Однородная вычислительная структура

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 42 191 1 1) к /оо Р 1/20 ЕНИЯ ИСА ИЕ ИЗОБРЕ У СВИДЕТЕХМэСТВУ ВТОРС 1-й кстол бц мутаци о тнои ики первощ а -ч т что, с ц к аждаяючает элем ю повышения ежностйка вклоперац н ммутацнт НЕ онная ячеика в ент И и элемен ючаетНЕ вх третии эл и выход к ственно с соответ- функциовходом пер аци онторого соединень выходом состояни ьного элеме а и вторымИ той же первого элем ной ячейки, пер элемента ИЛИ к ячейки подключе ственно второго И той же операц входы второго и ент ый и второаждой операы к выходаи третьегоонной ячейк й входци оннон соответ- элементов и, первыеементов тьего э й к иены состния функци н эл ой ячейки й третьегоячейки,ответств (1-1)-й вертикалэлементаход сост а 1 торым входом элемента НЕ (й коммута-ционной ячейки )-го столбца, выходэлемента НЕ каждой коммутационнойячейки подключен к второму входу второго элемента И той же ячейки, выходвторого элемента И -коммутационнойячейки п-го столбца соединен с горизон-.тальным входом функционального элемента +ш)-й операционной ячейки,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(56 ) Фет Я.И. Параллельные процессоры для управляющих систем, И.:Энергоиэдат, 1981, с. 21-31, рис.11.Авторское свидетельство СССРМф 66193, кл, Н ОЗ.К 17/00,(54)(5) ОДНОРОДНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯСТРУКТУРА, содержащая столбец иэ иоперационных ячеек и ш столбцов иэи коммутационных ячеек, каждая изкоторых включает элемент ИЛИ и дваэлемента И, первые входы которыхсоединены с выходом элемента ИЛИтой же коммутационной ячейки, выходпервого элемента И 1-й коммутационной ячейки каждого столбца (15 эп)подключен к первому входу элементаИЛИ (+1)-й коммутационной ячейкитого же столбца, выход второго элемента И -й коммутационной ячейки,1-го столбца (16 ш) соединен свторым входом элемента ИЛИ -й коммутационной ячейки (+1)"го столбца, при этом каждая иэ операционныхячеек включает функциональный элемент, элемент ИЛИ, первый и второй. элементы И, первый вход первого элемента И подключен к горизонтальномувыходу функционального элемента тойже операционной ячейки, выход элемента ИЛИ 1-й операционной ячейкисоединен с вертикальным входом функ:ционального элемента (+1) й операционной ячейки, .а выход первогоэлемента И -й операционной ячейкиподключен к второму входу элемента операционной ячеики соедиветственно с выходом состо о ального элемента и вымента НЕ той же операционвторые входы второго и лементов И 1-й операцион оме первой подключены со нно к выходу элемента ИЛИперационной ячейки И, кному выходу функционального- й операционной ячейки, выяния функционального элеменерационной ячейки Соединенвходом первого элемента И иИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использо-.вано при построении однородных вычислительных структур и сред, удовлетворяющих заданным требованиям надежности и живучести.Цель изобретения - повышение надежности однородной вычислительной структуры путем спиралеобразного построения, обеспечивающего отключение толь-Око неисправных ячеек, сохраняя приэтом спиралеобразную структуру взаимосвязей между исправными ячейками.На фиг. 1 представлена блок-схемапредлагаемой однородной вычислительной структуры, на фиг. 2 - Ълок-схема операционной ячейки, на фиг, 3 -блок-схема коммутационной ячейки, нафиг.4 - структурная схема функционального элемента, на фиг.5- блок-схема 20предлагаемой однородной вычислительной структуры с укаэанными в качестве примера неисправными операционными ячейками и полученными при перестройке направлениями потоков информации между исправными ячейками,Формула изобретения и фиг. 1, 2,3, 5 составлены для удобства восприятия в наиболее простом варианте,когда функциональный элемент переда- З 0ет информацию толЬко по одному каналуи только в одну сторону в каждом изнаправлений: вертикальноми горизонтальном (слева направо и сверху вниз)Под эту формулу подпадают и более35сложные варианты, когда производится многоканальная передача информации в обе стороны в каждом из этихнаправлений (достаточно перевернутьчертежи и наложить их на исходноеф 40совмещая квадратики функциональныхэлементов) .Однородная вычислительная структура (фиг. 1) содержит столбец из поперационных ячеек 1 и щ столбцов из45п коммутационных ячеек 2 (ш=5),Каждая операционная ячейка (фиг.2)содержит функциональный элемент 3,элемент ИЛИ 4, элементы И 5-7, элемент НЕ 8,Каждая коммутационная ячейка (фиг. 3) содержит элемент ИЛИ 9, элементы И 1 О и 11, элемент НЕ 12;Первые входы элементов И 10 и 11 каждой коммутационной ячейки 2 сое динены с выходом элемента ИЛИ 9 той же ячейки, выход элемента И 1 О 1 -й коммутационной ячейки каждого столб ца ( 11 п- ) соединен с первым входом элемечта ИЛИ 9 (1+ )-й коммутационной ячейки того же столбца, выход элемента И 11 1-й коммутационной ячейки ,)-го столбца ( Яп-) соединен с вторым входом элемента ИЛИ 9 х-й коммутационной ячейки (+1) -го столбца, выход элемента ИЛИ 4 1 -Р операционной ячейки 1 соединен с вертикальным входом функционального элемента 3 и первым входом элемента И 5 (1+ )-й операционной ячейки 1, выход элемента И 6 -ой операционной ячейкисоединен с вторым входом элементаИЛИ 9- й коммутационной ячейки 2первого столбца, выход элемента НЕ 8каждой операционной ячейкисоеди,нен с первыми входами элементов И 6 и 7 той же ячейки, вторые входы которых соединены соответственно с горизонтальным и вертикальным выходами функционального элемента 3 той же ячейки, выход состояния которогОсоединен с входом элемента НЕ 8 ивторым входом элемента И 5 той же-й ячейки, а также с вторым входомэлемента И 1 О и входом элементаИ 2 (1-,-й коммутационной ячейки12 -го столбца, выходь элементовИ 5 и 7 каждой операционной ячейки1 соединены с соответствующими входами элементаИЛИ 4 той же ячейки,выход элемента НЕ 12 каждой коммутационной ячейки 2 соединен с вторымвходом элемента И 11 той же ячейки,выход элемента И 11 1-й коммутационной ячейки 2 ш-го столбца соединенс горизонтальным входом функционального элемента 3 ( +ш)-й операционной ячейки 1,В.качестве примера функционального элемента рассмотрим процессормодели 40 системы 360 Фирмы 1 ВМ.На фиг. 4 представлена его укрупненная структурная схема.Процессор содержит регистры 13- 25, арифметико-логическое устройство 26, схему приращения 27,блок 28 основной памяти, блок 29 местной памяти, блок 30 постоянной памяти, регистр 31 адреса местной памяти, регистр 32 адреса постоянной памяти,регистр 33 адреса постояннои памятипри работе в режиме селекторного канала, регистр 34 состояния, схему4 декодирования 35,Имеются также интервальный таймер и схема обслуживания внутренних и внешних прерываний.3 164Выход первого лрограммно-управляемого разряда регистра 34 состоянияиспользуем в качестве выхода состояния функционального элемента, группу 36 входов и выходов - в качествегоризонтальных и вертикальных входови выходов. Вертикальным выходом будем считать также выход второго программно-управляемого разряда регистра 34 состояния, а соответствующимему вертикальным входом - вход прерывания следующего по вертикали функ.ционального элемента.В определенные моменты временипервый исправный функциональный элемент начинает выполнять программу са.моконтроля (теста). Тестовая программа начинается тем, что на выходесостояния данного функционального"1", как если бы данный функциональный элемент бып неисправен. Еслитест не завершился. из-за фактической его неисправности, то установленный уровень "1" сохраняется (памятьфункционального элемента являетсянеразрушаемой при отключении питания).Сигналы с выходов состояния функциональных элементов играют рольуправляющих сигналов для коммутационно-лерестраивающей сети, образованной всеми логическими элементами И, ИЛИ, НЕ всех ячеек. Этасеть отключает все неисправные функциональные элементы, направляя потоки информации обходными путями.Если тест завершается нормально, он снимает признак неисправности и выдает сигнал прерывания следующему ниже по вертикали исправ-40ному функциональному элементу вобход неисправных, если они былиотключены ранее. По сигналу прерывания вызывается программа копирования информации из него в проверениый функциональный элемент, чтобытоже начать проверяться, а проверенный функциональный элемент заменяет по основной работе следующий проверяемый. В это время количество функциональных, элементов,считающихся исправными, увеличивается на единицу, а потом опятьуменьшается. Соответствующим .образом меняется структура их взаимосвязей, В эти интервалы времени,отсчитываемые с помощью таймеров,.в составе каждого функционального г 13 4элемента, обмен другой информации между ними запрещен, иначе информация может попасть не адресату, а его соседу.Далее проверяется второй функциональный элемент, потому третий и т.д, до неисправного, который до этого считался исправным. Повторение таких циклов проверок обеспечивает поиск всех неисправных функциональных элементов, если они есть. Распределение потоков информации между функциональныьм элементами производится следующим образом,Пусть функциональный элемент 3-й операционной ячейки 1 исправен. Тогда уровень "О" на его вы-,ходе состояния в этой ячейке закрывает элементы И 5 и через элемент НЕ 8 открывает элементы И 6и 7, пропускающие информацию с горизонтального и вертикального выходов данного функционального элемента 3, а в (1-,-й коммутационной ячейке 2 )-го столбца закрывает элемент И 1 О и через элемент НЕ 12 открывает элемент И 11,пропускающий в горизонтальном направлении инфорацию, принимаемуюэлементом ИЛИ 12 с любого из двухнаправлений - горизонтального иливертикального.При неисправном функциональномэлементе 3 в -й операционнойячейке элементы И 6 и 7 изолируютего выходы, элемент И 5 обеспечивает передачу информации по вертикали в обход неисправного функционального элемента 3, а в (-3)-йкоммутационной ячейке информацияпередается по вертикали через элемент И 10.Таким образом получено распре -деление потоков информации, указанное в качестве примера на 4 жг. 5для случая, когда неисправны функциональные элементы 3 перечеркнутых операционных ячеек 1, Отсюдавидно, что потоки информации (пока.3эано стрелками) обходят неисправныефункциональные элементы также и погоризонтали, причем между всемиисправными функциональными эпемен-.таьщ сохраняется спиралеобразнаяструктура взаимосвязей.По сравнению с прототипом данная однородная вычислительная струкосновных функций Ч и надежностью перемыкания по вертикальным входам- выходам ц; количество укрупненных2ячеек Е/ш; коммутационные ячейки отсутствуютт,Следовательно, для прототипа можно записатьГпрот1-(-", ДпотПоложительный эффект РР, достигается прив 1МУсловие (5) строже условия (3) при 1647 Э(6)2 1 гп в 2Индукцией по т нетрудно доказать,что дробь в (5) меньше единицы, адробь в (6) больше ш-й степени дро- .би в (4 ).Кроме повьпиения надежности, данное техническое решение обеспечива О ет сокращение аппаратурных затратза счет того, что сравнительно про стые коммутационные ячейки обеспечивают подключение резервных операционных ячеек в количестве,. равномколичеству отказавших ячеек, и устраняют необходимость подключать страку резервных ячеек вместо строки.ячеек исправных, кроме одной.1164713 Составит Техред М ор Л,Авр ко одписно ьытета СССР крытииаб., д, 4/ гУжгор Заказ 4188/46ВНИИПИпо113035, Мо иал ППП "Пате ь Г.Виталиеароцай Тираж 710Государственного келам изобретений иква, Ж, Раушская д ул . Проектная Корректор М.Самборская