Многоканальное устройство приоритета для подключения к общей магистрали Советский патент 1992 года по МПК G06F9/50 G06F15/16 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах для организации доступа к общей магистрали, используемой для обмена информацией и является усовершенствованием изобретения по авт.св. N; 1386994:

Известно многоканальное устройство приоритета, содержащее в каждом канале элементы И-НЕ. элемент И, элемент НЕ и однонаправленный элемент. Недостатком устройства является возможность одновременного подключения нескольких каналов к общей магистрали. Известно многоканальное устройство приоритета, содержащее в каждом канале элементы И-НЕ, элементы НЕ и .элементызадержки . Недостатком устройства является низкая надежность за счет возможности одновременного подключения нескольких каналов к общей магистрали и низкое быстродействие,

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многоканальное устройство приоритета для подключения к общей магистрали, содержащее сигнальные выходы, каналы, каждый из которых включает запросный вход, элементы И. триггеры, элемент задержки, формирователь импульсов и информационный выход, причем в каждом Канале запросный вход соединен с первыми входами первого и второго .элементов И и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входами сброса первого и второго триггеров, нулевой выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и единичным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с третьим

входом второго элемента И, выход которого соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, единичный выход которого является информационным выходом, нулевой выход второ. го триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и вторым сигнальным выходом устройства, первый сигнальный выход устройства соединен с нулевыми входами первых триггеров всех каналов, третий сигнальный выход устройства соединен с входами сброса вторых триггеров всех каналов.

Известное устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии первый и второй триггеры всех каналов находятся в нулевом состоянии, а на запросные входы всех каналов от соответствующих абонентов (например, ЭВМ) поступают сигналы логического О (низкого уровня).

В случайные моменты времени ЭВМ (по мере возникновения необходимости передачи информации другим ЭВМ) устанавливают на запросных входах своих каналов сигналы логической 1 (высокого уровня). Далее рассмотрим работу одного из каналов, так как в остальных каналах работа осуществляется аналогичным образом. Единичный сигнал с запросного входа в рассматриваемом канале (например, в первом канале) через первый элемент И устанавливает первый триггер в единичное состояние, что обеспечивает установление на первом сигнальном выходе устройства сигнала логического О и, следовательно, закрывание первых элементов И всех каналов (таким образом, с данного момента времени в устройстве запросы от ЭВМ на захват общей магистрали не фиксируются). После установления на единичном выходе первого триггера сигнала логической 1 и до момента пропадания единичного сигнала на выходе первого элемента И на выходе второго элемента И установлен сигнал логической 1, который через элемент задержки и третий элемент И устанавливает второй триггер в единичное состояние.

Сигнал с единичного выхода второго триггера через информационный выход подается на соответствующую ЭВМ, сигнализируя ей о том, что общая магистраль (ОМ) ей захвачена и можно начинать передачу информации, а сигнал логического О с нулевого выхода этого триггера через второй сигнальный выход устройства закрывает во всех каналах третьи элементы И и, если одновременно с первым каналом осуществлялись попытки захвата ОМ другими каналами, у которых приоритет ниже (т.е. больше время задержки сигнала на элементах задержки), чем у первого канала, то эти попытки блокируются. Время задержки сигнала на элементе задержки в каждом канале отличается от времени задержки на элементе задержки в любом другом канале на величину интервала времени большую, чем необходимо для прохождения сигнала через третий элемент И. второй Триггер и второй сигнальный выход устройства между двумя наиболее удаленными каналами.

После того, как ЭВМ, подключенная к

5 первому каналу, закончит передачу информации, она устанавливает на запросном входе своего канала сигнал логического О. По отрицательному перепаду уровня сигнала на запросном входе первого канала в

0 этом канале формирователь импульсов формирует одиночный импульс, который устанавливает первый и второй триггеры этого канала, а через третий сигнальный выход устройства и первые триггеры в менее приоритетных каналах (где одновременно с первым каналом осуществлялась попытка захвата ОМ) в нулевое состояние. С этого момента устройство переходит в исходное состояние и далее его работа повторяется.

Таким образом, это устройство каждый раз при захвате ОМ анализирует приоритет абонента (ЭВМ или процессора) на что затрачивается время, в течение которого ОМ

5 простаивает. В вычислительной системе, использующей данное устройство, возможны ситуации, при которых абонент, принимающий информацию из ОМ от другого абонента, также выставляет вопрос на захват ОМ для передачи подготовленных сообщений другому абоненту. В этих ситуациях абонент-приемник (т.е. абонент, принимающий из ОМ информацию на данном этапе работы вычислительной системы)

5 после окончания приема информации возобновляет прерванную (на время приема информации из ОМ) программу и вновь ее прерывает (Для передачи информации) после того, как его канал захватит ОМ.

0 Этого прерывания можно избежать, если после окончания приема информации абонентом-приемником сразу предоставить ему ОМ (при условии, что он выставил запрос на захват ОМ). Это позволяет повь15 сить производительность вычислительной системы за счет сокращения количества прерываний программ абонентами, а также за счет сокращения затрат времени на захват ОМ, так как при этом отпадает необходимость в анализе приоритетов абонентов.

В пользу предлагаемой дисциплины можно привести, кроме указанных, следующие соображения. Если абонент получил Ответ (т.е. принял информацию из ОМ от другого абонента), то целесообразно сразу же предоставить ему возможность задать следующий Вопрос (выдать информацию в ОМ для другого абонента), если он подготовлен, а не накапливать в память очередь вопросов, для чего требуется увеличенная емкость памяти, которая в настоящее время является весьма дорогостоящей по сравнению с другими устройствами ЭВМ. Таким образом, предлагается смешанная (так как при низкой интенсивности запросов более вероятна дисциплина с относительными приоритетами, а при высокой интенсивности запросов - дисциплина с чередующимися приоритетами) внутрисистемная, дисциплина обслуживания запросов, согласно которой приоритет абонента зависит не только от его важности, но и от его актив-, ностипо приему информации. Следовательно, в предлагаемой дисциплине, кроме статических приоритетов, используется правило; Кто больше слушает - тот больше говорит, если ему есть что сказать. Такая дисциплина наиболее эффективна в децентрализованных системах, где важность абонентов различается не столь значительно.

Известное ycтpoйcтвo нe позволяет реализовать смешанную дисциплину обслуживания запросов при захвате ОМ, что снижает производительность вычислительной системы. Это является недостатком устройства.

Цель изобретения - расширение области применения за счет временного присвоения максимального приоритета абоненту в момент окончания приема им информации из общей магистрали.

Поставленная цельдостигается тем, что в многоканальное устройство приоритета для подключения к общей магистрали, содержащее первый, второй и третий сигнальные выходы, каналы, а в каждом канале запросный вход, информационный выход, первый, второй и третий элементы И, первый и второй триггеры, первый элемент задержки и формирователь импульсов, причем в каждом канале запросный вход соединен с первыми входами первого и второго элементов И и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входами сброса первого и второго триггеров, выход первого элемента И соединен с вторым входом второго элемента И и единичным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, выход последнего соединен с первым входом третьего элемента И, единичный выход второго триггера является-информацион5 ным выходом канала, первый сигнальный выход устройства соединен в каждом канале с вторым входом первого элемента И и с нулевым выходом первого триггера, второй сигнальнь1й выход устройства соединен в

10 каждом канале с вторым входом третьего элемента И и нулевым выходом второго триггера, третий сигнальный выход устройства соединен в каждом канале с выходом формирователя импульсов, введены в каждый канал второй элемент з:0держки, четвертый элемент И и элемент ИЛИ, причем в каждом канале ответный вход соединен с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входим четвертого элемента И, первый и третий входы которого соединены соответственно с запросным входом канала и нулевым выходом первого триггера, а выход- с вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход с единичным входом второго триггера.

На чертеже изображена структурная схема устройства,

Устройство содержит сигнальные выходы 1-3, каналы 4, каждый из которых включает запросный вход 5, элементы И 6-8, триггеры 9 и 10, элемент 11 задержки, формирователь 12 импульсов, информационный выход 13, элемент И 14, элемент ИЛИ

5 15,элемент 16 задержки и ответный вход 17.

Соединение выходов соответствующих

элементов каналов 4 на сигнальных выходах

1 и 2 реализует функцию МОНТАЖНОЕ И, а

на сигнальном выходе 3 - МОНТАЖНОЕ

0 ИЛИ. .

В каждом канале 4 запросный вход 5 соединен с первыми входами первого 6, второго 7 и четвертого 14 элементов И и входом формирователя 12 импульсов, выход которого соединен с входами сброса первого 9 и второго 10 триггеров, выход первого элемента И 6 соединен с вторым входом второго элемента И 7 и единичным входом первого триггера 9, единичный выход которого соединен с третьим входом второго элемента И 7, выход которого соединен с входом первого элемента 11 задержки, выход которого, соединен с первым входом третьего элемента И 8, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с единичным входом второго триггера 10. единичный выход которого является информаичонным выходом 13, ответный вход 17 через второй элемент 16 задержки соединен с вторым

входом четвертого элемента И 14, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 15, первый сигнальный выход 1 устройства соединен в каждом канале 4 с вторым входом первого элемента И 6, нулевым выходом первого триггера 9 и т|эетьим входом четвертого элемента И 14, второй сигнальный выход 2 устройства соединен в каждом канале 4 с вторым входом третьего элемента И 8 и нулевым выходом второго триггера 10, третий сигнальный выход 3 устройства соединен в каждом канале 4 с выходом формирователя 12 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Исходное состояние устройства характеризуется тем, что триггеры 9 и 10 во всех каналах установлены в О (не показано). При этом на первом 1 и втором 2 сигнальных выходах устройства устанавливаются единичные сигналы, а на третьем 3 - нулевой. Одновременно в каждом канале элементы И 6 и 8 открываются по вторым входам, а элемент И 14 - по третьему.

На запросных 5 входах присутствуют нулевые сигналы, чем закрыты элементы И б, 7 и 14 по первым входам. Кроме того, нулевым сигналом с ртветного входа 17 закрыт элемент И 14 по второму входу через элемент 16 задержки.

По запросным входам 5 подаются единичные потенциальные сигналы запросов на передачу информации обмена между ЭВМ. Этот сигнал снимается г1о завершению обмена.

По ответному 17 входу выставляется единичный уровень с момента начала приема информации соответствующей ЭВМ до момента завершения приема.

Сигналы запросов Moryt асинхронно поступать в случайные моменты времени. Так как эти сигналы могут поступать и одновременно, то приоритетность захвата общей магистрали каналом устанавливается временем задержки на элементе 11 задержки данного канала. Задержка на элементе 11 задержки в каждом канале устанавливается со значением, отличающимся от задержки на элементе 11 в других каналах на величину интервала времени большую, чем необходимо для прохождения сигнала по элементам В, 15 и 10 и сигнальному выходу 2 устройства между двумя наиболее удаленными каналами 4. При этом исключается возможность одновременного подключения нескольких каналов к ОМ.

Единичный сигнал с единичного выхода 13 триггера 10 каждого канала разрешает соответствующей ЭВМ начать передачу информации через ОМ другой ЭВМ. Одновременно сигнал с нулевого выхода триггера 10 этого же канала через сигнальный выход 2 устройства закрывает во всех каналах элементы И 8. При этом, если одновременно

осуществлялись попытки захвата ОМ менее приоритетными каналами, то эти попытки блокированы.

Рассмотрим работу устройства при наличии одновременно поступивших запросов от первой и k-й ЭВМ, когда первая ЭВМ должна передать информацию k-й, а k-я в свою очередь какой-либо другой ЭВМ.

При этих условиях в первом канале 4 единичный сигнал с входа 5, пройдя открытый элемент И 6, устанавливает триггер 9 в единичное состояние, что приводит к появлению на выходе 1 устройства нулевого сигнала, которым закрываются элементы И 6 по вторым входам во всех каналах. В k-м канале триггер 9 также устанавливается в единичное состояние. После этого блокируется воздействие поступающих запросов других каналов.

С помощью элемента И 6, триггера 9 и

5 элемента И 7 на входе элемента 11 задержки из потенциального сигнала, поступающего на вход 5, формируется одиночный импульс, длительность которого определяется параметрами элементов И 6, 7 и триггера 9. По этому импульсу, проходящему через элемент 11 задержки, элементы И 8 и ИЛИ 15 устанавливается в единичное состояние триггер 10 в первом канале 4. При этом сигнал с единичного выхода триггера 10 поступает на выход 13, разрешая первой ЭВМ передачу информации через ОМ в данном случае для k-й ЭВМ.

Одновременно нулевой сигнал с нулевого выхода триггера 10 первого канала закрывает элемент И 8 своего канала и через сигнальный выход 2 элементы И 8 во всех остальных каналах. Импул1 сный сигнал формируется также и и k-м канале элементами И б и 7 и триггером 9. Но тик как время

5 задержки элемента 11 в k-м канале больше, чем в первом, то после установки в единицу триггера 10 в первом канале нулевым сигна лом с его нулевого выхода через сигнальный выход 2 элемент И 8 в k-м канале закрывается по второму входу раньше, чем на его первый вход поступает импульс с выхода элемента 11 задержки k-ro канала.

После начала приема информации k-й ЭВМ на ответном входе 17 k-ro канала устанавливается единичный потенциальный сигнал, который через элемент 16 задержки. в k-M канале открывает по второму входу элемент И 14. Так как на входе 5 этого канала удерживаетсй единичный сигнал элемент И 14 также открыт и по первому входу. Этот

элемент закрыт по третьему входу нулевым сигналом с нулевого выхода триггера 9.

По окончании передачи информации первой ЭВМ на входе 5 первого канала снимается единичный сигнал. При этом отрицательным перепадом потенциала запускается формирователь 12 импульсов, и его единичным импульсом устанавливаются в нулевое состояние триггеры 9 и 10 в первом канале, а также через сигнальный выход 3 и триггеры 9 в менее приоритетных каналах, в которых осуществляется попытка захвата ОМ (т.е, в данном случае в k-м канале).

Единичным сигналом с нулевого выхода триггера 9 k-ro канала открывается элемент И 14 по третьему входу в k-м канале и на его выходе появляется единичный импульс, который формируется следующим образом. Так как на входе 5 k-ro канала присутствует единичный сигнал, элемент И 6 этого канала открывается и триггер 9 устанавливается в единичное состояние. При этом, пока триЬ гер 9 переключается из нулевого состояния в единичное, на третьем входе элемента И 14 поддерживается единичный сигнал. Данный элемент И 14 также открыт по второму входу за счет задержки единичного уровня сигнала с входа 17 k-ro канала благодаря элементу 16 задержки, так как в момент окончания приема информации k-й .ЭВМ единичный уровень с входа 17 k-ro канала снимается. Следовательно, на выходе элемента И 14 формируется единичный сигнал, длительность которого определяется временем переключения элемента И б и триггера 9 в k-M канале. Этим импульсом через элемент ИЛИ 15 в данном канале устанавливается в единичное состояние триггер 10, т.е. k-й канал 4 захватит ОМ и k-й ЭВМ начинает передачу информации. Далее работа устройства повторяется.

Таким образом, за счет исключения этапа анализа приоритета при захвате ОМ каналом, ЭВМ которого выставила запрос на захват ОМ и закончила прием информации от другой ЭВМ непосредственно перед освобождением магистрали, сокращается время на захват ОМ, т.е. увеличивается быстродействие устройства.

Для сравнительной оценки предлагаемого и известного устройства анализируют работу четырехмашинной вычислительной системы. Рассматривают случай, когда во время передачи информации через ОМ из первой ЭВМ во вторую ЭВМ на запросных входах третьего и четвертого каналов появились запросы на захват ОМ для передачи информации соответственно из третьей ЭВМ в четвертую и из четвертой ЭВМ в первую.

Пусть время обслуживания каждой ЭВМ (время передачи информации через ОМ) Тоб 8 МКС, время задержки сигнала на одном логическом элементе типа ИЛИ (или

5 И| равно Тлэ 2 мкс, т.е. Тоб 4 Тлэ, а время задержки сигнала на триггере (а также на формирователе импульсов) равно Тт Тф 2Т.ЛЭ. Исходя из этого время задержки на элементе задержки второго канала должно

10 быть не меньше 4 Тлэ (при условии, что увеличение номера канала соответствует уменьшению его приоритета, а задержка при распространении сигналов между наиболее удаленными каналами не превышает

15 Тлэ), третьего канала 8 Тлэ и четвертого канала 12 Тлэ. С учетом этого время задержки элемента 16 задержки должно быть равно 4

Тлэ.

При использовании базового устройства, после окончания обслуживания первой ЭВМ и освобождения ОМ третья ЭВМ обслужена через время Тз, обусловленное задержками сигнала в третьем канале на первом элементе И, первом триггере, втором элементе И, элементе задержки, третьем элементе И, втором триггере и временем собственно передачи информации через ОМ, т.е. Тз Тлэ + Тт + Тлэ + 8Тлэ + Тлэ + Тт + + Тоб 19 Тлэ, а четвертая ЭВМ-через время

0 Т4, обусловленное временем обслуживания третьей ЭВМ - Тз, временем освобождения ОМ - 6 Тлэ, временем захвата ОМ четвертым каналом 23 Тлэ и временем собственно передачи информации 4 Тлэ, т.е. JA 52 Тлэ.

5 Таким образом, среднее время обслу живания одной ЭВГу в этом случае равно Тб (Тз + Т4)/2 35 tлэ.

При использовании предлагаемого устройства третья ЭВМ также обслужена через

0 время Тз, а четвертая ЭВМ - через время, обусловленное временем Тз, а также задержками сигналов при срабатывании элементов при освобождении ОМ - 6 Тлэ. срабатывании элементов четвертого канала

5 ИЛИ 15, триггера 10 (так как анализ приоритета четвертого канала не производится) и временем собственно передачи информации через ОМ, т.е. Тп4 Тз + 6 Тлэ + Тлэ + Тт + + Тоб 32 Тлэ:

0 Таким образом, среднее время обслуживания одной ЭВМ в этом случае будет равно Тп (Тз + Тп4)/2 25 Тлэ.

С учетом этого относительный выигрыш в быстродействии при использовании предлагаемого устройства по сравнению с известным составляет В (Тб-Тп) 100/Тб 28%.

Формула изобретения Многоканальное устройство приоритета для подключения к общей магистрали по

авт.св. № 1386994, отличаю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет временного присвоения максимального приоритета абоненту в момент окончания Ьриема информации из общей магистрали, оно содержит в каждом канале второй элемент задержки, четвертый элемент И и элемент ИЛИ. причем в каждом канале ответный вход устройства соединен через второй элемент задержки с

первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с запросным входом устройства, третий вход четвертого элемента И соединен с нулевым выходом первого триггера, выхбд четвертого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом третьего элемента И и с единичным входом первого триггера.

Изобретение относится к вычислительной Технике и может быть использовано в многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах для управления, доступом абонентов к общей магистрали. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет временного присвоения максимального приоритета абоненту в момент окончания приема информации из общей магистрали. В каждый канал устройства введены элемент И, элемент задержки и элемент ИЛИ. Устройство позволяет в ситуациях, когда абонент, принимающий информацию через общую магистраль, стоит в очереди на захват общей магистрали, представлять ему магистраль без анализа его приоритета. В других случаях общая магистраль предоставляется абонентам в соответствии с их приоритетом. 1 ил.

1 А 1 .

а

/5

к

н

Т