Устройство обмена данными распределенной управляющей системы Советский патент 1992 года по МПК G06F13/00 

гистр 4, генератор 5 адреса, элемент 6 сравнения, триггер 7 сброса, одновибратор 8, четвертый блок 9 магистральных элементов, третий блок 10 магистральных элементов, второй блок 11 магистральных элементов, первый блок 12 магистральных элементов, шестой блок 13 магистральных элементов, пятый блок 14 магистральных элементов, седьмой блок 15 магистральных элементов, магистральный элемент 16, третий элемент И 17, первый элемент И 18, второй элемент И 19, четвертый элемент И 20, пятый элемент И 21, второй коммутатор 2.2, первый коммутатор 23, второй (левый) вход - выход 24 шины управления и данных модуля 1 обмена, первый (правый) вход - выход 25 шины управления и данных модуля 1 обмена, выход 26 адреса абонента модуля 1 ббмена, вход 27 адреса модуля 1 обмена, 28.1-28.3 - входы управления обменом модуля 1 обмена, выход 29 признака окончания обмена модуля 1 обмена и соответствующие связи. Блок управления содержит блок памяти, счетчик адреса, элемент И-ИЛИ-НЕ, N групп триггеров по три триггера в каждой, первый и второй блоки элементов ИЛИ, элемент И, выход опроса, вход ответа, выход состояния, первый, второй и третий входы синхронизации устройства, вход сброса и соответствующие связи. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к од282 28/ газ 27 нородным сосредоточенным управляющим системам, построенным на основе микро- или миниЭВМ, и может найти применение при построении высокопроизводительных распределенных управляющих и вычислительных систем. Целью изобретения является повышение скорости обмена на основе организации магистрально-кольцевого способа обмена данными за счет обмена данными между несколькими парами абонентов общей шины одновременно. Устройство обмена данными распределенной управляющей системы содержит N модулей 1 обмена и блок управления. Модуль обмена содержит микроЭВМ 3, у которой 3.1 - вход- выход шины управления и данных. 3.2 - выход шины адреса, 3.3 - первый вход прерывания, 3.4 - второй вход прерывания, реП-а-т-О-йЧ Р I 18 1 СО с $ I « -25 х| 00 ю го о -2S Фиг.2

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к однородным сосредоточенным управляющим системам, построенным на основе микро- или миниЭВМ, и может найти применение при построении высокопроизводительных распределенных управляющих и вычислительных систем.

Известно устройство для подключения. ЭВМ и абонентов через общую шину, содержащее блок связи с магистралью, блок памяти, блок управления, генератор тактовых импульсов, дешифратор.

Недостатком этого устройства является низкая скорость обмена между абонентами.

Известно устройство для обмена данными на основе вращающейся шины (петли Пирса), .содержащее регистры, мультиплексор, триггер пуска, элементы И, буферный блок.

Недостаток этого устройства - большой объем оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эф-, фекту является устройство, содержащее микроЭВМ, генератор, счетчик, дешифратор, элемент 2И-М ИЛИ, триггер, блок элементов И, -N внешних устройств, магистраль, выход генератора соединен со счетным входом счетчика, m выходов которого соединены с информационным входом блока элементов И и входом дешифратора, N выходов которого соединены соответственно с первыми входами элемента 2ИтЫ ИЛИ, с вторыми входами этого элемента соединены соответственно выходы запроса N внешних устройств, выход элемента 2H-N

ИЛИ соединен с синхровходом триггера, на D-вход которого подается потенциал логической единицы, входы-выходы управления, адреса и данных микроЭВМ соединены с

общей шиной, которая соединена с входами-выходами внешних устройств, первый разряд общей шины соединен с управляющим входом блока элементов И, выход которого также соединен с общей шиной, второй

разряд общей шины соединен с R-входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом счетчика и входом прерывания микроЭВМ.

Недостатком известного устройства является низкая пропускная способность общей шины при обмене данными. Этот недостаток обусловлен самим магистральным принципом обмена данными, при котором одновременно обмен может

осуществляться только между двумя абонентами общей шины, и принципом централизованного управления обменом. Даже если внешние устройства являются самостоятельными микро или миниЭВМ, обмен между ними может быть осуществлен только посредством управляющей микроЭВМ, что приводит либо к непроизводительному простою последней в случае, если она только управляет обменом данными в системе (во

время обмена управляющая микроЭВМ простаивает), либо к дополнительной вычислительной нагрузке при организации обменом между внешними устройствами, которая снижает производительность микроЭВМ по решению основного класса задач.

Целью изобретения является увеличение скорости обмена данными между модулями обмена за счег организации магист- рально-кольцевого способа обмена данными с обеспечением возможности параллельного обмена между модулями обмена, что позволяет, повысить пропускную способность за счет организации обмена данными между несколькими парами абонентов, общей шины одновременно и гибкость устройства за счет возможности организации обходных путей обмена при повреждении магистрали обмена.

Сущность изобретения заключается в увеличении скорости обмена устройства путем организации одновременного обмена данными между несколькими модулями об- мена распределенной управляющей системы. Введение регистра, генератора адреса, элемента сравнения, счетчика, пятого элемента И. седьмого блока магистральных элементов и обусловленных ими связей не- обходимо для организаций поочередного опроса модулей обмена и выявления тех из них, кто хочет передать данные другому модулю обмена.

Введение триггера сброса, од нови бра- тора, первого элемента И. магистрального элемента и обусловленных ими связей необходимо для организации обнуления регистра и, таким образом, снятия запроса на обмен данными модулем обмена по. оконча- нии операции обмена. Введение второго элемента И, пятого и шестого блоков магистральных элементов и обусловленных ими связей необходимо для организации подключения шины управления и данных мик- роЭВМ к правому входу-выходу шины управления и данных модуля обмена.

Введение четвертого элемента И. третьего и четвертого блоков магистральных эле- ментов и обусловленных ими связей необходимо для организации подключения шины управления и данных микроЭВМ к левому входу-выходу шины управления и данных модуля обмена.

Введение второго элемента И, первого и второго блоков магистральных элементов и обусловленных ими связей необходимо для организации режима Транзит для дан- ного модуля, т.е. соединения между собой правого и левого входов-выходов шины уп- равления и данных модуля обмена. }

Введение первого и второго коммутаторов и обусловленных ими связей необходимо для получения сигналов прерывания, начало которых инициирует отработку мик- роЭВМ подпрограмм прерывания, обеспе- чивающих установление связи, необходимой при обмене данными, между. микроЭВМ двух различных модулей обмена.

В ведение блока памяти необходимо для хранения и выдачи информации о требуемом состоянии триггеров групп триггеров при обеспечении связи между любыми двумя модулями обмена.

Первый и второй блоки элементов ИЛИ, элемент И-ИЛИ-НЕ и обусловленные ими связи необходимы для определения возможности обеспечения обмена данными между двумя модулями обмена, где адрес передающего модуля обмена (инициатора обмена) в данный момент времени стоит на выходе счетчика адреса, а адрес приемного модуля (кому хочет передать) - на входе ответа модуля управления.

N групп триггеров по три в каждой и обусловленные ими связи необходимы для хранения сигналов, требуемых для обесепе- чения связи между парами модулей обмена. Эти сигналы, поступая на соответствующие входы управления модулей обмена, обеспечивают установку соответствующих режимов работы модулей обмена распределенной вычислительной сети. Элемент И блока управления и обусловленные им связи необходимы для обнуления соответствующих триггеров состояния по окончании обмена между модулями.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства обмена данными распределенной управляющей системы; на фиг. 2 - функциональная схема 1-го модуля обмена распределенной управляющей системы; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления распределенной управляющей системы; на фиг. 4 - временная диаграмма исмпульсов синхронизации устройства.

Устройство обмена данными распределенной управляющей системы (фиг. 1) содержит N модулей 1.1-1.N обмена (фиг. 2) и блок 2 управления (фиг. 3). Модуль обмена содержит микроЭВМ 3, которая включает вход-выход 3.1 шины управления и данных, выход 3.2 шины адреса, первый вход 3.3 прерывания, второй вход 3.4 прерывания, регистр 4, генератор 5 адреса, элемент 6 сравнения, триггер 7 сброса, одновибратор 8, четвертый 9, третий 10, второй 11, первый 12, шестой 13, пятый 14, седьмой 15 блоки магистральных элементов, магистральный элемент 16, третий 17, перв ый 18, второй 19, четвертый 20 и пятый 21 элементы И, второй 22 и первый 23 коммутаторы, второй (левый) вход-выход 24 шины управления и данных модуля 1 обмена, первый (правый) вход-выход 25 шины управления и данных модуля 1 обмена, выход 26 адреса абонента модуля 1 обмена, вход 27 адреса модуля 1 обмена, входы 28.1-28.3 управления обменом модуля 1 обмена, выход 29 признака окончания обмена модуля 1 обмена.

Блок 2 управления содержит блок 30 памяти, счетчик 31 адреса, элемент И-ИЛИ- НЕ 32, N групп триггеров 33.1-33.3 N по три триггера в каждой, первый блок 34 элементов 34.1-34.N ИЛИ. второй блок 35 элементов 35.1-35.N ИЛИ, элемент И 36, выход 37 опроса, вход 38 ответа, выход 39 состояния, первый 40, второй 41 и третий 42 входы синхронизации устройства, вход 43 сброса. МикроЭВМ может быть выполнена, например, на основе микропроцессоров Jnt 8080, МС 6800, которые имеют двунаправленную шину данных (вход-выход 3.1), шину адреса (3.2), управляющие входы (соответствующие разряды 3.1) и входы прерывания (3.3,3.4), захвата и готовности (соответствующие разряды 3.1). Обработка сигналов прерывания может осущеставляться в ЭВМ также с использованием блока прерываний и известных программ.

Регистр 4 предназначен для хранения адреса модуля 1.1 обмена, которому данный модуль 1.J обмена хочет передать какие-либо данные (, N; , N; jjfci). Генератор 5 адреса вырабатывает адрес данного модуля 1.1 обмена. Диапазон адресов модулей-обмена 1 - (2т-1), т.е. модуль обмена с нулевым адресом отсутствует.

Элемент 6 сравнения предназначен для организации поочередного опроса всех N. модулей обмена на предмет желания их передать данные какому-либо другому модулю обмена. Совпадение адресов на его входах означает, что данному модулю разрешается выставить на выход 26 адреса модуля адрес желаемого абонента - модуля-приемника, что происходит только в том случае, когда данный модуль обмена не используется как транзитный для связи двух других или принимает данные от другого модуля. Данную функцию выполняет элемент И 21.

Триггер 7 сброса, первый элемент И 18, одновибратор 8 служат для выработки сигнала обнуления регистра4 (снятия запроса на обмен) по окончании обмена, который инициирован данным модулем.

Первый 12 и второй 11 блоки магистральных элементов предназначены для обеспечения соединения между собой правого 25 и левого 24 входа- выхода шины управления и данных модуля обмена, . обеспечения режима Транзит -связи(1-1)- го модуля с (1+1)-м через 1-й по шине .управления и данных.

Третий 10. четвертый 9, пятый 14 и шестой 13 блоки магистральных элементов предназначены для подключения шины 3.1 управления и данных микроЭВМ к левому

24 и правому 25 входу-выходу шины управления и данных модуля обмена. Втордй 19, третий 17 и четвертый 20 элементы И служат для управления соответствующими блоками

магистральных элементов.

Первый коммутатор 23 служит для выработки сигнала прерывания, который поступит на вход 3.4 прерывания микроЭВМ 3 в случае, когда модуль 2 управления разреша0 ет данному модулю обмена начать обмен данными в ответ на его запрос.

Второй коммутатор 22 служит для выработки сигнала прерывания, который поступает на первый вход 3.3 прерывания

5 микроЭВМ 3 в случае, когда к микроЭВМ данного модуля обмена разрешено обращение микроЭВМ какого-либо другого модуля обмена. Счетчик 31 адреса предназначен для организации последовательного опроса

0 всех N модулей., он изменяет свое состояние отОдо(2т-1).

Блок 30 памяти предназначен для хранения требуемых состояний триггеров 33.1- 33.N групп триггеров, в которое

5 необходимо их перевести при организации обмена данными между модулями распределенной вычислительной системы. Все пространство блока 3, памяти разбито на сегменты объемом (2m-1)-x 3N. Количе0 ство сегментов зависит от числа модулей обмена в системе, максимальное (2т-2), где (1+М)Г(хГокругление х до большего целого). Разрядность адреса, поступающего на вход блока 30 памяти, равна 2m:m

5 старших разрядов, определяющих номер сегмента (сегмент с нулевым номером отсутствует), и m младших, определяющих номер строки в сегменте. Старшие разряды поступают с выхода счетчика 31, а младшие - с

0 выхода 38 ответа, т.е. с выходов 26 адреса модулей 1 обмена. Длина каждой строки равна 3N бит. Это обусловлено тем, что на вход каждого из N модулей 1 обмена системы необходимо подавать три управляющих

5 сигнала. Каждый из модулей может находиться в одном из шести состояний, указанных в таблице, в этой же таблице указан и код каждого состояния.

В первой строке каждого сегмента, т.е.0 в строке с нулевым адресом, записаны только нули.

Рассмотрим таблицу. Код 001 поступает на входы 28.1-28.3 управления и того модуля 1 обмена, который хотел передать дан5 ные модулю, находящемуся от него справа. По.кольцу до этого модуля можно добраться, идя и влево, но данные передаются по кратчайшему пути. Если таких путей два. т.е. модули находятся в кольце один напротив другого (по диаметру), то при кодировании

выбирается один из путей. Код 100 поступает на вход модуля, который хотел передать соседу слева (не обязательно ближайшему). Коды 001 и 110 поступают на входы 28.1- 28.3 управления модулей-получателей данных, т.е. тем, кому передают данные модули-передатчики. Первый и третий разряды кода определяют направление приема-передачи: единица в первом разряде - прием-передача осуществляется слева, единица в третьем разряде - справа. Второй разряд указывает, что делает данный модуль обмена, если нуль, то передавать данные, а если единица, то принимать. В случае же, когда на все три входа 28.1-28.3 управления поступают единицы, то это значит, что данный модуль обеспечивает связь между своими ближайшими соседями. - режим Транзит. Фактически между собой соединяются правый 25 и левый 24 входы-выходы шины управления и данных модуля 1 обмена.

Если на входы 28.1-28.3 поступают три нуля, то это значит, что данный модуль не задействован на выполнение ни одной из указанных операций, он свободен. Таким образом, для обеспечения связи, например, между 1-м и J-M модулями (I j) необходимо, чтобы модули, находящиеся между ними, по кратчайшему пути были свободны, включая и сами эти модули. Пусть этот путь лежит по возрастающей номеров модулей. Следовательно, для установления связи необходимо в случае, если 1-й передает данные j-му, чтобы все модули с номерами, удовлетворяют щими условию К К , где К - номер модуля, находились в режиме Транзит, на 1-й модуль подается код 001 (100) при передаче вправо (влево), а на J-й - код 110 (011).

Таким образом, в i-м сегменте блока 30 памяти в j-й строке хранится код, в котором в первых (1-1) 3-х разрядах записаны нули, в (3.1-2К (З.М)- и (3. - 001 или 100 (в зависимости от нумерации модулей в кольце), с (3.1+1)-го до (3.j-3)-ro - единицы, в (3.J-2)-, (3.J-1)-, (3.j)-M - 110 или (011), во всех остальных - нули. Все это справедливо при принятых ранее допущениях.

N групп триггеров 33.1-33.N необходимы для непосредственного управления модулями 1.1-1.N обмена, так как выходы триггеров непосредственно соединены с входами 28 управления модулей обмена. Управление осуществляется путем установки соответствующих триггеров в единичное со стояние. Каждая из N групп триггеров соответствует конткретному модулю 1 обмена, т.е. первые три триггера 33.1-33.3 осуществляют временное хранение сигналов управления первого модуля 1,1 обмена, вторые

три триггера 33.4-33.6-второго модуля 1,2 обмена и т.д.

Первый 34, второй 35 блоки элементов ИЛИ и элемент И-ИЛИ-НЕ 32 необходимы 5 для выяснения возможности осуществления запрошенной коммутации, т.е. возможно ли при данном состоянии модулей обмена распределенной управляющей системы реализовать обмен, запрашиваемый модулем

10 обмена, адрес которого в данный момент стоит на выходе 37 опроса.

Элемент И 36 блока 2 управления необ- дим для установки в нуль всех триггеров состояния, которые задействованы для уп15 равления модулями обмена при реализации обмена, инициатором которого выступил модуль, адрес которого стоит на выходе счетчика.

Устройство работает следующим обра0 зом.

В исходном состоянии триггеры 7 сброса всех модулей 1.1-1 .N обмена находятся в нулевом состоянии, в регистрах 4 всех N модулей обмена также записаны нули, все

5 триггеры 33.1-33.N в блоке 2 управления также находятся в нулевом состоянии (цепи установки исходного состояния не показаны).

По заднему фронту тактовых импульсов,

0 поступающих на первый вход 40 синхронизации устройства (фиг. 4), счетчик 31 адреса изменяет состояние от 0 до (2т-1), производя поочередный опрос всех модулей обмена, так как выход счетчика 31 адреса

5 соединен фактически с входами элементов

6 сравнения всех модулей 1 обмена. В том Модуле 1 обмена, в котором совпали комбинации, поступающие с выхода счетчика 31

. адреса и выхода генератора 5 адреса данно- 0 го модуля, на выходе элемента И 21 появляется единица, так как на инверсный вход этого элемента поступает нуль, все триггеры 33.1-33.N в нуле. Единица с выхода элемента И 21 поступает на управляющие входы 5 седьмого блока 15 магистральных элементов и магистральный элемент 16, подключая тем самым выход регистра 4 данного модуля

-1 обмена к входу 38 ответа блока 2 управления, m разрядов регистра 4 становятся

0 младшими разрядами адреса, поступающего на вход блока 30 памяти, старшие разряды адреса к этому времени уже поступили с выхода счетчика адреса 31.

Таким образом, происходит, обращение

5 к сегменту блока 30 памяти, номер которого соответствует номеру опрашиваемого в данный момент модуля 1 обмена, в сегменте обращение происходит к строке, номер которой записан в регистре 4 опрашиваемого модуля 1 обмена. Но в этом регистре записаны только нули, следовательно, происходит опрос первой (а именно нулевой, так как нумерация строк начинается с 0-й до (2т-1)- й) строки сегмента, в которой записаны только нули. Модуль не хочет передавать данные, следовательно/нет необходимости изменять состояние каких-либо модулей 1 обмена системы. Все они по-прежнему свободны, т.е. на их входы 28.1-28.3 управления обменом поступают одни нули.

Так продолжается до тех пор, пока какой-либо из модулей 1 обмена не захочет передать данные другому. В этом случае в модуле-передатчике 1.1 обмен микроЭВМ 3 выставляет на шину 3.2 адреса модуля-приемника. По сигналу управления с входа-выхода 3.1 шины управления и данных этот адрес записывается в регистр 4 этого модуля 1.1 обмена, т.е. микроЭВМ осуществляет обычную операцию записи адреса (данных) во внешний по отношению к ней регистр.

Далее микроЭВМ может продолжать работу по заданной программе. При очередном опросе данного модуля 1.1 обмена на выход 26 адреса абонента этого модуля поступают уже не нули, а конкретный, отличающийся от нуля, адрес. По этому адресу из сегмента с номером I из блока 30 памяти- считывается строка с номером J, где J - номер модуля-получателя 1.J обмена. В данной строке записывается информация о том, какие из модулей 1.К обмена сети должны, перейти в режим Транзит для обеспечения связи по шине управления и данных между i-м и j-м модулями обмена. Кроме того, записываются коды управления самими этими модулями, которые предписывают перейти 1-му в режим передачи, а j-му - в режим приема, а также указываются направления, в котором (с которого) осуществлять передачу (прием) данных. Выбор направления (вправо-влево) зависит от взаимного расположения в кольце данных модулей 1.1, 1.J обмена - по кратчайшему пути между ними.

Далее необходимо проверить, возможно ли осуществление данной связи, не помешает ли она уже существующим. Эта проверка осуществляется следующим образом.

Код длиной 3N бит, стоящий на выходе блока 30 памяти, преобразуется с помощью первого блока 34 элемента ИЛИ в код длиной N бит. Этот код несет информацию о том, какие модули обмена должны быть заняты, т.е. введены в режимы транзита, приема или передачи, для осуществления требуемой коммутации. К-й разряд этого кода соответствует К-му модулю 1.К обмена (, N), т.е. если на входы 28.1-28.2 модуля

необходимо подать код, в котором есть хотя бы одна единица, то этот модуль считается занятым. Далее необходимо выявить уже занятые модули системы. Это реализуется с

помощью второго блока 35.1-35.N элементов ИЛИ аналогичным образом. В случае, если хотя бы в одном из одноименных разрядов этих двух кодов есть единицы, это означает, что для обеспечения требуемой

связи необходимо задействовать уже занятый модуль, что невозможно.

В этом случае на выходе элемента И- ИЛИ-НЕ 32 появляется нулевой сигнал, запрещающий запись в триггеры 33.1-33.3N.

Запрос модуля 1.1 обмена не удовлетворяется и продолжается дальнейший опрос модулей в поисках приемлемого запроса для данного состояния системы. Таким образом, так как при запросе 1-го модуля 1.1 обмена все триггеры 33.1-33.3N в исходном состоянии, то появление единицы на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 32 невозможно при любом запросе. Следовательно, запрос удовлетворен. .

По очередному тактовому импульсу с второго входа 41 синхронизации устройства (фиг. 4) код с выхода блока 30 памяти записывается в соответствующие триггеры групп триггеров. Как только произошла запись в триггеры, на входы 28.1-28.3 управления обменом соответствующих модулей 1 .К обмена поступают сигналы, отличные от нулевых. На модуль 1.1 обмена поступает код 001 (100), а на модуль T.J - 110 (011). на

все промежуточные модули, 1 .К обмена - код 111 и все эти модули переводятся в режим транзита. Опрос модулей, находящихся в режиме транзита или приема, блокируется подачей нуля на инверсный вход элемента

И 21, эти модули все равно не могут начать обмен данными.

Модули переводятся в режим транзита с помощью элемента И 17. Если на входах 28.1-28.3 управления обменом - три единицы, то на выходе элемента И 17 также появляется единица, которая выводит первый 12 и второй 11 блоки магистральных элементов из высокоимпедансного состояния, обеспечивая тем самым режим транзита. Других

изменений в этих модулях не происходит.

Сложнее процессы, происходящие в модулях-приемниках 1.J. и передатчике 1.1 обмена. Допустим на входы 28.1-28.3 управления обменом модуля 1.1 обмена поступает код 001, так как передача вправо (таблица). На выходе элемента И 19 появляется единица, выводящая блоки 13 и 14 магистральныхэлементовизвысокоимпедансного состояния, коммутируя тем самым вход-выход 3J шины управления и данных микроЭВМ 3 с правым вход- выходом 25 шины управления и данных модуля. Кроме того, единица появляется и на выходе первого коммутатора 23 и поступает на второй вход 3.4 прерываний микроЭВМ

з. .. ..- ..

На входы 28,1-28.3 управления обменом модуля-приемника 1J обмена должен в этом случае поступить код 110 - прием слева. Тем самым с помощью элемента И 20 выводятся из высокоимпедансного состояния блоки 9 и 10 магистральных элементов, подключающие вход-выход 3.1 шины управления и данных микроЭВМ 3 к левому вход- выходу 24 модуля 1.J обмена. На выходе второго коммутатора 22 также появляется единица, поступающая на первый вход 3.3 прерывания микроЭВМ 3. Таким образом, входы-выходы 3.1 двух микроЭВМ оказываются соединенными между собой.

Далее микроЭВМ 1-го и j-ro модулей обмена начинает отрабатывать подпрограммы прерываний. Отработка подпрограммы пре рываний как в микроЭВМ - инициаторе обмена, так и в микроЭВМ - получателе данных заключается в выполнении следующих операций: прекращение выполнения рабочей программы и принятие мер, исключающих потерю информации, установление синхронизации, а точнее аппаратной связи между микроЭВМ - источником (инициатором) и микроЭВМ - получателем данных через общую теперь шину управления и данных (шина содержит разряды управлений и разряды данных), и прекращение обмена.

Первая операция типичная при выполнении любой подпрограммы прерывания. Остановимся на второй. Под операцией установления синхронизации подразумевается выполнение всех необходимых операций, выполняемых микроЭВМ программно, необходимых для перевода микроэвм в такой режим, в котором она способна передавать (принимать) данные от другой микроЭВМ, используя имеющиеся аппаратные средства и связи, осуществляемые с помощью шины управления.

Например, микроЭВМ может осуществлять системный обмен, обращаясь к другим микроЭВМ как к периферийному устройству, для обращения к которому необходимо записать какой-либо отличный от нуля адрес во внешний регистр (т.е. регистр 4), и далее, выполняя, если это возможно, рабочую программу, ждать сигнала разрешения (сигнал, поступающий на второй вход прерывания) на передачу данных. МикроЭВМ - получатель, получив сигнал на первом входе прерывания, прекращает выполнение основной программы, становясь периферийным устройством, готовым принимать данные, передаваемые ему процессором. Сигналы, подтверждающие готовность приемной и передающей ЭВМ. и другие сигна- 5 лы, необходимые при такой операции, и входят в шину управления. Данные передаются теперь по общей для двух микроЭВМ шине данных.

По окончании обмена данными микро10 ЭВМ - инициатор обмена по шине, поступающей на S-вход триггера 7 сброса, подает единичный импульс, который переводит этот триггер в единичное состояние. При очередном опросе данного модуля 1.1 обме15 на на выходе 29 признака окончания обмена не нулевой, а единичный потенциал, который, поступая на вход 43 сброса, открывает элемент И 36 модуля управления. Теперь очередной импульс с третьего входа 42 син 0 хронизации устройства, проходя через открытый элемент И 36, поступает на первые R-входы всех триггеров 33.1-33.N. Но в нулевое (исходное) состояние устанавливаются только те из них, на вторые R-входы

5 которых также поданы единичные потенциалы, единичные потенциалы в данный момент времени на R-входы тех триггеров, которые участвовали в установлении данной связи 1-го и j-ro модулей, т.е. на входы

0 тех триггеров, которые переведены в единичное состояние по запросу 1-го модуля. Так как в данный момент времени на выходе счетчика стоит адрес модуля 1,i, а на выходе 38 ответа - адрес модуля 1.J, то на

5 выходе блока 30 памяти стоит та комбина-ция, которая записана в группы триггеров. Теперь она с приходом очередного импульса с выхода 42 синхронизации уничтожается. В исходное состояние возвращаются все

0 задействованные группы триггеров, но только те из них, которые задействованы для обеспечения обмена между i-м и j-м модулями обмена. Триггеры, обеспечивающие другие обмены, сохраняют свое еди5 ничное состояние.

Таким образом, на входы 28.1-28.3 управления обменом всех модулей 1 обмена,

-участвовавших в этой операции передачи данных, поступают нули - модули свобод0 ны и вновь принимают участие в опросе. В модуле 1.1 обмена единица, появившаяся на выходе элемента И 18, переводит триггер 7 сброса в исходное нулевое состояние. Одно- вибратор 8 по единичному перепаду потен5 циала, образовавшемуся на его входе, вырабатывает единичный импульс, который обнуляет регистр 4, снимая тем самым запрос на передачу данного модуля 1.1 обмена. Обнуление триггера 7 сброса и регистра 4 происходит еще до прихода очередного

импульса на первый вход 40 синхронизации устройства.

Кроме того, с приходом на входы 28.1- 28.3 управления обменом 1-го и j-ro модулей 1 обмена нулей снимаются единичные сигналы соответственно с второго 3.4 и первого 3.3 входов прерываний данных модулей, сообщая тем самым последним, что они могут вернуться к выполнению прерванной программы - обмен данными закончен. Все блоки 9-14 магистральных элементов моду- лей 1 обмена участвовавших в этой передаче данных, переходят в высокоимпедэнсное состояние. Далее устройство работает аналогично указанному.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в увеличении скорости обмена при обмене данными между мо- дулями системы. Реализация магистрально-кольцевого принципа обмена позволяет обеспечить одновременный об- мен данными между более чем одной парой модулей системы при общем количестве модулей более трех и осуществить обмен данными по обходному пути при повреждении магистрали на одном месте. В случае повреждения магистрали.обмена в более чем одном месте система разбивается на несколько независимых систем меньшего объема, внутри которых возможен обмен данными, для реализации этого необходима. лишь замена информации блока 30 памяти на соответствующую данному состоянию системы.

Например, распределенная управляющая система, состоящая из N микроЭВМ, должна для решения задачи осуществить по одному обмену между каждой парой микро- ЭВМ. Для этого требуется выполнить N(N-1) обменов данными. Пусть , тогда количество обменов равно 30, общее время, затрачиваемое на обмен, равно 30t, где t - среднее время одного обмена. При реализации магистрально-кольцевого принципа обмена при возможно да трех одновременных обменов в сети. Те же 30 обменов могут быть выполнены за время, равное 14t. Это число получают исходя из следующих соображений. Если каждый модуль обмена должен обменяться с каждым лишь одним сообщением, то, следовательно, каждый модуль обмена должен передать пять сообщений, захватывая при этом участок кольца, длина которого зависит от того, какому модулю передаются данные (длина сообщения). Пусть по количеству передаваемых данных, а следовательно, и времени передачи все сообщения (t) всех модулей равны. Тогда можем записать, что каждый

модуль должен передать пять сообщений длиной 4,3.3,2,2: самому дальнему от него, двум расположенным вправо и влево от него через один модуль обмена и двум ближайшим соседям.

В устройстве одвременно может осуществляться как минимум два обмена при благоприятном стечении обстоятельств. Например, если первый модуль обменивается с четвертым (через второй, третий), то одновременно может обмениваться пятый с шестым. Таким образом, за время t может быть выполнено два обмена данными. В случае же обмена первого с вторым, третьего с

четвертым, пятого с шестым выполняется одновременно три обмена за время t. Минимально возможное время обмена в магист- рально-кольцевой структуре существенно меньше времени обмена аналогичными сообщениями в структуре с общей шиной (8 и 12 при ,18 и 30 при ). Это максимальный выигрыш, который возможно получить. Статистические исследования показывают, что в среднем за один элементарный цикл

работы устройства может быть удовлетворено два запроса.

При оптимальном размещении задачи в системе, при котором большие объемы передаются на маленькие расстояния (в лучшем случае - между ближайшими соседями), а на большие передаются лишь короткие сообщения, либо в случае поблочного решения задачи, когда каждый блок задачи решается в рамках нескольких соседних микроЭВМ, а между блоками производится лишь обмен короткими результатами, то выигрыш во времени обмена (скорости обмена) более значительный. Причем.чем больше N, тем больше вероятность и количество

одвновременно существующих обменов, но при соответствующем размещении задач, что ведет к увеличению в целом скорости обмена данными в устройстве.

45

Формула изобретения

Устройство обмена данными распределенной управляющей системы, содержащее труппу из N (где N - число внешних устройств) модулей обмена и блок управления, содержащий счетчик адреса и элемент И- ИЛИ-НЕ. первый вход синхронизации устройства соединен со счетным входом счетчика адреса, отличающееся тем,

что, с целью увеличения скорости обмена данными между модулями обмена за счет организации магистрально-кольцевого способа обмена данными с обеспечением возможности параллельного обмена между модулями обмена, в блок управления введены блок памяти, N групп триггеров, по три триггера в каждой, первая и вторая группы из N элементов ИЛИ, элемент И, выход которого соединен с первыми входами сброса всех триггеров всех групп, выходы триггеров каждой группы соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами управления обменом соответствующего модуля обмена и с первым, вторым и третьим входами соответствующего элемента ИЛИ первой группы, выход которого соединен с первым входом соответствующего элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первыми 1-еходами: триггеров трупп, второй вход синхронизации устройства соединен с входами синхронизации триггеров групп, третий вход синхронизации устройства соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходами признака окончания обмена всех модулей обмена, информационные выходы счетчика адреса соединены с входами: старших разрядов адреса блока памяти и с входами адреса опрашиваемого .модуля

0

5

0

каждого модуля обмена, входы младших разрядов адреса блока памяти соединены с выходами адреса абонента модулей обмена, информационные выходы блока памяти объединены в N групп по три выхода в каждой, выходы каждой из групп информационных выходов блока памяти соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами соответствующего элемента ИЛИ второй группы и вторыми J-водами соответствующего триггера соответствующей группы триггеров, выход каждого элемента ИЛИ второй группы соединен с вторым входом соответствующего элемента И элемента И- ИЛИ-НЕ, первые (правые) входы-выходы управления и данных 1-го (где ... N) модуля обмена соединены соответственно с вторыми (левыми) входами-выходами управления и данных (i+1)-ro модуля обмена, а первые входы выходы управления и данных N-ro .модуля об- мена соединены с вторыми входами-выходами управления и данных первого модуля обмена.

Ik

M

И

И

Ј1

И

XL

П