Устройство для сопряжения однородной вычислительной системы Советский патент 1982 года по МПК G06F3/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНИЯ ОДНОРОДНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для сопряжения подсистем однородной вычислительной системы.

По основному авт. св. № 769523 известно устройство для сопряжения однородной вычислительной системы, содержащее блок коммутации, блок настройки, состоящий из регистра кода настройки, дешифратора кода настройки и первого элемента ИЛИ, блок передачи, состоящий из регистра обмена и второго элемента ИЛИ, дешифратор адреса регистра, одноразрядный регистр системной синхронизации, третий элемент ИЛИ, регистр обобщенного безусловного перехода, блок прерывания, регистр текущего состояния, первые и вторые входные-выходные управляющие и информационные щины устройства, щину системной синхронизации, щину системных сигналов, входную-выходную щину микро-ЭВМ, выходную информационную щину блока коммутации, выходную управляющую щину блока коммутации, управляющую шину настройки, причем первые и вторые информационные и управляющие входные-выходные шины устройства и входная-выходная шина микро-ЭВМ соединены

соответственно с первыми, вторыми, третьими, четвертыми и пятыми входами-выходами блока коммутации, причем входная-выходная шина микро-ЭВМ соединена также с первым входом регистра кода настройки, входом

5 дешифратора адреса регистра, входом-выходом регистра обмена, входом-выходом регистра текущего состояния, входом-выходом блока прерывания, входом-выходом регистра обобщенного безусловного перехода и

Q вторым входом одноразрядного регистра системной синхронизации, второй выход блока коммутации соединен выходной информационной шиной с первым входом регистра обмена, вторым информационным входом регистра обобщенного безусловного перехода, первый выход блока коммутации соединен выходной управляющей щиной блока коммутации со вторыми входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ, с первым входом регистра текущего состояния и входом блока

прерывания, первый вход блока коммутации соединен управляющей щиной настройки с выходом дещифратора кода настройки, вход которого соединен с выходом регистра кода настройки, второй вход блока коммутации соединен щиной системных сигналов с пятым

выходом дешифратора адреса регистра, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ и одноразрядного регистра системной синхронизации, выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ соединены соответственно с управляющими входами регистра кода настройки, регистра обмена и регистра обобщенного безусловного перехода, а также с первым, вторым и третьим входами регистра текущего состояния 1.

Недостатком этого устройства является его низкая производительность, обусловленная ограниченными функциональными возможностями, так как для осуществления обмена информацией между микро-ЭВМ, входящими в разные подсистемы однородной вычислительной системы, необходимо производить перенастройку подсистем.

Цель изобретения - повыщение производительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены четвертый элемент ИЛИ и регистр логического адреса микроЭВМ, причем вход-выход регистра логического адреса микро-ЭВМ соединен с входной-выходной шиной микро-ЭВМ устройства, ,первый вход - со вторым выходом блока коммутации, а второй вход - с выходом четвертого элемента ИЛИ и пятым входом регистра текущего состояния, первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с щестым выходом дещифратора адреса регистра, а второй вход - с первым выходом блока коммутации.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - однородная вычислительная система.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 коммутации, блок 2 настройки, состоящий из дешифратора 3 кода настройки, регистра 4 кода настройки и первого элемента ИЛИ 5, блок 6 передачи, состоящий из регистра 7 обмена и второго элемента ИЛИ 8, дещифратор 9 адреса регистра, одноразрядный регистр 10 системной синхронизации, третий элемент ИЛИ И, регистр 12 обобщенного безусловного перехода, блок 13 прерывания, регистр 14 текущего состояния, четвертый элемент ИЛИ 15, регистр 16 логического адреса микро-ЭВМ, первая входная-выходная управляющая шина 17 устройства, первая входная-выходная информационная шина 18 устройства, вторая входная-выходная управляюшая шина 19 устройства, вторая входная-выходная информационная шина 20 устройства, шина 21 системной синхронизации, шина 22 системных сигналов, входная-выход ная шина 23 микро-ЭВМ устройства, выходная информационная шина 24 блока коммутации, выходная управляющая шина 25 блока коммутации, управляющая шина 26 настройки.

Однородные вычислительные системы предназначены для решения задач по параллельным программам, при этом параллелизм может быть двух видов: процедурный и функциональный. Процедурный параллелизм представляется в виде одновременно функционирующих идентичных ветвей вычисления в процессе выполнения одной процедуры.

Линейная однородная вычислительная система (фиг. 2) состоит из элементарных машин 27, включающих в себя микро-ЭВМ

28и устройство 29 для сопряжения, соединенных между собой входными-выходными управляющими 17 и 19 щинами и входнымивыходными информационными 18 и 20 щинами. Микро-ЭВМ 28 и устройство 29 для сопряжения соединяются входной-выходной шиной 23. Для реализации процедурного параллелизма из однородной вычислительной системы выделяется группа элементарных машин (подсистема) 30, соединенных с помощью программно настраиваемых устройств

29для единого функционирования. При этом все системные взаимодействия осуществляются только внутри данной группы элементарных мащин (подсистем).

Функциональный параллелизм предполагает одновременную реализацию различных процедур или нескольких различных совокупностей взаимодействующих процедур. При этом в однородной вычислительной системе выделяется несколько разных подсистем 30 и 31 и обеспечиваются обмены как между элементарными машинами 27, входящими в одну подсистему, так и между элементарными машинами 27, входящими в разные подсистемы.

Устройство работает следующим образом.

В однородной вычислительной системе, построенной с использованием данного устройства, выполняется следующий набор системных операций: настройка; обобщенный условный переход; внутриподсистемный обмен; внутриподсистемный обобщенный безусловный переход; выделение; межподсистемный обмен; межподсистемный обобщенный безусловный переход.

Рассмотрим выполнение системных операций.

Операция настройки.

Настройка осуществляется из какой-либо одной микро-ЭВМ и заключается в записи необходимой информации в регистры 4 кода настройки и регистра 16 логического адреса микро-ЭВМ.

Регистр 16 предназначен для хранения логического адреса микро-ЭВМ. Функционально он разделен на три части, разряды номера подсистемы, разряды номера микроЭВМ в подсистеме, кроме этого, выделен разряд, определяющий тип межподсистемного взаимодействия: индивидуальный или трансляционный. Настраивающая микро-ЭВМ начинает процесс настройки подсистем с занесения информации в регистры 4 и 16 своего устройства 29. Из микро-ЭВМ по шине 23 в дешифратор 9 поступает адрес регистра 4 и на первом выходе дешифратора 9 появится сигнал, который через первый элемент ИЛИ 5 поступит на управляющий вход регистра 4, разрешая запись кода настройки по первому информационному входу регистра 4 с шины 23. После занесения кода настройки в свой регистр 4, микро-ЭВМ посылает по шине 23 в дешифратор 9 адрес регистра 16, на шестом выходе дешифратора 9 появится сигнал, который через четвертый элемент ИЛИ 15 поступит на управляющий вход регистра 16, разрешая запись логического адреса в регистр 16 с шины 23. В процессе самонастройки никаких сигналов на шинах 17, 19 и 18, 20 не появляется. На втором шаге настраиваюшая микроЭВМ выбирает из своей оперативной памяти настроечное слово и логический адрес для второго устройства для сопряжения и опять пересылает их друг за другом по адресу регистров 4 и 16 по шине 23, но на этот раз настроечное слово и логический адрес не заносятся в регистры 4 и 16 устройства 29 настраивающей микро-ЭВМ, а поступают по щине 23 в блок 1 коммутации. Дешифратор 9 при этом вырабатывает последовательно по шине 22 сигнал системной настройки ( и сигнал логического адреса (Саяр.), которые поступают в блок 1 коммутации. Направление передачи определяется кодом, записанным в регистр 4, который поступает в дешифратор 3, с выхода которого по шине 26 в блок 1 поступают управляющие сигналы. Настроечное слово и логический адрес микро-ЭВМ проходит по шинам 18 или 20, а сигнал . или Садр. - по шинам 17 или 19 на соответствующие входы второго устройства 29. Во втором устройстве для сопряжения настроечное слово из блока 1 коммутации поступает на второй информационный вход регистра 4 по щине 24, а управляющий сигнал Снастр. поступает из блока 1 по шине 25 через первый элемент ИЛИ 5 на управляющий вход регистра 4, разрешая запись настроечного слова в регистр. Одновременно с этим сигнал Снастр. с выхода первого элемента ИЛИ 5 поступит на вход регистра 14 текущего состояния, устанавливая соответствующий разряд в единицу. Логический адрес микро-ЭВМ из блока 1 коммутации поступает на первый вход регистра 16 по шине 24, а управляющий сигнал Садр. поступает из блока 1 по шине 25 через четвертый элемент ИЛИ 15 на второй вход регистра 16, разрешая запись логического адреса микро-ЭВМ в этот регистр. На третьем шаге настраивающая микроЭВМ выдает по шине 23 слово настройки и логический адрес микро-ЭВМ, которые, пройдя через первое и второе устройства 29, занесутся соответственно в регистры 4 и 16 третьего устройства для сопряжения. Процесс настройки системы заканчивается выдачей настроечного слова и логического адреса микро-ЭВМ для последней настраиваемой микро-ЭВМ. Для того, чтобы отметить начало и конец подсистемы, в, настроечном слове имеются разряды признака начала подсистемы и конца подсистемы. Настроечное слово микро-ЭВМ, являюшейся началом подсистемы, в разряде признака начала подсистемы содержит единицу, а в разряде признака конца подсистемыноль. Настроечное слово микро-ЭВМ, являющейся концом подсистемы, в разряде признака начала подсистемы содержит ноль, а в разряде признака конца подсистемы - единицу. В промежуточных микро-ЭВМ в этих разрядах записаны нули. После того, как устройство 29 получило настроечное слово и логический адрес микроЭВМ, связанная с ним микро-ЭВМ переходит на режим работы по. прерыванию. Это осуществляется следующим образом. Сигнал Снастр. по щине 25 поступит на вход блока 13 прерывания, подготавливая его к работе, а сигнал Саар.поступает по шине 25 на вход блока 13, запускает его и с выхода 13 по щине 23 поступит сигнал запроса прерывания и, если микро-ЭВМ ответит по шине 23 сигналом готовности, то блок 13 сформирует соответствующий адрес команды прерывания, который по шине 23 поступит в микро-ЭВМ. Обобщенный условный переход (ОУП). Процесс настройки происходит асинхронно, т. е. как только устройство для сопряжения получит настроечное слово и логический адрес микро-ЭВМ, то связанная с ним микроЭВМ сразу же переходит к программе системных операций. Для синхронизации всех микро-ЭВМ подсистемы сразу же после операции настройки выполняется системная операция ОУП, после выполнения которой все микро-ЭВМ подсистемы одновременно переходят к выполнению параллельной программы. Операция ОУП выполняется следующим образом. Микро-ЭВМ, завершившая свою работу по программе(подпрограмме) параллельной ветви, устанавливает в единичное состояние регистр 10 системной синхронизации по шине 23 и сигналу с четвертого выхода дешифратора 9. С выхода регистра 10 по шине 21 сигнал системной синхронизации поступит в блок 1 коммутации. В тот момент, когда регистры 10 всех устройств для сопряжения подсистемы будут установлены в единичное состояние, в блоках 1 коммутации выработается сигнал обобщенного условия, который поступит с выхода блока коммутации и по шине 25 занесется в соответствующий разряд регистра 14. Одновременно с этим этот сигнал поступит в блок 13 прерывания, с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит запрос на прерывание и, если микроЭВМ ответит по шине 23 сигналом готовнести, то блок 13 выдаст соответствуюш,ий адрес команды прерывания, который по шине 23 поступит в микро-ЭВМ. С выхода регистра 14 текуш,ее слово состояния устройства по шине 23 поступит в микро-ЭВМ и после этого микро-ЭВМ перейдет к следуюш,ему этапу параллельных вычислений. Обычно операция ОУП выполняется перед операциями внутриподсистемного и межподсистемного обменов. Внутриподсистемный обмен. Операция внутриподсистемного обмена выполняется при реализации процедурного параллелизма. При этом осуществляется трансляционный режим обмена, т. е. одна микро-ЭВМ передает, а остальные микроЭВМ данной подсистемы прини.мают. Микро-ЭВМ, в программе которой предусмотрено выполнение этой операции, осуществляет следующие действия: посылает по щинам 23 в дешифратор 9 адрес регистра 7 обмена, при этом по шине 22 в блок 1 поступит сигнал внутриподсистемного обмена Свобм.- При считывании информационного слова из оперативной памяти микро-ЭВМ оно по шине 23 поступит на вход блока 1 и с его выходов по шинам 18, 20, совместно с сигналом Cb, который поступит на шины 17, 19, поступит на входы-выходы принимающих устройств для сопряжения. В блоках 1 коммутации устройств для сопряжения, в соответствующих разрядах слова настройки которых записаны признаки начала и конца подсистемы, при поступлении сигнала Свдйм. формируется сигнал, который запрещает прохождение информации по шинам 17, 19 и управляющей информации по шинам 18, 20 за пределы подсистемы. Внутри подсистемы в принимающих устройствах сигнал Cg поступит с шин 17, 19 через блок 1 коммутации по шине 25 на вход второго элемента ИЛИ 8, разрешая запись в регистр 7 обмена информационного слова, которое поступает на него по шине 22через блок 1 коммутации с щин 18, 20. Одновременно с этим, сигнал шине 23поступит в соответствующий разряд регистра 14 и блок 13 прерывания, с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания. При этом все микро-ЭВМ подсистемы переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сопряжения. Из регистра 14 по шине 23 в микро-ЭВМ считывается текушее слово состояния, которое анализируется в микро-ЭВМ, и, определив, что выполняется операция обмена, считывает по шине 23 из регистра 7 информационное слово в регистр общего назначения микро-ЭВМ. После выполнения операции внутриподсистемного обмена, все микро-ЭВМ подсистемы выполняют операцию ОУП и все микроЭВМ подсистемы переходят к следующему этапу параллельной работы. Внутриподсистемный обобщенный безусловный переход (ВОБУП). Операция ВОБУП выполняется после выполнения ОУП, т. е. все микро-ЭВМ подсистемы переходят к следующему этапу параллельных вычислений. Управление дальнейшим ходом вычислений берет на себя одна из микро-ЭВМ. Из этой микро-ЭВМ по шине 23 в дешифратор 9 поступит код операции ВОБУП и на пятом выходе дешифратора 9 появятся сигналы Свобм Свовда. которые по шине 22 через блок 1 коммутации поступят на шины 17, 19 устройства. Информационное слово из оперативной памяти микроЭВМ по шине 23 через блок 1 поступает на шины 18, 20 устройства. В принимающих микро-ЭВМ сигналы Cg и СВОБУП с шин 17, 19 через блок 1 коммутации по шине 25 поступят соответственно на входы регистров 7 к 12 через элементы ИЛИ 8 и 11, разрешая запись в регистры 7 и 12 информационного слова по шине 24 через блок 1 коммутации с шин 18, 20, а также занесутся в регистр 14 и поступят на вход блока 13 прерывания, с выхода которого пошине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания и, если микро-ЭВМ ответит сигналом готовности по шине 23, то из блока 13в микро-ЭВМ поступит адрес команды прерывания. При этом микро-ЭВМ переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сопряжения. Информация из регистра 14по шине 23 считывается в микро-ЭВМ, которая анализирует разряды регистра 14, и, определив, что выполняется операция ВОБУП по щине 23 из регистра 12 в микроЭВМ, считывает информационное слово, которое воспринимается как адрес, либо как команда. И все микро-ЭВМ переходят на новую ветвь параллельных вычислений. Сигнал Свобм запретит прохождение информации за пределы подсистемы. Выделение. Операция выделения состоит в подготовке устройств для сопряжения тех микроЭВМ, которые участвуют в операциях межподсистемного обмена и межподсистемного безусловного перехода. Операция выделения осуществляется после выполнения операции ОУП во всех подсистемах. Микро-ЭВМ, в программе которой предусмотрено выполнение операции выделения, осуществляет следующие действия; посылает по шине 23 в дешифратор 9 код операции выделения, при этом по шине 22 с выхода дешифратора 9 в блок 1 поступит сигнал СВУД. После этого передающая микро-ЭВМ последовательно выбирает из своей оперативной памяти информационные слова, содержащие логические адреса принимаюЩИХ микро-ЭВМ и тип обмена (индивидуальный или трансляционный), и выдает их по шине 23 через блок 1 на шины 18, 20 устройства, на шинах 17, 19 в это время будет сигнал СвыдВ устройствах 29 принимаюших микроЭВМ сигнал СвыА.заносится с шин 17, 19 через блок 1 в регистр 14 текущего состояния и поступает в блок 13 прерывания, с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания, и, если микроЭВМ ответит на шине 23 сигналом готовности, то из блока 13 в микро-ЭВМ поступит адрес подпрограммы обработки прерывания. При этом все микро-ЭВМ переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сованию на обслуживание устройства для сопряжения. Информация из регистра 14 по шине 23 считывается в микро-ЭВМ, которая анализирует разряды регистра 14, и, определив, что выполняется операция выделения, считывает по шине 23 из регистра 16 свой логический адрес. После этого принимающие микро-ЭВМ производят сравнение своего логического адреса с логическими адресами, поступающими от передающей микро-ЭВМ по шинам 18 и 20 через блок 1 на шину 23. Если логические адреса совпали, то микро-ЭВМ по шине 23 записывает в дешифратор 9 соответствующий код, и на втором и третьем выходах дешифратора 9 появляются сигналы, которые, проходя через элементы ИЛИ 8 и ИЛИ 11, подготавливают регистры 7 и 12 для приема информации. Каждое информационное слово, кроме логического адреса микро-ЭВМ, содержит признак типа обмена с данной подсистемой. Если осуществляется трансляционный обмен, то Микро-ЭВМ сравнивает только номер подсистемы, а если осуществляется индивидуальный обмен, то, кроме сравнения номеров подсистем, производится сравнение номеров микро-ЭВМ в подсистеме. Операция выделения предшествует операциям межподсистемного обмена и межподсистемного безусловного перехода. Межподсистемный обмен. После того, как передающая микро-ЭВМ передала логические адреса принимающих микро-ЭВМ и подсистем, она переходит к выполнению межподсистемного обмена. По шине 23 в дещифратор 9 она посылает код межподсистемного обмена и с пятого выхода дешифратора 9 по шине 22 через блок 1 на шину 17 и 19 поступит сигнал межподсистемного обмена С(4обн.- Информация из оперативной памяти микро-ЭВМ по шине 23 поступит через блок 1 на шины 18 и 20 устройства. В принимающих устройствах для сопряжения информация с шин 18 и 20 через блок 1 коммутации по шине 24 заносится в регистры 7 И 12, а сигнал Смоол. заносится с шин 17 и 19 через блок 1 по шине 25 в регистр 14 текущего состояния и поступит в блок 13 прерывания, с выхода которого по щине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания и, если микро-ЭВМ ответит по шине 23 сигналом готовности, то из блока 13 в микро-ЭВМ поступит адрес подпрограммы обработки прерывания. При этом все микроЭВМ переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сопряжения. Информация из регистра 14 по шине 23 считывается в микро-ЭВМ, которая анализирует разряды регистра 14, и, определив, что выполняется операция межподсистемного обмена, считывает по шине 23 из регистра 7 обмена информационное слово в регистр общего назначения микро-ЭВМ. После выполнения операции межподсистемного обмена все микро-ЭВМ выполняют операцию ОУП и переходят к следующему этапу параллельной работы. Межподсистемный обобщенный безусловный переход (МОБУП). Операция МОБУП выполняется после операции выделения. Управление дальнейщим ходом вычислений берет на себя микроЭВМ, выполнявшая операцию выделения. По шине 23 в дешифратор 9 она посылает код межподсистемного обобщенного безусловного перехода и с пятого выхода дещифратора 9 по шине 22 через блок 1 на шину 17 и 19 поступит сигнал СИОБУПИнформационное слово из оперативной памяти микро-ЭВМ по шине 23 поступит через блок 1 на шины 18 и 20 устройства. В принимающих устройствах для сопряжения информационное слово с шин 18 и 20 через блок 1 коммутации по шине 24 заносит ся в регистры 7 и 12, а сигнал Спобуп. заносится с шин 17 и 19 через блок 1 по шине 25 в регистр 14 текущего состояния и поступит в блок 13 прерывания с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания, и, если микро-ЭВМ ответит на шине 23 сигналом готовности, то из блока 13 в микро-ЭВМ поступит адрес команды прерывания. Информация из регистра 14 по шине 23 считывается в микро-ЭВМ, которая анализирует разряды регистра 14 и, определив, что выполняется операция МОБУП, считывает по шине 23 из регистра 12 информационное слово, которое воспринимается как адрес, либо как команда, и все микро-ЭВМ переходят на новую ветвь параллельных вычислений. Таким образом, устройство обеспечивает повышение пропускной способности за счет выполнения системных операций, так как реализация межподсистемных операций с помощью известного устройства требует разрушения подсистем, организации новых подсистем для реализации межподсистемных операций и восстановления разрушенных подсистем. Кроме того, вычислительные системы, использующие предлагаемые устройства, за счет выполнения системных операций выделение, межподсистемный обмен и межподсистемный обобщенный безусловный переход, расширяется класс решаемых задач, т. е. добавляются задачи, для решения которых необходимо реализовать, кроме процедурного, функциональный параллелизм, например задачи управления, имеющие иерархическую структуру, в частности задачи управления технологическими процессами. Формула изобретения Устройство для сопряжения однородной вычислительной системы по авт. св. № 769523, отличающееся тем, что, с целью повыщения

J9

fpuz.l

23 производительности устройства, в него введены четвертый элемент ИЛИ и регистр логического адреса микро-ЭВМ, причем входвыход регистра логического адреса микроЭВМ соединен с входной-выходной шиной микро-ЭВМ устройства, первый вход - со вторым выходом блока коммутации, а второй :вход - с выходом чвтвертого элемента ИЛИ и пятым входом регистра текущего состояния, первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с шестым выходом дешифратора адреса регистра, а второй вход - с первым выходом блока коммутации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2713451/18-24, кл. G 06 F 3/04, 1978 (прототип).