Устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН Л 1 (11 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ОРСК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ У СВИДЕТЕЛЬС ГВ(71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В.М.Глушкова(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 798834, кл. С 06 Р 11/00, 1978.2.Авторское свидетельство СССРУ 805320, кл. С 06 Р 11/20, 1978.З.Авторское свидетельство СССРВ 674019, кл. С 06 Р 9/00, 1976(54)(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯРЕКОНФИГУРАЦИЕЙ РЕЗЕРВИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА, содержащеерегистр состояния резервируемых модулей, выходы которого соединены сшинами состояния резервируемых модулей, блок исполнительных потенциалов, первая группа входов которогосоединена с выходами регистра состояния резервируемых модулей первогоканала, блок отказов, выход которого соединен с шиной сигнала ошибки,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональных .возможностей, обеспечивающих повышение надежности вычислительногокомплекса, в него введены .второйканал, а в каждый канал - коммутатор входной информации, дешифраторзапросов, блок сравнения, блок контроля по модулю, блок наличия реэер 4(51) Н 05 К 10/00; С 06 Р 11/18 ва, элемент И выдачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора входной информации и блока сравнения соединены с входными информационными шинами одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора - с входами блока контроля по четности, с информационными входами регистра состояния резервируемых модулей и с выходными информационными шинами устройства, два входа каждого элемента И блока наличия резерва соединены с выходами блока состояния резервируемых модулей, соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, ф третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствующими этим резервируемым модулям выходами дешифраторов запросов, которые соединены также с второй группой входов блока исполнительных потенциалов, входы дешифратора запро сов соединены с выходными шинами резервируемого модуля и с выходами регистра состояния резервируемых модулей, выход блока наличия резерва ,соединен с первым входом элемента И выдачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - с первым входом блока отказов, второй вход которого соединен с выходом блока контроля по четности, выход блока ,ЗЭК исполнительных потенциалов соединен с управляющим входом коммутатора входной информации.1 11494Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для повышения надежности резервированных вычислительных комплексов. 5Известно устройство для управления резервированием инФормации в вычислительных комплексах, содержащее процессоры цифрового вычислительного коьатлекса. Устройство обеспечивает 10 возможность записи одновременно двух модулей памяти информации, необходимой для органиэации взаимодействияпроцессоров и продолжения работы комплекса при отказе отдельных моду лей памяти Я ,Недостатком этого устройства является необходимость включения в программы специальныккоманд, обеспечивающих резервирование информации, 20 что усложняет программирование иувеличивает объем программного обеспечения. Кроме того, не исключены потери информации в случае отказов. Известно также устройство для организации структуры вычислительного комплекса, которое осуществляет выбор работоспособной структуры вы - числительного комплекса, содержащего двойной набор устройств 2 .Недостаток данного устройства заключается в том, что оно являетсяцентрализованным узлом управлениявычислительным комплексом и, посколь ку оно не резервировано, является,35 с точки зрения надежности, "узкимместом" в системе, любой отказ в котором ведет к отказу всей системы.Наиболее близким к изобретению40 является резервированное устройство для управления переключением модулей системы, содержащее входной и выкодной блоки информационной связи, блоксбоев и отказов, вход которого сое 45 динен с шиной сигналов неисправности, блок контроля, блок отказа устройства, блок формирования состояний модулей,блок запрета и соединенные с пультом блбк режима резервирования системы50 и блок режима резервирования устройства, второй вход которого соединен с первым выходом блока сбоев и отказов. При этом в устройство с целью повышения надежности введены блок переключения модулей, блок исполнительных потенциалов, блок отказов системы и блок управления, первый вход которого соединен с выходом 49 1входного блока информационной связи,первый выход - с управляющим входомвыходного блока информационной связи, второй выход - с шиной пускасистемы после переключения и третийвыход - Ч первым входом блока переключений модулей, вторым входомблока режима резервирования системыи третьим входом блока режима резервирования устройства, четвертый ипятый входы которого соединены соответственно с выходами блоков отказаданного и резервного устройства,первый вход блока формирования состояний модулей также соединен с выходом блока отказа устройства, второй вход - с выходом блока переключений модулей, третий вход -с вторым входом того же блока и шиной отказов модулей системы, четвертый вход - с пультом, пятый и шестой входы - соответственно, с выходами блоков режима резервированияустройства и системы, а его первыйи второй выходы соединены,соответственно, с вторым входом блока управления и первым входом блока исполнительнык потенциалов, к которомутакже подключены первый вход блоказапрета и информационный вход выходного блока информационной связи, причем первый вход блока отказа системы и третий вход блока переключениймодуля соединены, соответственно, свторым и третьим выходами блокасбоев и отказов, соответствующиевходы этих же блоков, а также второй вход блока запрета соединен .с пультом, выход блока отказа системы - с шиной блокировки работысистемы, выход блока запрета - свторым входом блока исполнительныхпотенциалов, к выходу которого подключены шины управления переключением модулей, управляющий вход входного блока информационной связи ивход блока контроля, выход блокаконтроля соединен с первым входомблока отказа устройства, второйвход которого подключен к шине отказа питания устройства. Преимуществом устройства является повышение функциональной надежности резервированных систем, в частности, эа счет собственного автоматического резервирования 3 .Однако известное устройство работает с нерезервированной информаця1149 20 3ей, поступающей с выхода системы, и может быть использовано только в качестве централизованного узла управления реконфигурацией системы, причем отказ в устройстве или в связях может парализовать всю систему. В случае отказа рабочего устройства, несмотря на резервирование, может возникнуть неопределенная ситуация, так как переключение режимов резерва 1 О осуществляется по инициативе отказавшего устройства. Все это не позволяет получить достаточную надежность системы, использующей известное устройство. 15 Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, обеспечивающих повышение надежности вычислительного комплекса.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса введены второй канал, а в каждый канал - коммутатор входной информации, дешифратор запросов, блок сравнения, блок контроля по модулю, блок наличия резерва, элемент И выдачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора входной информации и блока срав-ЗО нения соединены с входными 1 информационными шинами одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора - с входами блока контроля по четности, с информационными входами 35 регистра состояния резервируемых модулей и с выходными информационными шинами устройства, два входа каждого элемента И блока наличия резерва соединены с выходами блока состо яния резервируемых модулей, соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствующими этим 45 резервируемым модулям выходами дешифраторов запросов, которые соединены также с второй группой входов блока исполнительных потенциалов, входы дешнфратора запросов соединены 50 с выходными, шинами резервируемого модуля и с выходами регистра состояния резервируемых модулей, выход блока наличия резерва соединен с первым входом элемента И выдачи сиг- Я нала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока сравне" ния, а выход - с первым входом блока 449 4отказов, второй вход которого соединен с выходом блока контроля по четности, выход блока исполнительныхпотенциалов соединен с управляющимвходом коммутатора входной информаЦИИПредлагаемое устройство являетсясоставной частью резервированноговычислительного комплекса.На фиг. 1 приведена структурнаясхема вычислительного комплекса; нафиг. 2 - структурная схема устройст.ва для управления реконфигурациейрезервированного вычислительногокомплекса.Вычислительный комплекс состоитиэ двух каналов, каждый иэ которыхпредставляет собой ЭВМ, построеннУюпо моФльному принципу,В состав комплекса входят процессор 1 первого канала, процессор 2второго канала, модули 3 первогоканала вычислительного комплекса,модули 4 второго канала вычислительного комплекса, устройства 5 и 6для управления реконфигурацией,соответственно, первого и второгоканалов комплекса. Модули первогоканала соединены один с другим ис модулями второго канала информационными шинами 7, модули второгоканала - информационными шинами 8.На входы 9 прерывания процессоровпоступают сигналы ошибок со всехмодулей, которые представляют собо 9функциональные устройства вычислительных машин (например, каналыввода-вывода, память и т.д.). Набормодулей в обоих каналах комплексаодинаковй. В состав каждого модуля введено устройство 5 и 6 управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса, которое управ. ляет всем обменом информацией между модулями, необходимым в процессе решения любой задачи. Устройство производит на входе модуля-приемника контроль правильности поступившей информации и хоммутирует ее в зависимости 6 т состояния модулей.Устройство (фиг. 2) содержит регистр 10 состояния резервируемых модулей, выходы которого соединены с шинами 11 состояния резервируемых модулей, блок 12 исполнительных потенциалов, первая группа входов которого соединена с выходами 13 ре 1149449гистра состояния резервируемых модулей первого канала, блок 14 отказов, выход которого соединен с шиной 15 сигнала ошибки.Кроме того, в устройство введены 5 второй канал, а в каждый канал - коммутатор 16 входной информации, дешифратор 17 запросов, блок 18 срав нения, блок 19 контроля по модулю, блок 20 наличия резерва, элемент 1 О И 21 выдачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора 16 входной информации и блока18 сравнения соединены с входными информационными шинами 7 и 8 одно именно резервируемого модуля, а выходы коммутатора 16 - с входами блока 19 контроля по четности, с ин 4 ормационными входами регистра 10 состояния резервируемых модулей и 20 с выходныьы информационными шинами . 22 устройства, два входа каждого элемента И блока 20 наличия резерва соединены с выходами 13 и 23 блока состояния резервируемьпс модулей, 25 соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствующими этим резервируемым модулям выхо- ЗО дами деаифраторов 17 запросов, которые соединены также с второй группой входов блока 12 исполнительных потенциалов, входы дешифратора запросов соединены с выходными шинами 7 и 8 резервируемого модуля и с выходами регистра 10 состояния. резервируемых модулей, выход блока 20 наличия резерва соединен с первым входом элемента И 21 выдачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 18 сравнения, а выход - с первым входом блока 14 отказов, второй вход которого соединен с выходом блока 19 контроля,45 по четности, выход блока 12 исполнительных потенциалов соединен с управ- ляющим входом коммутатора 16 входной информации.Основным режимом работы вычислительного комплекса является одновременное решение одной и той же задачи двумя машинами.Резервирование модулей в комплексе построено таким образом, что впроцессеобмена информацией для каждого модуля рабочим является канал,в котором он находится, а другой -резервным. При отсутствии неисправностей все одноименные модули обеих машин полностью идентичны, выходная информация двух одноименных модулей- передатчиков сравнивается на входах модулей-приемников, В случае отказа какого-либо модуля в одном каналеинформация с одноименного исправногомодуля второго канала поступает на входы модулей-приемников обоих каналов. Комплекс сохраняет работоспособность при наличии нескольких неисправностей, при этом часть модулей работает без резерва. На исключен ном из конфигурации модуле выполняются диагностические программы, ремонтные и профилактические мероприятия.Конфигурация комплекса определяется регистром 10 состояния модулей (фиг. 2), который имеет количество разрядов, равное количеству модулей комплекса. В разрядах, соответствующих исправным модулям, записываются "1", неисправным - "0", Два соседних разряда соответствуют одноименным модулям двух каналов; разряды с выходами 13 - модулям первого канала,разряды с выходами 23 - модулям второго канала. Каждое устройство в процессе работы анализирует свой регистр состояния модулей, Таким образом, даже в том случае, когда неисправность модуля такова, что его невозможно автоматически выключить нли изменить содержимое его регистра состояния, он не мешает работе комплекса, так как в соответствующих разрядах регистра состояния всех остальных модулей записан "0" и никакие сигналы от неисправного модуля не принимаются. Работа устройств управления реконфигурацией может быть рассмотрена на примере взаимодействия двух пар одноименных модулей комплекса, например при передаче информации от модулей 1-2 к модулям 3-4 фиг. 1).Информация, полученная, как результат работы модулей 1 и 2, поступает на выходные информационные шины 7,и 8 этих модулей и, соответственно, на входы устройств 5 и 6 управления реконфигурацией. Прием информации происходит только при наличии запроса модуля-передатчика, Запрос. формируется вместе с результатом выполнения операции и выдает1149449 10 7ся одноименным модулям-приемникам по индивидуальным шинам.Шины выдачи запросов не показаны, а условно объединены с информационными шинами. 5В устройстве управления реконфигурацией запросы с шин поступают на вход дешифратора 17 запросов и, вместе с информацией, на вход блока 18 сравнения (фиг. 2). Поскольку оба канала комплекса работают синхронно, при отсутствии неисправностей запросы и информация поступают на входы устройств 5 и 6 модулей 3 и 4 одновременно с двух каналов. 15 Входы дешнфратора 17 соединены с выходами регистра 10 состояния модулей, поэтому запросы принимаются только от исправных модулей. ДешиФратор запросов определяет номер пары модулей-передатчиков. С выхода дешифратора запросов сигнал поступает на вторую группу входов блока 12 исполнительных потенциалов, который определяет от какого из каналов 25 должна быть принята информация.Первая группа входов блока исполнительных потенциалов, представляющего собой элемент И-ИПИ, соеди-" 1 нена с выходами регистра состояния модулей, соответствующими в модуле 13 - модулю 1, а в модуле 4 - модулю 2. В результате на выходе блока 12 появляется сигнал, который через коммутатор 16 открывает прием информа 35 ции в блоке 3 - с шин 7, а в блоке 4 - с шин 8. С выхода коммутатора 16, информация через выходные шины 22 устройства поступает на приемные регистры, соответственно, модулей 3 40 и 4, а также в блок 19 контроля по четности.Вся информация,. поступающая на вход модуля с двух каналов, сравнивается, но сигнал несравнения вырабатывается только в том случае, если ни один из модулей-передатчиков не исключен из конфигурации, что определяется блоком 20 наличия резерва, Этот блок состоит из трех входовых злемен тов И и элемента ИЛИ, Разрешающий потенциал на его выходе в рассматриваемом случае появляется лишь при исправности модулей 1 и 2, что определяется соответствующими выходами 55 13 и 23 регистра 10, и при наличии разрешения на выходе дешифратора 17, соответствующем паре модулей 1-2.8В случае обнаружения ошибки в полученной информации блок 14 отказов (элемент ИЛИ) собирает сигналы элемента И 21 и блока 19 и вырабатывает сигнал ошибки, который через шины 15 поступают на входы 9 прерывания процессоров.Поскольку в предлагаемом устройст" ве контролируется входная информация, контроль с большой вероятностью обнаруживает неисправность передатчика.Сигналы прерывания на входах 9 процессоров служат исходной информацией для решения задачи определения работоспособной реконфигурации комплекса. Результатом является новое содержимое регистра состояния модулей, которое по обычным каналам пере. дачи информации через коммутатор 16 передается на входы регистра 10 всех модулей.Если, например, определена неис-. правность модуля 1 и он исключен из конфигурации, то на соответствукицем ему выходе 13 регистра 10 имеется нулевой потенциал. Этот потенциал за" блокирует прием запроса от модуля на дешифратор 17, номер передатчика определяется по запросу от одноименного модуля 2 и сигнал появляется на том же выходе дешифратора 17, чтои при наличии передатчиков. Но блок 12 вырабатывает при этом потенциал, блокирующий прием информации от модуля 1, Информация от модуля 2 проходит через коммутаторы 16 устройств управления реконфигурацией модулей 3 и 4. Эта информация контролируется только по четности. Результат сравнения заблокирован, так как блок 20, анализирующий выходы регистра 10 состояния модулей, определяет отсутствие резерва модуля-передатчика. При поступлении запросов от других модулей, имензцих резерв, сравнение разблокировано и прием информации происходит как обычно при отсутствии неисправностей. Шины 11 состояния модулей поступают в модуль, которому принадлежит предлагаемое Устройство, и блокируютвыдачу запросов модулю, исключенному из реконфигурации.Применение предлагаемого устройства для управления реконфигурацией двухмашинного вычислительного комплекса позволит повысить его жизнеспособность за счет рассредоточения149449 где Ь ния. 9органов управления и автономности модулей, сохранения достоверной информации в модулях системы, что очень важно для систем, работающих в непре- рывном режиме. Существенным является также то, что инициатором изменения реконфигурации является исправное устройство, обнаружившее ошибку в переданной ему информации.В двухмашинном вычислительном 0 комплексе ВК 2 Р 35, построенном на базе ЗВИ типа ЕС 1035, используется резервирование на уровне целых машин, связь между которыми и переключение резерва осуществляется через канал прямого управления и адаптер канал- канал. Наработка на отказ такого комплекса может быть рассчитана поФормуле 203-2 е7, =Р2 Э(1-е та)- интенсивность отказов аппаратуры; 25 среднее время восстановле 10При использовании в качеств элементной базы элементов серии 1)5 интенсивность отказов аппаратуры для машин подобного класса составляет, примерно, 165 1 О 1/ч. При Тъ й 1 чУнаработка комплекса на отказ ТО=300 ч (коэффициент готовности К 0,998).В опытном образце управляющего вычислительного комплекса, использующего предлагаемое устройство и построенного с использованием той же элементной базы по принципу помодульного резервирования, надежность определяется надежностью пары одноименных резервированных модулей. Наибольшую интенсивность отказов в комплексе имеет блок памяти 9= 40 16 1/ч (включая устройство3 управления реконфигурацией). При этом время наработки на отказ составляет 1250 ч (К= 0,9992),Таким образом, использование предлагаемого устройства при построении резервированного вычислительного комплекса позволяет повысить надежность последнего на порядок.1149449 Составитель А.Вербовскийова Техред А.Кикемезей Корректор С.йекмар едактор Заказ 192 по дел113035, М Проектная,4 ент", г.ужгород л 794енноготений5, Рау Тираж Государст ам изобр осква, Ж Подписноомитета СССРоткрытийкая наб., д.4/5