Устройство для сопряжения однородной вычислительной системы

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет - Опубликовано 07.02.82. Дата опубликования оп еударстеенный комет 53) УДК 681.летеньо делам изобретений н открытий) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНИЯ ОДНОРОДНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для сопряжения подсистем однородной вычислительной системы.По основному авт. св.769523 известно устройство для сопряжения однородной вычислительной системы, содержащее блок коммутации, блок настройки, состоящий из регистра кода настройки, дешифратора кода настройки и первого элемента ИЛИ, блок передачи, состоящий из регистра обмена и второго элемента ИЛИ, дешифратор адреса регистра, одноразрядный регистр системной синхронизации, третий элемент ИЛИ, регистр обобщенного безусловного перехода, блок прерывания, регистр текущего состояния, первые и вторые входные-выходные управляющие и информационные шины устройства, шину системной синхронизации, шину системных сигналов, входную-выходную шину микро-ЭВМ, выходную информационную шину блока коммутации, выходную управляющую шину блока. коммутации, управляющую шину настройки, причем первые и вторые информационные и управляющие входные-выходные шины устройства и входная-выходная шина микро-ЭВМ соединены соответственно с первыми, вторыми, третьими, четвертыми и пятыми входами-выходами блока коммутации, причем входная-выходная шина микро-ЭВМ соединена также с первым входом регистра кода настройки, входом ь дешифратора адреса регистра, входом-выходом регистра обмена, входом-выходом регистра текущего состояния, входом-выходом блока прерывания, входом-выходом регистра обобщенного безусловного перехода и вторым входом одноразрядного регистра системной синхронизации, второй выход блока коммутации соединен выходной информационной шиной с первым входом регистра обме на, вторым информационным входом регистра обобщенного безусловного перехода, пер вый выход блока коммутации соединен выходной управляющей шиной блока коммутации со вторыми входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ, с первым входом регистра текущего состояния и входом блока прерывания, первый вход блока коммутации соединен управляющей шиной настройки с выходом дешифратора кода настройки, вход которого соединен с выходом регистра кода настройки, второй вход блока коммутации соединен шиной системных сигналов с пятымго и зо зю ао 45 зо 55 Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 коммутации, блок 2 настройки, состоящий из дешифратора 3 кода настройки, регистра 4 кода настройки и первого элемента ИЛИ 5, блок 6 передачи, состоящий из регистра 7 обмена и второго элемента ИЛИ 8, дешифратор 9 адреса регистра, одноразрядный регистр 10 системной синхронизации, третий элемент ИЛИ 11, регистр 12 обобщенного безусловного перехода, блок 13 прерывания, регистр 14 текущего состояния, четвертый элемент ИЛИ 15, регистр 16 логического адреса микро-ЭВМ, первая входная-выходная управляющая шина 17 устройства, первая входная-выходная информационная шина 18 устройства, вторая входная-выходная управляюшая шина 19 устройства, вторая входная-выходная информационная шина 20 устройства, шина 21 системной синхронизации, шина 22 системных сигналов, входная-выход ная шина 23 микро-ЭВМ устройства, выходная информационная шина 24 блока коммутации, выходная управляющая шина 25 блока коммутации, управляющая шина 26 настройки. выходом дешифратора адреса регистра, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первымивходами первого, второго и третьего элементов ИЛИ и одноразрядного регистра системной синхронизации, выходы первого, второгои третьего элементов ИЛИ соединены соответственно с управляющими входами регистра кода настройки, регистра обмена и регистра обобшенного безусловного перехода,а также с первым, вторым и третьим входамирегистра текущего состояния 11.Недостатком этого устройства являетсяего низкая производительность, обусловленная ограниченными функциональными возможностями, так как для осуществления обмена информацией между микро-ЭВМ, входящими в разные подсистемы однороднойвычислительной системы, необходимо производить перенастройку подсистем.Цель изобретения - повышение производительности устройства.Поставленная цель достигается тем, чтов устройство введены четвертый элементИЛИ и регистр логического адреса микроЭВМ, причем вход-выход регистра логическо.го адреса микро-ЭВМ соединен с входной-выходной шиной микро-ЭВМ устройства, первый вход - со вторым выходом блока коммутации, а второй вход - с выходом четвертого элемента ИЛИ и пятым входом регистратекущего состояния, первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с шестым выходом дешифратора адреса регистра, а второйвход - с первым выходом блока коммутации.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - однородная вычислительная система,Однородные вычислительные системы предназначены для решения задач по параллельным программам, при этом параллелизм может быть двух видов: процедурный и функ циональный. Процедурный параллелизм представляется в виде одновременно функционирующих идентичных ветвей вычисления в процессе выполнения одной процедуры.Линейная однородная вычислительная система (фиг. 2) состоит из элементарных машин 27, включающих в.себя микро-ЭВМ 28 и устройство 29 для сопряжения, соединенных между собой входными-выходными управляющими 17 и 19 шинами и входными- выходными информационными 18 и 20 шинами. Микро-ЭВМ 28 и устройство 29 для сопряжения соединяются входной-выходной шиной 23. Для реализации процедурного параллелизма из однородной вычислительной системы выделяется группа элементарных машин (подсистема) 30, соединенных с помощью программно настраиваемых устройств 29 для единого функционирования. При этом все системные взаимодействия осуществляются только внутри данной группы элементарных машин (подсистем) .Функциональный параллелизм предполагает одновременную реализацию различныхпроцедур или нескольких различных совокупностей взаимодействующих процедур.При этом в однородной вычислительной системе выделяется несколько разных подсистем 30 и 31 и обеспечиваются обмены какмежду элементарными машинами 27, входящими в одну подсистему, так и между элементарными машинами 27, входящими в разные подсистемы,Устройство работает следующим образом.В однородной вычислительной системе,построенной с использованием данного устройства, выполняется следующий набор системных операций; настройка; обобшенныйусловный переход; внутриподсистемный обмен; внутриподсистемный обобщенный безусловный переход; выделение; межподсистемный обмен; иежподсистемный обобщенныйбезусловный переход.Рассмотрим выполнение системных операций.Операция настройки,Настройка осуществляется из какой-либоодной микро-ЭВМ и заключается в записинеобходимой информации в регистры 4 коданастройки и регистра 16 логического адресамикро-ЭВМ.Регистр 16 предназначен для хранениялогического адреса микро-ЭВМ. Функционально он разделен на три части, разряды номера подсистемы, разряды номера микроЭВМ в подсистеме, кроме этого, выделен разряд, определяющий тип межподсистемноговзаимодействия: индивидуальный или трансляционный.Настраивающая микро-ЭВМ начинает процесс настройки подсистем с занесения информации в регистры 4 и 16 своего устройства 29. Из микро-ЭВМ по шине 23 в дешифратор 9 поступает адрес регистра 4 и на первом выходе дешифратора 9 появится сигнал, который через первый элемент ИЛИ 5 поступит на управляющий вход регистра 4, разрешая запись кода настройки по первому информационному входу регистра 4 с шины 23. После занесения кода настройки в свой регистр 4, микро-ЭВМ посылает по шине 23 в дешифратор 9 адрес регистра 16, на шестом выходе дешифратора 9 появится сигнал, который через четвертый элемент ИЛИ 15 поступит на управляющий вход регистра 16, разрешая запись логического ад реса в регистр 16 с шины 23. В процессе самонастройки никаких сигналов на шинах 17, 19 и 18, 20 не появляется.На втором шаге настраивающая микро- ЭВМ выбирает из своей оперативной памяти настроечное слово и логический адрес для второго устройства для сопряжения и опять пересылает их друг за другом по адресу регистров 4 и 16 по шине 23, но на этот раз настроечное слово и логический адрес не заносятся в регистры 4 и 16 устройства 29 25 настраивающей микро-ЭВМ, а поступают по шине 23 в блок 1 коммутации. Дешифратор 9 при этом вырабатывает последовательно по шине 22 сигнал системной настройки (Ся) и сигнал логического адреса (Сщр), которые поступают в блок 1 коммутации.зоНаправление передачи определяется кодом, записанным в регистр 4, который поступает в дешифратор 3, с выхода которого по шине 26 в блок 1 поступают управляющие сигналы. Настроечное слово и логический адрес микро-ЭВМ проходит по шинам 18 или 20, а сигнал С, или Ср - по шинам 17 или 19 на соответствующие входы второго устройства 29.Во втором устройстве для сопряжения настроечное слово из блока 1 коммутации 40 поступает на второй информационный вход регистра 4 по шине 24, а управляющий сигнал Споступает из блока 1 по шине 25 через первый элемент ИЛИ 5 на управляющий вход регистра 4, разрешая запись настроечного слова в регистр. Одновременно с этим сигнал С,р с выхода первого элемента ИЛИ 5 поступит на вход регистра 14 текущего состояния, устанавливая соответствующий разряд в единицу. Логический адрес микро-ЭВМ из блока 1 коммутации поступает на первый вход регистра 16 по шине 24, а управляющий сигнал Сыр. поступает из блока 1 по шине 25 через четвертый элемент ИЛИ 15 на второй вход регистра 16, разрешая запись логического адреса микро-ЭВМ в этот регистр.55На третьем шаге настраивающая микро- ЭВМ выдает по шине 23 слово настройки и логический адрес микро-ЭВМ, которые, пройдя через первое и второе устройства 29, занесутся соответственно в регистры 4 и 16 третьего устройства для сопряжения.Процесс настройки системы заканчивается выдачей настроечного слова и логического адреса микро-ЭВМ для последней настраиваемой микро-ЭВМ. Для того, чтобы отметить начало и конец подсистемы, в, настроечном слове имеются разряды признака начала подсистемы и конца подсистемы.Настроечное слово микро-ЭВМ, являющейся началом подсистемы, в разряде признака начала подсистемы содержит единицу, а в разряде признака конца подсистемы - ноль. Настроечное слово микро-ЭВМ, являющейся концом подсистемы, в разряде признака начала подсистемы содержит ноль, а в разряде признака конца подсистемы единицу. В промежуточных микро-ЭВМ в этих разрядах записаны нули.После того, как устройство 29 получило настроечное слово и логический адрес микро- ЭВМ, связанная с ним микро-ЭВМ переходит на режим работы по прерыванию. Это осуществляется следующим образом. Сигнал С, по шине 25 поступит на вход блока 13 прерывания, подготавливая его к работе, а сигнал С р поступает по шине 25 на вход блока 13, зайускает его и с выхода 13 по шине 23 поступит сигнал запроса прерывания и, если микро-ЭВМ ответит по шине 23 сигналом готовности, то блок 13 сформирует соответствующий адрес команды прерывания, который по шине 23 поступит в микро-ЭВМ.Обобщенный условный переход (ОУП) .Процесс настройки происходит асинхрон(но, т. е. как только устройство для сопряжения получит настроечное слово и логический адрес микро-ЭВМ, то связанная с ним микро- ЭВМ сразу же переходит к программе системных операций. Для синхронизации всех микро-ЭВМ подсистемы сразу же после операции настройки выполняется системная операция ОУП, после выполнения которой все микро-ЭВМ подсистемы одновременно переходят к выполнению параллельной программы.Операция ОУП выполняется следующим образом.Микро-ЭВМ, завершившая свою работу по программе (подпрограмме) параллельной ветви, устанавливает в единичное состояние регистр 10 системной синхронизации по шине 23 и сигналу с четвертого выхода дешифратора 9. С выхода регистра 10 по шине 21 сигнал системной синхронизации поступит в блок 1 коммутации. В тот момент, когда регистры 10 всех устройств для сопряжения подсистемы будут установлены в единичное состояние, в блоках 1 коммутации выработается сигнал обобщенного условия, который поступит с выхода блока коммутации и пошине 25 занесется в соответствующий разряд регистра 14. Одновременно с этим этот сигнал поступит в блок 13 прерывания, с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит запрос на прерывание и, если микро- ЭВМ ответит по шине 23 сигналом готовности, то блок 13 выдаст соответствующий адрес команды прерывания, который по шине 23 поступит в микро-ЭВМ. С выхода регистра 14 текущее слово состояния устройства по шине 23 поступит в микро-ЭВМ и после этого микро-ЭВМ перейдет к следующему этапу параллельных вычислений. Обычно операция ОУП выполняется перед операциями внутриподсистемного и межподсистемного обменов. 5о15 о 25 эо 35 4 О 45 50 55 Внутриподсистемный обмен.Операция внутриподсистемного обмена выполняется при реализации процедурного параллелизма. При этом осуществляется трансляционный режим обмена, т. е. одна микро-ЭВМ передает, а остальные микро- ЭВМ данной подсистемы принимают. Микро-ЭВМ, в программе которой предусмотрено выполнение этой операции, осуществляет следующие действия: посылает по шинам 23 в дешифратор 9 адрес регистра 7 обмена, при этом по шине 22 в блок 1 поступит сигнал внутриподсистемного обмена Св,. При считывании информационного слова из оперативной памяти микро-ЭВМ оно по шине 23 поступит на вход блока 1 и с его выходов по шинам 18, 20, совместно с сигналом Св, , который поступит на шины 17, 19, постуййт на входы-выходы принимающих устройств для сопряжения. В блоках 1 коммутации устройств для сопряжения, в соответствующих разрядах слова настройки которых записаны признаки начала и конца подсистемы, при поступлении сигнала Св бформируется сигнал, который запрещает прохождение информации по шинам 1, 19 и управляющей информации по шинам 18, 20 за пределы подсистемы, Внутри подсистемы в принимающих устройствах сигнал Св, поступит с шин 17, 19 через блок 1 коммутации по шине 25 на вход второго элемента ИЛИ 8, разрешая запись в регистр 7 обмена информационного слова, которое поступает на него по шине 22 через блок 1 коммутации с шин 18, 20. Одновременно с этим, сигнал Св ,по шине 23 поступит в соответствующий разряд регистра 14 и блок 13 прерывания, с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания. При этом все микро-ЭВМ подсистемы переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сопряжения. Из регистра 14 по шине 23 в микро-ЭВМ считывается текущее слово состояния, которое анализируется в микро-ЭВМ, и, определив, что выполняется операция обмена, считывает по шине 23 из регистра 7 информационное слово в регистр общего назначения микро-ЭВМ. После выполнения операции внутриподсистемного обмена, все микро-ЭВМ подсистемы выполняют операцию ОУП и все микро- ЭВМ подсистемы переходят к следующему этапу параллельной работы,Внутриподсистемный обобщенный безусловный переход (ВОБУП).Операция ВОБУП выполняется после выполнения ОУП, т. е. все микро-ЭВМ подсистемы переходят к следующему этапу параллельных вычислений. Управление дальнейшим ходом вычислений берет на себя одна из микро-ЭВМ. Из этой микро-ЭВМ по шине 23 в дешифратор 9 поступит код операции ВОБУП и на пятом выходе дешифратора 9 появятся сигналы С,и Сво которые по шине 22 через блок 1 коммутации поступят на шины 17, 19 устройства. Информационное слово из оперативной памяти микро- ЭВМ по шине 23 через блок 1 поступает на шины 18, 20 устройства.В принимающих микро-ЭВМ сигналы С, и С, д с шин 17, 19 через блоккоммутации по шине 25 поступят соответственно на входы регистров 7 и 12 через элементы ИЛИ 8 и 11, разрешая запись в регистры 7 и 12 информационного слова по шине 24 через блок 1 коммутации с шин 18, 20, а также занесутся в регистр 14 и поступят на вход блока 13 прерывания, с выхода которого по- шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания и, если микро-ЭВМ ответит сигналом готовности по шине 23, то из блока 13 в микро-ЭВМ поступит адрес команды прерывания. При этом микро-ЭВМ переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сопряжения. Информация из регистра 14 по шине 23 считывается в микро-ЭВМ. которая анализирует разряды регистра 14, и, определив, что выполняется операция ВОБУП по шине 23 из регистра 12 в микро- ЭВМ, считывает информационное слово, которое воспринимается как адрес, либо как команда. И все микро-ЭВМ переходят на новую ветвь параллельных вычислений.Сигнал Св 6 запретит прохождение информации за пределы подсистемы.Выделение.Операция выделения состоит в подготовке устройств для сопряжения тех микро- ЭВМ, которые участвуют в операциях межподсистемного обмена и межподсистемного безусловного перехода.Операция выделения осуществляется после выполнения операции ОУП во всех подсистемах. Микро-ЭВМ, в программе которой предусмотрено выполнение операции выделения, осуществляет следующие действия: посылает по шине 23 в дешифратор 9 код операции выделения, при этом по шине 22 с выхода дешифратора 9 в блок 1 поступит сигнал С,. После этого передающая микро-ЭВМ последовательно выбирает из своей оперативной памяти информационные слова, содержащие логические адреса принимающих микро-ЭВМ и тип обмена (индивидуальный или трансляционный), и выдает их по шине 23 через блок 1 на шины 18, 20 устройства, на шинах 17, 19 в это время будет сигнал С,В устройствах 29 принимающих микро- ЭВМ сигнал Сею.заносится с шин 17, 19 через блок 1 в регистр4 текущего состоянйя и поступает в блок 13 прерывания, с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания, и, если микро- ЭВМ ответит на шине 23 сигналом готовности, то из блока 13 в микро-ЭВМ поступит адрес подпрограммы обработки прерывания. При этом все микро-ЭВМ переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сованию на обслуживание устройства для сопряжения. Информация из регистра 14 по шине 23 считывается в микро-ЭВМ, которая анализирует разряды регистра 14, и, определив, что выполняется операция выделения, считывает по шине 23 из регистра 16 свой логический адрес. После этого принимаюшие микро-ЭВМ производят сравнение своего логического адреса с логическими адресами, поступающими от передающей микро-ЭВМ по шинам 18 и 20 через блок 1 на шину 23. Если логические адреса совпали, то микро-ЭВМ по шине 23 записывает в дешифратор 9 соответствуюший код, и на втором и третьем выходах дешифратора 9 появляются сигналы, которые, проходя через элементы ИЛИ 8 и ИЛИ 11, подготавливают регистры 7 и 12 для приема информации.Каждое информационное слово, кроме логического адреса микро-ЭВМ, содержит признак типа обмена с данной подсистемой. Если осушествляется трансляционный обмен, то микро-ЭВМ сравнивает только номер подсистемы, а если осуществляется индивидуальный обмен, то, кроме сравнения номеров подсистем, производится сравнение номеров микро-ЭВМ в подсистеме.Операция выделения предшествует операциям межподсистемного обмена и межподсистемного безусловного перехода. Межподсистемный обмен.После того, как передающая микро-ЭВМ передала логические адреса принимающих микро-ЭВМ и подсистем, она переходит к выполнению межподсистемного обмена. По шине 23 в дешифратор 9 она посылает код межподсистемного обмена и с пятого выхода дешифратора 9 по шине 22 через блок 1 на шину 17 и 19 поступит сигнал межподсистемного обмена С, . Информация из оперативной памяти микро-ЭВМ по шине 23 поступит через блок 1 на шины 18 и 20 устройства,В принимающих устройствах для сопряжения информация с шин 18 и 20 через блок 1 коммутации по шине 24 заносится в регист 5 о 15 го 25 зо 35 40 45 50 55 ры 7 и 12, а сигнал Смоаи. заносится с шин 17 и 19 через блок 1 по шине 25 в регистр 14 текущего состояния и поступит в блок 13 прерывания, с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания и, если микро-ЭВМ ответит по шине 23 сигналом готовности, то из блока 13 в микро-ЭВМ поступит адрес подпрограммы обработки прерывания. При этом все микро- ЭВМ переходят по прерыванию на обслуживание устройства для сопряжения. Информация из регистра 14 по шине 23 считывается в микро-ЭВМ, которая анализирует разряды регистра 14, и, определив, что выполняется операция межподсистем ного обмена, считывает по шине 23 из регистра 7 обмена информационное слово в регистр обшего назначения микро-ЭВМ.После выполнения операции межподсистемного обмена все микро-ЭВМ выполняют операцию ОУП и переходят к следующему этапу параллельной работы.Межподсистемный обобщенный безусловный переход (МОБУП).Операция МОБУП выполняется после операции выделения. Управление дальнейшим ходом вычислений берет на себя микро- ЭВМ, выполнявшая операцию выделения. По шине 23 в дешифратор 9 она посылает код межподсистемного обобщенного безусловного перехода и с пятого выхода дешифратора 9 по шине 22 через блок 1 на шину 17 и 19 поступит сигнал С,щщ.Информационное слово из оперативной памяти микро-ЭВМ по шине 23 поступит через блок 1 на шины 18 и 20 устройства.В принимающих устройствах для сопряжения информационное слово с шин 18 и 20 через блок 1 коммутации по шине 24 заносит ся в регистры 7 и 12, а сигнал Смоьу. заносит. ся с шин 17 и 19 через блок 1 по шине 25 в регистр 14 текущего состояния и поступит в блок 13 прерывания с выхода которого по шине 23 в микро-ЭВМ поступит сигнал запроса прерывания, и, если микро-ЭВМ ответит на шине 23 сигналом готовности, то из блока 13 в микро-ЭВМ поступит адрес команды прерывания. Информация из регистра 14 по шине 23 считывается в микро-ЭВМ, которая анализирует разряды регистра 14 и, определив, что выполняется операция МОБУП, считывает по шине 23 из регистра 12 информационное слово, которое воспринимается как адрес, либо как команда, и все микро-ЭВМ переходят на новую ветвь параллельных вычислений.Таким образом, устройство обеспечивает повышение пропускной способности за счет выполнения системных операций, так как реализация межподсистемных операций с помошью известного устройства требует разрушения подсистем, организации новых подсистем для реализации межподсистемных операций и восстановления разрушенных подсистем.903848 12 формула изобретения Г1 Кроме того, вычислительные системы, использующие предлагаемые устройства, за счет выполнения системных операций выделение, межподсистемный обмен и межподсистемный обобщенный безусловный переход, расширяется класс решаемых задач, т. е, добавляются задачи, для решения которых необходимо реализовать, кроме процедурного, функциональный параллелизм, например задачи управления, имеющие иерархическую структуру, в частности задачи управления технологическими процессами. Устройство для сопряжения однородной вычислительной системы по авт, св.769523, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности устройства, в него введены четвертый элемент ИЛИ и регистр логического адреса микро-ЭВМ, причем вход- выход регистра логического адреса микро- ЭВМ соединен с входной-выходной шиной микро-ЭВМ устройства, первый вход - со вторым выходом блока коммутации, а второй вход - с выходом четвертого элемента ИЛИ и пятым входом регистра текущего сос. тояния, первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с шестым выходом дешифратора адреса регистра, а второй вход - с первым выходом блока коммутации,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР по заявке2713451/18-24, кл. б 06 Р 3/04, 1978 (прототип) .903848г 7 г 7Составитель В. Вертлиб Редактор С. Патрушева Техред А. Бойкас Корректор Г. Огар Заказ 115/29 Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о 1 крытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4