Многоканальное устройство приоритета для подключения к общей магистрали Советский патент 1992 года по МПК G06F9/46 

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть применено в мно- гомашинных и многопроцессорных вычислительных системах, использующих для обмена данными общую магистраль, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1386994.

Известно 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 перво- го 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 второго триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и вторым сигнальным выходом устройства, первый сигнальный выход устройства соединен с нулевыми выходами первых триггеров всех каналов, третий сигнальный выход устройства соединен с входами сброса вторых триггеров всех каналов. Устройство обеспечивает приоритетный доступ к общей магистрали (ОМ) источников информации для передачи сообщений потребителям независимо от длительности ожидания этих сообщений (запросов на обслуживание) в очереди на передачу.

Однако в ряде случаев в вычислительных системах реального времени целесообразно применять такую приоритетную дисциплину, при которой важность запроса скачком возрастает, когда время его ожидания достигло порогового значения, и происходит прерывание в обслуживании менее приоритетного запроса для того, чтобы обслужить более приоритетный запрос, время ожидания которого достигло порогового значения (прерывание более приоритетных запросов менее приоритетными не происходит). Такая дисциплина является смешанной, поскольку на отдельных этапах работы вычислительной системы межмашинной

(межпроцессорный) обмен осуществляется в соответствии с дисциплиной с относительными, а на других этапах - с абсолютными приоритетами. При использовании этой

дисциплины повышается эквивалентная производительность системы по сравнению с дисциплиной с относительными приоритетами.

Известное устройство не обеспечивает

0 реализацию смешанной дисциплины обслуживания запросов при захвате общей магистрали.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет обслу5 живания запросов с дисциплиной как с относительными приоритетами, так и с абсолютными с учетом времени их ожидания в очереди.

В многоканальное устройство приори0 тета для подключения к общей магистрали, дополнительно введены в первый канал - генератор импульсов, счетчик и элемент И, в М-й канал - элемент И и два элемента И-НЕ, в К-и канал (К 2 .. М-1) - генератор

5 импульсов, счетчик, два элемента И и два элемента И-НЕ, причем в Н-м канале (Н 1 ... М-1) выход генератора импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с запрос0 ным входом устройства и входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, в П-м канале (П 2. .М) выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элеме н5 та И-НЕ, второй вход которого соединен с единичным выходом второго триггера, а выход - с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с запросным входом устройства, а выход - с входом фор0 мирователя импульсов, выход счетчика Н-го канала (Н 1...М-1) соединен с Н-м входом первого элемента И-НЕ каждого из последующих каналов.

На чертеже изображена структурная

5 схема устройства.

Устройство содержит сигнальные выходы 1-3, М каналов4, в состав которых входят запросные входы 5, элементы И 6-8, триггеры 9 и 0, элементы 11 задержки, формиро0 ватели 12 импульсов, информационные выходы 13, генераторы 14, счетчик 15. элементы И 16 и 17. элементы И-НЁ 18 и 19

Устройство работает следующим образом.

5В исходном состоянии триггеры 9 и 10 и

счетчики 15 всех каналов находятся в нулевом состоянии, на входы 5 всех каналов 4 от соответствующих источников информации (например, ЭВМ) поступают сигналы логического нуля, что обуславливает наличие

сигналов логической единицы (высоких уровней) на первом и втором сигнальных выходах устройства и сигналов логического нуля на информационных выходах 13 каналов (ЭВМ могут выдавать информацию в ОМ при наличии единичных сигналов на выходах 13 соответствующих каналов) и третьем сигнальном выходе 3 устройства, на выходах счетчиков 15 установлены сигналы логической единицы.

Объединение выходов элементов устройства на первом и втором сигнальных выходах устройства реализует функцию Проводное И, а на третьем сигнальном выходе - Проводное ИЛИ.

В случайные моменты времени ЭВМ заносят в свои ячейки буферной памяти сообщения, предназначенные для передачи через общую магистраль (ОМ). Каждый источник информации подключен через запросный вход 5 и информационный выход 13 к соответствующему каналу 4 (источники информации и ОМ не показаны). При появлении в ячейке буферной памяти какой-либо ЭВМ сообщения на входе 5 соответствующего канала 4 устанавливается сигнал логической единицы (этот сигнал исчезает при освобождении соответствующей ячейки памяти).

Далее рассмотрим работу К-го канала 4 (К 2 ... М-1), поскольку их большинство в устройстве, а для первого и последнего каналов есть особенности, вызванныетем,что первый канал является самым приоритетным (приоритетность каналов уменьшается с увеличением номера канала), т.е. его работу не может прервать другой канал, поэтому он не содержит элементы 17-19, предназначенные в других каналах для организации прерывания канала, а последний канал является наименее приоритетным, т.е. он не может прерывать другие каналы, поэтому он не содержит элементы 14-16, предназначенные в других каналах для формирования сигнала на прерывание менее приоритетных каналов, когда время ожидания сообщения для передачи через ОМ достигло порогового значения.

Единичный сигнал с запросного входа 5 в рассматриваемом (например, втором) канале, пройдя через открытый элемент И 6, устанавливает триггер 9 в единичное состояние, что приводит к установлению на первом сигнальном выходе устройства сигнала логического нуля и, следовательно, закрываются элементы И 6 всех каналов 4 (т.е. запросы от ЭВМ на захват ОМ с данного момента времени на триггерах 9 каналов не фиксируют). Этот же сигнал (с запросного входа 5) открывает элемент И 16, через который на счетчик 15 начинают поступать импульсы с генератора 14 импульсов, отсчитывая время ожидания сообщения в очереди на передачу через ОМ (в последнем

канале этого не происходит, так как он наименее приоритетный).

После установления на единичном выходе триггера 9 сигнала логической едини- цы и до момента пропадания единичного

0 сигнала на выходе элемента И 6 на выходе элемента И 7 устанавливается сигнал логической единицы, который, пройдя через элемент 11 задержки и открытый элемент И 8 устанавливает триггер 10 в единичное со5 стояние. Задержка на элементе 11 задержки в каждом канале, начиная с первого увеличивается по сравнению с предыдущим каналом на величину интервала времени большую, чем необходимо для прохождения

0 сигнала по элементам 8 и 10 и сигнальному

второму выходу устройства между двумя

наиболее удаленными каналами 4. При этом

исключается возможность одновременного

подключения нескольких каналов к ОМ.

5 Сигнал с единичного выхода триггера 10 через информационный выход 13 канала 4 сигнализирует соответствующей ЭВМ о том, что ОМ захвачена и можно передавать информацию. Одновременно сигнал логиче0 ского нуля с нулевого выхода триггера 10 через сигнальный второй выход устройства закрывает во всех каналах 4 элементы И 8, и, если одновременно осуществ лялись попыт- ки захватить ОМ другими каналами, у кото5 рых приоритет ниже (больше время задержки сигнала на элементе 11), чем у данного канала 4, то они (попытки) блокируются. После того, как ЭВМ, подключенная к данному каналу 4, закончит передачу сооб0 щения, она установит на запросном входе 5 своего канала сигнал логического нуля. По отрицательному перепа ду уровня сигнала на запросном входе 5 происходит обнуление счетчика 15 и формирователь 12 импуль5 сов в данном канале 4 формирует одиночный импульс, который устанавливает триггеры 9 и 10 этого канала (а через сигнальный выход 3 устройства триггерь, 9 в менее приоритетных каналах, где осущест0 вляется одновременная попытка захвата ОМ) в нулевое состояние. Если же при поступлении сигнала на запросный вход 5 второго канала 4 ОМ была занята менее приоритетным каналом (канал с большим

5 номером, например последним) и к моменту времени Т Тч + Тп (где Ti - время поступления сообщения в ячейку буферной памяти второй ЭВМ, Тп - поротое время ожидания сообщения в очереди на передачу, после которого должно прерваться обслуживание

любого менее приоритетного сообщения) последний канал не освободил ОМ, то в этот момент на выходе счетчика 15 второго канала появится нулевой сигнал, который поступит в последний канал на второй вход элемента И-НЕ 18, вызывая на его выходе, т.е. на первом входе элемента И-НЕ 19, сигнал логической единицы. Поскольку на втором входе элемента И-НЕ 19 также установлен сигнал логической единицы (поскольку последний канал захватил ОМ и его триггер 10 находится в единичном состоянии), то на выходе элемента И-НЕ 19 появится нулевой сигнал, который обеспечит на выходе элемента И 17 нулевой сигнал, при появлении которого формирователь 12 импульсов сформирует одиночный импульс, который установит триггеры 9 и 10 в нулевое состояние, и вновь начнется состязание каналов на захват ОМ, в результате которого второй канал захватит ОМ (так как он более приоритетный, чем последний), а ЭВМ, подключенная к последнему каналу, вынуждена прервать выдачу сообщения в ОМ, так как на информационном выходе 13 ее канала появится нулевой сигнал. После того, как вторая ЭВМ закончит передачу сообщения и освободит ОМ (если за это время не появится более приоритетный запрос), последняя ЭВМ захватит ОМ и продолжит передачу прерванного сообщения. Далее работа устройства повторяется. Поскольку первый канал является самым приоритетным, то его сеансы передачи сообщений не могут быть прерваны другими каналами.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать смешанную дисциплину обслуживания запросов на захват ОМ с учетом приоритетов источников информации и времени ожидания сообщений в очереди на передачу через ОМ.

В связи с тем, что предлагаемое устройство не создает экономии, а дает иной положительный эффект - учитывает важность запросов, увеличивающуюся с увеличением времени их ожидания в очереди на обслуживание, что позволяет повысить эквивалентную производительность вычислительной системы, проводят сравнительный анализ предлагаемого и известного устройств, поскольку известный наиболее эффективно реализует функции приоритетного подключения источников информации к общей магистрали.

Известное устройство реализует обслуживание запросов на основе дисциплины с относительными приоритетами, предлагаемое позволяет в случаях, когда запросы долго ожидают обслуживания, переходить к дисциплине с абсолютными приоритетами и получить выигрыш в эквивалентной производительности, поскольку задержка в обработке менее важных сообщений приводит к

меньшим потерям эффективности вычислительной системы, чем задержка более важных сообщений. Из методики оценки эффективности смешанной дисциплины по сравнению с дисциплиной с относительными приоритетами следует, что при загрузке устройства, равной 0,9, выигрыш в эквивалентной производительности при применении предлагаемого устройства по сравнению с известным составляет около

15%.

Формула изобретения Многоканальное устройство приоритета для подключения к общей магистрали по

авт. св. № 1386994, отл и ч а ю щееся тем, что, с целью расширения области применения за счет обслуживания запросов с дисциплиной как с относительными приоритетами, так и с абсолютными с учетом времени их ожидания в очереди, в него дополнительно введены в первый канал - генератор импульсов, счетчик и элемент И, в М-й канал - элемент И и два элемента И-НЕ, в К-й канал (К 2...М-1) - генератор

импульсов, счетчик, два элемента И и два элемента И-НЕ,.причем в Н-м (Н 1...М-1) канале выход генератора импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с запросным входом устройства и входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, в П-м канале (П 2...М) выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с единичным выходом второго триггера, а выход - с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с запросным входом устройства, а выход - с входом формирователя импульсов, выход счетчика Н-го канала (...М-1) соединен с Н-м входом первого элемента И-НЕ каждого из последующих каналов,

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в 5 многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет обслуживания запросов с дисциплиной как с относительными, так и с абсолютными приоритетами с учетом времени их ожидания в очереди Достижение цели обеспечивается введением в устройство генераторов 14 импульсов, счетчиков 15, элементов И Тб, 17 и элементов И-НЕ 18, 19 Устройство ггозволяет осуществлять подключение источников информации к общей магистрали с учетом приоритетов каналов и переходить от дисциплины с относительными приоритетами к дисциплине с абсолютными приоритетами, если время ожидания запроса на обслуживание превышает пороговое 1 ил /J- Ц Ё VI 4 Ю 00 О О N3