Устройство для сопряжения с общей маги-СТРАлью ВычиСлиТЕльНОй СиСТЕМы Советский патент 1981 года по МПК G06F3/04 

(54) УСТРОЙСТВО для СОПРЯЖЕНИЯ С ОБЩЕЙ / АГИСТРАЛЬЮ ВЫЧИСЛИТЕЛБНОЙ СИСТЕМЫ

Низкая надежность мультиплексной магистрали обуславливается тем, что блоки сопряжения объединяются интерфейсными шинами последовательно, при этом отключение питания хотя бы в одной ЭВМ делает неработоспособной всю вычислительную систему.

Низкая пропускная способность устройства объясняется небольшой скоростью выполнения операций занятия информационной шины, установления связи и передачи данных из-за задержки последовательно соединенных кольцевыми интерфейсными шинами приемных и передающих элементов блоков сопряжения. Обмен данными между любой парой устройств вычислительной системы выполняется в мультиплексном режиме синхронным способом, т.е. для передачи каждого слова данных выполняется операция занятия информационной шины интерфейса. С точки зрения обеспечения наибольшей пропускной способности такой режим наиболее эффективен при совмещении обмена данными одновременно между несколькими парами медленно действующих устройств. Для быстродействующих устройств эффект повышения пропускной способности за счет совмешения параллельного обмена данными между несколькими парами устройств фактически исключается, поскольку цикл передачи данных становится соизмерим с циклом функционирования интерфейса. Учитывая этот фактор, а также то, что цикл функционирования интерфейса в мультиплексном режиме увеличивается по сравнению с селекторным режимом за счет добавления ко времени передачи времени выполнения занятия информационной щины и установления связи, для быстродействующих устройств эффективная пропускная способность интерфейса, функционирующего в мультиплексном режиме, будет ниже чем в селекторном. Кроме того, в интерфейсе известного устройства реализована статическая система приоритета источников запроса на занятие информационной магистрали. Приоритет устройств вычислительной системы может быть изменен только за счет их физической перекоммутации, он определяется циклической дисциплиной обслуживания и обеспечивает оптимальную пропускную способность только для систем, устройства которой характеризуются одинаковой интенсивностью запросов на обмен данными. При изменении во времени интенсивности запросов отдельных устройств, им-еющих различную максимальную скорость передачи данных, эффективная пропускная способность интерфейса при прочих равных условиях снижается.

Цель изобретения - повышение надежности и пропускной способности магистрали.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее передающий регистр, вход которого соединен с входной шиной данных, а выход - через группу передающих усилителей соединен с информационными щинами магистрали, приемный регистр, выходом подк.люченный к выходной шине данных, а информационным входом через группу приемных усилителей к инфор.мационным шинам магистрали, схему Сравнения адреса, первым входом подключенную к выходу узла хранения адреса, а вторым входом - к выходу группы приемных усилителей, введены регистр приоритета, схема сравнения приоритета, узел выборки, узел управления и формирователь импульса, причем первый вход узла управления подключен ко входу приемного регистра и информационному входу регистра приоритета, а первый выход - к первому выходу синхронизации устройства и через формирователь импульса к управляющим входам регистра приоритета и приемного регистра, первый вход схемы сравнения приоритета соединен с информационными щинами магистрали, второй вход и выход - соответственно с первыми выходом и входом узла выборки, а третий вход --с выходом регистра приоритета, второй и третий входы узла выборки подключены соответственно к входу запроса устройства и шине выборки магистрали, а второй выход - ко. второму входу узла управления, третий - восьмой входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами синхронизации устройства, входом управления устройства, первой и второй шинами синхронизации магистрали и выходом схемы сравнения адреса, второй и третий выходы узла управления соединены соответственно со вторым выходом синхронизации устройства и управляющим входом группы передающих усилителей, а также тем, что, узел управления содержит два триггера, четыре элемента И, элемент ИЛИ, два элемента НЕ, элемент задержки и группы передающих и приемных усилителей, причем нулевой вход и единичный импульсный вход первого триггера соединены

0 соответственно с первым и восьмым входами узла, единичный потенциальный вход - с единичным потенциальным входом второго триггера и вторым входом узла, пятый вход которого соединен с первым входом первого элемента И, и через первый элемент

НЕ с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом узла и вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с единичным выходом второго триггера, импульсный единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход элемента ИЛИ соединен с третьим выходом узла и входом элемента задержки, выход которого соединен с первым

входом группы передающих усилителей и через второй элемент НЕ с первым входом третьего элемента И, первый выход группы передающих усилителей соединен с шестым

входом узла и первым входом группы приемных усилителей, первый выход которой соединен со вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, а выход - с первым выходом узла и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с четвертым входом узла, а выход00 вторым входом группы передающих усилителей, второй выход которой соединен с седьмым входом узла и вторым входом группы приемных усилителей, второй выход которой соединен с нулевым входом второго триггера и вторым выходом узла, и тем, что узел выборки содержит триггер, два элемента И, элемент задержки, элемент НЕ, приемный и передающий усилители, причем первый вход первого элемента И соединен с первым входом узла, а выход - со вторым выходом узла и единичным входом триггера, нулевой вход которого через элемент НЕ соединен со вторым входом второго элемента И и вторым входом узла, выход триггера через передающий усилитель соединен с третьим входом узла и входом приемного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым выходом узла и входом элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И.

На фиг. 1 показана структура многомащинной вычислительной системы; на фиг. 2блок-схема устройства; на фиг. 3 и 4 - функциональные схемы узлов синхронизации и выборки; на фиг. 5 - временная диаграмма функционирования устройства.

Многомашинная вычислительная система содержит ЭВМ (контроллеры) 1 и устройства 2 для сопряжения с общей магистралью, включающие, например, общий информационные шины 3, шины (линии ) 4 и 5 синхронизации магистрали (интерфейса) и шину (линию) 6 выборки. ЭВМ 1 соединены с устройством 2 через входные 7 и выходные 8 шины данных, щины (линии) 9 запроса, шины (линии) 10 управления и шины (линии) 11 -14 синхронизации.

Устройство 2 для сопряжения содержит группу 15 передающих и группу 16 приемных усилителей, передающий 17 и приемный 18 регистры, схему 19 сравнения адреса, узел 20 хранения адреса, регистр 21 приоритета, схему 22 сравнения приоритета, узел 23 выборки, узел 24 управления и формирователь 25 импульса (одновибратор).

Узел 24 управления содержит триггеры 26 и 27, элементы И 28-31, элемент ИЛИ 32, элементы НЕ 33 и 34, элемент 35 задержки, группы передающих 36 и приемных 37 усилителей, второй 38, восьмой 39 и первый 40 входы узла и третий 41 выход узла.

Узел 23 выборки содержит триггер 42, элементы И 43 и 44, элемент 45 задержки, элемент НЕ 46, приемный 47 и передающий 48 усилители, первые выход 49 и вход 50 узла.

Цифровые обозначения на диаграмме (фиг. 5) определяют сигналы на соответственно обозначенных тинах it линиях, а стрелки - последовательность изменения сигналов. При этом сигнал 3 - 1 соответствует изменению информации (данных, адресов) на шине 3; индексы 3-2 и 3-3 определяют, соответственно, сигналы идентификации окончания обмена и идентификации адреса, передаваемые вместе с информацией по линиям признаков шины 3. Интервалы 51-53 соответствуют последовательности операций сеанса обмена между парой ЭВМ. Выполнение сеанса обмена данными между парой ЭВМ многомащинной вычислительной системы состоит из последовательности трех операций: занятие информационной тины 3 (интервал 5), установление связи между устройствами (интервал 52), передача данных и окоичг.ниг сеанса связи (интервал 53).

Устройства, подк j4eHHbie к обшей магистрали, работают следующим образом.

При появлении необ.ходимости обмена информацией, например i-той ЭВМ с j-ой ЭВМ, i-тая ЭВМ по щине 7 выполняет запись в разряды старшей и младшей части выходного регистра 17, соответственно, коды адреса i-той и i-той ЭВМ с идентификаторами адреса и признаками обмена, а по линии 9 устанавливает потенциальный сигнал запроса, который поступает на первый вход элемента И 44. Если информационная шина 3 в данный момент занята, то сигнал запроса блокируется нулевым потенциалом сигнала на шине 6 выборки, поступающим через приемный усилитель 47 на вход элемента И 44. Сигналы запроса других ЭВМ аналогичным образом блокируются и сохраняются на линиях 9 до момента окончания сеанса связи между ЭВМ, занимающими щину 3 в данный момент. При освобождении информационной шины 3 на линии 6 появляется положительный потенциал, который через элемент И 44 по выходу 49 разрешает выдачу сигнала запуска на вход схемы 22 сравнения во всех устройствах 2, установившихся запросы. Схема 22 сравнения приоритета по этому сигналу начинает выполнять порязрядное сравнение собственного кода приоритета, записанного в регистре 21, с кодом, поступающим в данный момент по линиям информационной шины 3. Если код, записанный в регистре 21, больше или равен коду, поступающему из информационной шины 3, то после сравнения на ней формируется код, содержащийся в регистре приоритета, а на выходе схемы 22 - сигнал окончания сравнения. Если же код в регистре 21 меньше, то выдача кода приоритета на информационную щину 3, а также формирование сигнала окончания сравнения на выходе схемы 22 не выполняется. Таким образом, в результате параллельного сравнения, происходящего одновременно в нескольких устройствах 2 с выставленными запросами, на шине 3 формируется наибольший по своему значению двоичный код наиболее приоритетной ЭВМ. Сигнал окончания сравнения поступает на вход 50 элемента И 43, на второй вход которого через элемент задержки 45 поступает сигнал запуска схемы сравнения. При наличии последнего включается триггер 42, сигнал с выхода которого через передающий усилитель .48 устанавливает на линии 6 нулевой потенциал и тем самым фиксирует занятие информационной щины 3. Нулевой сигнал с выхода приемного усилителя 47 поступает на второй вход элемента И 44 и блокирует выдачу с выхода 49 сигнала запуска в схему 22. Переход сигнала запуска в нелевое состояние на входе схемы 22 блокирует выдачу кода приоритета на информационную шину 3. Операция занятия информационной щины 3 закончена. Операция установления связи выполняется следующим образом. Сигнал на выходе элемента И 43, сформированный в результате выполнения операции занятия информационной шины 3, по входу 38 включает триггеры 26 и 27 узла 24. Сигнал на выходе триггера 27 через элемент ИЛИ 32 по выходу 41 поступает на управляющий вход группы 15 передающих усилителей. При этом вся информация, записанная в регистре 17 (адреса, признаки) i-ro устройства 2, по информационной шине 3 и через группу 16 приемных усилителей поступает на информационные входы регистра- 18 всех устройств 2. Код адреса j-той ЭВМ и признак адреса поступает также и на первый вход схемы 19 сравнения адреса. При совпадении поступающего кода адреса с кодом в узле 20 хранения адреса на выходе схемы 19 появляется сигнал, который по входу 39 включает триггер 26, (в данном случае j-ro устройства 2). Одновременно с этой последовательностью действий выходной сигнал элемента ИЛИ 32 1-го устройства 2 через элемент задержки 35 и труппу 36 передающих элементов по линии 4 синхронизации поступает на первые входы групп 37 приемных усилителей всех устройств 2, а через элемент НЕ 34 - на первый вход элемента. И 30. Положительный сигнал с первого выхода группы 37 приемных усилителей поступает на второй вход элемента И 30, на третий вход которого поступает выходной сигнал триггера 26. Таким образом. единичный сигнал на выходе элемента И 30 появится только в J-TOM устройстве 2. Выходной сигнал элемента И 30 поступает на первый вход элемента И 31, а по линии 11 выполняет запуск формирователя 25 и вызывает прерывание -той ЭВМ. На выходе формирователя 25 формируется сбробирующий импульс записи в регистр 18- кодов адресов, поступающих с группы 16 приемных усилителей. После выполнения прерывания j-тая ЭВМ считывает содержимое регистра 18 и выполняет анализ полученной информации. В случае готовности к выполнению обмена j-тая ЭВМ на линии 13 формирует сигнал подтверждения, который через элемент И 31, группу 36 передающих усилителей, по линии 5 синхронизации поступает на второй вход группы 37 приемных усилителей всех устройств 2. Сигнал со второго выхода группы 37 приемных усилителей по линии 14 поступает во все ЭВМ (и контроллеры) вычислительной системы, однако воспринимается только i-той ЭВМ. Этот сигнал является подтверждением для i-той ЭВМ о том, что в j-той ЭВМ адресная информация запроса воспринята. Одновременно выключается триггер 27 i-ro устройства 2, который переводит сигнал на линии 4 в первоначальное положение и прекращает выдачу адресной информации на шину 3. Переход сигнала на шине 4 в первоначальное положение через группу 37 приемных усилителей, элементы И 30,31 j-ro устройства 2 блокирует выдачу сигнала, подтверждающего выдачу информации на линию 5. Изменение состояния линии 5 через группу 37 усилителей по линии 14 воспринимается обеимиЭВМ как сигнал окончания операции установления связи. Операция передачи данных может выполняться в синхронном и асинхронном режимах. В синхронном режиме передача данных от ЭВМ-источника данных выполняется без ожидания сигнала подтвержения от ЭВМприемника данных. Режим и направление передачи данных кодируется разрядными признаками, передаваемыми по шине 3 вместе с адресной информацией. Если i-ая ЭВМ является источником передаваемых данных. то операция передачи данных в синхронном режиме выполняется следующим образом. После операции установления связи i-ая ЭВМ по линии 7 записывает в регистр 17 слово данных, а по линиям 5 и 12 устанавливает, соответственно, потенциальный сигнал установления синхронного режима и стробирующий импульс фиксированной длительности. Сигнал по линии 5, поступает на первый вход элемента И 28 и через элемент НЕ 33 на первый вход элемента И 29. При этом стробирующий импульс через элемент И 28 и элемент ИЛИ 32 по выходу 41 коммутирует группу 15 передающих усилителей и устанавливает на информационной щине 3 словно данных. Одновременно через элемент 35 задержки и группу 36 передающих усилителей i-ro устройства 2 по линии 4 выдается стробирующий импульс, который через группу 37 приемных усилителей и элемент И 30 j-ro устройства 2 запускает одновибратор25. Сигнал с вьгхода одновибратора 25 выполняет запись слова данных во входной регистр 18 j-ro устройства 2. По сигналу на шине И j-тая ЭВМ считывает слово данных и операция передачи одного слова в синхронном режиме заканчивается.

В асинхронном режиме сеанс передачи слова данных выполняется с использованием сигнала подтверждения, выдаваемым ЭВМприемником данных по линии 5. ЭВМ-источник данных по линии 7 выполняет запи.сь слова данных в регистр 17, на линии 10 устанавливается нулевой потенциал, а на линии 12 - потенциальный сигнал стробирования, который, поступая из ЭВМ по линии 12 в элементе И 28, блокируется, а через элемент И 29 включает триггер 27, Выходной сигнал триггера 27 через элемент ИЛИ 32 по выходу 41 разрешает выдачу на шину 3 слова данных, а через элемент задержки 35 и группу 36 передаюш.их элементов устанавливает на линии 6 потенциальный сигнал стробирования. Все остальные операции по передаче слова данных в асинхронном режиме выполняются аналогично передаче адресной информации (фиг. 5, позиция 3-3) з процессе выполнения операции установления связи.

В отличие от извеестного устройства в предлагаемой системе обмена данными помимо мультиплексного возможен и селекторный режим передачи данных, отличающийся от мультиплексного тем, что за один сеанс установления связи передается не одно, а группа (массив) слов данных. Окончание этапа обмена данными между парой ЭВМ в предлагаемом интерфейсе как в селекторном, так и в мультиплексном режиме, выполняется признаком окончания обмена, передаваемым по шине 3 вместе с последним словом данных. Сигнал признака окончания обмена с выхода группы 16 приемных усилителей сбрасывает триггер26 и отключает узел синхронизации. Одновременно с этим признак окончания обмена воспринимается ЭВМ вместе со словом данных.

Изменение приоритета ЭВМ в системе без физической перекоммутации устройств 2 может быть выполнено посредством изменения содержимого регистра 21 приоритета. Ввод кодов приоритета в регистры 21 может быть выполнен по информационной шине 3 на ЭВМ, выполняющей функции диспетчера вычислительной системы. Запись кодов приоритета от ЭВМ-диспетчера в регистры 21 остальных ЭВМ и контроллеров системы выполняется аналогично передаче данных. При этом код приоритета, передаваемый по информационной шине 3, сопровождается соответствующим признаком, формирующим сигнал записи принимаемого кода приоритета в регистр 21 и сигнал окончания обмена. Перед передачей каждого кода приоритета выполняется операция установления связи между соответствующей ЭВМ и ЭВМ-диспетчером. Все операции по установлению связи и изменению содержимого регистров 21 приоритета устройств выполняются последовательно для всех ЭВМ на один сеанс занятия шины 3.

Передающий усилитель 48 и каждый элемент в группах 15 и 36 выполняют формирование сигналов по мощности и согласованию с кабельными соединениями. Передающий усилитель представляет собой инвертор с открытым коллектором выходного транзистора и может быть реализован любым из известных способов, в частности логическим элементом НЕ с открытым коллектором в интегральном исполнении. Параллельное подключение нескольких передающих усилителей к одной линии позволяет формировать сигнал на этой линии в соответствии с функцией логического элемента ИЛИ с инверсией. При этом отключение питания передающего элемента не влияет на состояние линии, к которой подключено несколько таких усилителей. В качестве

, приемных усилителей могут быть использованы обычные логические элементы с большим входным сопротивлением.

Таким образом, устройство позволяет повысить надежность магистрали и увеличить ее пропускную способность.

0

Формула изобретения

. Устройство для сопряжения с общей магистралью вычислительной системы, со держащее передающий регистр, вход которого соединен с входной шиной данных, а выход - через группу передающих усилителей, соединен с информационными шинами магистрали, приемный регистр, выходом подключенный к выходной шине данных, а информационным входом через группу приемных усилителей к информационным шинам магистрали, схему сравнения адреса, первым входом подключенную к выходу узла хранения адреса, а вторым входом - к

5 выходу группы приемных усилителей, огличающевся тем, что, с целью повышения пропускной способности и надежности, в него введены регистр приоритета, схема сравнения приоритета, узел выборки, узел управления и формирователь импульса, при0чем первый вход узла управления подключен ко входу приемного регистра и информационному входу регистра приоритета, а первый выход - к первому выходу синхронизации устройства и через формирователь импульса к управляющим входам регистра приоритета и приемного регистра, первый вход схемы сравнения приоритета соединен с информационными шинами магистрали, второй вход и выход - соответственно с первыми выходом и входом узла выборки, а

0 третий вход - с выходом регистра приоритета, второй и третий входы узла выборки подключены соответственно к входу запроса устройства и шине выборки магистрали, второй выход - ко второму входу узла управления, третий - восьмой входы которого

5 соединены соответственно с первым и вторым входами синхронизации устройства, входом управления устройства, первой и второй щинами синхронизации магистрали и выходом схемы сравнения адреса, второй и третий выходы узла управления соединены соответственно со вторым выходом синхронизации устройства и управляющим входом группы передающих усилителей.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел управления содержит два триггера, четыре элемента И, элемент ИЛИ, два элемента НЕ, элемент задержки и группы передающих и приемных усилителей, причем нулевой вход и единичный импульсный вход первого триггера соединены соответственно с первым и восьмым входами узла, единичный потенциальный вход - с единичным потенциальным входом второго триггера и вторым входом узла, пятый вход которого соединен с первым входом первого элемента И, и через первый элемент НЕ с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом узла и вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с единичным выходом второго триггера, импульсный единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход элемента ИЛИ соединен с третьим выходом узла и входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом группы передающих усилителей и через второй элемент НЕ с первым входом третьего элемента И, первый выход группы передающих усилителей соединен с щестым входом узла и с первым входом группы приемных усилителей, первый выход которой соединен со вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с единичным вы3 if 5 6

ходом первого триггера, а выход - с первым выходом узла и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с четвертым входом узла, а выход - со вторым входом группы передающих усилителей, второй выход которой соединен с седьмым входом узла и вторым входом группы приемных усилителей, второй выход которой соединен с нулевым входом второго триггера и вторым выходом узла.

3. Устройство по п. 1, отличающееся

тем, что узел выборки содержит триггер, два элемента И, элемент задержки, элемент НЕ, приемный и передающий усилители, причем первый вход первого элемента И соединен с первым входом узла, выход - со

вторым выходом узла и единичным входом триггера, нулевой вход которого через элемент НЕ соединен со вторым входом второго элемента И и вторым входом узла, выход триггера через передающий усилитель соединен с третьим входом узла и входом приемного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым выходом узла и входом элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизее

1.Авторское свидетельство СССР № 444062, кл. G 06 Е 9/00, 1972.

2.Вищневский Ю. Л. Мультиплексная магистраль вычислительного комплекса. Сб. «Вычислительная техника, Новосибирск, 1976, с. 21-35.

38