Устройство для сопряжения каналов ввода-вывода с внешними устройствами

( сф ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свиде В 868745, кл. С 06 РАвторское свидете У 1241245, кл. С 06 ельство СССР 3/04, 1980. ьство СССР 13/00, 1984 КАНАТРОЙСТ ится к области и может быть тации и сопрявывода и внешввода-вывода ычислительных в вводааналами ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНЛОВ ВВОДА-ВЫВОДА С ВНЕШНИМИВАМИ,(57) Изобретение откосвычислительной техникииспользовано для коммужения устройстней памяти с кодной или нескольких в машин. Устройство позволяет подключать группы устройств ввода-вывода.и внешней памяти к каналам ввода-вывода ЭВМ, позволяет организовать общие поля устройств ввода-вывода ивнешней памяти. Целью изобретения яв"ляется повышение пропускной способности за счет организации параллельнойподачи сигнала опроса на все группыустройств ввода-вывода и внешней памяти, а также за счет обеспечения установления новых связей без прерывания работы в других. Поставленнаяцель достигается тем, что в устройство, содержащее группу блоков согласования интерфейса, матрицу блоковкоммутации и блок приоритета, введена матрица блоков сканирования, группа формирователей импульса и группаэлементов ИЛИ. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.50 1 1277Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для сопряжения и коммутацииустройств ввода-вывода и внешней памяти между каналами одной или нескольких вычислительных машин,Целью изобретения является повышение пропускной способности устройства.На фиг. 1 приведена структурная 10схема устройства; на Фиг. 2-4 - Функциональные схемы блоков коммутацииматрицы, блоков сканирования матрицы, блока приоритета; на Фиг, 5функциональная схема блока согласования интерфейса.Устройство (Фиг. 1) содержит матрицу 1 блоков коммутации, группу 2блоков согласования интерфейса, матрицу 3 блоков сканирования, блок 4 20приоритета, шины 5, 6 и 7, 8 информационных выходов, входов канала ввода-вывода и внешних устройств линии9 сигналов запроса и линии 10 и 11сигналов разрешения, линию 12 сигна 25ла синхронизации, линии 13 сигналовготовности блоков коммутации, шины 14второго информационного входа матрицы, линии 15 разрешения от внешнихустройств, шины 16 первого информационного выхода матрицы, линии 17сигналов запроса внешних устройств,шины 18 и 19 второго информационноговыхода блока 2 и первого информационного входа матрицы 1, линии 20 сигнала разрешения сканирования строки,шины 21 и 22 вторых информационныхвходов блока 2 и выходов матрицы 1,линии 23 сигналов готовности матрицы 3. 40 На фиг, 2 показаны элементы ИЛИ 24 группы и формирователи 25 импульсов группы, соединенные с блоками 26 коммутации матрицы 1. Каждый блок 26 коммутации содержит триггер 27, элементы И 28 и 29, элементы ИЛИ 30 и 31, элемент НЕ 32, элементы И 33 и 34 первой и второй групп, элементы ИЛИ 35 и 36 первой и второй групп, линии 37:и 38 третьего и четвертого информационных входов, линии 39 сигналов ответа, линии 40 и 41 сигналов ответа и транзита ответа, линии 42 и 43 сигналов опознавания адреса и сброса от внешних устройств.Каждый блок 44 сканирования матри - цы 3 (фиг. 3)состоитиз элемента НЕ 45, первого 46,третьего 47 и второ 128 2 го 48 элементов И, элементов ИЛИ 49 и 50 и соединены друг с другом по линиям 51 и 52 сигналов готовности и ответа.Каждый блок 53 согласования интерфейса группы 2 (фиг. 4) содержит узел 54 сравнения (реакции на начальнуювыборку), узел 55 задания адресов устройств, узел 56 формирования серии импульсов последовательности окончания, узел 57 Формирования серии импульсов последовательности занятого устройства, узел 58 разрешения связи, мультиплексор 59, элемент И 60, узел 61 формирования Флажков, узел 62 хранения Флажков, узел 63 приоритета, Блок 4 приоритета состоит из узлов 64 выбора строки (ориентации), каждый из которых содержит элементы И 65 и 66, элемент НЕ 67 и элемент 68 задержки.Узел 54 (фиг. 5) содержит группу элементов 69 сравнения, генератор 70 синхроимпульсов, триггер 7 1, элементы И 72, ИЛИ 73 и НЕ 74. Узел 55 содержит счетчик 75 адресов, регистр 76 номера адреса,регистр 77 адреса, элемент 78 задержки и постоянную память 79, Узел 56 содержит группу элементов И 80, элементы НЕ 81 и 82, элементы 83 и 84 задержки, триггеры 85-87 и элемент И 88. Узел 57 содержит элемент И 89, триггер 90 и элемент 91 задержки. Узел 58 содержит триггер 92 и элемент ИЛИ 93.Узел 61 содержит счетчик 94 и элемент И 95, а узел 62 - дешифратор 96, группу триггеров 97, две группы элементов И 98 и 99. Узел 63 состоит из многостабильного триггера 100 и шифратора 101 (Фиг. 5).Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии на шинах 5 и 7 присутствуют "0". При этом на шинах 6 и 8 присутствует "0". Установление подканала. связи между каналом и устройством осуществляется следующим образомНа шину 9 канал посылает единичный сигнал поиска запроса, который проходит через соответствующий вход блока 4 и по линии 10 поступает на вход узла 58 (Фиг. 4) . Одновременно сигнал поиска и адрес устройства по шине 5 поступают на вход узла 54, который сравнивает адрес с разрешенными адресами, которые поступают из узла 55, сопро 1277вождаемые управляющим сигналом, поступающим на вход элементов 69 (сигнал о выдаче последнего адреса изузла 55 поступает на входы элементовИ 72, ИЛИ 73).5Если ни один адрес не сравнивается, то узел 54 блокирует узел 58 ив случае появления на шине 5 сигналапрямого опроса посылает через мультиплексор 59 сигнал обратного опроса 10(неготовности) по шинам 6 в канал,сигнализируя, таким образом, каналуоботсутствии доступа к устройствус данным адресом,Если адреса сравниваются, то узел 1554 разрешает прохождение сигнала поиска через узел 58 на линию 11, подготавливает к работе узел 57, открывает элемент И 60,Сигнал на линии 11 открывает элементы И 28 (фиг. 2) блоков 26 соответствующей строки, выходы этих элементов открывают через элементы ИЛИ30 элементы И 33, 34, которые коммутируют шины 14 на шины 22, а шины19 - на шины 16, Сигнал на линии 11открывает элементы И 33, 34 тольков том случае, если блоки 26 соответствующего столбца матрицы 1 свободны, т.е. на линию 40 поступает нулевой сигнал с выходов остальныхтриггеров 27 данного столбца черезэлементы ИЛИ 31 всех блоков 26 дан-.ного столбца, Распространяясь поустройству, сигнал поиска обеспечивает установку связи по всем свободным столбцам. Теперь необходимо вьщелить нужный подканал связи, а остальные освобо дить, Это достигается формированием единичного сигнала вьщеления по линии 42 из шины 14 устройством ввода- вывода, опознавшим свой адрес. При этом через элемент И 29 устанавлива ется триггер 27 соответствующего блока 26, который через элемент ИЛИ 30 поддерживает элементы И 33, 34 открытыми, Сигнал, поступая по линии 42 шины 21 (Фиг. 5) на узел 58, блоки рует прохождение сигнала линии 11 на выход триггера 92, освобождая остальные блоки 26 (подканалы связи),Единичный сигнал по линии 42 вы- дается устройством ввода-вывода толь ко тогда, когда на линию 17 (фиг. 2, 3) шины 8 через элементы ИЛИ 50 поступает единичный прямой сигнал опроса, который формируется по наличию 128 4на линии 20 сигнала опроса, поступаютщего через элементы И 47 на входыэлементов ИЛИ 50 блоков 44 соответствующей строки, Если данный столбецзанят, т,е. установлен в единичноесостояние какой-либо триггер 27 блока 26 данного столбца, то элемент.И47 заперт сигналом линии 13 и входной прямой сигнал опроса не проходит к блокам 26 данного столбца. Если устройство ввода-вывода не опознало свой адрес, по линии 15 шины 7выдается обратный сигнал опроса, который поступает на входы элементовИ 46 данного столбца. Если ни одновнешнее устройство в данной строкене опознало свой адрес, через элемент И 46 (если столбец свободен)или элементы И 48 (если столбец занят) и ИЛИ 49 по линии 23 шины 21в канал поступает обратный сигналопроса.После того как подканал связи установлен, т.е. по одной из линий 20шины 18 пришел сигнал выделения, сигнал поиска должен быть снят. Дальнейшее появление сигнала поиска в данном установленном подканале не оказывает влияния на его работу,В случае, если по шинам 9 приходит несколько сигналов поиска, блок4 (Фиг. 4) подключается только кодному входу, элементы И 65 и НЕ 67узла 64 которого имеют наименьшеевремя срабатывания, Таким образом,временем срабатывания определяетсяприоритетность подключения входовблока 4. Элементы 68 задержки защищают блок 4 от ложного срабатывания,обеспечивая надежность выдачи сигналов по линиям 10 при установке в определенное состояние блока 4.Обратный сигнал опроса (готовнос)ти) по линии 23 поступает по шине 21в соответствующий блок 53 (фиг. 4);блокирует узел 58 и разрешает узлу,57 через мультиплексор 59 выдачу последовательности занятого устройства.При этом через открытый элемент И 60из узла 57 поступает сигнал, которыйдобавляет "+1" в узле 61 и устанавливает флажок адреса, к которому произошло обращение, в узле 62.Если в матрице 1 (фиг. 2) освободился столбец (т.е, освободилось устройство ввода-вывода), соответствующий формирователь 25, выполненный, например, как одновибратор, через эле 1277128менты ИЛИ 24 посылает по линии 12 сигнал, который поступает на все узлы61 (фиг. 4).Если содержимое счетчика 94 - ненуль, то из него вычитается единица. Узел 61 подготавливает узел 56 к приему адреса и разрешает узлу 62 передать в узел 63 сигналы для выборкиадресов. Узел 63 разрешает узлу 55 передать адрес наиболее приоритетного 10 устройства ввода-вывода в узел 56 исбрасывает флажок выбранного адреса,Если каналы в данное время не работают с устройствами ввода-вывода, т.е. 15 на линии 11 нет единичного сигнала, в каналы выдается последовательность окончания узлом 56 через мультиплексор 59. Для установления подканала связи канал снова должен посылать единичный сигнал поиска с адресом уст ройства ввода-вывода и сигнал опроса,ввода-вывода. В течение всего времени от начала г связи до освобождения подканала связи 45элементы И 33, 34 и элементы И 46,47надежно открыты сначала сигналом влинии 11 из блока 53 через элементыИ 28, ИЛИ 30, затем триггером 27,т.е. в течение этого времени происходит установление связи, передачаинформации, окончание связи сигналами, поступающими из шин 5 в шины 8и из шин 7 в шины б,Поскольку сигнал опроса поступает 50 55 в столбцы параллельно, то, во-первых, установление канала связи. осуществляется быстрее, чем при последовательном опросе устройства ввода-вывода,При этом устройство работает так же, как описано выше.Если содержимое счетчика 94 - нуль, то единица не вычитается и узел 56 блокируется.Освобождение подканала связи про-изводится сигналом окончания связи, поступающим по линии 43 шины 14 (фиг2) на синхронизирующий вход 30 триггера 27 соответствующего блока 26. Так как на информационном входе триггера 27 присутствует сигнал с нулевой шины, триггер 27 устанавливается в нулевое состояние, закрывая 35 элементы И 33, 34 и элементы И 46, 47, по снятию сигнала окончания связи (задним фронтом) в линии 43, который снимается устройством ввода- вывода по приходу ответа о принятии 40 этого сигнала по шине 5 от каналаРассмотрим работу блока 53 на примере, когда каналы ввода-вывода ЗВМ и устройства ввода-вывода устанавливают связь, обмениваясь сигналами, приведенными ниже: Сигнал поискаПрямой сигнал опросаСигнлл приемаСигнал окончания Сигналы каналовввода-вывода ЭВМ связи Сигналы устройств Сигнал выделения ввода-вывода Обратный сигнал опросаСигнал запросаИдентификатор адресаСигнал занятостиСигнал окончанияИдентификатор сос- тояния На шины 5 .канал подает адрес устройства, поступающий на первую группу входов элементов 69 сравнениЯ,и сигнал поиска, запускающий генератор 70, который сигналом с третьего выхода сбрасывает счетчик 75 в исходное состояние, вырабатывает сигнал, поступающий на входы счетчика 75, регистра 76 и регистра 77. Иэ постоянной памяти 79 через регистр 77 поступает адрес устройства ввода-вывода на вторую группу вхоцов элементов 69 сравнения, Сравнение адресов производится по разрешающему сигналу из счетчика 75.Если адреса сравнились, то на информационный вход триггера 71 поступает единичный сигнал, который по управляющему сигналу из генератора 70 и, во-вторых, если какое-то устройство ввода-вывода, подключенное к одному из столбцов матрицй 1, опозналосвой адрес, то на установление связине оказывает влияния ошибочная работалибо отказ (например потеря сигналаопроса) устройств ввода-вывода, подключенных по другим столбцам. Блок 4готов к установлению подканалов связи по другим строкам сразу после снятия сигнала поиска в данной строке.Причем установка нового подканаласвязи по столбцу, в котором установлен хотя бы один триггер 27, невозможен, так как элементы И 28 запертынулевым сигналом с элемента НЕ 32.7 12771устанавливает триггер 71 в единичноесостояниеЗапаздыванием сигнала повторому выходу генератора 70 относительно сигнала по первому выходуобеспечивается надежное срабатывание триггера 71.Сигнал с единичного выхода триггера 71 прекращает через элемент ИЛИ73 работу генератора 70,устанавливает триггер 92 в соответствие с наличием или отсутствием сигнала поискана информационном входе,подготавливает элементы И 60, 89.Если ни один адрес не сравнился,то счетчик 75 по второму выходу запрещает работу генератора 70.и открывает элемент И 72, через которыйпрямой сигнал опроса иэ шин 5 поступает на вход мультиплексора 59,который обеспечивает его прохождение в канал по линии обратного сигнала опроса шины 6.Если обратный сигнал опроса поступил по линии 23 шины 21 (т,е. устройство занято по другому каналу), точерез элемент ИЛИ 93 устанавливается в нулевое состояние триггер 92 иоткрывается элемент И 89, на первыйи второй входы которого подаются изканала через шины 5 прямой сигналопроса и сигнал поиска, которые обеспечивают установку в единичное состояние триггера 90.Сигнал с триггера 90 через элемент И 60 добавляет "+1" в счетчик 3594, через элементы И 60 и 99 устанавливает триггер 97, соответствующий номеру адреса, находящегося нарегистре 76, содержимое которого дешифрируется дешифратором 96; вырабатывает сигнал занятости, который,проходя через элемент 91 задержки, поступает вместе с идентификатором состояния устройства (который также вы.рабатывается триггером 90) через мультиплексор 59, который обеспечивает их .передачу через шины 6 в канал,Приняв сигнал о занятости устройства, канал сигналом окончания связи, 50 поступающего через шины 5 на вход установки в нуль триггера 90; сбрасывает его.Если по линии 12 поступил сигнал (т.е. освободился столбец), то от крывается элемент И 95. Если содержимое счетчика 94 - не нуль, .то сигнал с выхода элемент, И 95 уменьшает содержимое счетчика 94 на единицу, устанавливает в .единичное состояние триггер 85, если канал разрешает обращение к нему, т.е. на входах элементов НЕ 81 и 82 отсутствуют сигналы, триггер 85 вырабатывает сигнал запроса, который через мультиплексор 59 поступает в канал через шины 6; открывает элементы И 98, через которые сигналы с единичных входов триггеров 97 поступают на многостабильный триггер 100, который пропусает на шифратор 101 единичный сигнал только с одного триггера 97, который этим сигналом устанавливается в нулевое состояние; разрешает через элемент 78 задержки считывание номера адреса из шифратора 101 в регистр 76 и через регистр 77 - считывание адреса устройства на вход элементов И 80.Получив сигнал запроса, канал подает через шины 5 прямой сигнал опроса, который устанавливает в нулевое состояние триггер 85, открывает элементы И 80, разрешаяпрохождение адреса через мультиплексор 59 и шины 6 в канал ЗВМ, устанавливает через элемент 83 задержки в единичное состояние триггер 86, который вырабатывает идентификатор адреса, поступающий через мультиплексор 59 в канал ЭВМ.Получив адрес устройства, канал посылает на шины 5 сигнал приема, который устанавливает в нулевое сос-тояние триггер 86, устанавливает в единичное состояние триггер 87, который вырабатывает сигнал окончания и через элемент 84 задержки - идентификатор состояния устройства Указанные сигналы через мультиплексор 59 и шины 6 поступают в канал.Получив сигналы, которые указывают на освобождение устройства, канал посылает через шины 5 сигнал окончания связи, который сбрасывает триггер 87.Блок 53 - в исходном состоянии, и канал ЭВМ может установить связь с освободившимся устройством посред= атвом подачи сигнала поиска и адреса устройства на шины 5.Реализация блока 5 в соответствии с примером на фиг. 5 эффективна, когда с каналами ЗВМ работают медлен-. ные устройства ввода-вывода в мультиплексном режиме, при котором время связи значительно меньше периода между сеансами связи. В этом случае освобождения столбцов - частые события,1277128 10 Таким о бр азам, устройство обе спечивает повышение пропускной способности за счет эфФективного использования подканалов связи путем организации параллельной работы па несколь" ким подканалам одновременно, снятия ограничений на конфигурацию устройства, параллельность опроса устройств при установлении подканала связи,10 15 20 25 1. Устройство для сопряжения каналов ввода-вывода с внешними устройствами, содержащее группу блоков согласования интерфейса, блок приоритета и матрицу блоков коммутации, причем первые информационные. входы и выходы ь-го блока согласования интерфейса (1=1,М) соединены соответственно с информационными выходами и входами -го канала ввода-вывода, а второй информационный выход - с первыми информационными входами блоков коммутации д-й строки матрицы, вторые информационные входы блоков коммутации 1-го столбца матрицы (1=1, М) соединены с информационным выходом 1-га внешнего устройства, третий и четвертый информационные входы блока коммутации 1-й строки и 1-га столбца подключены соответственна к перво.му выходу блока коммутации (-1)-й строки и 1-го столбца матрицы и второму выходу блока коммутации г-й строки и (1-1)-го столбца матрицы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения пропускной способности устройства, в него введена матрица блоков сканирования, группа формирователей импульса и группа элементов ИЛИ, причем входы запросов и выходы разрешения блока приоритета подключены соответственно к выходам запросов соответствующих каналов ввода-Вывода и входам разрешения соответствующих блоков согласования интерфейса группы, синхронизирующие входы которых подключены к выходу М-го элемента ИЛИ группы, разрешающие входы блоков коммутации 1-й строки соединены с разрешающим выходам ь-го блока согласования интерфейса, второй информационный вход которого соединен с, вторым информационным выходом блока коммутации 1-й строки и М-го столбца матрицы и вьгхадом готовности блока сканирования 1-й стра 40 45 50 55 Формула изобретения ки и М-го столбца матрицы, входыразрешения блоков сканирования -йстроки матрицы подключены к второмуинформационному выходу блока согласования интерфейса и входу готовности блока сканирования 1-й строки ипервого столбца матрицы, первый информационный выход блока коммутацииИ-й строки и 1-го столбца матрицы и выходответа блока сканирования И-й строки и 1-го столбца матрицы подключенысоответственно к информационному входу и входу запроса 1-го внешнего устройства, выход разрешения которогоподключен к входам готовности блоков сканирования 1-га столбца матрицы, выходы готовности которых соединены с входами опроса строки соответствующих блоков сканирования (-1)га столбца матрицы, выходы ответаблоков сканирования -й строки матрицы соединены с транзитными входами столбца соответствующих блоковсканирования (+1)-й строки матрицы входы запроса блока сканирования ь-й строки и 1-го столбца матрицы подключены к выходу готовностиблока коммутации -и строки и 1-гостолбца матрицы, выход ответа которого соединен с транзитным входомблока коммутации (1+1)-й строки и1-го столбца матрицы, а вход блокировки - с выходом ответа блокакоммутации И-й строки и 1-го столб 35 ца матрицы и через 1-й формирователь импульса группы - с первым входом1-га элемента ИЛИ группы, второй входкоторого подключен к выходу (-1)-гоэлемента ИЛИ группы,2. Устройство па п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что каждый блок сканирования матрицы содержит три элемента И, два элемента ИЛИ и элемент НЕ, причем выход первого элемента ИЛИ является выходом готовности блока, а первый и второй входы подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с входом опроса строки блока, а вторые входы - соответственно с входом запроса блока и выходом элемента НЕ, входом подключенного к входу запроса блока и первому входу третьего элемента И, второй вход и выход которого соединены соответственно с входом разрешения блока и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход и выход ко 12771торого являются соответственно транзитным входом и выходом ответа блока,третий вход первого элемента И соединен с входом готовности блока,53. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый блок коммутации матрицы. содержит триггер, два элемента И, два элемента ИЛИ, две группы элементов И, две группы элементов ИЛИ и элемент НЕ, причем выходы элементов ИЛИ первой и второй групп образуют соответственно первый и второй информационные выходы, а первые входы являются соответственно третьим и четвертым информационными входами блока, первые входы элементов И первой и второй групп соединены соответственно с вторым и первым информационными входами блока, выходы - 20 соответственно с вторыми входами эле 28 12ментов ИЛИ второй и первой групп, авторые входы - с выходом готовностиблока и выходом первого элемента ИЛИ,первым входом подключенного к выходупервого элемента И и перВому входувторого элемента И, а вторым входом -к выходу триггера и первому входувторого элемента ИЛИ, второй вход ивыход которого являются соответственно транзитным входом и выходом ответа блока,первый вход первого элемента И соединен с входом разрешенияблока, а второй вход через элементНЕ - с входом блокировки блока, второй вход второго элемента И и входсинхронизации триггера соединены свторым информационным входом блока,информационный вход триггера подключен к шине логического нуля, а установочный вход - к выходу второго элемента И.тлиб Корректор И.Эрдейи оставитель В ехред И.Попов Редактор И.Рыбчен сн роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Прое аказ 6668/43 Тираж 671 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушская