Устройство связи многопроцессорной вычислительной системы

/36, 1983. ОГОПРОЦВССОР 21 Ы ть и с пол ьз оГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОтнРытияПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Мануэль Т, Новая сетеров фирмы Яепиеп 1, нребольшинство крупных ЭВМ,ника, 198, У 11, с, 39 Авторское свидетельстУ 1223239, кл, С 06 Г 13(54) УСТРОЙСТВО СВЯЗИ МН 12 ОЙ ВЫЧИСЛИТБЛБНОЙ СИСТ (57)Изобретение может бь Изобретение относится к вычислиьной технике и может быть использовано в многопроцессорных вычислительных системах для организации обмена информацией между процессорами,в состав которых входит буферная память, каналами ввода-вывода, модулями оперативной памяти.Цель изобретения - повышение пропускной способности устройстваНа фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 - схема блока управления; на фиг. 3 - схема блокаактивизации; на фиг, 4 - схема арбит- .ра; на фиг. 5 - схема блока коммутации; на фиг, 6 - временные диаграммыорганизации обмена между модулями(абонентами устройства),Устройство содержит арбитр 1, матрицу МаН блоков 2 коммутации, матривано для организации обмена информацией между процессорами, имеющимибуферную память, каналами вводда, модулями оперативной памяти,Цель изобретения - увеличение пропускной способности устройства, Поставленная цель достигается тем, чтоустройство содержит арбитр, матрицуразмером М Н (где М - число внутренних магистралей устройства; Н - общее число абонентов устройства) блоков коммутации, матрицу размеромМН блоков управления, Н элементов И,К блоков активизации (где К - числоабонентов с буферизацией), 1 з,п,, ф-лы, 6 ил,цу МхН блоков 3 управления, где Н -общее число абонентов устройства;М - число внутренних магистралей устройства, Н элементов И 4, К блоков 5активизации, где К - число абонентовс буферизацией, группу инФормационныхвходов-выходов 6 устройства, выход 7признака активизации буфера внешнего ЬРабонента устройства, вход 8 признака 4 Ьналичия абонента с буферизацией устройства, группы информационных входов-выходов 9 блока 2 коммутации,вход 10 запроса устройства, выход 1признака разрешения связи устройства,информационный вход-выход 12 блока 2коммутации, внутреннюю магистраль 13,группу входов 14 режима блока З.управления, первый вход 15 режима блока 3 управления, с первого по третийвыходы 16-18 блока 3 управления, пер1529243 4 Ф - сигюа,скояощироРажий с 8 иУа Р а иКОЛ- ксиву свриаи.Ф оставитель ехред д,Се корректор С,Черни актор А,Огар комитета по изобрет Москва, Ж 35 Рауцс о-издательский комбинат "Патент" г. Ужгород Гагарина, 10 оизводст каз 7643/45 Тираж 668 НИИПИ Государственного 113035;. ктивиз ац 1 ли.Блок 3 управления включает два.риггера 26 и 27 четыре элемента- НЕ 28-312 элемент И 32, два элемен. а ИкПИ 33 и 34 р четыре элемента НЕ5- 38, три магистральных элемента9-41 и элемент 42 задержки,Блок 5 активизации образует элеент И 43 и элемент НЕ 44.15Арбитр 1 содержит Н узлов 45 аритряжа, элемент ИЛИ-НЕ 46, элемент7 задержки и элемент НЕ 482 при этом. аждый узел 45 арбитража включаетри элемента И-НЕ 49-51, два элемен-". И 52 и 53, вход 54 . узла 45 аритража, выход 55 узла 45 арбитражавход 56 узла 45 арбитража.Блок 2 коммутации образует с первого по седьмой элементы И 57-63,,ва элемента НЕ 64 и 65, дна элемента И бб и 67, четыре группы элементовИ 68-71, восьмой и девятый элементы(какалыр оперативная помят ь) устрой ства, не требующие актуализации буферной памяти, а к другим входам-выходам б, выходам; - гхоцам 8 подключены устройства, требующие актуализации своей буферной памяти (центр альные процессоры), При псцключенииак выходу 7 на вход 8 необходимо по 40дать нулевой сигнал,Для установления связи вызывающееустройство устанавливает единичныйсигнал на входе 10 запроса Если арбитр 1 свободен (т,е на входах 10нет сигналов запрос от других вызы -вающих устройств), то он вырабатывает единичный сигнал на выход 11 разрешенля связи, который через входывыходы 6 поступает в вызывающее устройство, а через входы-выходы 950на входьь-выходы блоков 2 коммутациии через информационные входы 14 наблоки 3 управления данного столбца,.Посредством анализа сигналов навходе-выходе 20 (магистраль занятости 55предыдущих строк) и на входах 21 выбирается первая из свободных внутренних шин 13, на. которую коммутируется через блок 2 коммутации сигнал разрешения связи. Блоки 3 управления,подключенные к выбранной внутреннейшине 13, посредством анализа сигналов на входе-выходе 19 (магистрапизанятости абонента) обеспечивают коммутацию сигнала разрешения связи свнутренней магистрали 13 на входывыходы б устройств, не участвующихв других обменах (входы-выходы бсвободны), Поступивший сигнал разрешения связи подготавливает свободныеустройства к приему адреса требуемого вызываемого устройства, подготавливает блоки 3 и 2 управления и коммутации (через управляющие входы 16и 17) для трансляции сигналов междувходами в выхода б и внутренней магистралью 13,Приняв ст арбитра 1 сигнал разрешения связи, вызывающее устройствовыставляет на входы-выходы 6 кодадреса требуемого вызываемого устройства (для оперативной памяти, например, старшие разряды адреса оперативной памяти), идентификатор адреса,код операции. Указанная информациячерез свободную внутреннюю магистраль13, входы-выходы 6 и соответствующиеим блоки 2 коммутации поступает всвободные вызываемые устройства, прикоде операции записи в оперативнуюнамять через магистраль 25 (магист-раль активизации), выходы 7 и соответствующие им элементы И 4 и все узлы 5 активизации поступает во всевызываемые устройства, требующие активизации своей буферной памяти, чтообеспечивает информирование всех устройств об изменениях в оперативнойпамяти.Вызываемое устройство распознавшеесвой код адреса, выставляет на своивходы-выходы 6 сигнал ответа, который закрепляет необходимые связи всоответствующих блоках 2 управленияпосредством занятия внутренней магистрали 13 (при этом на входе-выходе20 появляется единичный сигнал). Сигнал ответа, поступив в вызывающееустройство, разрешает опять сигналзапроса, освобождая арбитр 1 для других запросов устройств,Если ни одно из устройств не распознало свой код адреса, то по исте-.чении наперед заданного времени(тайм-аут) вызывающее устройствоснимает сигнал запроса.5 15Далее происходит обмен данными и идентификаторами по алгоритмам устройств.По окончании сеанса связи вызываю. щее устройство через входы-выходы 6посылает сигнал окончания связи, который информирует вызываемое устройство об окончании связи, освобождаетвнутреннюю магистраль 13, поступая вблоки 3 управления, принадлежащие магистрали 13 и входам-выходам 6 вызывающего и вызываемого устройств.Таким образом, в устройстве связиобеспечивается одновременная передача информации сразу по нескольким магистралям между несколькими парамиустройств, Установление связи можетпроисходить в одно и то же времятолько для одной пары,Арбитр 1 может быть в двух состояниях: "Занят" и "Свободен",Перевод арбитра в состояние "Занят" происходит по двум причинам:когда все магистрали заняты и на выходе 13 блоков 3 управления последней строки появляетсяединичный сигнал, который через элемент НЕ 48 запирает все элементы И 53; когда хотябы на одном выходе 10 имеется сигналз апро с а,Если арбитр 1 свободен, то на всех выходах 55 узлов 45 арбитража устаоновлен единичный сигнал и, следовательно, на входах 56 узлов арбитража 45 - единичный сигнал.Для установления связи вызывающие устройства устанавливают единичные сигналы на входы 1 О соответствующих узлов 45 арбитража, Так как элементы И-НЕ 51 открыты, то на выходах эле- . ментов И-НЕ 50 устанавливаются единичные сигналы, а на выходах элементов И - НЕ 49 . - нулевые сигналы. Нулевые сигналы с выходов элементов И-НЕ 49, последовательно проходят через элементы И 53 и выходы 55 формируют нулевой сигнал на входах 56 всех узлов 45 арбитража (арбитр переходит в состояние "Занят" ), запрещая прием других сигналов с входов 10 с помощью запирания элементов И-НЕ 51, Нулевой сигнал с выхода элемента И-НЕ 49 первого из узлов 45 арбитража, у которых на выходах элементов И-НЕ 49 - нулевые сигналы, запирает элементы И 52 последующих узлов 45 арбитража. Единичные сигналы с выходов И-НЕ 50 подготавливают элементы И 52 узлов29243 6 45 арбитража, на которые поступилисигналы с входов 1 О до снятия единичного сигнала на входах 56. Через задержку, обеспечиваемую элементами47 и 46, достаточную для окончанияпереходных процессов во всех элементах ИЙ 49-51, на входах 54 всех узлов 45 арбитража появляется единичный сигнал, который обеспечивает выдачу единичного сигнала на выход 11разрешения связи, соответствующийпервому из вызывающих устройств, таккак только один из элементов И 52 510 оказывается открытым и сигналом с выхода элемента И-НЕ 50, и сигналом с выхода 55 предыдущего узла 45 арбитража,Сигнал разрешения связи по входам- выходам 6 поступает на вызывающее устройство и по информационным входам 14 во все блоки 3 управления данного столбца,Блок 3 управления может находиться в одном из четырех состояний в зависимости от сигналов на входе-выходе 20 (магистрали занятости предыдущих строк), входе-выходе 19 (магистрали занятости абонента) и входе 21.Если сигнал разрешения связи поступил в блок 3 управления, соответст -вующая которому строка (внутренняямагистраль 13) занята, т,е, на магистрали 20 занятости предыдущих строкединичный сигнал, то элемент Н-НЕ 23заперт нулевым сигналом, который поступает через элементы НЕ 35, И-НЕ, 30.и 31, и на выходах 16 единичный сигнал не вырабатывается, Состояниеблока 3 управления - "Блокирован",Если сигнал разрешения связи поступил в блок 3 управления, соответствующая которому внутренняя магистраль13 свободна, т,е, на магистрали 18занятости строки - нулевой сигнал,но на входе 21 - нулевой сигнал (т.е.хотя бы одна из предыдущих строк свободна), то блок 3 управления находится в состоянии "Блокирован", так как50элемент И-НЕ 28 заперт нулевым сигналом, который поступает через элементы И-НЕ 30 и 31,Если внутренняя магистраль 13 свободна и на входе 21 - единичный сигнал (т,е. все предыдущие строки заняты), то блок 3 управления находится55в состоянии "Ожидание" и по приходучерез входы 14 сигнала разрешениявязи через элементы И-НЕ 28, НЕ 37и ИЛИ 33 вырабатывает на выход 16единичный сигнал (блок 3 управленияпереходит в состояниеВызывающий" ),При этом элемент И-НЕ 29 запиоается, И-НЕ 28, подготавливает триггер 26,на информационном входе которого -единичный сигнал, Таким образом, встолбце, соответствующем вызывающемуустройству, в состоянии "Вызывающий"оказывается один блок 3 управления,соответствующий первой свободной строке, а остальные - находятся в состоянии "Блокирован",15Получив единичный сигнал на вход16, блок 2 коммутации посредствомэлемента И 72 обеспечивает коммутацию сигнала разрешения связи с входом 9 на входы-выходы 12, Распространяясь по внутренней магистрали 13,сигнал разрешения связи поступаетчерез входы 15 во все блоки 3 управления данной строки, Блоки 3 управления 3, которые находятся в состоянии 25"Ожидание" (т,е. элементы И-НЕ 29 открыты как выходом элемента И-ПЕ 28,так и выходом элемента НЕ 36), обеспечивают выработку посредством элементов И-НЕ 29, НЕ 38 и ИЛИ 34 еди- Ояичных сигналов на выход 17 (блоки 3управления переходят в состояние "Вызываемый") и подготавливают триггер27, так как на информационных входах - единичный сигнал,Если вызываемое уггпойство занято,т:ена соответствующем входе-выходе9 (магистрали занятости абонента) -единичный сигнал, то блок 3 управления находятся в состоянии Блокирован" посредством нулевого сигнала свыхода элемента НЕ 36.Таким образом, в первой свободнойстроке блок 3 управления в состоянии"Вызывающий" вырабатывает в свой блок2 коммутации единичный сигнал на вход16, а все осталььи блоки 3 управления данной строки, находящиеся в состоянии Вызываемый , - единичный сигнал на вход 17 своих блоков 2 комму 50гацииВызывающее устройство, получив из арбитра 1 сигнал разрешения связи выставляет на шины адрес вызываемого устройства, сопровождает его идентификатором адреса и операцией, которые через входы-выходы 9 поступают в блок 2 коммутации и через входы 22 навходы элемента И 4, Сигнал идентификации адр ес а з апир ает элементы И 58- 60, открывает элемент И 57, группу элементов И 69, через которую адрес вызываемого устройства, идентификатор адреса и код операции коммутируются через входы-выходы 12 на внутреннюю магистраль 13,Через входы 22 адрес, идентификатор адреса, сигнал разрешения связи и сигнал операции записи поступают на входы элементов И 4, которые обеспечивают передачу адреса и идентификатора адреса на магистраль 25 активизации через выход 23. Если для устройств необходима активизация буферной памяти, то устройства постоянно поддерживают на входах 8 нулевой сигнал, который через элемент НЕ 44 открывает группу элементов И 43, которая обеспечивает коммутацию адресаи кода адреса на выходы 7. Адрес изменяемой информации, таким образом, становится доступным всем устройствам на время установления связи.В блоках 2 коммутации, соответствующие которым блоки 3 управления находятся в состоянии "Вызываемый", сигнал идентификатора адреса с внутренней магистрали 13 через входы-выходы 12 запирает элемент И 61-63, открывает элемент И 73 и группу элементов И 71, через которую адрес вызываемого устройства, идентификатор адреса и код операции коммутируются на входы-выходы б через входы-выходы 9 блоков 2 коммутации.Вызываемое устройство, с которым устанавливает связь вызывающее, в ответ на свой распознанный адрес выставляет на входы-выходы б сигнал ответа, который через входы 14 поступает на входы триггеров 27, а через входы-выходы 9 - на группу элементов И 70. При этом подготовленный триггер 27 устанавливается в единичное состояние, сигнал ответа с входов-выходов 9 через границу элементов И 70 коммутируется через входывыходы 2 на внутреннюю магистраль 13.Блок 2 коммутации, блок 4 управления которого находится в состоянии "Вьзывающий", через открытую группу элементов 68 коммутирует сигнал ответа с внутренней магистрали 13 на входы-выходы 6 через входы-выходы 9, а через входы 14 сигнал ответа закрепляет выработку единичного сигнала на выход 16 через элемент ИЛИ 33, 1529243 1 О30 установив по управляющему входу подготовленный триггер 26 вединичноесостояние. При этом с помощью элементов 39 и 40 обеспечивается выработка единичного сигнала на вход-вы 5ход 20 (магистраль занятости предыдущей строки) и вход-выход 19 (магистраль занятости абонента), черезэлемент И 32 обеспечивается выдачасигналана выход 20Получив по входам-выходам 6 сигнал ответа, вызывающее устройствоснимает адрес, идентификатор адресаи сигнал с входа 10, освобождая таким образом арбитр 1 и магистраль 25активизацииВ арбитре на выходеИ-НЕ 50 появляется нулевой сигнал,который запрещает выработку единичного сигнала на выход 11, на выходеэлемента И-НЕ 49 появляется сигнал,который через элемент И 51 и выход55 разрешает следующему узлу 45 арбитража выработку единичного сигналана выход 11. Если на информационных 25входах арбитра 1 нет единичных сигналов, то арбитр 1 переходит в состояние "Свободен", т.е. на входах 53появляется единичный сигнал, а навходах 54 - нулевой сигнал.Получив из арбитра 1 через входы,14 нулевой сигнал разрешения связи,волоки 3 управления данной строки, которые не участвовали в установлениисвязи, снимают единичные сигналы свыходов 17, так как их триггеры 2735не установились в единичное состояние,Таким образом, вызывающее и вызываемое устройство готовы к обмену информацией через занятую соответствующими блоками 3 управления внутреннююмагистраль 13.Посредством анализа кода операциив блоке 2 коммутации обеспечиваетсясоответствующее направление коммутации сигналов с входов-выходов 6 и 12,При операции чтения из оперативнойпамяти если сигнал на входе 16 единичный, то через открытые элементыИ 60 и ИЛИ 67 обеспечивается коммута" 50ция данных с внутренней магистрали 13через входы-выходы 12 и группу элементов И 71 на входы-выходы 9 и входы-выходы б, если сигнал на входе17 единичный, то через открытые элементы И. 63 и ИЛИ 66 обеспечиваетсякоммутация данных с входов-выходов 6через входы-выходы 9, группу элементов И 69 и входы-выходы 12 на внутреннюю магистраль 13.При операции записи в оперативнуюпамять если сигнал на входе 16 единичный, то через открытые элементыИ 59 и ИЛИбб обеспечивается коммутация данных с входов-выходов 6 черезвходы-выходы 9, группу элементов И69 и входы-выходы 12 на внутреннююмагистраль 13, если сигнал на входе17 единичный, то через открытые элементы И 62 и ИЛИ 67 обеспечиваетсякоммутация данных с внутренней магистрали 13 через входы-выходы 12,группу элементов И 71, входы-выходы9 на входы-выходы 6,При операции, не связанной с передачей данных в (из) оперативную память, если сигнал на входе 16 единичный, то через открытые элементыИ 58 и ИЛИ 66 обеспечивается коммутация информации с входов-выходов 6через входы-выходы 9, группу элементов 69 и входы-выходы 12 на внутреннюю магистраль 13,.если сигнал навходе 17 единичный, то через откры- .тые элементы И 61 и ИЛИ 67 обеспечивается коммутация информации с внутренней магистрали 13 через входы-выходы 12, границу элементов И 71, входы-выходы 9 на входы-выходы 6. После выполнения заданной опера)ции вызывающее устройство выставляет на входы-выходы 6 сигнал окончания операции, который поступает на установочные (в "О") входы триггеров 26 и 27, устанавливая их в нулевое состояние (блок 3 управления переходит или в состояние "Ожидание, если на входе 21 - единичный сигнал, или в состояние "Блокирован", если на входе 21 - нулевой сигнал), а также через входы-выходы 9 блока 2 коммута- ции, группу элементов И 70 и входы- выходы 12 поступает на внутреннюю магистраль И 13, с которой через входы-выходы 12, группу элементов И 68 и входы-выходы 9 поступаетна входы-выходы б вызываемого устройства, инФормирует вызываемое устройство об окончании связи, обеспечивает установление триггера 27 в нулевое состояние (блок 3 управления переходит или в состояние "Олщдание", если на входе 21 - единичный сигнал, или в состояние "Блокирован", если на входе 21 - нулевой сигнал), обеспечи 1529243фая освобождение столбца через элемент 41,Таким образом, освобождаются оба устройства и внутренняя магистраль 13, причем освободжение может происходить сразу на нескольких магистра. ях. Обмен информацией и окончание вязи могут происходить сразу через есколько внутренних магистралей и ежду несколькими парами устройств.становление связи возможно только ежду одной парой устройства. Одноременно с последовательностью установления связи производится и передача информации для активизации данных в буферной памяти устройств многопроцессорной вычислительной системы. 1. Устройство связи многопроцессорной вычислительной системы, содержащее арбитр и матрицу размером 1 ЬН блоков коммутации где Н - общее число абонентов устройства, И - число внутренних магистралей устройства, причем р-й вход запроса устройства, где р1Н и подключен к р-му информационному входу арбитра, р-й выход которого подключен к р-му выходу признака разрешения связи устройства, информационные входы-выходы группы блоков коммутации р-го столбца матрицы блоков коммутации объединены и подключены соответственно к информационным входам-выходам р-Й группы устройства, информационный вход-выход первого блока коммутации С-й строки матрицы блоков коммутации, где С = 1М, подключен к информацион 1 щм входам-выходам блоков коммутации С-й строки с второго по Н-й столбцов матрицы блоков коммутации, о т л и ч а ю щ е е с, я тем, чт.о, с целью увеличения пропускной способности устройства, оно содержит матрицу размером ИаН блоков управления, Н элементов И и 11 блоков активизации, где Е - число абонентов с буферизацией, при этом информационные входы- выходы р-й группы устройства подключены к входам режима группы блоков управления р-го столбца матрицы бло". ков управления и к входам р-го элемента И, а-й вход признака наличия абонента с буферизацией устройства, где а = 111, подключен к первому входу а-го блока активизации, выход которого подключен к а-му выходупризнака активизации буфера абонентаустройства, информационный вход-выход Н-го блока коммутации С-й строки5матрицы блоков коммутации подключенк первым входам режима блоков управления С-й строки матрицы блоков управления, первый вход-выход режимаблока управления С-й строки первогостолбца матрицы блоков управленияподключен к первым входам-выходам режима блоков управления С-й строкистолбцов с второго по Н-й, второйвход-выход режима блока управленияпервой строки р"го столбца матрицыблоков управления подключен к вторымвходам-выходам режима блоков управления с второй на И-ю строки р-го Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 2 О столбца матрицы блоков управления,р-й вход режима устройства подключенк второму входу режима блока управлений первой строки р-го столбца матрицы блоков управления, первый выход25 блока управления Ь-й строки р-гостолбца матрицы блоков управления,где Ь = 1И, подключен к второму входу режима блока управления(Ь+1)-,строки р"го столбца матрицы3 О блоков, управления, второй и третийвыходы блока управления С-й строкир-го столбца матрицы блоков управления подключен к первому и,второмууправляющим входам блока коммутацииС-й строки р-го столбца матрицы бло 35ков коммутации, первый выход блокауправления первого столбца И-й строки матрицы блоков управления подключен к входу блокировки арбитра,. вы"40ходы элементов И с первого по Н-йобъединены с помощью МОНТАЖНОГО ИЛИи подключены к вторым входам блоковактивизации2. Устройство по и. 1, о т л и -45ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два триггера, четыре элемента НЕ, четыре элементаИ-НЕ, два элемента ИЛИ, три магистральных элемента, элемент И и элемент задержки причем первый входвыход режима блока управления подключен к первому входу элемента И, квходу первого элемента НЕ и к выходупервого магистрального элемента, второй вход-выход режима блока управления подключен к входу второго элемента НЕ и к выходам второго и третьего магистральных элементов, первый вход режима блока управленИяподключен к первому входу первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к входу третьего элемента НЕ и к первому входу второго элементаИ-НЕ, выход которого подключен к второму входупервого элемента И-НЕ, к входу четвертого элемента НЕ и к первому входу третьего элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, второй вход режима блока управления подключен к первому входу четвертого элемента И-НЕ и к второму входу элемента И, выход которого подключен к пер вому выходу блока управления, первый вход режима группы которого подключен к третьему входу второго элемен, та И-НЕ, второй вход режима группы : блока управления попключен к синхровходам первого и второго триггеров, третий вход режима группы блока управления подключен к входу элемента задержки, выход которого подключен к входам установки в "О первого и вто рого триггеров, выход первого элемента НЕ подключен к второму входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И-НЕ, выход второго элемента НЕ подключен к третьему входу первого элемента И-НЕ, выход третьегоэлемента НЕ подключен к информационному входу первого триггера и к первому входу первого элемента ИЛИ, выход четвертого элемента НЕ попключенк информационному входу второго триггера и к первому входу второго элемента ИЛИ, выход первого триггера.подключен к второму входу первогоэлемента ИЛИ и к входу третьего магистрального элемента, выход второготриггера подключен к второму входувторого элемента ИЛИ и к входам первого и второго магистральных элементов, выходы второго и первого элементов ИЛИ подключены соответственнок второму и третьему выходам блокауправления, причем каждый блок активизации содержит элемент НЕ и элемент И, первый и второй входы блокаактивизации подключены соответственно к входу элемента НЕ и к первомуэлементу И, второй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выходэлемента И подключен к выходу блокаактивизации,