Устройство для сопряжения микроэвм с общей магистралью

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5114 С 06 Р 13 36 11 0 КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ ГОСУД АРСТВЕННЫИПО ДЕЛАМ ИЗ вг13 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛ к дат ких микроЭВМ в однородную вычислительную систему с общей шиной,Цель изобретения - повышение быст родейстзия обнарукения неисправного узла при выполнении диагностики системы, Цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок коммутации, регистр состояния, регистр синхронизации, блок передачи, блок прерывания, интегрирующий элемент, пороговый элемент и элемент ИЛИ, введены дополнительно дешифратор идентификации отказа, регистр отказа, три элемента И и регистр разрешения диагностики, что позволяет оператив" но выявить отказ микроЭВМ системою и произвести ее реконфигурацию. 6 ил., 1 табл.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОЭВМ С ОБЩЕЙ МА (57) Изобретение о лительной технике польэовано для обь СОПР ЯЖЕНИ ГИСТРАЛЬЮ вычисо сит с мозет быть ис инения нескол1252790 41 Составитель И. ХаэоваТехред В.Кадар Корректор А. Тяско Редактор В. Петраш Заказ 4621/49 Тираж 671ВНИИПИ Государственного коьетета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб, д, 4/5 Подписное Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4Изобретение относится к вычислитепьцой технике и может быть использовано для объединения нескольких микроЭВМ в однородную вычислительную систему с общей шиной.Цель изобретения - повышение быстродействия обнаружения неисправного узла.На фиг, 1 представлена структура объединения микроЭВМ н систему с обшей шиной и диагностическими связями ца фиг. 2 - структурная схема устройства; ца фиг. 3 - структурная схема блока коммутации; на фиг, 4 структурная схема блока настройки; ца фиг, 5 - структурная схема блока передачи информации; ца фиг. 6 структурная схема формирователя сигнапа отказа,Однородная вычислительная система(структура) состоит (фиг, 1) из однотипных микроЭВМ (микропроцессоров)1 которые через вход - выход (шину) 2 микроЭВМ и устройство 3 для сопряжения подключены с помощью информационной шины 4 устройства и управляющей шины 5 устройства к общей шине б системы, диагностический выход7 и диагностические входы 8 - 10 устройств для сопряжения образуют диагностические связи одной вычислительной системы (структуры), причем выход 7 1-го устройства соединен свходом 8 (1+1)-го устройства входом9 (1+2)-го устройства и входом 10(1+3)-го устройства для сопряжения.В системе обеспечивается аппаратная идентификация отказавших микроЭВМи программная реконфигурация для продолжения вычислений,Устройство для сопряжения (фиг. 2)содержит блок 11 коммутации, блок 12настройки, дешифратор 13 адреса, регистр 14 сигцапов синхронизации,блок 5 передачи ицформации, регистр16 состояния, блок 17 прерывания,дешифратор 18 идентификации отказа,элемент И 19, регистр 20 отказа,формирователь 21 сигнала отказа,первый элемент И 22, второй элементИ 23, третий элемент И 24, регистр25 разрешения диагностики группувыходов 2 б диагностических сигналовблока коммутации, группу выходов 27управляющей информации блока коммутации, руину информационных выходов 28 блока коммутации, управляющий вход 29 сигца 1 ов настройки бло. 5 10 5 го 25 30 35 40 45 50 55 ка коммутации, информационный вход30 режимных сигналов блока коммутации, вход 31 синхронизации блокакоммутации, информационный вход 32сигнала отказа блока, коммутации,информационные входы 33 блока коммутации, первый информационный вход 34блока настройки, второй информационный вход 35 блока настройки, вход36 блокировки блока настройки, разрешающий вход 37 блока настройки,вход 38 сигнала "Настройка" блоканастройки, первый 39 и второй 40 выходы блока настройки, информационный вход 41, разрешающий 42 и установочный 43 входы и выход 44 блока15, вход 45 и выход 46 формирователя сигнапа отказа, первый 47, второй 48, третий 49, четвертый 50,пятый 51, шестой 52, седьмой 53 ивосьмой 54 выходы дешифратора 13адреса, первый 55 и второй 56 информационные входы, вход 57 записи ивыход 58 регистра состояния первый 59 и второй 60 запросные входы ивыход 61 блока прерывания, первый62, второй 63 информационные входы,вход 64 сброса и выход 65 регистрасинхронизации,Блок коммутации может быть выполнен в виде (фиг. 3) элементовИ-НЕ 66-71, элементов И 72-74, элементов ИЛИ-НЕ 75-83, элемента ИЛИ 84.Блок настройки может быть выполненв виде (фиг4) дешифратора 85,элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 86, элементаИЛИ 87, В-триггера 88, элементаНЕ 89, элемента И 90. Позициями 91и 92 обозначены выходы дешифратора.Блок передачи информации можетбыть выполнен с виде (фиг. 5) Ртриггера 93, элементов И-НЕ 94-96,элемента ИЛИ 97, 0-триггеров 98 и 99.формирователь сигнала стказаможет быть выполнен в виде (фиг. 6)интегрирующего элемента 100 и порогового элемента 101, Интегрирующийэлемент 100 выполнен таким образом,что его постоянная заряда намногоменьше постоянной разряда,На вход интегрирующего элемента100 поступают импульсы, на его выходе образуется ступенчатое напряжение увеличение которого производится каждым входным импульсом. Этонапряжение подается на вход порогового элемента 101, где сравниваетсяс пороговым напряжением, Когда выход 1з 1252 ное напряжение интегрирующего порогового элемента превысит напряжение на выходе порогового элемента 101, появится логическая единица. Если число входных импульсов в серии меньше определенной величины, то на выходе формирователя 21 сигнала отказа устанавливается напряжение логической единицы. В случае прекращения входных импульсов через время эа держки, определяемое постоянной разряда интегрирующего элемента, на выходе формирователя 21 сигнала отказа устанавливается напряжение логического нуля.5Устройство работает следующим образом.В однородной вычислительной системе с общей шиной, построенной с ис.20 пользованием устройства для сопряжения, выполняется следующий набор системных операций: настройка, синхронизация, обмен, обобщенный безусловный переход, диагностика отказов и ре конфигурация,Операция настройки состоит в подключении устройства для сопряжения через блок 11 коммутации к общей шине 6 систеж, Для настройки устройства для сопряжения необходимо занес 30 ти настроечную информацию в блок 12 настройки. Настроечная информация в блок 12 настройки может поступить иэ микроЭВМ, связанной с данным устройством для сопряжения по входу-выходу 2 микроЭВМ, или из другой микроЭВМ по общей шине 6 однородной вычислительной систееи.Настройка устройства для сопряже ния производится следующим образом.Процессор по входу-выходу 2 микроЭВМ по адресу, соответствующему настройке устройства, передает логическую единицу на вход 34 блока 22 настрой ки. При этом на входы 34 и 37 блока 12 настройки поступают сигналы логической единицы из микроЭВМ и с выхода 48 дешифратора 13 адреса соответственно, с выхода элемента 2 И-ИЛИ НЕ 86 (фиг. 4) на Р-вход триггера 88 поступает логический нуль, а с выхо" да элемента ИЛИ 87 на С-вход триггера 88 - логическая единица. При этом триггер 83 (его инверсный выход) ус" 55 танавливается в единичное состояние, Единица с выхода 40 блока 12 настройки поступает в регистр 16 состоя 790 4ния, в случае опроса которого микро- ЭВМ информируется о настройке своего устроиства для сопряжения, и через элемент И 90 поступает на выход 39 блока 12 настройки. Снятие настройки устройства производится аналогично, на вход 34 блока 12 настройки необходимо подать логический нуль. С выхода 39 блока 12 настройки на вход 29 блока 11 коммутации поступает логическая единица, разрешающая прохождение данных через блок 11 коммутации на шину 4 и далее в общую шину 6 системы и обратно.Настройка устройства для сопряжения по общей шине 6 системы производится следующим образом, Настраивающая микроЭВМ (ею может быть только ЭВМ с настроенным устройством для сопряжения) по адресу, соответствующему системной операции "Настройка", передает настроечное слово, в котором кодируется адрес и информация о настройке настраиваемых ЭВМ системы, При этом по каналу мик- роЭВМ на вход 33 блока 11 коммутации (первые входы элементов И-НЕ 66 на фиг. 3) поступает настроечное слово, а с выхода 47 дешифратора 13 адреса на вход 30 системных сигналов (цель настройки) и первые входы элементов И-НЕ 67-69 и элемента ИЛИ 84 (фиг. 3) - импульсный сигнал логической единицы, по которому на информационнуюшину 4 устройствадля сопряжения поступает настроечное слово и на управляющую шину 5 сигнал "Настройка". На все устройства сопряжения иэ общей шины 6 (фиг. 1) системы поступает сигнал "Настройка", который через элемент ИЛИ-НЕ 79 поступает на управляющий выход 27 блока 11 коммутации, и настроечное слово,. которое через элемент ИЛИ-НЕ 80 поступает на информационный выход 28 блока 1 коммутации. Сигнал "Настройка" поступает на второй вход 38 управления блока 12 настройки (управляющий вход дешифратора 85, фиг. 4), а настроечное слово - на второй информационный вход 35 блока 12 настройки (информационный вход шифратора 85, фиг. 4)Дешифратор 85 работает следующим образом. Если на его управляющий вход поступает сигнал "Настройка", а адресная часть настроечного слова, поступающего на его информаци"5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Операции обмена предшествует операция синхронизации, которая ныполняется следующим образом. ЭВМ, готовая к обмену, устанавливает регистр 14 сигналов синхронизации по входу- выходу 2 микроЭВМ и при разрешении с выхода 50 депгифратора 13 переходит ца опрос соответствующего разряда регистра 16 состояния. С выхода регистра 14 на вход 31 синхронизации блока 11 коммутации (перный вход элемента И 71, фиг. 3) поступает сигнал частичной синхронизации который через элементы И-НЕ 71 и 70 поступает ца соответствующую цепь управляющей шинъ 1 5. когда регистры 14 всех устройств для сопряжения подсистемы установлены, н блоках 11 коммутации (соответствующие элементы 1 ЛИ-НЕ 81-83, И 72-74) нырабатывается сигнал системой синхронизации, который поступает с выхода 27 блока 11 коммутации и заносится в соответствующий р.-ряд регистра 16 состо яггия. ЭВМ, проанализировав состояние этого разряда регистра 16, определяет, что синхронизация ньгполнена, ицые входы, соответствует адресуданного устройства для сопряжения,то сигнагг настройки проходит ца управляющий выход 92 дешифратора 85(импульс логической единицы), Притом ца ццформациоцном выходе 91лешифратора 85 появляется либо сигнал логической единицы (настройка),либо сигнал логического нуля (снятиенастройки), что определяется информационной частью настроечного слова,Гигцал с информационного выходадегшифратора 85 через элемент 2 И-ИЛИНЕ 86 поступает на П-вход триггера88, а сигнал с управляющего выхода92 дешифратора 85 через элементИЛИ 87 - ца С-вход триггера 88, устананлиная его или очищая в зависимости от информации на В-входе.После настройки всех устройствсопряжения связанные с ними ЭВМобразуют подсистему и переходят квыполнению параллельной программы.В процессе выполнения подсистемнойпараллельной программы ЭВМ обмениваются информацией. Данное устройство для сопряжения позволяет осуществлять трансляциоцный обмен, т.е.когда одна ЭВМ передает, а остальные ЭВМ (нходящие н подсистему) принимают информацию,и переходит к операции обмена. ЭВМ, н программе которой предусмотрено выполнение передачи в системной операции обмена, посыпает по входу-выходу 2 микроЭВМ н дешифратор 13 код, соответствующий операции передачи, при этом с выхода 47 дешифратора 13 на вход 30 блока 11 коммутации поступает сигнал Передача (перный и второй входы элементов ИНЕ 68, ИЛИ 84 соответственно), Информационное слово из оперативной памяти по входу-выходу 2 микроЭВМ поступает на информационные входы 33 блока 1) коммутации и по информационной шине 4 устройства совместно с сигналом Передача поступающим на управляющую шину 5 устройства в общую шину 6 системы.В устройства для сопряжения, связанные с ЭВМ, выполняющими прием системной операции обмена иэ общей шины 6 системы (фиг, 1), поступает информация по информационной шине 4, сопровождаемая сигналом "Передача", поступающим иэ общей шины системы по управляющей шине 5 устройства. Информация через блок 1 коммутации, информационный выход 28 поступает на информационный вход 41 блока 15 передачи (Р-входи триггеров 93, 98 и 99) а сигнал передачи через блок 11 коммутации, выход 27 на вход 43 блока 15 передачи (нижний вход элемента ИЛИ 97, фиг. 5), разрешая запись информации в блок 15 передачи. Одновременно сигнал "Передача", поступая на вход 55 регистра 16 состояния, устанавливает соответствующий окончанию приема разряд регистра 16 и, поступая на вход 64 сброса регистра 14 сигналов синхронизации, очищает его. Иэ регистра 16 состояния информация по каналу микроЭВМ считывается в ЭВМ, проанализировав разряды регистра 16, определяет, что устройством для сопряжения выполнена операция приема, и считывает информацию иэ блока 15 передачи через его выход 44 и входныход 2 микроЭВМ, для чего с выхода 50 дешифрагора 3 адреса на нход 42 блока 15 передачи (вторые входы элементов И-НЕ 94-96) поступает сигнал логической единицы.Операция обобщецного безусловного перехода (ОБП) состоит н том, чтоУстройство для сопряжения позволяет производить аппаратную диагностику отказов в системе. Диагностируются два вида отказов: отказ источника питания микроЭВМ и выход микроЭВМ по той или иной причине из программного режима работы в режим 55 одна иэ ЭВМ подсистемы вызываетпрерывание всех ЭВМ подсистемы.ЭВМ, в программе которой предусмотрена инициализация операции обобщенного безусловного перехода, посылает по каналу микроЭВМ в дешифратор 13 код, соответствующий операции "Обобщенный безусловный переход",при этом с выхода 47 дешифратора 13на вход 30 блока 11 коммутации пос- Отупает сигнал ОБП, Информационноеслово иэ оперативной памяти по входу-выходу 2 микроЭВМ поступает навход 33 блока 11 коммутации и поинформационной шине 4 устройства 5совместно с сигналом ОБП, поступающим на управляющую шину 5 устройства, в общую шину 6 системы.В устройства для сопряжения всехЭВМ подсистемы иэ общей шины системы 20поступает информация по информационной шине 4, сопровождаемая сигналом ОБП, поступающим из общей шинысистемы по шине 5 устройства. Информация через блок 1 коммутации, информационный выход 28 поступает наинформационный вход 4 блока 15 передачи, а сигнал ОБП через блок 11коммутации, выход 27 - на вход 43блока 15 передачи (верхний вход элемента ИЛИ 97), разрешая запись информации в блок 15 передачи. Одновременно сигнал ОБП поступает на вто.рой запросный вход 60 блока 17 прерывания. При этом последний посылает З 5через свой вход-выход в канал микроЭВМ сигнал ТПР (требование прерывания), ЭВМ разрешает прерывание, посылает в блок 17 прерывания сигналППР (предоставление прерывания). 4 ОПри этом блок 17 прерывания посылает в канал микроЭВМ адрес векторапрерывания, соответствующий операции обобщенного безусловного перехода, МикроЭВМ переходит на выполнение подпрограмма обслуживания обобщенного безусловного перехода, привыполнении которого она используетинформацию, записанную в блок 15 передачи и уточняющую действия микроЗВМ при операции ОБП,связи с пултовым терминалом. Любой из этих отказов может привести к зависанию системы при выполнении операции синхронизации, так как все микроЭВМ будут ждать частичного условия синхронизации отказавшей мик- роЭВМ.Диагностика и реконфигурация системы осуществляется следующим образом, В системе нет специальной мик- роЭВМ, которая следила бы за состоянием системы и выполняла реконфигурацию при отказе той или иной микро- ЭВМ. Эти функции разнесены по всем микроЭВМ и связанным с ними устройствам для сопряжения. Каждое устройство для сопряжения анализирует состояние трех соседних микроЭВМ с физическими адресами меньшими (или большими) физического адреса микроЭВМ,Перед началом работы в регистр 25 разрешения диагностики заносится код, разрешающий по первым входам элементов И 22-24 прохождение по вторым входам элементов И 22-24 сигналов от каза микроЭВМ в регистр 20 отказа. Установка и очистка регистра 25 разрешения диагностики осуществляется йикроЭВМ для чего по входу-выходу 2 микроЭВМ на информационный вход регистра 25 поступает соответствующая информация при разрешении, поступающем на вход синхронизации регистра 25 с выхода 51 дешифратора 13 адреса регистра.При переходе микроЭВМ иэ программного режима в режим связи с пультовым терминалом она начинает обращаться по его адресу. При этом с выхода 53 дешифратора 1 Э адреса на вход 45 формирователя 21 сигнала отказа поступает серия сигналов, на выходе формирователя 21 появляется сигнал, поступающий на вход элемента ИЛИ 9, На выходе последнего появляется сигнал, который поступает на вход 32 сигнала отказа блока 11 коммутации (вход элемента ИЛИ-НЕ 77, фиг. 3) и через блок 11 коммутации (выход элемента ИЛИ-НЕ 75, фиг. 3) на первый С 8, второй С 9 и третий С 10 входы сигналов отказа устройств для сопряжения, связанных с микро- ЭВМ с адресами (+1), (1+2) и (.+3) соответственно.Одновременно сигнал с выхода элемента ИЛИ 19 поступает на вход 36 блокировки блока 12 настройки(вход элемента НЕ 89, фиг, 3), Приэтом устройство для сопряжения, связанное с неисправной микроЭВМ,исключается иэ подсистемы (на входе элемента И 90 устанавливается 5сигнал логического нуля). При отказе источника питания микроЭВМ формируется сигнал ПИГ, который по входу-выходу 2 микроЭВМ поступает напервый вход элемента ИЛИ 19 и производит те же действия, что и сигнал свыхода формирователя 21. В устройстве для сопряжения (1+1), (1+2),(1+3) микроЭВМ соответственно навходы 8 - 10 поступает сигнал откаэа, которыц, проходя через блоки 11коммутации (соответствующие элементы ИЛИ-НЕ 76-78, фиг, 3) на выход(шину) 26 сигнала отказа блока 11коммутации, поступает через вторые 0входы элементов И 22-24 на соответствующие входы регистра 20 отказа.В одно устройство для сопряжения в регистр 20 отказа могут поступить сигналы отказа от одной, двух или трех соседних микроЭВМ (по входам 8 - 10) с физическими адресами (1-1), (1-2) и (д), меньшими физического адреса данной мик.10 роЭВМ, С выходов регистра 20 отказа сигналы отказа поступают на вход дешифратора 18 идентификации отказа.Работа дешифратора 18 идентификации отказа описывается таблицей.В зависимости от комбинации сиг налов на входах С 8-С 10 с выхода дешифратора 18 идентификации отказа на вход (шину) 63 блока 17 прерывания может поступить один иэ трех сигналов: одинарного (Г ), двойного 40 (1) или тройного (1 э) отказов. При этом блок 17 прерывания пропускает через свой вход - выход 61 на вход- выход 2 микроЭВМ сигнал ТПР (требование прерывания), ЭВМ разрешает прерывание - сигнал ППР (предоставление прерывания). При этом блок 17 прерывания посылает в канал вектор прерывания, соответствующий операции диагностики одинарного, двойного или 5 О тройного отказа. ЭВМ переходит на выполнение подпрограммы реконфигурации подсистемы. В случае одинарного отказа микроЭВМ, идентифицировавшая отказ, берет нагрузку отказавшей микроЭВМ на себя и выполняет две ветви параллельной программы. При двойном отказе выполняются аналогичные действия. Тройной отказ воспринимается микроЭВМ как К-кратный отказ (К3) и микроЭВМ идентифицировавшая тройной отказ осуществляет идентификацию всех микроЭВМ, входящих в подсистему, и производит реконфигурацию подсистемы путем включения дополнительных микроЭВМ вместо отказавших.Все ЭВМ подсистемы перед началом работы производят сброс регистра 20 отказа, для чего микроЭВМ посылает по входу-выходу 2 микроЭВМ в дешиф 1 ратор 13 адреса код, соответствующий сбросу регистра 20 отказа, при этом с выхода 52 дешифратора 13 на вход сброса регистра 20 отказа поступает сигнал, который очищает его. Очистка регистра 20 отказа должна производиться всякий раэ при запуске подсистемы в работу. Исключение отказавшей ЭВМ иэ подсистемы производится снятием настройки соответствующего устройства сопряжения. При этом в регистр 25 разрешения диагностики блока для сопряжения, идентифициро- ,вавшего отказ, по каналу микроЭВМ заносится код, запрещающий прохождение сигнала отказа через элементы И 22-24 от микроЭВМ, исключенной из подсистемы. Формула изобретенияУстройство для сопряжения микро- ЭВМ с общей магистралью, содержащее блок коммутации, информационный вход режимных сигналов и управляющий вход сигналов настройки которого соединены соответственно с первым выходом дешифратора адреса и первым выходом блока настройки, регистр состояния, регистр сигналов синхронизации, блок передачи информации, блок прерывания, формирователь сигяала отказа, элемент ИЛИ, причем выходная информационная шина микроЭВМ подключена к первому информационному входу регистра сигналов синхронизации, первому информационному входу блока настройки, группе входов дешифратора адреса, информационнным входам блока коммутации и блока прерывания, информационный выход блока коммутации подключен к второму информационному входу блока настройки и информационному входу блока передачи информации, выход которого соединен с входной информационной12 125790 Состояние выходов О О О О О 1 О О 1 О 1О О 1 О 1 О О О О О О О 1 О О О шиной микроЭВМ, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы дешифратора адреса соединены соответственно с разрешающим входом блока настройки, входом записи регистра состояния, входом формирователя сигналаотказа, разрешающим входом блока передачи и вторым информационным входом регистра сигналов синхронизации, вход сброса которого, вход сиг- Онала "Настройка" блока настройки,первый информационный вход регистрасостояния, установочный вход блокапередачи информации, первый запросный вход блока прерывания подключен 5к группе выходов управляющей информации блока коммутации, второй выход блока настройки соединен с вторым информационным входом регистрасостояния, выход которого соединен 20с входной управляющей шиной микроЭВМ, шина прерывания которой соединена с выходом блока прерывания, выход формирователя сигнала отказа ивыход отказа микроЭВМ через элементИЛИ соединены с входом блокировкиблока настройки и информационнымвходом сигнала отказа блока коммутации, выход регистра сигналов синхронизации соединен с управляющим 30входом сигнала синхронизации блокакоммутации, двунаправленные системЮ Состояние входов пп С 8 С 9 С 10 ные информационная и упраьляюшаяшины блока коммутации подключены ксоответствующим шинам общей магистрали, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия обнаружения неисправного узла,в него шведе;: -ешифратор идентификации отказа, регистр отказа, первый,второй и третий элементы И и регистрразрешения диагностики, информационный вход которого соединен с выходной информационной шиной микроЭВМ, синхровход - с седьмым выходомрегистра адреса, а группа выходовс первыми входами первого, второго нтретьего элементов И, вторые входыкоторых соединены с группой информационных выходов диагностическихсигналов блока коммутации, а выходы - с информационными входами регистра отказа, синхровход которогосоединен с восьмым выходом дешифратора адреса, выход регистра отказачерез дешифратор идентификации отказа соединен с вторым запроснымвходом блока прерывания, информационный выход сигнала отказа блока коммутации является диагностическимвыходом устройства, первый, второйи третий диагностические входы устройства подключены к одноименным информационным входам блока коммутации .