Устройство для управления реконфигурацией вычислительной системы

(19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ К ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН ТЕТ СССРИ ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И хничеса (Ле 970поми ДЛЯ УПРАВЛЕ 1 ЧИСЛИТЕЛЬНО Я РЕ СИСТ Ж(71) Ленинградский электроткий институт им, В.И.Ульянонина)(57) Изобретение относится к областивычислительной техники и предназначено для построения отказоустойчивости вычислительных систем, Цель изобретения - повьппение надежности функционирования за счет реализации режима самодиагностирования и самоотключения отказавших блоков. Устройствосодержит регистр режима, М блоковидентификации отказа, М ассоциативных блоков хранения вектора состояния, элемент ИЛИ-НЕ, блок запускавектора реконфигурации, М блоков хранения вектора реконфигурации, М ассоциативных блоков хранения эталонныхвекторов состояния. 5 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для построения отказоустойчивых вычислительных систем.5Цель изобретения - повышение надежности функционирования устройства эа счет реализации режима самодиагностирования и самоотключения отказавших блоков устройства.10На фиг1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для управления реконфигурацией вычислительной системы, на фиг,2 - функциональная схема блока идентификации от каза., на фиг.Э - функциональная схема блока хранения вектора состояния на фиг.4 - функциональная схема блока запуска вектора реконфигурации, на фиг.5 - функциональная схема блока хранения вектора реконфигурации.Устройство (фиг1) содержит регистр 1 режима, выход 2 вектора реконфигурации устройства, М блоков идентификации отказа 3 -Эм, М-ш-раз рядных ассоциативных блоков хранения вектора состояния 4-4 м. вход 5 задания режима реконфигурации устройства, входы 6 задания режима записи векторов состояния устройства, первый эле- З 0 мент ИЛИ-НЕ 7, блок 8 запуска вектора реконфигурации, блок 9 хранения вектора реконфигурации, М ассоциативных блоков 10 хранения эталонных векторов состояния вход 11 вектора состояния устройства, вход 12 вектора35 реконфигурации устройства.Блок идентификации отказа (фиг.2) содержит элемент 13 задержки, элемент ИЛИ-НЕ 14 элементы И 15-17 с тремяь40 состояниями, элемент НЕ 18, элемент И 19 с тремя состояниями, элемент НЕ 20, триггер 21, первый и второй входы 23 и 24 блокировки режима самодиагностирования, вход 25 задания режима, входы первого 26 и второго 27 логи 45 ческих условий, выход 28 признака режима самодиагностирования, первый 29 и второй 30 выходы признака идентиФикации отказа.50Ассоциативный блок хранения вектора состояния (Фиг.3) содержит щ ассо-. циативных ячеек памяти 31, -31 , вход 32 задания режима записи (ассоциативного чтения) ассоциативной ячейки памяти, информационные входы 33 и 34, вход 35 задания режима адресного чтения ассоциативной ячейки памяти, выход 36 ассоциативного чтения ассоциативной ячейки памяти, выход 37 адресного чтения ассоциативной ячейки памяти, 2 ш элементов И с тремя состояниями 38, -38 , вход 39 задания режима ассоциативного чтения блока, вход 40 разрешения работы блока, информационный вход 4 1 блока, вход 42 зада ния режима адресного чтения блока, выход 43 признака сравнения блока, информационные выходы 44 блока, вход 45 управления третьим состоянием и вход 46 элементов И 38-38 группы.Блок запуска вектора реконфигурации (фиг,4) содержит выходы 47 первой группы элементов И-НЕ 48-48 с от 1крытым коллектором, количество которых определяется числом сочитаний иэ М по 2 по ФормулеМ 11 = 02м 2 (М - 2)Кроме того, блок запуска вектора реконфигурации содержит резистор К,49 (подключенный к плюсу питания элементов И-НЕ), вторую группу элементов И-НЕ 50.1-50.М, входы 51 логических условий, группу выходов 52 кода инициализируемого вектора реконфигурации, выход 53 признака готовности запуска вектора реконфигурации.Блок хранения вектора реконфигурации содержит ассоциативный блок хранения вектора реконфигурации, аналогичный ассоциативному блоку хранения вектора состояния или ассоциативному блоку хранения эталонного вектора состояния, элементы 54 и 55 и ИЛИНЕ 56 и группу элементов И с тремя состояниями 57 -57,Устройство выполняет функции устройства для управления реконфигурацией вычислительной системы только в режиме ассоциативного чтения. Поэтому работе устройства предшествует приведение устройства в начальное состояние после подачи напряжения питания и затем приведение его в исходное состояние записью в блоки 4 и 10векторов состояния системы и соответствующих им векторов реконфигурации в предогределенные блоки 9 под управлением извне. Приведение устройства в начальное состояние начинается подачей в него напряжения питания. При этом выходы устройства можно блокировать средствами системы, в которую встраивается устройство, на время, необходимое для завершения переходных процессов после включения питания илинеобходимое после приведения устройства в исходное состояние, выдать всистему вектор реконфигурации, приводящий систему в исходное состояние, После подачи напряжения питания на регис.тре 1 из системы или с пульта задается режим записи через вход 6устройства таким образом, что на всехвыходах регистра 1 устанавливается высокий потенциал, который подается на входы 25 блоков 3-3 и на входы59 блоков 9, -9, что вызывает: в блоки 9, -9 открытие группы входов 12 задания режима запись по входам 39 и 40, блокирование выходов 2 через элемент ИЛИ-НЕ 54, инверторы 55 и 56 и элементы 57, -57; предотвращает возможность нуля на ,входе 42 в блоках 9, -9(что иначе может привести к незаписи информации в блоки) подачей единицы с выхода инвертора 55, блокирует сигнал запуска вектора реконфигурации с блока запуска вектора реконфигурации с входа 58 блоков 9 -9, переход выхода элемента И 16в высокоимпендансное состояние, а выхода элемента И 17 в единичное состояние, что через выход 28 открывает по входу 40 входы 4 1 блока 10; установка триггера .21 блока 3 в нулевоесостояние и единица с его второго выхода через выход 30 открывает по входу 40 входы блока 4, а ноль на его первом выходе является условием пропускания элементом ИЛИ-НЕ 22 сигнала.сравнения (несравнения) по входу 26с выхода блока 4 через выход 29 вблок запуска вектора реконфигурации.Кроме того, высокий потенциал навходе 25 после инвертирования элементом НЕ 20 отключает Я-вход триггера, 21 от выхода блока 10 закрытием элемента И 19, чтобы предотвратить отключение блока 4 в режиме записи. Вэтом состоянии устройствоподготовлено к записи информации в блоки 4-4,блок 10-10 ц и блок 9,-9.Длительность описанного процесса перевода устройства в начальное состояние определяется временем Т срабатывания элементов НЕ 20, Т - НЕ 18, Т - И 17.логической схемы слова и Т - временем срабатывания элемен 4тов И 38 в блоке 4,Кроме того, должно быть учтено время срабатывания регистра 1 Т. Таким образом, полное время перехода устройства в описанное начальное состаяние от момента подачи напряженияпитания равноТ-Т, +Т, +Т, +Т,+Т,.С этого момента устройство можно Вприводить в исходное состояние, длячего необходимо задать низкий потенциал на всех выходах регистра 1, соответствующий режиму ассоциативногочтения, подачей сигнала высокогоуровня на Е-вход регистра 1 черезвход 5 устройства, и снять блокировкувыхода устройства, если такая производилась. Переход устройства в режимассоциативного чтения заканчиваетсяпосле переключения элементов НЕ 20,НЕ 18, И 17, выход последнего переходит в высокоимпедансное состояние,а выход элемента И 16 - в нулевоесостояние, поскольку информация навходе 11 устройства отсутствует иединица с выхода элемента ИЛИ-НЕ навходе 24 блока 3 блокирует выдачуединицы на выход 28, низкий потенциална котором отключает блоки 10. Затемнеобходимо задать высокий потенциалтолько на одном выходе регистра 1,соответствующем, например, первой паре блока 4 и блока 9, низкий потенЗ 0. циал на остальных выходах регистра 1и подать первый вектор состояния системы на вход 11 устройства и соответствующий ему вектор реконфигурации навход 12 устройства, Время записи вблок 4 и блок 10 определяется временем пропускания информации черезэлементы И 38 этих блоков и временемпереключения самих ассоциативныхячеек.По истечении этого времени информация должна быть снята с входа и через время переключения элемента ИЛИНЕ 7 на всех входах регистра 1 вновьдолжен быть установлен низкий уровеньсигнала ассоциативного чтения, какописано выше, Затем на входы 11 и 12устройства подается следующий векторсостояния системы и соответствующийему вектор реконфигурации и т.д. допоследней пары блока 4 и блока 9.Возможные сигналы с выходов блока 10и блока 4 в режиме записи блокируются элементом И 19 логической схемыслова 3 и элементом ИЛИ-НЕ 54 блоков91 -9. На этом приведение устройства 56 в исходное состояние заканчивается,Описанная процедура приведения устройства в исходное состояние от момента подачи напряжения питания алго 1352495ритмизуема и программа, реализующаяее, может храниться на внешнем носителе подобно операционной системеЭВМ.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии при отсутствии отказов в устройстве в блоках4 -4 записаны векторь состояния сисмтемы и в блоках 9, -9 м соответствующие 10им векторы реконфигурации. Триггеры21 в блоках 3 установлены в нулевоесостояние и единица с выходов 30 блоков 3 поддерживает информационныевходы блоков 4, -4 м открытыми, в то 15время как информационные входы блоков 10, - 10 м с выхода 28 блоков 3, - 3закрыты,При поступлении из системы на вход11 устройства вектора состояния системы производится его сравнение свекторами, записанными во всех блоках 4 -4 одновременноЕсли сравнемние произошло в одной из них, то навыходе 43 этого блока сохранится 25нуль, а на выходах всех остальныхблоков 4 -4 м появится единица, соответствующая несравнению, которые поступят на входы 2 б блоков 3, -3 м, гдеединица на входе элемента ИЛИ-НЕ 22в совскупкости с нулем с первого выхода триггера 21 дает на выходе 29нулевой сигнал несравнения в данныйблок 4, в блок 8 запуска вектора реконфигурации, что не препятствуетдальнейшему запуску вектора реконфигурации от блока 4, на выходе которого имеется сигнал сравнения нулевого уровня, который после элементаИЛИ-НЕ 22 блока 3 при нуле на первомвыходе триггера 21 становится единичным и поступает в блок 8 запуска вектора реконфигурации. Одновременно споступлением на вход элемента ИЛИ-НЕ22 нулевой сигнал сравнения от блока 4 поступает на третий вход элемента ИЛИ-НЕ 14, на четвертом входекоторого - нуль с входа 25 соответствующий режиму чтения, на второмвходе :которого нуль от элемента ИЛИНЕ 7 и на первом входе которого единица от запуска вектора реконфигура-,ции, если только в одном блоке 4 произошло сравнение. В этом случае единичный сигнал на вторых входах группыэлементов И-НЕ 501-50 блока 8 запуска вектора реконфигурации разрешаетадресное считывание по единичномусигналу с выхода 29 блока 3, поступающему на один из первых входов группы элементов И-НЕ 50, -50 и левым сигналом с выхода данного элемента, поступающего ка вход 58 соответствующего выходного регистра, что в совокупности с нулем режима чтения на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 54 через инвертор 55 задает нулем адресное считывание из ассоциативного блока 4, блока 9 хранения вектора реконфигурации и через инвертор 56 открывает группу элементов И 57, -57 на выходах блока 9, выдающего, таким образом, вектор реконФигурации в систему.В случае, если сравнение произошло в двух и более блоках 4-4 с выходов 29 блоков 3, единицы поступят в блок 8 запуска вектора реконфигурации, что вызовет ноль на вторых входах группы элементов 50 -50и тем самым блокирует любую выдачу вектора реконфигурации в систему. Ноль с выхода 53 блока 8 запуска вектора реконфигурации подается на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 14 блоков 3, в блоке 4 которых произошло сравнение,а на остальных входах элемента ИЛИ-НЕ 14, как уже рассмотрено, в этой ситуации находятся нули, что вызывает на его выходе единицу, которая пропускается на выход 28 блока 3 и далее на вход 40 блока 10 того же блока 4, открывая его для ассоциативного чтения. Результат ассоциативного чтения из блока 10 поступает вновь в блок 3 на вход 27, Если блок 10 выдал единичный сигнал, соответствующий несравкению, что свидетельствует в рассматриваемом случае об отказе блока 4, то эта единица вызывает установку триггера 21 блока 3 в единичное состоя-. ние, при этом ка втором выходе его устанавливается ноль, который блокирует вход отказавшего блока 4, тем самым отключая его, и в дальнейшем она уже не оказывает влияния на работу устройства, поскольку его входы блокированы входными вентилями, а нуль ка его выходе не оказывает влияния на Формирование нулевого сигнала несравнекия на выходе 29 блока 3, заданного единицей на первом выходе триггера 2 1, Этот сигнал кесравнения вновь поступает в блок 8 запуска вектора реконфигурации который вчовь анализирует сигналы от блоков 4 и при наличии только одного сравнения запускает соответствующий вектор реконфигурации, Тем сажи достигается отка 13524зоустойчивость устройства для управления реконфигурацией вычислительной системы с постепенной деградацией количества сохраненных векторов реконфигурации при незначительной задержке 5выдачи вектора реконфигурации в случае отказа в устройстве на время отключения отказавших блоков 4.Таким образом, преимуществом предлагаемого устройства является способ- Юность продолжать функционирование приотказах внутри устройства без управления процессом устранения отказа извне. Кроме того, преимуществом также является возможность введения 15 устройства в вычислительные системы ,. различных типов, при этом достигается не только высокое быстродействие, присущее ассоциативным запоминающим устройствам, но и минимизируется вре мя устранения влияния отказавших элементов, т.е. время восстановления,Формула изобретения25Устройство для управления реконфигурацией вычислительной системы, содержащее регистр режима, М ассоциативных блоков хранения вектора состояния, М блоков идентификации отказа, 30 отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования устройства за счет реализации режима самодиагностирования и самоотключения отказавших блоков уст 35 ройства, оно дополнительно содержит М ассоциативных блоков хранения эталонного вектора состояния, блок запуска вектора реконфигурации, М блоков хранения вектора реконфигурациищ и первый элемент ИЛИ-НЕ, входы которого соединены с входами векторов состояния устройства, с информационными входами М ассоциативных блоков хранения вектора состояния и М ассо- циативных блоков хранения эталонного вектора состояния, выход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с первыми входами блокировки режима самодиагностирования М блоков идентификации от О каза, группа входов задания режима записи векторов состояния устройства и вход задания режима реконфигурации устройства соединены соответственно с группой входов установки в "1" раз рядов регистра режима и с входом сброса регистра режима, выход К-го разряда которого соединен с входами задания режима ассоциативного чтения 95 8К-го ассоциативного блока хранениявектора состояния и ассоциативногоблока хранения эталонного векторасостояния и с входом задания режимаидентификации отказа К-го блока идентификации отказа и с входом заданиярежима записи К-го блока хранения век-тора реконфигурации, выходы блоковхранения вектора реконфигурации соединены через МОНТАЖНОЕ ИЛИ с выходомвектора реконфигурации устройства.выходы признаков сравнения К-х ассоциативного блока хранения векторасостояния и ассоциативного блока хранения эталонного вектора состояниясоединения соответственно с первым ивторым входами логических условий Мблоков идентификации отказа, выходпризнака режима диагностирования которого соединен с входом разрешенияработы К-го ассоциативного блока хранения эталонного вектора состояния,первый выход признака идентификацииотказа К-го блока идентификации отказа соединен с К-м входом логическихусловий блока запуска вектора реконфигурации, выход признака готовностизапуска вектора реконфигурации которого соединен с входом блокировки режима самодиагностирования К-го блокаидентификации отказа, второй выходпризнака идентификации отказа которого соединен с входом разрешения работы К-го ассоциативного блока хранениявектора состояния, К-й выход признака инициализации вектора реконфигурации блока запуска вектора реконфигурации соединен с входом задания режима чтения блока хранения векторареконфигурации, вход вектора реконфигурации устройства соединен с информационными входами М блоков хранениявектора реконфигурации, причем К-йассоциативный блок хранения векторовсостояния и К-й блок хранения эталонных векторов состояния содержит ш(где ш - разрядность вектора состояния) ячеек ассоциативной памяти ипервую группу из 2 ш элементов И стремя состояниями, выходы которых соединены с информационными входамиячеек ассоциативной памяти, вход Ь -го (Ь =. 1,2 ш) элемента И с тремя состояниями первой группы соединен сЬ-м разрядом информационного входаассоциативного блока хранения, входразрешения работы которого соединенс входами управления третьим состоянием 2 ш элементов И с тремя состоя ниями первой группы; вход задания режима ассоциативного чтения ассоциативного хранения блока соединен свходами задания режима чтения в ячеек ассоциативной памяти, выходы признаков сравнения 2 в ячеек ассоциативной памяти через МОНТАЖНОЕ ИЛИсоединены с выходами сравнения ассоциативного блока хранения, информационные входы 2 щ ячеек ассоциативной,памяти через МОНТАЖНОЕ ИЛИ соединеныс информационным выходом ассоциативного блока хранения, причем К-й блокидентификации отказа содержит элементзадержки, второй и третий элементыИЛИ-НЕ, с первого по четвертый элементы И с тремя состояниями, первыйи второй элементы НЕ и триггер, инверсный выход которого соединен свторым выходом признака идентификации отказа блока идентификации отказа, первый выход признака идентификации отказа которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, первыйвход которого соединен с прямым выходом триггера, вход установки в " 1"которого соединен с выходами первогоэлемента И с тремя состояниями, инФормационный вход которого соединенс входом второго логического условияидентификации отказа, вход первогологического условия которого соединенс вторым входом второго и первым входом третьего элементов ИЛИ-НЕ, входзадания режима блока идентификацииотказа соединен с входом первого элемента НЕ, с вторым входом третьегоэлемента ИЛИ-НЕ и с входом установкив "О" триггера, выход первого элемента НЕ соединен с входом элемента НЕи с входами управления третьим состоянием с первого по третий элементовИ с тремя состояниями, первый вход 52495 10блокировки режима самодиагностирования и второй вход блокировки режимадиагностирования блока идентификацииотказа через элемент задержки подключены соответственно к третьему ичетвертому входам третьего элементаИЛИ-НЕ, выход которого соединен с информационным входом второго элементаИ с тремя состояниями, выход которо го соединен с информационным входомтретьего элемента И с тремя состояниями, выход которого объединен свыходом четвертого элемента И с тремя состояниями и соединен с выходом 15 признака режима самодиагностированияблока идентификации отказа, выходвторого элемента НЕ соединен с информационным входом и входом управлениятретьим состоянием четвертого элемен та И, причем блок запуска векторареконфигурации содержит первую групМ-пу иэ 3, где 3 = Х (М), элемен 1-1тов И-НЕ и вторую группу из М элементов И-НЕ, выходы элементов И-НЕ первой группы соединены через МОНТАЖНОЕ ИЛИ с выходом признака готов ности запуска вектора реконфигурацииблока запуска вектора реконфигурации и с первым входами элементов И-НЕ второй группы, выходы которых соединены с выходами кода инициализируемоЗ го вектора реконфигурации блока запуска вектора реконфигурации, д-й и 1-й (ь. = 1,М;= 1,М; 1 Ф Д) входы логических условий которого соединены соответственно с первым и вторым вхо дами соответствующего элемента И-НЕпервой группы и соответственно с вторыми входами, -го и 1-го элементов И-НЕ второй группы.1352495 Составитель А,АфанасьевТехред М.Ходанич Корректор А.Тяско Редактор Ю.Середа Заказ 5567/49 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5