Многоканальный оптический коммутатор для запоминающих устройств Советский патент 1992 года по МПК G11C11/42 

1

(21)4834075/24 (22) 04.06.90 (46)23.12.У2. Бюл. № 47

(71)Институт точной механики и вычислительной техники им. А.С.Лебедева

(72)А.А.Вербовецкий и И.А.Шилов

(56)Патент Великобритании № 1523906, кл. Н 04 В 9/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР NM688285, кл.С 11 С 11/42,1989 (позаявке № 4772385/24-24, на которую выдано положительное решение).

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР ДЛЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

(57)Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности коммутатора. Оптический коммутатор (ОК) содержит блоки 1.1 ...1 .п лазерных излучателей, каждый из которых содержит группы 2.22.т лазерных излучателей с входными

электрическими шинами 3.13.т, блоки

4.14,п световодных разветвителей, каждый из которых содержит m групп 5.1,....5.т световодных разветвителей, выходы которых через группы 6.16.(m x n x г) световодов соединены с соответствующими К блоками 7.1, ,.,7.К фотоприемников, каждый из которых содержит пггрупп 8.18.п фотоприемников с выходными информационными шинами 9.1,..,,9.п. которые являются выходными шинами 9.19.{n x К) коммутатора. Входные шины 33.(n x m) подключены к выходным шинам 10.1,..., 10.п соответствующих центральных процессоров 11.1,..., 11.п (в устройство не входят), а к выходным шинам 9.1,...,9.(n x К) подключены входы соответствующих запо- минающих устройств 12 12.К (в

устройство не входят). Кроме тогоЛю устройство содержит дисковые Г

световодные распределители 13.113.п, С/1

, цилиндрический световодный рас- Ј пределитель 14, платы 15.1,...,15.п цент- л ральных процессоров, платы «

И 6.1,..., 16.п запоминающих устройств. 3 ил.

Х| 00 (А) СЛ 00 О

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, для коммутации группы запоминающих устройств с группой центральных процессоров.

Известен оптический коммутатор для ЗУ, содержащий группы излучателей, свето- водные разветвители, световодные объеди- нители и группы фотоприемников. Основными недостатками этого устройства являются относительно небольшое количество соединяемых устройств, невысокое быстродействие и невозможность одновременной и независимой коммутации устройств.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является оптический коммутатор для запоминающих устройств, содержащий п (где п 2, 3,4,...) групп лазерных излучателей, входы каждой n-ой из которых подклю- чены к соответствующей n-ой входной шине, выходы n-ой группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входами соответствующей n-ой группы све- товодных разветвителей. каждая r-ая (где г

2, 3, 4 К/2, К - максимальное число

блоков фотоприемникое) группа выходов которой через соответствующую группу световодов оптически связана с соответствующей n-ой группой фотоприемников г-го блока фотоприемников, выходы которых являются электрическими выходами оптического коммутатора. Основными недостатками этого устройства являются относительно низкая надежность и быстро- действие из-за длинных линий связи, а также громоздкость устройства.

Цель изобретения - повышение быстродействие и надежности коммутатора.

Совокупность существенных признаков и связей между ними, присущая данному коммутатору, позволяет получить устройство, обладающее в 10-100 раз большими быстродействием и надежностью по сравнению с известными устройствами и прототипом.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный оптический, коммутатор,

содержащий п (где п 2, 3N, N - число

информационных входов коммутатора) групп лазерных излучателей, входы каждой n-ой группы которых подключены к соответствующей n-ой входной шине, -выходы каждой п-ой группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входа- ми соответствующей n-ой группы световод- ных разветвителей, каждая r-ая (где г 2, 3,

4 К/2), К - максимальное число блоков

фотоприемников) группа выходов которой через соответствующую группу световодов

о птически связана с соответствующей п-ой группой фотоприемников r-ого блока фотоприемников введены (n« (m-1) (где т 2, 3,

4К/2) электрических шин, n (m-1) групп

лазерных излучателей, п (m-1) групп свето- водных разветвителей, причем каждая п

х(т-1) группа лазерных излучателей через соответствующие электрические шины соеди- нены с соответствующей шиной п-ой входной шиной, выходы кажддй п (т-1)-й группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входами соответствующей п (т-1)-й группы световодных разветвителей, каждая r-я группа выходов которой через соответствующую группу световодов оптически связана с соответствую щими входами n-й группы фотоприемников r-го блока фотоприемников.

Поставленная цель достигается также тем, что группы световодов выполнены в

, виде групп дисковых световодных распределителей, разделенных фиксирующими дисками, в которых выполнены отверстия для фиксации направляющих оптических разъемов, причем группы дисковых световодных распределителей и фиксирующие диски объединены соосно в единый цилиндрический световодный распределитель с возможностью его поворотов относительно общей оси с фиксацией на направляющих оптических разъемов, Цель достигается также тем, что каждый дисковый световодный распеделитель выполнен в виде дисковой подложки, на поверхности которой по хордам размещены световоды, на концах которых закреплены контактные оптические разъемы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема многоканального оптического коммутатора для запоминающих устройств ; на фиг. 2 - его конструкция: на фиг. 3 - блок- схема многоканального оптического коммутатора для прямой и обратной связи.

Оптический коммутатор содержит блоки 1-1 ... 1-п лазерных излучателей, каждый из которых содержит группы 2-1 ... 2-т лазерных излучателей с входными электрическими шинами 3-1 ... 3-пл, блоки 4-1 ... 4-п световодных разветвителей, каждый из которых содержит m групп 5-1 ...5-т световодных разветвителей, выходы которых через группы 6-1 ... 6-(m x n x г) световодов соединены с соответствующими К блоками 7-1 ...7-К фотоприемников, каждый из которых содержит п групп 8-1 ... 8-п фотоприемников с выходными электрическими шинами 9-1 ... 9-п, которые являются выходными шинами 9-1 ... 9-(n x К) коммутатора. Входные шины 3-1 .., 3-(n x m) подключены к выходным шинам 10-1 ... 10-п соответствующих централь

ных процессоров 11-1 ,,. 11-п (в устройство не входят), а к выходным шинам 9-1 ... 9-(n x К) подключены входы соответствующих запоминающих устройств. 12-1 ... 12-К (в устройство не входят). Кроме того, устройство содержит дисковые световодные распределители 13-1 ... 13-п, цилиндрический свето- водный распределитель 14, платы 15-1 ... 15-п центральных процессоров, платы 16-1 ...16-п запоминающих устройств. Каждая группа 2 лазерных излучателей каждого блока 1 предназначена для преобразования носителя информации при вводе ее в оптический коммутатор и преобразует выходные электрические сигналы каждого процессора 11 в оптические. При этом разряды каждого слова информации представляются группой лазерных излучателей 2 в виде световых пучков с одинаковыми длинами волн, а каждый разряд или группа разрядов (при временном уплотнении) вводится в коммутатор, например, своим отдельным излучателем. Группа 2 может быть выполнена, например, в виде лазерной оптоэлект- ронной микросборки и состоять, например, из линейки лазерных диодов и управляющих логических микросхем. Каждая группа 5 световодных разветвителей каждого блока 4 предназначена для размножения оптических сигналов и может быть выполнена, например, из волоконно-оптических или интегрально-оптических волноводных разветвителей. Каждая группа 6 световодов предназначена для передачи оптических сигналов и может быть выполнена, например, из волоконных или интегральных световодов. Каждый блок 7 групп 8 фотоприемников служит для преобразования оптических сигналов в электрические и ввода информации в соответствующее запоминающее устройство 12. Блок 7 может быть выполнен, например, в виде фотоприемной оптоэлектронной интегральной схемы, состоящей, например, из групп 7 (линеек) интегральных фотоприемников и управляющих логических микросхем. Све- товодный распределительный диск 13 служит для передачи оптических сигналов, например, от каждой платы 15 центрального процессора к соответствующей плате 16 запоминающего устройства. Диск 13 может быть выполнен, например, в виде полого металлического диска с прорезями в наружном ободе, количество которых равно сумме количеств процессоров и запоминающих устройств. Внутри дисков, например, между противоположными позициями прорезей, соответствующих позициям процессоров и запоминающих устройств, расположены оконцованные группы световодов, наконечники многоконтзктных ОПТИЧРСКИХ разъемов которых, например, вклеены в прорези. Цилиндрический световодный 5 распределитель 14 служит для передачи оптических сигналов, например, от каждой платы 15 центрального процессора ко всем платам 16 запоминающих устройств. Распределитель 14 может быть выполнен, на0 пример, в виде набора одинаковых дисковых световодных распределителей 13. При этом Каждый последующий диск повернут относительно предыдущего на одну позицию, а между группами световодных

5 распределительных дисков расположены фиксирующие диски, выполненные, например, в виде металлических дисков без световодов и имеющие на торце направляющие отверстия. Плата 15 цент0 рального процессора представляет собой, например, диэлектрическое основание, на котором размещены как центральный процессор 10, так и части схемы коммутатора, состоящие из элементов 1 ...5, и обеспечива5 ет разъемное соединение этих элементов цилиндрическим распределителем 14. Плата 16 запоминающего устройства представляет собой, например, основание, выполненное из диэлектрика, на котором

0 размещены как запоминающее устройство 12, так и части схемы коммутатора, состоя- щие из элементов 7 и обеспечивает разъемное соединение этих элементов с цилиндром 10. Для обеспечения прямой и

5 обратной связи устройств 11,и 12 используются два многоканальных оптических коммутатора, при этом в 1-м (фиг. 3) оптическом коммутаторе 17-1- входные шины 10-1 ... 10- п подключены к выходным шинам централь0 ных процессоров 11-1 .,. 11-п, а выходные . шины 9-1 ...9-пК соединены с входными шинами запоминающих устройств 12-1 ... 12-К. Входные шины 10-1... 10-п 2-го коммутатора 17-2 подключены к выходным шинам запо5 минающих устройств, а выходные шины 9-1 ... 9-пК 2-го канала 17-2 соединены с соответствующими входными шинами центральных процессоров 11-1 ... 11-п.

Оптический коммутатор работает следу0 ющим образом.

Предположим, что п (где п 2,3N, N

- число информационных входов коммутатора) центральных процессоров 10-1 ... 10-п необходимо одновременно и независимо

5 коммутировать с К (где К 1,2,3....) запоминающими устройствами 12-1 ... 12-К. При этом каждый процессор 10 может обратиться к любому одному, подгруппе или ко всем К запоминающим устройствам 12 одновременно. С другой стороны все процессоры 10 могут одновременно обратиться к одному,

подгруппе или ко всей группе запоминающих устройств 12. При этом предполагается, что во всех блоках 1 используются одинаковые группы 2-1... 2-т лазерных излучателей, каждая из которых содержит излучатели в количестве, например, равном числу Р (где Р 1, 2, 3S, a S - максимальная разрядность передаваемого слова) одновременно передаваемых разрядов слова и излучающие на одной и той же длине волны, а каждый блок 7 состоит из набора п групп (линеек) 8-1 ... 8-п фотоприемников, содержащих по Р фотоприемников в каждой, т.е. всего р х п фотоприемников в каждой п-ой группе. От каждого n-го процессора 10 группа Р электрических сигналов, отображающая информационное слово (возможно с временным уплотнением), поступает на соответствующий n-ый блок электрических

шин 3-1 ... 3-т (где т 2, 3, 4 К/2),

который размножает каждый электрический сигнал на число сигналов, равное числу m групп 2-1 ... 2-т лазерных излучателей в n-ом блоке 1, С каждой m-ой шины Зр электрических сигналов поступают на т-ю группу 2 лазерных излучателей и при этом каждый р-й электрический сигнал поступает на соответствующий р-й лазерный излучатель.

Оптические сигналы от каждой т-ой группы 2 лазерных излучателей n-ого блока 1 поступают на соответствующий гл-ый све- товодный разветвитель 5 n-го блока 4, который размножает его на число оптических

сигналов, равное числу г (где г 2. 3, 4

К/2) запоминающих устройств 12, с которыми устанавливает связь данная группа 5 разветвителей, С группы r-ых выходов каждого т-го разветвителя 5 n-го блока 4р оптических сигналов через соответствующую группу световодов 6 поступают на соответствующую n-ю группу 7 фотоприемников г- го блока 7, преобразующую оптические сигналы в электрические, которые и поступают в соответствующее запоминающее устройство 12.

Конструктивное выполнение оптического коммутатора показано на фиг. 2. Эта конструкция показана для случая коммутирования одинакового количества центральных процессоров и запоминающих устройств. Платы 15 и 16 располагаются вокруг цилиндрического световодного распределителя 14, чередуясь через одну. Стыковка плат 15 и 16с цилиндром 14 осуществляется с помощью многоконтактных оптических разъемов, причем, например, его наконечники на цилиндре 14 выполнены жесткими, а на платах - плавающими. Для повышения точности стыковки диски 13 в

цилиндре 14 разбиты на группы, между которыми располагаются фиксирующие диски (без световодов), имеющие направляющие

отверстия. Соответствующие этим группам группы плавающих наконечников на платах 15и Юснабжены направляющими штырями для предварительной фиксации на фиксирующих дисках.

0 Обратная передача информации из запоминающих устройств 12-1 ... 12-К в центральные процессоры 11-1 ... 11-п производится по второму коммутатору 17-2 (фиг. 3), который работает аналогично пер5 вому(17-1).

Формула изобретения

0 информационных входов коммутатора) групп лазерных излучателей, входы каждой n-й группы которых подключены к соответствующей n-й входной шине, выходы каждой n-й группы лазерных излучателей

5 оптически связаны с одноименными входами соответствующей n-й группы световод- ных разветвителей, каждая r-ная (где г 2,

3,4К/2, К - максимальное число блоков

фотоприемников) группа выходов которой

0 через соответствующую группу световодов оптически связана с соответствующей п-й группой фотоприемников r-го блока фотоприемников, выходы которых являются информационными выходами коммутатора,

5 отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности коммутатора, в него введены n(m-1) (где m

2,3, 4К/2 групп лазерных излучателей,

n«(m-1) групп световодных разветвителей,

0 причем каждая n-(m-1)j группа лазерных излучателей через соответствующие электрические шины соединена с соответствующей n-й входной шиной, выходы каждой п« (т-1)-й группы лазерных излучателей опти5 чески связаны с одноименными входами со- ответствующей п (т-1)-й группы световодных разветвителей, каждая г-ная группа выходов которой через соответствующую группу световодов оптически связана

0 с соответствующими входами n-й группы фотоприемников r-го блока фотоприемников.

5 в виде групп дисковых световодных распределителей, разделенных фиксирующими дисками, в которых выполнены отверстия для фиксации направляющих оптических разъемов, причем группы дисковых световодных распределителей и фиксирующие диски

объединены соосно в единый цилиндрический световоднъ й распределитель с возможностью их поворотов относительно общей оси с фиксацией на направляющих оптических разъемов.

i-i

т

0ЈJ,vCTJ IL

водный распределитель выполнен в виде дисковой подложки, на поверхности которой по хордам размещены световоды, на концах которых закреплены контактные оптические разъемы.

S-n.

15-п

15-г

16-

15-1