Коммутационный элемент Советский патент 1982 года по МПК G06F7/00 

Изобретение относится к вычисли-. тельной технике и может быть использовано для построения самонастраивающихся коммутационных структур, а также для построения однородных вычислительных и управляющих структур.

Известен коммутационный регистровый элемент, содержащий ячейки памяти, блок коммутации и управляющий регистр. Настройка такого коммутационного элемента осуществляется путем занесения в управляющий регистр соответствующего управляющего кода

1.

Недостатком .этого устройства является то, что для образования в коммутационной регистровой структуре, состоящей из коммутационных элементов каналов связи необходимо, настраивать каждый в отдельности коммутационный элемент, входящий в структуру. Помимо этого, для настройки коммутационной регистровой структуры требуется сложная внешняя система управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коммутационный регистровый элемент, содержащий ячейки памяти, управляющий регистр, блок коммутации, блок реализации функций распространения, блок формирования местных функций фиксирования, блок формирования вы- ходных функций фиксирования, блок формирования выходных функций занятости и блок местного управления. Настройка коммутационной регистровой структуры, состоящей из коммутационных регистровых элементов на задан ные каналы связи осуществляется автоматически, за счет подачи на все коммутационные регистровые элементы структуры вначале одинаковых сигналов .распространения, а затем одинаковых сигналов фиксирования. Работа коммутационного регистрового элемента распадается на три этапа: этап настройки на построение дерева соединений, этап настройки на фиксирование каналов связи и этап работы элемента в режиме передачи информации . При перенастройке коммутационной регистровой структуры на другую схему коммутации вводится дополнительный этап - этап сброса всех элементов в нулевое состояние, при котором все входы и выходы каждого элемента разъединены t2J .

Недостатками такого устройства являются низкое быстродействие при

работе на этапаис настройки на построение дерева соединений и фиксирование каналов связи, обусловленное | задержкой сигналов распространения дерева соединений и фиксирования в элементе и невозможность передачи информации через коммутационный регистровый элемент при работе егс на этапах настройки на построение дерева соединений и фиксирования каналов связи.

Цель изобретения - расширение . области применения коммутационного элемента путем обеспечения независимости режима передачи информации через элемент от других режимов работы элемента и повышения быстродействия элемента в режиме настройки на построения канала связи.

Поставленная цель достигается тем/ что коммутационный элемент, Содержащий ячейки памяти, блок комму тации, управляющий регистр, блок реализации функции распространения, дешифратор, блок формирования выходных функций фиксирования, причем входы ячеек памяти подключены к информационным входам элемента соответственно, а выходы - к ин ормацион ным входам блока коммутации, настроечный вход которого подключен к выходу управляющего регистра, а выходы подключены к информационным выходам элемента соответственно, вход управляющего регистра подключен к выходу де шифратора, информационные входы которого подключены ко входам сигналов фиксирования каналов связи и к информационным входам блеска формирования выходных функций фиксирования соответственно, выход которого подключен к выходу сигнала фиксирова- ния каналов связи элемента, управляющий вход блока реализации функции распространения подключен к управляющему входу элемента; элемент содержит также блок формирования местных функций занятости и блок вь1бора ийформашюнного входа, информационные входы которого подключены к входам передачи сигналЬв раепространения дерева соединения элемента и к информа1ционным входам блока реализации функхщй распространения соответственно, выход подключен к управляющим входам дешифраTol a и блока фо1эми рования выходных функций фиксации , а управляквдий вход к выходу блока формирования местнь1х функций занятости, вход которого подключен к выходу управляющего регистр а, выходы блока реализации функции распространения подключены к выходам передачи сигнала распространения дерева соединения соответственно.

Блок -реализации функции распространения содержит элементы И и ИЛИ, причем информационные входы блока подключены ко. входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к прямому входу элемента И, инверсный вход которого подключен к управляющему входу блока, выход которого подключен к выходу элемента И. Блок формирования выходных функций фиксирования содержит элементы И и ИЛИ, причем информационные йэходы влока подключены ко входс1М элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к первому выходу сигналов фиксирования каналов связи блока и к первому входу второго элемента И, выход которого подключен ко второму

выходу сигналов фиксирования каналов связи блока, втогяде входы элементов И подключены к управляющему входу блока.

Блок формирования местных функций занятости содержит элементы ИЛИ, входы которых подключены к входам блока, а выходы подключены к выходам блока соответственно.

Блок выбора информационного входа

содержит элементы И, причем прямые входы первого и второго элементов И подключены к информационным входам блока соответственно,, первые инверсные входы первого и второго элементов И подключены к управляющим входам

блока соответственно, выход первого элемента И подключен ко второму инверсному входу второго элемента И, выход которого подключен ко второму инверсному входу первого элемента И

выходы элементов И подключены к выходам блока соответственно.

Вспомогательные функции занятости,выбора информационного входа, распространения и фиксирования, реализуемые в каждом коммутационном элементе, определяются следх щим образом. Местные функции занятости определяют какие информационные .входы( заняты построенными каналами

связи. Функции занятости f и f зависят от. составляющих вектора управления

П УиУУ« fz YwVYii

Б диничное значение функции 1 (1 1,2) указывает i-тый инфор jaциoнный вход элемента, задействованный каналом связи.

Функции выбора информационного d-i и -2, определяют тот информационный вход, незанятый ранее построенными каналами связи, со сто-

роны которого пришел первый из сигналов распространения

Jvt-1 i-z-E : .

-г--rгJ,- ITz. ,

где г, и сигналы распространени дерева соединения, поотупающие от соседних элементов.

Функции распространения дерева соединений 2 и z2 необходимы для автоматического построения дерева соединений и зависят от сигналов г и г, поступающих от соседних элементов и внешнего управляющего сигнала Р, сброса дерева соединений z, (г, V г)- Р z (г, V Г5,)-Р

Функции фиксирования соединений выделяют из дерева соединений, образованного сигналами распространения лишь те соединения, которые соединяют заданный вход коммутационной структуры с зсщанными выходами. При этом каналы связи, соответствующие выделенным соединениям, фиксируются Эта операция реализуется в коммутационном элементе следующими местным функциями фиксирования

УИ nfi-A , У21 п,.1.г.

LL г.- Угг. п. 1г где п и п - входные функции фик сирования, поступающие от последующих комутационных элементов через которые проходя образуемые каналы связи.

Для настройК1 на фиксирование необходимых каналов связи, предыдущих по отношению к данному коммутационных элементов в последние, передаются выходные функции фиксирования т ( и т2., образуемые в данном элементе . Выходная функция фиксирования зависит от входных функций фиксирования п и rig и сигналов выбора информационного входа т (п V пг)- , mg (п V Пг).А2

Функции коммутации коммутационного элемента зависят от составляющих вектора управления

У Ч1нЧгГХЛЧл Чг.гХг.

ЛРг.--Yii-Чгг V. W Yi2Угг-)i-2. Управляется коммутационный элемент с помощью внешних сигналов управления С и Р. Сигнал С приводит элемент в исходное состояние, сигнал Р приводит блок реализации функций распространения в нулевое.состояние

Если ввести обозначение векторов Xg - вектор входной информации коммутационного элемента;

- вектор выходной информ. ции;

( - управляю1ций вектор элемента;

TI - вектор входных сигналов распространения соединений;J z - вектор выходных функций

распространения; - вектор входных функций

фиксирования;

- вектор выходных функций фиксирования;

, вектор местных функций

- фиксирования; ct.:ci.)i-2 - вектор функций выбора

информационного входа; f- iTi Tj- вектор функций занято ти.

то функции распространения, фиксирования, занятости и коммутации коммутационного элемента записываются в следующей компактной векторной форме:

(r,P) - функция распространения; (n,i-) -выходные функции фиксирования;у-Ф(п,ч/) - местные функции фиксиро вания;

А.Ф(гЛ) фуонкции выбора информационного входа;

(Y) - функции занятости; (х,У) - функции коммутации.

На фиг.1 изображена функциональная схема коммутационного элемента; на фиг.2 - структура передачи данных между блоками коммутационного элемента.

функциональная схема коммутационного элемента (фиг.1) содержит ячейки 1 и 2 памяти, блок 3 коммутации, управляющий регистр 4, блок.5 реализации функции распространения, дешифратор 6, -блок 7 формирования выходных функций формирования, блок 8 формирования местных функций занятости, блок 9 выбора, информационного входа, информационный вход 10, входы 11 и 12 для передачи сигналов

распространения дерева соединения, управляющие входы 13 и 14, информационный вход 15, выход 16 сигнала фиксирования каналов связи, выходы 17 передачи сигналов распространения дерева соединения, информационный выход 18, входы 19 и 20 сигналов фиксирования каналов связи, информационный выход 21, выход 22 передачи сигналов распространения дерева соединения и выход 23 сигнала фиксирований каналов связи. Коммутационный элемент имеет два информационных входа 10 и 15, по которым поступают информационные сигналы Х и Хо соответственно из соседних элементов

и два информационных выхода 18 и 21, по которым Передаваемые информационные сигналы J, и . соответственно направляются в соседние элементы. В пространственном отношении

направления движения информации Ю н 18, 15 и 21 взаимно перпендикуляр ны. Кроме информационных входов и выходов коммутационный элемент имее два управляющих входа 13 и 14. По входу 14 поступает сигнал С приведе ния коммутационного элемента в исходное состояние, при котором инфор мационные входы и выходы элемента разомкнуты. Сигнал Р на входе 13 сбрасывает блок реализации функций распространения в нулевое состояние. Входы 19 и 20 и выходы 16 и 23 предназначены для передачи от эл.емента к элементу сигналов фиксирования каналов связи, а входы 11 и 12 и выходы 17 и 22 предназначены для передачи сигналов распространения дерева соединений. В ячейках 1 и 2 памяти хранится подлежащая коммутации информация, которая поступает в них из соседних элементов по информационным входам 10 и 15. Для образования сое динений информационных входов и выходов элемента предназначен блок 3коммутации входы которого соедииены с выходами ячеек .памяти 1 и 2, а выходы соединены с информационным выходами элемента 18 и 21, и которы настраивается на определенную коммутацию под воздействйем управляю-щего вектора Y , хранящегося в управляющем регистре 4, выходы которо соединены с соответствующими входам блока 3. Входы управляющего регистр 4соединены с выходами блока б формирования местных функций фиксирова ния. Блок 5 реализации функций расп ростраиения, представляющий собой последовательно соединенные двухвходовой элемент- ИЛИ и двухвходовой элемент И, служит для формирования -ВЫХОДНЫХ сигналов распространения, передаваемых от данного элемента к соседним. Входы блока 5 .соединены с входами 11 и 12 элемента и управляю щим входом 13, а выходы соединены с выходами 17 и 22 элемента. Блок 6 представляющий собой дешифратор, со тоящий из четырех двухвходовых элементов И, необходим для формироваВИЯ местных функций фиксирования, с помощью которых элемент настраивает ся на образование заданных каналов связи.,Входы блока 6 соединены с входами 19 и 20 элемента и с выходами блока 9. На ВЕлсоде блока 6 вырабатывается соответствующий управляющий вектор Sf / заносимый, в управляющий регистр 4. Сигналы фиксирования каналов связи m ИШ, пере даваемые от элемента к соседним эле ментам, вырабатываются блоком 7 формирования выходных функций фиксирования, представляющего собой лвухвходовой элемент ИЛИ и последовательно соединенные с ним два двух входовых элемента И. На вход элет мента ИЛИ подаются сигналы с входов 19 и 20 элемента. На вторые входы элементов И подгиотся сигнгшы с выхоЛов блока 9, Выходы элементов И соединены с выходами 1б и 23 элемента. Для формирования сигналов занятости, определякяцих занятость инф.ормационных входов элемента,, служи т блок 8 формирования местных функций занятости, состоящий из двух двухвходовых элементов ИЛИ. На входы блока 8 подаются сигналы с выходов управляющего регистра 4. Выход блока В соединен со входом блока 9 выбора информационного входа. На остальные входы блока 9 поступают сигналы свходов 11 и 12 элемента. Блок 9, содержащий два трехвходовых элемента И, на входы которых подаются сигналы в соответствии с функцией выббра информационного входа, определяет тот из незанятых pasee построенными каналами связи информационный вход элемента, со стороны которого пришел первый из сигналов распространения. Структура.передачи данных (фиг.2) Повторяет схему коммутации с той лишь разницей, что вместо отдельных функций и переменных, использованных в последней, используется векторное представление всех величин в соответствии с ранее введенными обозначениями векторов. .Коммутационный элемент, работает следующим образом. I В Исходном состоянии на управляющий вход 13 блока 5 реализации функции распространения подается „единичный сигнал Р, который обеспечивает нулевое состояние блока 5. В режиме нас ройки на построение канала связи на .управляющий вход 13 подается нулевой сигнал. Одновременно на входы 11 и 12 элемента поступают сигналы распространения г от соседних элементов или извне. ЕСУ1И до этого коммутационный элемент 6iin Настроен на определенную коммутацию, отличную от нулевой, то в регистре управления к данному моменту находится соответствующий управляющий вектор )( . Блок б формирования местных функций занятости дешифрирует состояние управляющего регистра и формирует сигналы занятости Ti и fy. Сигнал построения дерева соединений Р и сигналы распЪостранения г и г поступают на входы блока 5, который вырабатывает выходные сигналы распространения соединений z и Z , направленные через выходы 17 я 22 в соседние элементы. Одновременно входные сигналы распространения г и г, сигналы занятости fj и Г поступают на

входы блока 9. Единичный сигнал появится на том выходе блока 9, который соответствует информационному входу, не занятому ранее построенными каналами связи, со стороны которого пришел первый из сигналов распространения г, поступивших на входы R данного коммутгщионного эле.мента.

Входные сигналы фиксирования п,и nj, поступающие на входы 19 и 20 ком мутационного элемента от соседних элементов (или извне), поступают на входы блока б формирования местных функций фиксирования. На остальные входы блока б поступают сигналы с выходов блока 9. в результате блок 6 вырабатывает управляющий вектор У, описывающий дополнительнуюкоммутацию элемента. Дополнительный управляющий вектор заносится в регистр управления, при этом он логически суммируется со старым управляющим вектором Y , хранящимся в регистре управления 4. Новый вектор управления Y поступает на входы блока 3 коммутации, который формирует соответствующие каналы связи между информационными входами и выходами элемента. Одновременно входные сигналы фиксирования п и п,, и сигналы |блока 9 поступают на входы блока 7 формирования выходных функций фиксирования, на выходах 16 и 23 которого формируются выходные сигналы фиксирования, причем единичный сигнал т; направлен в ту сторону, откуд пришел на данный элемент первый из сигналов распространения.

В течение всей этапов работы коммутационный элемент имеет возможность осуществлять передачу информации от входов 10 и 15 к выходам 18 и 21, в соответствии с настройкой блока 3 коммутации. Для приведения коммутационной структуры, состоящей из коммутационных элементов, в соетояние нулевой коммутации, что необходимо при перенастройке коммутационной структуры на другую схему коммутации, на вход 14 элементов подается внешний управляющий сигнал, приводящий все ячейки управляющего регис тра 4 в нулевое состояние..В результате все элементы коммутационной структур оказываются разомкнутыми и все каналы связи ликвидируются.

Рассмотрим работу коммутационной структуры, состоящей из данных коммутационных элементов.

В исходном состоянии На управляющих входах 13 и 14-всех элементов структуры присутствуют единичные сигналы, обеспечивающие исходное состояние регистров управления и блоков реализации функций распространения всех элементов структуры. Перед началом работы на вход 14 всех элементов структуры подается нулевой сигнал, разрешгиощий запись управляющего BeitTopa в регистры управления 4 коммутационных элементов. Для настройки структуры на необходимый канал связи на вход Р элементов подается нулевой сигнал. Одновременно источник информации формирует единичный сигнал распространения, поступающий на соответствующий вход 11 или 12 того, связанного с ним коммутационного элемента, информационный вход которого соединен с выходом источника информации. Единичный

сигнал распространения приходит на выходы блока 5 и поступает на входы 11 и 12 соседних элементов. Одновременно блок 9 того же элемента формирует, на соответствующем выходе единичный сигнал, определяющий со стороны какого информационного входа не занятого ранее построенными каналами связи, поступил первый, из сигналов распространения г на данный элемент. Одновременно с генерацией источником информации сигнала распространения, приемники инфоамации генерируют единичный сигнал фиксирования, поступающий на вход 19 или 20 тех коммутационных элемейтов, информационные выходы которых связаны с входами приемников информации. Как только сигнал распространения достигнет элемента, на входах 19 или 20 которого присутствуют единичные сигналы фиксирования, блок б формирует дополнительный вектор управления у, который заносится в управляющий регистр, где -логически суммируется с ранее хранимым векторо управления. Блок 3 коммутгщии осуществляет требуемую коммутацию ин-- формационных входов и выходов элемента. Одновременно блок 7 того же элемента формирует выходной единичный сигнал фиксирования на тот соседний элемент, со стороны которого пришел первый из сигналов распространения. Очевидно сигнал фиксирования не может поступить на элемент со стороны уже занятого информационного выхода, так как он направлен в сторону незанятого ин- . формационного входа последующего коммутационного элемента канала, что означает, что и информационный выход, связанный с данным информационным входом, свободен.

Процесс продолжается до тех пор, пока не будет построен требуемый канал связи. Затем на все элементы структуры подается единичный сигнал на управляющий вход 13, приводящий блок 5 и блок 9 всех коммутационных элементов в исходное состояние. Коммутационная структура готова к построению нового канала связи. Для перестройки коммутационной структуры на новую схему коммутации на все коммутационные элементы стру туры подается единичный сигнал на вход 14. В результате все элементы структуры оказываются разомкнутыми и все каналы связи ликвидируются. Совмещение непрерывного принципа распространения дерева соединений и фиксирование канала связи с принципом дискретной переда чи информации через элемент позволяет повысить быс:тродействие коммутационного элемента и в то же вре мя обеспечить передачу информации через элемент без -затухания. Так как задержка регистра на порядок больше задержки логической схемы, то можно считать, что задержка прохождения сигнала распространения че рез известный коммутационный регист ровый элемент на порядок больше,чем в данном коммутационном элементе. Время построения канала связи в ком мутационной структуре, состоящей из предлагаемых коммутационных элементов, также на порядок меньше, чем при использовании коммутационных, регистровых элементов. Кроме того, возможность совмещения процессов передачи информации и построения нового канала связи элемент снижает среднее время ожидания приемников информации. Действительно, если в коммутационной структуре,сос оящей из известных коммутационных регистровых элементов, передача информации между источником и приемником не может осуществляться до те пор, пука не будут построены все требуемые каналы евязир то в коммутационной структуре, состоящей из данных коммутационных элементов, пер дача информации между приемником и источником может осуществляться сра же после построения канала связи между ними. Поэтому среднее время ожидания приемника уменьшается в два раза. Формула изобретения 1. Коммутационный элемент, содер жащий ячейки памяти, коммутации, управляющий регистр, блок реализаци функции распространения, де шифратор, блок формирования выходны функций фиксирования, причем входы ячеек памяти подключены к информационным входам элемента соответственно, а выходы - к ин рмационным входам блока коммутации, настроечны вход которого подключен к выходу управляющего регистра, а выходы под ключены к информационным выходам эл MeFJTa соответственно, вход управляю гцего регистра подключен к выход;у де шифратора, информационные входы которого подключены ко входам сигналов фиксирования каналов связи и к информационным входам блока формирования выходных функций фиксирования соответственно, выход которого подключен к выходу сигнала фиксирования каналов связи элемента, управляющий вход блока реализации функции распространения подключен к управляющему входу элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения коммутационного элемента за счет обеспечения независимости режима передачи информации через элемент от других режимов работы элемента и повышения быстродействия, элемент содержит блок формирования местных функций занятости и блок выбора информационного входа, информационные- входы которого подключены к входам передачи сигналов расцростр нения дерева соединения элемента и к информационным входам блока реализации функций распространения соответственно, выход подключен к управляющим входам дешифратора и блока формирования выходных функций фиксации, а управляющий вход - к выходу блока формирования местных функций занятости, вход которого подключен к выходу управляющего регистра, выходы блока реализации функции распространения подключены к выходам передачи сигнала распространения дерева соединения соответственно, ft 2. Элемент по п. 1, отличаю щ ийс я теМ, что блок реализации функции распространения содержит элементы И и ИЛИ, причем инфорб ационные входы блока подключены ко входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к прямому входу элемента И, инверсный вход которого подключен к управляющему входу блока, выход которого подключен .к выходу элемента И. 3. Элемент по п. 1, о т л ичающийся тем, что- блок формирования выходных функций фиксирования содержит элементы И и ИЛИ,причем информационные входы блока подключены ко входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к первому входу первого элементами, выход которого подключен к первому выходу сигналов фиксирования каналов связи блока и к первому входу второго элемента И, выход которого подключен ко второму выходу сигналов фиксирования каналов связи блока, вторые входы элементов И подключены к управляющему входу блока. . 4. Элемент по п. 1, отличаю щи и с я тем, что блок формирования местных функций занятости

содержит элементы ИЛИ, входы которых подключены к входам блока, а выходы подключены к выходам блока соответственно.

j 5. Элемент по п. 1, о т л и ч а) и Л с- я тем, что блок выбора информационного входа содержит эле. менты И, причем прямые входы перво-. го и второго элементов И подключены к информационным входам блока соответственно, первые инверсные входы первого и второго элементов И подключены к управлйющим входам блока, соответственно выход первого элемента И подключен ко второму инверсному входу второго элемента И, выход которогчэ подключен ко второму инверсному входу первого элемента Невыходы элементов И подключены к выходам блока соответственно.

Источники йнформгщиИг принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 446059, кл. G Об F 7/00, 1975.

2.Авторское свидетельстве СССР 503235, кл. G 06 F 7/00, 1976 (прототип).