входом блока 22, При выводе из ЦВМ

25 информации (управляющего слова) в какал 2 она через блок 22 и блок 8 памяти поступает на информационный выход 20 устройства с адресом, запи- :санным ЦйМ в регистр 7 адреса вывода,

30 представляющий собой регистр с дешифратором на выходе, сигналы с которого поступают на первые входы элементов ИЛИ блока 18, определяя выбор регистра 23 в .блоке 8 памяти, в который при

з выводе управляющего слова происходит запись. Запись в регистр 7 происходит по фронту 1/0 сигнала на входе 10 уст тройства. Запись в этот или иной регистр 23 блока 8 памяти происходит

4( при наличии нулевого уровня сигнала на выходе соответствующего второму регистру элемента ИЛИ блока 18, появляющегося при одновременном наличии кулевых уровней сигналов на выходах

45 элемента ИЛИ 16, третьем входе 12 устройства и на выходе регистра 7 адреса вывода, связанном с входом соответ : ствующего элемента ИЛИ блока 18, Ре- - гистры 7 и 23 постоянно открыты по

50,выходу. .

i В цифровых управляющих системах особую важность имеет ззщ1та информационных шин (в устройстве шина 9), которые включают большое число линий.

55 G информационной шиной 9 соединено большое число буферов (регистров, приемопередатчиков), отказы которых приводят к отказу линий, связанных с . ними. Неисправность в схеме управления буферов может привести к постоянному его открытию на шину 9 и невозможности передачи информации сразу п части информационной шины 9 в пределах разрядности буфера. Неисправность линий информационной шины выявляется в результате тестового контроля, осуществляемого управляющей ЦВМ. В случае обнаружения неисправности ;й1ний информационной шины 9 производится идентификация отказавшей линии.

Получение правильного кода входной информации имеет особую важность дпя управляющей ЦВМ в системе автома- тического регулирования, так как искажение даже младших разрядов этого кода приводит к существенному снижению качества регулирования. Ввод правильной информации достигается аппа- ратным циклическим сдвигом с помощью регистра 2 вводимого цифрового кода. Циклический сдвиг записанного в ре- гистр 2 цифрового кода входной вели- I чины происходит по окончании считьюа- ния управляющей ЦВМ информации с канала ввода (по фронту 0/1 сигнала с выхода элемента ИЛИ 4), В случае исправности всех линий шины 9 управляющая ЦВМ просто считывает код вводимой величины из регистра 2 через приемо- передатчик 3 и блок 22. В случае отка 1 за одной из линий шины 9 управляющая I ЦВМ считывает информацию из регистра ; 2 дважды: вводится сам код входной I величины и он же, но циклически сдви- нутый, что позволяет управляющей ЦВМ iполучить верные значения разрядов ко- да, выдаваемые первоначально на неисправную линию шины 9. В случае отказа нескольких линий шины 9 управляющая ЦВМ столько же раз считывает код из регистра 2, получая значения самого кода входной величины и этого же кода, но циклически сдвинутого на один, два и более разрядов (фиг. 8) ;

Устройство обеспечивает правильную адресацию информационных входов 19 и выходов 20 устройства, вьюод правильного управляющего слова при различных отказах информационной шины 9.

При передаче адреса информационных входов 19 и выходов 20 шина 9 является функционально избыточной, так как дпя

адресации достаточно нескольких линий шины 9, а остальные не используются. Становится возможным вьщавать адрес информационных входов 19 и выходов 20 одновременно на три и более

г,

15 70 25 зо ,,, о 5

Q

5

групп линий шины 9, выделять правильный адрес с помощью блока 6 мажоритарных элементов. Но эта вьщача адреса происходит лишь по мпадшим линиям шины 9, так как из старших разрядов адреса, определяющих канал устройства (или модуль внутри ЦВМ), к которому происходит обращение, формируются управляющие сигналы (выходы элементов ИЛИ 15 и 16), в результате чего старшие линии шины 9 при передаче адреса фактически не используются. Это позволяет с помощью блока 22 продублировать на эти линии младшие разряды адреса (фиг. 2), использовать всю . разрядность шины 9 дл адресации информационных входов 19 и выходов 20 и тем самым увеличить их число, и расширить возможности системы и область ее применения. При выдаче адреса второй приемопередатчик 25 оказывается закрытым (на инверсном управляющем входе выбора кристалла поддер- живается пассивный для него единичный уровень сигнала), а на старшие линии информационной шины 9 выдаются младшие разряды адреса через третий приемопередатчик 26 (на его прямом управляющем входе выбора кристалла - активный для него единичный уровень сигнала). При вводе и выводе данных закрыт третий приемопередатчик 26, а передача информации идет через второй 25 и четвертый 27 приемопередатчики в направлении, соответствующем сигналу на первом управляющем входе блока 22,

Формирование адреса информационных входов 19 и выходов 20 устройства осуществляется блоком 6 мажоритарных элементов, выполненном на ПЗУ, прошивка которого (последняя строка таблицы на фиг. Зб) обеспечивает реализацию функции мажорирования, что обеспечивает парирование влияния отказов отдельных линий шины 9. Дополнительно блок 6 обеспечивает формиро- правильного адрейа (строки 1-4 таблицы на фиг. 36) и при отказе части (определяемой разрядностью используемых буферов) шины 9, соединенной с , половиной входов блока 6 мажоритарных элементов (например, при 16-разрядной шине 9 и восьмиразрядны х буферах). Возможно сохранение адресации и при одинаковом характере отказов (константный логический О или 1) в первой и третьей группах линий, по которым

9 6

передается адрес информационных входов 19 и выходов 20 (строки 5 и 6 таблицы на фиг. 36). Управляющая ЦВМ в этом случае выдает адрес по второй группе линий, а на все остальные линии вьщает сигналы логического, О или 1 в зависимости от вида отказа.

При выводе информации допускается меньшая по сравнению с информационной шиной 9 разрядность управляющего слова, что обусловлено тем, что погрешность квантования по уровню, возникающая при переходе управляющего воздействия в аналоговую форму, для систем автоматического управления с обратной связью невелика.

Управляющее слово формируется из первого и второго слов, выдаваемых ЦВМ, одновременно соответственно по старшей и младшей половинам шины 9 в результате выполнения над ними операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (фиг, 4). Тем самым при отказе даже линий в обеих половинах шины 9 (за исключением одно- временного отказа линий, по которым передаются одинаковые разряды слов) за счет переда.чи определенным образом сформированной информации по исправным линиям другой половины шины возможно обеспечить-- правильную передачу в канап вывода всех разрядов управляющего слова (фиг. 5).

Определение ЦВМ первого и второго слов, из которых формируется требуемое управляющее слово, происходит еле дующим образом (фиг. 5).

В результате тестового контроля ойределяются первое 41, второе 42 и общее 43 слова ошибок, записываемые в память ЦВМ. Первое 41 и второе 42 слова ошибок имеют логические I в разрядах, соответствующих разрядам линий старшей и младшей половин шины 9 с константными единичными отка-. зами, а общее слово 43 - в разрядах, соответствующих неисправным линиям обеих половин шины 9.

Второе 46 и первое 45 слова формируются ЦВМ в результате выполнения следующих операций;

(46) (41) V(44);

(45) {;(42) V (44) Л(43).

где Д и .Y - знаки логических опера-. ций И и ЙСКЛЮЧА1ШЩЕ ИЛIi. При передаче по информационной шиг не они из-за отказов в ней искажаются (слова 48 и 47, фиг. 5) и обеспе69410

чиБшот на выходе блока 24 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ЯП14 правильное управляю- щее слово. Запись его в той или иной регистр 23 происходит при наличии нулевого уровня снгнапа на выходе соответствующего 3TONry регистру элемента IIJE-i блока 18, появляющегося при одновременном наличии нулевых уровней 10 сигналов на выходе элемента ИЛИ 16, третьем входе 12 устройства и выходе регистра 7, связанном с входом соответствующего элемента 1ШИ блока 18.

15 Формула изобретения

1. Устройство для ввода-вывода ин- формадыи по авг.св, № 1275414, отличающееся 1ЕМ, что, с целью

20 повышения надежности устройства, в него введен блок приемопередатчиков, содержап(ий первый, второй и третий приемопередатчики, элемент задержки, .первые информационные входы-выходы

25 первого, информационные входы второго и первые информационные входат-вы- ходы третьего приемопередатчиков являются первыми информационными входами-выходами устройства, вторые инфор30 мационные входы-выходы первого, вы- ,ходы второго и вторые входы-выходы третьего приемопередатчиков являются вторыми информационными входами-выходами устройства, управляющий вход

JC направления передачи первого приемопередатчика соединен с управляющим входом направления передачи третьего приемопередатчика и является вторым управляющим входом устройства, пря40 мой управляющий вход выбора кристалла второго приемопередатчика соединен с инверсным управляющим входом выбора кристалла первого приемопередатчика и выходом элемента задержки, вход

45 которого соединен с первым управляющим входом устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л h чающееся тем, что блок памяти

50 содержит регистры и блок элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ 1-1ЛИ, первая и вторая группы входов которого являются информационными входами блока памяти, выходы блока элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЖ

55 Соединены с информационными входами регистров, входы записи которых являются входами записи блока памяти, вы ходы регистров являются выходами ка памяти.

37

3d

д .g. ...

4J ...Д. 2 0.@.O.O.Q.O.a.g

o,(5 fli. 0 Ф o,i2 (7,

«3

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ввода-вывода информации в цифровых вычислительных управляющих машинах, работающих в реальном масштабе времени и является усовершенствованием основного изобретения. Целью изобретения является повышение надежности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен блок 22 приемопередатчиков и дана новая реализация блока 8 памяти и блока 6 мажоритарных элементов. При этом при адресации информационных входов, выходов используется вся разрядность информационной шины, обеспечивается сохранение адресации при отказе части шины, сохранение разрядности выдаваемых управляющих слов при отказах в обоих половинах шины, 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Т

jy

, u i Jiltit i tii

4;v«V-«ff

«2к .Д . Ч.,g,,; .o.g..g./.g/g,

ВмдЮ

Вывод ВжодП

Ввод Вход 11

Вымд или 15

Вымд им 16

4ff ....У..7.;.

««««7K«tf J.Q..л

Фиг, 6

1615694

Ввод цифрового кода входного сигнала с регистра сдвига

Циклический сдвиг информации в регистре сдвига

Ввод информации с регистра сдвига

Циклический сдвиг информации, хранящейся в регистре сдвига

м/

Определение разрядов вводимого кода,соответств ующих неисправным разрядам информационной шины

Нет

«°

Да

Нет

м/

JW

Да