Устройство для разделения во времени запросов на запись и чтение данных

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУ 6 ЛИК 19)1. 5 606 Р 1 Э/О БРЕТЕН САН О ПАТЕН риборого обье(57) Изобретен ни запросов на носится к обла Цель; расшире тройство содер триггер запи 3 К-триггер зап мент ИЛИ, три ы (Ь ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Конструкторское бюро электроп строения Научно-производственно динения "Хартрон"(56) Авторское свидетельство СССР РЬ 1309032, кл, 6 06 Р 13/00, 1986.Авторское свидетельство СССР М 1562921, кл, 6 06 Р 13/00, 1980. Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для управления буферной памятью при сопряжении асинхронно работающих по отношению друг к другу источника и приемника информации в системах передачи данныхНаиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разделения во времени запросов на запись и чтение данных в буферную память устройства для сопряжения источника и приемника информации, содержащее первый и арой элементы НЕ, первый, второй, т тий, четвертый и пятый триггеры, первый и второй одновибраторы, причем входы запросов на чтение и запись данных устройства-прототипа являются синхровходами соответственно первого и второго триггеров, вход первого элемента НЕ заземлен, вход частоты синхронизации устройства соединен со входом второго элемента НЕ и синхровходом четвертого триггера, выход(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВВРЕМЕНИ ЗАПРОСОВ НА ЗАПИСЬ И ЧТЕНИЕ ДАННЫХ д для разделения во време- запись и чтение данных отти вычислительной техники. ие области применения. Усжит: КЗ-триггер чтения, ВЯ- си, ЗК-триггер чтения, си, Т-триггер, счетчик, элеэлемента И, 2 ил. второго элемента НЕ соединен с синхровходом третьего триггера, выход первого зле. мента НЕ соединен с единичными входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены соответственно с единичными входами третьего и четвертого триггеров, выход третьего триггера соединен со входом первого одновибратора, выход которого соединен с нулевыми входами первого и третьего триггеров, с единичным входом пятого триггера, выхода четвертого триггера соединен со входом второго адновибратора, выход которого соединен с нулевыми входами второго, четвертого и пятого триггеров, прямой и инверсный выходы пятого триггера, выходы первого и второго одновибраторов являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства-прототипа.Недостатком данного прототипа является узкая. область применения, обусловленная высокой критичностью требований, предьявляемых устройством, к максималь 1836687на допустимой частоте поступления в него запросов на запись и чтение. Поясняется это следующим,Обозначим возможную задержку буферного ЗУ, для которого рассматриваемое устройство вырабатывает сигналы управления режимов работы, через азу,Тогда из временной диаграммы работы прототипа видно, что длительность импульсов его синхронизации г, должна быть больше, чем азу, а частота 1,синхронизации должна быть:12 тИными словами, для разделения во времени одновременно поступивших запросов на запись и чтение, прототипу необходимо время неменее 2 г, гдетоазу. Минимальный же период. поступления в прототип запросов на запись или чтение должен быть больше, чем это время 2 х на величину ожидания фронта импульса синхронизации, т,к. только по фронту (переднему или заднему) этого импульса начнется выполнение первого запроса. Очевидно, что максимально возможное время ожидания переднего или заднего фронта импульса синхронизации равно т, Из всего этого следует, что устройство-прототип может работать только при удовлетворении выражениям;Тзап37, (1) Тчт3 г (2)азу (3) где Тзап - минимально возможный период поступления запросов на запись данных в буфере ЗУ;Тут - минимально возможный период поступления запросов на чтение данных из буферного ЗУ.Таким образом, быстродействие сопрягаемых при помощи прототипа источников и приемников информации должно быть более, чем в 3 раза меньше быстродействия используемого буферного ЗУ..Указанное обстоятельство существенно сужает область эффективного применения устройства-прототипа.В связи с этим целью изобретения явля. ется расширение области применения устройства, для разделения во времени запросов на запись и чтение данных, за счет снижения критичности требований к быстродействию источников и приемников данных,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для разделения во времени запросов на запись и чтение данных, содержащее ВЗ-триггеры чтения и записи, 3 К- триггеры чтения и записи, Т-триггер, причем вход разделительной частоты устройствасоединен с Т-входом Т-триггера, выход которого соединен с синхровходами 3 К-триггеров записи и чтения, входы запросов на5 чтение и запись устройства являются соответственно Я-входами ВЯ-триггеров чтенияи записи, прямые выходы ЗК-триггеров чтения и записи соединены с В-входами соответствующих ВЯ-триггеров чтения и записи,10 а также соответственно с выходами управления чтением и записью устройства, К-входы 3 К-триггеров чтения и записи соединеныс нулевым потенциалом устройства, дополнительно введены счетчик; элемент ИЛИ,15 первый, второй и третий элементы И, причем прямые выходы )К-триггеров чтения изаписи соединены соатветственнос первымМ вторым входами элемента ИЛИ, выход1 которого и вход разделительной част 620 1 ы устройства соединены соответственно спервым и вторым входами третьего элемента И, выход которого соединен со счетнымвходом счетчика, выход счетчика соединен сасинхронными В-входами 3 К-триггеров чте 25 ния и записи, выходы ВЗ-триггеров чтения изаписи соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И,выходы которых соединены соответственнос 3-входами ЗК-триггеров чтения и записи,30 инверсные выходы 1 К-триггеров записи ичтения соединены соответственно со вторыми входами первого и второго элементов И.Сущность изобретения состоит в расширении области применения устройства35 для разделения ва времени запросов на запись и чтение данных путем снижения критичности требований к максимальномубыстродействию сопрягаемых источников иприемников информации, посылающих за 40 просы соответственно на запись и чтениеданных в буферное ЗУ,Снижение критичности требований кмаксимальному быстродействию источников и приемников данных заключается в45 уменьшении минимально возможного периода поступления в устройство запросов назапись (Тзап) и чтение (Тчт) данных в буферное ЗУ, Это достигается благодаря значительному сокращению времени ожидания в5 Э предлагаемом устройстве фронта импульсасинхронизации, по которому собственно начнет формироваться сигнал управления режимом работы буферного ЗУ,С этой целью. частота ти синхронизации55 по сравнению с устройством-прототипамГповышается в М раз: 11- И; Ги =- 1-.Соответственно в 1 раз уменьшаетсямаксимальное время ожидания начала обслуживания первого из одновременно по 183 бб 87ступивших о устройство запросов на записьт и чтение, Это время становится равным т-. Для того, чтобы сигнал управления режимом работы ЗУ формировался на время 1азу, вводится специальный счетчик импульсов синхронизации, Этот счетчик через К импульсов синхронизации после начала формирования устройством сигнала управления режимом работы буферного ЗУ, переполняется и инициирует окончание формирования устройством этого сигнала, После этого устройства переходит и обслуживание следующего запроса на использование буферным ЗУ и формирует очередной сигнал управления режимом его работы.Описанная организация работы устройства позволяет на 30 О по отношению к прототипу уменьшить минимальный период поступления в устройство запросов на запись (Трап) и чтение (Тчт) данных в буферное ЗУ. Этим и обусловливается существенное снижение критичности требований к максимальному быстродействию работающих с предлагаемым устройством сопрягаемых источников и приемников данных,Введение счетчика и его связей позволила определять момент времени выполнения запроса на обращение к буферному ЗУ,Введение первого и второго элементов И, их связей позволило блокировать выполнение очередных запросов на пользование буферным ЗУ до завершения обслуживания выполняемого запроса,Введение элемента ИЛИ и его связей позволило определить момент начала выполнения очередного запроса на обращение к буферному ЗЧ и сформировать соответствующий сигнал.Введение третьего элемента И и его связей позволило выделить те импульсы синхронизации устройства, которые поступи ли в него во время формирования им нулевого сигнала управления режимом работы буферной памяти.На фиг,1 показана функциональная схема устройства для разделения во времени запросов на запись и чтение данных; на фиг.2 показана временная диаграмма работы устройства.Устройство фиг.1) содержит: ВЯ-триггер 1 чтения, ЯЯ-триггер 2 записи, ЛК-триггер 3 чтения, ЗК-триггер 4 записи, Т-триггер 5, счетчик 6, элемент ИЛИ 7, первый 8, второй 9, третий 10 элементы И, входы 11 запросов на чтение, 12 запросов на запись, 13 разделительной частоты, выходы 14 управления чтением, 15 управления записью.Вход 13 разделительной частоты соединен с Т-входом Т-триггера 5, выход которого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 соединсн с синхровходэми К-триГГерой 3 и 4, входы 11,12 устройство являются соответственно 5-входами Я 8-триггеров 1,2; прямые выходы 1 К-триггеров 3,4 соединены с В-входами соответствующих ВЗ-триггеров 1,2, а также соответственно с выходами управления чтением 14 и записью 15 устройства, К-входы ЛК-триггеров 3,4 соединены с нулевым потенциалом устройства, прямые выходы ЛК-триггеров 3 чтения и 4 записи соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 7, выход которого и вход разделительной частоты 13 устройства соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И 10, выход которого соединен со счетным входом счетчика б, выход счетчика б соединен с асинхронными й-входами 3 К- триггеров чтения и 4 записи, выходы ВЗ- триггеров 1 чтения и 2 записи соединены соответственно с первыми входами первого 8 и второго 9 элементов И, выходы которых соединены соответственно с 1-входами 1 К- триггеров чтения и 4 записи, инверсные выходы ЛК-триггеров 3 записи и 4 чтения соединены соответственно со вторыми входами элементов И 8,9,Нумерация, принятая на фиг.1 соответствует нумерации. принятой на фиг.2,Рассмотрим функциональное назначение элементов и и их связей в предлагаемом устройстве (фиг.1).Асинхронные Я 5-триггеры 1 чтения и 2 записи предназначенные для хранения единичных сигналов запросов соответственно на чтение и запись данных из буферного запоминающего устройства. Эти сигналы хранятся в соответствующих триггерах 1 и 2 до конца выполнения соответствующих запросов,Синхронные 1 К-триггеры 3 чтения и 4 записи предназначены для хранения и выдачи в оперативную память буферного устройства сопряжения источника и приемника данных соответственных сигналов управления режимом работы (чтение/запись) этого буферного ОЗУ, Нулевые К-входы этих триггеров соединены с "массой" устройства, т.е. на них постоянно присутствует уровень нулевого сигнала, 3 К-триггеры 3,4 имеют асинхронные й-входы установки в нулевое состояние. При поступлении на эти входы единичного импульса переполнения счетчика б 3 К-триггеры 3,4 обнуляются. 3 К-триггер 3 записи переходит в единичное состояние при единичном сигнале на своем 3-входе по переднему фронту сигнала на своем синхро входе. 1 К-триггер 4 чтения переходит в единичное состояние при единичном сиг 183668745 50 нале на своем 3-входе по заднему Фронтусигнала нз своем синхровходе.Т-триггер 5 предназначен для преобразования разделительной частоты со входа13 устройства в последовательность тактовых импульсов, передние фронты которыхсинхронизируют )К-триггер 3 чтения, з задние - ) К-триггер 4 записи. Т-триггер 5 ме. няет свое состояние на противоположноевсякий раз по заднему фронту импульсовразделительной частоты 1 со входа 13 устройства (см. Фиг.2),Элемент ИЛИ 7, третий И 10, счетчик 6предназначены для определения конца вре.мени выполнения устройством очередногозапроса на использование буферной памяти. Счетчик 6 работает постоянно в счетномрежиме и увеличивает свое содержимое на"единицу" всякий раз по заднему фронтуимпульса с выхода элемента И 10. Выходсчетчика 6 является выходом его переполнения. Единичный импульс малой длительности на выходе счетчика 6 устанавливает висходное("нулевое")состояние 1 К-триггеры3 и 4. Коэффициент пересчета счетчика 6 Квыбирается минимапьным. исходя из удовлетворения выражению;к 70 тзу (4Т,о. каждый 1-й импульс с выхода элемента И 10 обнуляет счетчик 6 (приводит висходное состояние) и по его заднему фронту на выходе счетчика 6 формируется короткий импульс, приводящий в исходное(нулевое) состояние ) К-триггеры 3 записи и4 чтения, На Фиг,2 приведена временнаядиаграмма работы счетчика 6 с коэффициентом пересчета М - 4,Первый элемент И 8 предназначен дляблокирования поступления сигнала запросанз чтение с выхода ВЯ-триггера 1 на 1-вход3 К-триггера 3 при обслуживании устройством запроса на запись, В этом случае )Ктриггер 4 записи находится в единичномсостоянии, а на его инверсном выходе формируется нулевой сигнал, запрещающийпрохождение единичного сигнала запросана чтение на )-вход триггера 3.Второй элемент И 9 предназначен дляблокирования поступления сигнала запросанз запись с выхода ВЯ-триггера 2 на 4-вход3 К-триггера 4 при обслуживании устройством запроса на чтение. Второй элемент И 9работает аналогично первому элементу И 8.Разделительная частота 1 на входе 13устройства представляет собой последовательность тактовых импульсов малой длительности с периодом следованияравнымто.1го 5 10 20 30 35 40 Чем больше соотношение . тем меньХЗУтоше может быть интервал времени Тзап (Тчт) между соседними сигналами запросов на запись (чтение), (См. Фиг.2 и раздел оценки технико-экономической эффективности),Рассмотрим работу предлагаемого устройства при сопряжении источника и приемника данных,В исходном состоянии все элементы находятся в нулевом состоянии, На вход 13 устройства поступают импульсы разделительной частоты синхронизации (см, фиг.2). Элемент И 10 блокирует их прохождение на счетный вход счетчика 6. Т-триггер 5 по эа; днему фронту каждого импульса синхронизации переключается последовательно из нулевого в единичное состояние. Сигналы с его выхода поступают на синхровходы )К- триггеров 3 и 4 на 3 и К входах которых присутствуют нулевые сигналы. В таком состоянии устройство находится до поступления на его вход 11 или 12 запросов на чтение или запись,Пусть первым поступит на вход 12 от источника информации единичный импульс сигнала запроса на запись слова данных в буферное ЗУ для последующей передачи в приемник информации. При этом ЙЯ-триггер 2 переходит в единичное состояние. Элемент И 9 открыт, т.к. на его первом входе присутствует единичный сигнал с инверсного выхода ЛК-триггера 3, С выхода элемент И 9 единичный сигнал поступает на 3-вход триггера 4, По заднему Фронту очередного тактового импульса с выхода Т-триггера 5 ,1 К-триггер 4 переводит в единичное состояние. На выходе 15 устройства появляется единичный сигнал управления записью в буФерную память слова данных от источника информации.Сигнал с выхода 3 К-триггера 4 обнуляет ВЯ-триггер 2 и через элемент ИЛИ 7 открывает элемент И 10 для импульсов синхронизации. Счетчик 6 начинает отсчет времени формирования ЛК-триггером 4 сигнала управления записью в буферную память. (Заметим, что, после записи в 3 К-триггер 4 "единицы", поступление на вход 11 устройства запроса нз чтение данных приводит лишь к его запоминанию в ВЯ-триггере 1.3 К-триггер 3 остается в нулевом состоянии, т,к, его 3-вход блокирован элементом И 8 на втором входе которого присутствует нулевой сигнал с инверсного выхода ЛК-триггера 4). По заднему фронту к-го импульса с выхода элемента И 10 счетчик 6 обнуляется и формирует единичный импульс переполнения на своем выходе, поступающий на В- вход 3 К-триггеров 3 и 4.5 10 15 25 30 35 45 ЛК-триггер 4 обнуляется, элемент И 8открывается для прохождения сигнала запроса на чтение из триггера 1 на 3-входтриггера 3, Если запроса на чтение еще небыло и ВБ-триггер 1 находится в нулевомсостоянии, то по переднему фронту очередного тактового сигнала с выхода Т-триггера5 )К-триггер 3 останется в нулевом состоянии. После этого момента возможно поступление в устройство следующего запроса назапись, Если такой запрос поступил, то ВЯтриггер 2 снова переходит единичное состояние и далее цикл формированияустройством сигнала управления записью вбуферную память повторяется. В противном случае устройство ожидает очередногозапроса, находясь в исходном состоянии,Обслуживание устройство запроса начтение данных, поступающего на вход 11устройства, аналогично описанному обслуживанию устройством запроса на запись,Замети, что для того, чтобы, к моментупоступления на Я-входы ВЯ-триггеров 1 и 2соответствующих запросов. на В-входахединичных сигналов гарантировано не было, выбор Таама и Тчт должен. удовлетворятьвыражениям:Таап21( Го (5)Тчт2 к то. (6)При удовлетворении этим неравенствам, устройство позволяет разносить йа необходимое для обслуживания время одновременнопоступающие запросы на пользование общей памятью,Рассмотрим детально работу устройства в этой ситуации. В этом случае оба ВЯтриггера переводятся в единичноесостояние. На выходах элементов И 8,9 формируются единичные сигналы, поступающие на 3-входы соответственноЛК-триггеров 3 и 4, По заднему фронту очередного импульса со входа 13 устройстваТ-триггер 5 поменяет свое состояние и наего выходе появляется передний или заднийфронт единичного тактового сигнала, Еслиэто передний фронт, то первым из поступивших запросов, будет выполнен запрос начтение. По переднему фронту тактового сигнала с выхода Т-триггера 5 ЗК-триггер 3 переходит в единичное состояние.Соответственно формируется сигнал на выходе 14 устройства, управляющий чтениемиз буферной памяти. Перевод ) К-триггера 4в единичное состояние блокируется, т.к. нулевой сигнал с инверсного выхода )К-триггера 3 закрывает элемент И 9 и единичныйсигнал запроса на запись на 3-выходе 3 Ктриггера 4 исчезает. Запрос на запись ожидает выполнения в -триггере 2 до окончания ч 1 ения из буферной памяти. В случае. если после поступления на .1-входы триггеров 3 и 4 первым будет задний фронт сигнала с выхода Т-триггера 5, то аналогично описанному, первым устройство формирует сигнал управления записью в буферную память, а запрос на чтение ожидает окончания записи в ВЗ-триггере 1,Таким образом, при удовлетворении выражениям (5) и (6), устройство аппаратно разделяет во времени выполнения, без отказов, все поступающие в него запросы на запись и чтение данных из буферной памяти от работающих асинхронно и независимо друг от друга источника и приемника информации. Формула изобретения Устройство для разделения во времени запросов на запись и чтение данных, содержащее В 5-триггеры чтения и записи, 3 К- триггеры чтения и записи, Т-триггер, причем вход разделительной часготы устройства соединен с Т-входом Т-триггера, выход которого соединен с синхровходами 3 К-триггеров записи и чтения, входы запросов на чтение и запись устройства соединены соответственно с Я-входами ВЗ-триггеров чтения и записи, прямые выходы )К-триггеров чтения и записи соединены с В-входами соответствующих В 5-триггеров чтения и записи, а также соответственно с выходами управления чтением и записью устройства, К-входы 3 К-триггеров чтения и записи соединены с шиной нулевого потенциала устройства. о тл и ч а ю ще ес я тем,что оно содержит счетчик, элемент ИЛИ, первый- третий элементы И, причем прямые выходы .) К-триггеров чтения и записи соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого и вход раз. делительной частоты устройства соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход счетчика соединен с асинхронными В-входами ЭК-триггеров чтения и записи, выходы 3 К-триггеров чтения и записи соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с )-входами)К- триггеров чтения и записи, инверсные выходы ЗК-триггеров записи и чтения соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И,1836687 оставитель Н. Вайда ехред М. Моргента Корректор М, Керецм Редактор Н, Козлов кэз 3021 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина