Устройство связи для вычислительной системы

)5 С 06 Г 13/14, 15/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР МИц 1 ЫНТГ: ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВ 4/2481, Бюл, М 4мусев, В.Н Заблоцкий и А,В 5 (088.8) А,В. Многораммируем язь, 1984, с процессорные систей архитектурой, - М.: 200 - 240 (с. 202, рис,льство СССР15/16, 1985. кое свид , кл. 60(54) УСТРОЙСТВО СВЯЗИ ДЛЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при проектировании электронных вычислительных машин(ЭВМ) и мультипроцессорных вычислительных систем. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач эа счет обеспечения возможности селекторного обмена между каналами связи, Поставленная цель достигается тем, что уотройство содержит канал связи 1, коммутатор управляющих сигналов 2, блбк синхронизации 3, модули 4, элемент ИЛИ - НЕ 5 3 л.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при п ооектировании электронных вычислительных машин (ЭВМ) и мультипроцессорных вычислительных систем.Цель изобретения - расширение класса решаемыхзадач за счет обеспечения возможности селекторного обмена между каналами связи.На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема канала связи; на фиг.З - функциональная сема блока управления.Устройство (фиг.1) содержит канал 1, коммутатор 2 управляющих сигналов, блок 3 синхронизации, модули 4, элемент ИЛИ - НЕ 5, первый выход 6 1-го канала, второй выход 7 1-го канала, первый управляющий вход 8 1-го канала, первый информационный вход 9 канала 1, первый информационный выход 10 канала, входы 11,запроса на передачу и подтверждение приема (выходы признака передачи и удовлетворения запроса) 1-го канала, второй информационный выход 12 1-го канала, второй информационный вход 13 1-го канала, выход 14 блока синхронизации, управляющая магистраль устройства 15, информационная магистраль устройства 16, третий выход 17 канала, выход 18 элемента ИЛИ - НЕ.Канал 1 (фиг,2) содержит блок 19 управления, первый мультиплексор 20, регистр 21 адреса, первый узел 22 сравнения, второй узел 23 сравнения, второй мультиплексор 24, регистр 25 передачи, третий мультиплексор 26, регистр 27 приема, выход 28 регист 21, выходы 29-31 узла 22, выход 32 узла 23, выход 33 блока 19, выход 34 блока 19, разрядные 35 - 36 управляющей магистрали, выходы шины 31, 38 запроса на передачу блока 19 в выход 39 - удовлетворения запроса блока 19 во вход 40 подтверждения приема блока 19, выход 41 признака передачи блока 19, выходы 42-45 блока 19, второй вход 46 узла 22, выход 47 узла 23,Блок 19 управления канала (фиг.З) содержит первый элемент ИЛИ 48, первый элемент НЕ 49, первый элемент И-НЕ 50, первый буферный элемент 51, первый элемент И 52, второй буферный элемент 53, второй элемент НЕ 54, второй элемент И 55, третий элемент НЕ 56, четвертый элемент НЕ 57, второй элемент ИЛИ 58, третий элемент И 59, первый триггер 60, первый элемент ИЛИ - НЕ 61, четвертый элемент И 62, второй триггер 63, пятый элемент И 64, шестой элемент И 65, третий элемент ИЛИ 66, третий триггер 67, седьмой элемент И 68, восьмой элемент И 69, четвертый триггер 70, девятый элемент И 11, четвертый элемент ИЛИ 72, десятый элемент И 73 пя 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тый элемент ИЛИ 74, одинадцатый элемент 75, двенадцатый элемент И 16, информационный вход 77 триггера 53, прямой выход 78 элемента И 52, прямой выход 79 триггера 63, инверсный выход 80 триггера 63, инверсный выход 81 элемента 75, прямой выход 82 триггера 70, инверсный выход 83 триггера 10, выход 84 элемента ИЛИ 72.Устройство функционирует следующим образом.В исходном состоянии в разряд идентификации сообщений всех регистров 25 заносится лог. "0", а триггеры 60, 63, 61 и 70 переводятся в нулевое состояние (когда на прямых выходах триггеров устанавливается лог. "0" путем подачи импульса сброса по цепям сброса, Затем включается блок 3 синхронизации и на выходе 14 периодически появляются импульсы синхронизации, формируя такты функционирования устройства. Под тактом функционирования устройства в данном случае понимается промежуток времени между моментами окончания (заднего фронта) двух соседних импульсов синхронизации на входе 14. В качестве модулей 4 могут быть блоки обработки (процессоры), блоки памяти, устройства внешней памяти.Вычислительная задача (программа) большого объема заранее (в процессе компиляции, редактирования и загрузки) разбивается на большое количество участков (блоков), которые допускают параллельную их обработку в процессорах, Эти программные блоки (части программы и данные, подлежащие обработке) заранее распределяются по процессорам, однако часть их загружается в блоки памяти, а та их часть, которая не помещается в блоках памяти, запоминается во внешней памяти, Между программными блоками в процессе их параллельной обработки возможен обмен отдельными сообщениями (промежуточными или конечными результатами обработки данных, который осуществляется через кольцевую сеть связи (кольцо) путем установки в любом такте на выходах 37, 38 любого канала 1 запроса с кодом 10. При этом на входе 13 устанавливается сообщение, которое содержит поле адреса назначения и информационное поле. Если в канале 1 имеются условия для передачи сообщения в кольцо, то в следующем такте в регистр 25 записывается сообщение со входа 13 вместе с кодом адреса передатчика на выходе 21 и кодом идентификации сообщения, Таким образом, сообщение в регистре 25 содержит поле адреса назначения, поле адреса (номер) передатчика, поле информации и поле(бит) идентификации сообщения. Сообщения, запомненные в регистрах25 передаются на вход 9 следующего канала с помощью элемента Н Е 56 уже 1-го (переда, в котором оно может быть передано (и ющего, а не принимающего) канал 1 устаэапомнено) или в регистр 27 (если оно адре- навливается на входе элемента И 68 лог. "1", совано модулю, подключенному к каналу 1), на остальных входах элемента И 68 уже усили в регистр 25, или передано в шину 16 5 тановлены лог. "1", В результате на первом (см. описание канала 1). В каждом новом входе элемента И 76 устанавливается лог. тактесообщениебудетследовательно пере- "1", Если в 1-ом канале не предусмотрена даваться иэ регистра 25 предыдущего кана- передача сообщения из модуля 4 в кольцо, ла в регистр 25 последующего канала 1 по то на втором входе 81 элемента И 76 также кольцу до тех пор, пока оно не достигнет 10 установлена лог. "1" (так как на выходетригканала 1 садресуемым модулем 4 и не будет гера 60 установлен лог, "0"), В итоге на принято в регистр 27 или передано через выходе 44 формируется лог. "1", обеспечишину 16 в регистр 27 канала, подключенно- вающая запись в регистр 25 1-го канала 1 го к адресуемому модулю. пустого кода. Если же запрос на передачуВслучае,еслисообщениесовхода 9-го 15 сообщения (со входа 13) в кольцо в 1-ом канала 1 принимается в регистр 27 любого канале есть(в триггере 60 хранится лог. "1", канала 1,товрегистр 25 можетбытьприня- а в триггере 63 лог. "0"), то на выходе 81 то новое сообщение со входа 12 1-го канала элемента И 75 устанавливается лог. "0" и на 1, если имеется запрос с кодом 10а входах выходе 44 формируется лог. "0", обеспечи, 38 1-го канала 1, где = О, 1, (т) и 20 вающий действительность сообщения, занеобходимые условия для передачи сооб- поминаемого в регистре 25 (со входов 13, щения в кольцо. 28), Передача сообщения со входов 13, 28 наЕсли запрос на передачу сообщения выход мультиплексора 24 обеспечивается кольцо в модуле 1 нет, который продолжает благодаря установке на выходе 45 блока 19 циркулировать по кольцу как и сообщение, 25 1-го канала лог. "1".однако на каналах 1 не воспринимает как При этом на выходах элементов 51, 53 сообщение, блоков 19 всех остальных каналов 1 устаДля того, чтобы сообщение в любом 1-ом на вливается высокоимпедансное (третье) канале 1 было передано со входа 9 в шину состояние,16 необходимо, чтобы на выходе 7 (фиг.1) 30 Следует отметить, что в канале 1, привсех каналов 1 была установлена лог. "1", на нявшем сообщение в регистр 27, возможны выходе 7 1-го канала была установлена лог, два режима приема сообщения; режим при- "1", а на выходе 7 всех каналов 1 с номерами ема сообщения в модуль 4 (когда на входе большимибыл установлен лог, "0", В этом 40 установлена лог. "1" при любом состоя- случае на выходе коммутатора 2 (см. описа 35 нии триггера 70) и режим снятия сообщений ние коммутатора 2) устанавливается лог, "1", из кольца (когда на входе 40 установлен лог. под управлением которой на выходе 34 бло- "О", а триггер 70 находится в нулевом состока 19 1-го канала устанавливается лог. "1" и янии). В первом случае, если триггер 0 насообщение со входа 9 передается ьа шину ходится в единичном состоянии в начале 16, а на разрядной шине 35 шины управле такта передачи сообщения через общую шиния 15 устанавливается лог, "О", так как ну 16, на выходе 41 установлена лог. "0", элемент 51 разблокируется, а на входах эле- Когд на выходе 77 элемента 52 принимаю- мента И 50 блока 19 устанавливаются две щего канала 1 устанавливается лог. "0", на лог, "1" (со входа 8 и входа 30), которые выходе 41 устанавливается(додействияимпереводят в нулевое состояние выход эле пульса синхронизации) лог, "0", информирумента И 50. Для того, чтобы сообщение из ющий модуль 4 о приеме в регистр 27 нового шины 16 было передано (и запомнено) в сообщения (после действия очередного регистре 27 канала 1, подклчюенного к ад- импульса синхронизации). После дейс вия ресному модулю 4, необходимо, чтобы в очередного импульса синхронизации в триг.этом канале лог. "1" со входа 32 блока 19 50 гере 70 подтвердится единичное состояние, через элемент ИЛИ 58 и И 73 установилась на входе 32 и 77 установятся соответственна входе элемента 52, под управлением ко- но лог. "0" и лог, "1", В результате на выходе торой на выходе 77 элемента 52 устаивали вновь установится лог, "1". Если в (первается лог, "0", а на выходе 78 - лог, "1" (так вом случае) триггер 70 находился в нулевом как на выходе элемента 49 и входе 32 уста состоянии, то на выходе 41 устанавливается новлены лог. "1"), На выходе элемента 55 лог, "1", Последействияочередногоимпульустанавливается лог, "1", так как на выходе са синхронизации сообщение из шины 16 элемента 54 установлена лог, "1", В резуль- запоминается в регистр 27, триггер 70 пере- тате на разрядной шине 36 управляющей водится в единичное состояние и на выходе шины 15 устанавливается лог. "0", который 41 устанавливается единичное состояние, 1624469ин формирующее модуль 4, что сообщение в регистр 27 принято,Во втором слу ае (когда на входе 40 и выходе 41 установлены лог. "0") после действия импульса синхронизации сообщение из шины 16 запоминается в регистр 27, однако триггер 70 не изменяет своего нулевого состояния и на выходе 41 сохраняется лог, "0",Аналогичные режимы приема предусмотрены в каждом канале 1 и при приеме сообщений со входа 9, При этом на выходах 17 вс х каналов 1 установлен лог. "0", а на выходе и входах 18 - лог. "1",В тех случаях, когда модули-процессоры выполняют программные блоки, которыми они были загружены, они запрашивают новые программные блоки, которые хранятся в блоках (модулях) памяти или во внешней памяти, путем передачи соответствующих сообщений в кольцо, Когда модули 4 памчти готовы для передачи программных 0 локов (представляемые в виде массива сообщений) они в любом такте выставляют на входах 37, 38 код 11, Возможны также случаи, когда в результате обработки в процессорах программных модулей формируются массивы данных, подлежащих дальнейшей обработке вдругих процессорах. В этом случае массив данных формируется е виде массива сообщений в модуль-процессор передатчик устанавливается в любом такте на входах 37, 38 запрос в виде кода 11, В сг "дующем такте лог, "1" со входов 37, 38 запоминаются в триггерах 60, 63 и нэ выходе 7 любого 1-го канала 1 устанавливается лог, 0", на выходе б 1-го канала 1 удерживается лог, "О", На входе 8 1-го канала 1 формируется лог, "1" только в том случае, если на выходе 7 всех каналов с номерами большимиустановлена лог. "1". Сигналы на выхсде 6 каналов 1 не влияют на формирование сигналов на выходе 8, В результате на выходе элемента И 64, на выходе 17 1-го канала устанавливается лог. "1", а на выходе элемг. нта ИЛ И - Н Е 5 - лог, "О", который устанавливает на выходе хэлемента И 62 блока 19 всех каналов 1 лог. "0", обеспечивая удержание лог, "1" на выходе 7 всех каналов 1, кроме 1-го до тех пор (в течение такого количества тактов), пока на входах 37, 38 -го канала "1 удерживается код 11, который в каждом такте подтверждает единичное состояние 60 и 63.Код на входах 37, 38 может удерживаться до тех пор, пока не будет установлена связь с адресуемым модулем через любой канал и не будет передан весь массив сообщений адресуемому модулк) через шину 16. При этом любой запрос на общую шину влюбой друой канал 1 не будет удовлетворяться, т.е, не будет нарушать установленную связь. При этом в 1-ом канале 1 на выходах ЗЗ, 34 блока 19 установьтся код 11, под действием которого код со входов 13, 28 подается на шину 16, на выходе элемента 50 установится лог, "0", который передается нэшину 35. В принимающем канале 1 (связанным с адресуемым модулем) на выходе элемента НЕ 49 и выходе 32 устанавливаются лог, "1". Если регистр 27 принимающего канала 1 занят, то на выходе 41 и 42 установлены соответственно лог. "1" и лог, "О", В результате состояние выходов элемента И 52 не изменяются и на шине 36 сохраняется высокоимпедансное состояние, которое воспринимается элементом НЕ 56 узла 19 передающего канала 1 как лог,"1", В результате на выходе элемента НЕ 56 передающего канала 1 установится лог. "0", который заблокирует элемент И 65. Так как на выходе 45 блока 19 передающего канала 1 установлен лог, "0", то после действия очередного импульса синхронизации в регистр 67 будет записан лог. "0", который установится на выходе 39, информирующиймодуль 4, что связь не установлена и сообщение со входа 13 не принято в регистр 27 адресуемого канала 1. В этом случае запросс кодом 11 на входе 37, 38 передающего 35 40 45 50 55 1015202530 канала может сохраняться до тех пор, пока на выходе 42 принимающего канала не появится лог. "1" (при установке на входе 40 лог. "1", означающей, что модуль 4 готов принимать сообщения и что регистр 27 свободен), В этом случае на выходах 77, 78 элемента 52 блока 19 принимающего канала установится код соответственно 0,1. На шине 36 установится лог. "0", На выходе 41 установится лог. "0", информирующий модуль 4, что в регистр 27 будет передано новое сообщение,На входе элемента НЕ 56 блока 19 передающего канала 1 устанавливается лог. "1", В результате на выходе элемента И 65 и ИЛИ 66 устанавливается лог. "1", которая после действия очередного импульса синхронизации запоминается в регистр 67 и устанавливается на входе 39. информируя модуль 4 о том, что сообщение с общей шины 16 (с выходов 13, 28 передающего канала 1) принято в регистр 27 принимающего канала 1, В этом случае сразу же после импульса синхронизации на выходе 14, на входе 13 передающего канала устанавливается новое сообщение из массива сообщений которые необходимо передать, э на входе 37 устанавливается лог, "0" на время, пока на шине 35 установится лог. "1", на выходе элемента НЕ 49 блока 19 принимаю 1624469 10510 15 25 30 35 40 45 50 55 щего канала установится лог, "0", на выходе 77 и выходе 41 установиться лог, "1", информирующая, что в регистр 27 принимающего канала 1 будет записано новое сообщение. Затем до появления очередного импульса синхронизации на вход 37 вновь устанавливается лог. "1", также и на выходе 41 вновь устанавливается лог. "1", при этом в регистр 27 принимающего канала 1 записывается очередное сообщение с шины 16. так как на выходе 42 и 43 блока 19 устанавливается лог, "1". В следующих тактах действия по установке кодов на входе 13 и 37 передающего канала повторяются до тех пор, пока через общую шину 16 будут переданы все сообщения массива. При этом на выходах элементов 51, 53 блоков 19 и на выходе мультиплексоров 20 всех остальных каналов 1 (не участвующих в обмене сообщениями через общую шину) всегда устанавливается высокоимпедансное (третье) состояние.После передачи последнего сообщения массива данных перед появлением очередного импульса синхронизации на выходе 14 на входах 37, 38 передающего канала устанавливается лог, "0", После действия очередного импульса синхронизации в триггеры 60, 63 записывается лог. "О", который устанавливается на выходе 17 ( выходе элемента 64). В результате на выходе 7 канала 19 устанавливается лог. "1", а на входе 8 устанавливается лог, "0" (см. описание коммутатора 2). под действием которого на выходе мультиплексора 20 и на выходе элемента 51 устанавливается высокоимпедансное состояние в течение всего такта, если на входе 30 установлен лог, "0". В этом же такте возможно, что на входе 30 будет установлена лог. "1" (означающая запрос на передачу сообщения из кольца в общую шину), Если при этом на входе 8 установится лог, "1", то на шине 35 вновь установится лог, "0", а на шину 16 будет передано сообщение со входа 9, так как на выходе 33 установлен уже лог, "0". Далее устройство будет функционировать как было описано выше (при передаче сообщения из кольца через общую шину). Следует только добавить, что если на шине 36 не установится лог. "0", то передачи сообщения через общую шину не происходит и сообщение запоминается со входа 9 в регистр 25 и передается (при необходимости) в кольце дальше до тех пор, пока не будет принято в регистр 27 канала 1, свзяанного с адресуемым модулем 4,С помощью элемента ИЛИ - НЕ 5 обеспечивается селекторная передача сообщений всего массива (за несколько тактов) благодаря блокировке запросов на селекторный обмен от других каналов 1, даже имеющих более высокий приоритет. При этом параллельно обеспечивается двухсторонний обмен сообщениями через кольцо между любыми каналами 1, в том числе и между принимающим и передающим через общую шину каналами 1,Формула изобретения Устройство связи для вычислительной системы, содержащее а каналов связи, коммутатор управляющих сигналов, блок синхронизации, причем первый информационный выход 1-го канала связи (где 1= 1 лп) соединен с первым информационным входом (1+1)-го канала связи, первый информационный выход т-го канала связи соединен с первым информационным входом первого канала связи, первый и второй выходы 1-го 20 канала связи соединен с соответственно с первым и вторым входом 1-й группы входов коммутатора управляющих сигналов, 1-выход которого соединен с первым управляющим входом 1-го канала связи, второй информационный вход. второй информационный выход, входы запроса на передачу и подтверждение приема, выходы признака передачи и удовлетворения запроса которого являются одноименными входами и выходами 1-й группы входов и выходов устройства, выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации всех каналов связи, информационные входы-выходы которых соединены через информационную магистраль, причем каждый канал связи содержит блок управления, регистр передачи, регистр приема, первый и второй мультиплексоры, первый узел сравнения, регистр адреса, первый и второй выходы и первый управляющий вход канала связи соединены соответственно с первым и вторым выходами и первым входом блока управления, входы запроса на передачи и подтверждения приема, выходы признака передачи и удовлетворения запроса которого соединены соответственно с одноименными входами и выходами канала связи, первый информационный вход которого соединен с первым информационным входом первого мультиплексора, старшие разряды первого информационного входа соединены с первым информационным входом второго мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом приемного регистра, вход режима которого соединен с третьим выходом блока управления, выход приемного регистра соединен с вторым информационным выходом канала связи, первый информационный выход которого сОединен с выходом передающего регистра,1624469 12 Фиг. г информационный вход которого соединен с выходом первого мультиплексора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с четвертым и пятым выходом блока управления, шестой управляющий выход которого соединен с управляющим входом второго мультиплексора, второй информационный выход которого соединен с информационным входом-выходом канала связи, второй информационный вход которого соединен с вторым информационным входом первого мультиплексора, второй, третий и четвертый входы блока управления соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами и первого узла сравнения, первый вход которого соединен с выходом регистра адреса и разрядами адреса второго информационного входа канала связи, разряды адреса назначения и разряд идентификации сообщения первого информационного входа канала связи соединены соответственно с разрядами второго информационного входа первого узла сравнения, вход синхронизации блока управления соединен с входами синхронизации регистра передачи и регистра приема и входами синхронизации канала связи, отл ича ю щееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач эа счет обеспечения возможности селекторного обмена между каналами связи, в устройство введен элемент ИЛИ - НЕ, причем третий выход 1-го канала связи соединен с 1-м входом элементз ИЛИ - НЕ, выход которого со единен с вторым управляющим входом всехканалов связи, управляющие входы-выходы которых соединены через управляющую магистраль устройства, а в каждый канал связи введены второй узел сравнения и третий 10 мультиплексор, причем пятый вход блокауправления соединен с выходом второго узла сравнения, первый вход которого соединен с выходом регистра адреса и разрядами адреса второго информационного входа ка нала связи, второй вход второго узла сравнения соединен с разрядами адреса назначения информационного входа-выхода канала связи, первый информационный вход третьего мультиплексора соединен с 20 первым информационным входом каналасвязи, второй вход которого соединен с вторым информационным входом третьего мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом-выходом канала 25 связи, первый и второй управляющие входытретьего мультиплексора соединены соответственно с седьмым и восьмым выходами блока управления, шестОй выход которого соединен с вторым управляющим входом ЗО канала связи,Составитель Г.Смирноедактор С Долинич Техред У.Моргенталорректор Н Ревскаяказ 191 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035 Москва, Ж, Раушсная наб, 45Производственно-издательский комбинат "Патент" г Ужгород ул.Гагарина, 101