устройство для подключения источника информации к общей магистрали

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИСТОЧНИКА ИНФОРМАЦИИ К ОБЩЕЙ МАГИСТРАЛИ,содержащее в каждом канале регистр, два счетчика, триггер, первый элемент ИЛИ, два приемных и два передающих магистральных усилителя, блок магистральных усилителей, генератор импульсов, при этом выход регистра подключен к кодовому входу первого счетчика, выход генератора импульсов соединен со счетным входом второго счетчика, вход сброса которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого приемного магистрального усилителя, вход которого соединен с первой общей линией и выходом первого передающего магистрального усилителя, вход которого подключен к управляющим входам канала и блока магистральных усилителей, информационный вход которого подключен к внутренней магистрали, а выход - к общей информационной магистрали, прямой выход первого триггера подключен к входу второго передающего магистрального усилителя, выход которого соединен с второй общей линией и с входом второго приемного магистрального усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности за счет уменьшения времени арбитража, в него введены два триггера, элемент И - НЕ, элемент И, второй элемент ИЛИ, дешифратор, при этом выход второго счетчика подключен к первому входу элемента И - НЕ, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, а выход подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к входу запроса канала, а выход - к C-входу второго триггера, D-вход которого подключен к входу логического нуля устройства, S-вход соединен с прямым выходом первого триггера, а инверсный выход - с S-входом первого триггера, D-вход которого подключен к входу логического нуля устройства, а C-вход соединен с выходом дешифратора, выход второго приемного магистрального усилителя соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, с первым входом второго элемента ИЛИ и с C-входом третьего триггера, D-вход которого подключен к входу логического нуля устройства, прямой выход третьего триггера подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, инверсный выход третьего триггера подключен к установочному входу первого счетчика, вход блокировки работы канала - к S-входу третьего триггера и к входу сброса первого счетчика, вход разрешения работы канала - к R-входу третьего триггера, кодовый выход первого счетчика подключен к кодовому входу дешифратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в распределенных вычислительных системах, содержащих несколько активных источников информации, подключенных к общей магистрали.

Известно устройство для приоритетного подключения источников информации к магистрали [1], содержащее триггеры, элементы НЕ, магистральные усилители и элементы задержки.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает высокой производительности и гарантированного времени обслуживания источников информации в системах реального времени.

Известно многоканальное устройство для подключения абонентов к общей магистрали [2], содержащее регистр, счетчик, триггер, элемент И, сумматоры по модулю два, два дешифратора, два коммутатора.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает высокой пропускной способности и гарантированного времени обслуживания источников информации в системах реального времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для подключения источника информации к общей магистрали [3], содержащее в каждом канале регистр, два счетчика, триггер, элемент ИЛИ, два приемных и два передающих магистральных усилителя, группу магистральных усилителей, генератор импульсов, при этом выход регистра подключен к кодовому входу первого счетчика, выход генератора импульсов соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого приемного магистрального усилителя, вход которого соединен с первой общей линией и выходом первого передающего магистрального усилителя, вход которого подключен к управляющему входу канала и к управляющему входу группы магистральных усилителей, второй вход которой подключен к внутренней магистрали, а выход - к общей информационной магистрали, первый выход триггера подключен к входу второго передающего магистрального усилителя, выход которого соединен с второй общей линией и с входом второго приемного магистрального усилителя.

Недостатком прототипа является то, что оно не обеспечивает высокой производительности системы из-за больших потерь времени на арбитраж.

Цель изобретения - повышение производительности устройства за счет уменьшения времени арбитража.

Цель достигается тем, что в устройство для подключения источника информации к общей магистрали, содержащее в каждом канале регистр, два счетчика, триггер, элемент ИЛИ, два приемных и два передающих магистральных усилителя, группу магистральных усилителей, генератор импульсов, при этом выход регистра подключен к кодовому входу первого счетчика, выход генератора импульсов соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого приемного магистрального усилителя, вход которого соединен с первой общей линией и выходом первого передающего магистрального усилителя, вход которого подключен к управляющему входу канала и к управляющему входу группы магистральных усилителей, второй вход которой подключен к внутренней магистрали, а выход - к общей информационной магистрали, первый выход триггера подключен к входу второго передающего магистрального усилителя, выход которого соединен с второй общей линией и с входом второго приемного магистрального усилителя, дополнительно введены два триггера, элемент И-НЕ, элемент И, элемент ИЛИ, дешифратор, при этом выход второго счетчика подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с вторым выходом первого триггера, а выход подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к входу запроса канала, а выход подключен к первому входу второго триггера, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, третий вход соединен с первым входом первого триггера, а выход - с первым входом первого триггера, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, третий вход первого триггера соединен с выходом дешифратора, выход второго приемного магистрального усилителя соединен с вторым входом элемента ИЛИ, с первым входом второго элемента ИЛИ и с первым входом третьего триггера, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, первый выход третьего триггера подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого счетчика, второй выход третьего триггера подключен к третьему входу первого счетчика, вход блокировки работы канала подключен к третьему входу третьего триггера и к четвертому входу первого счетчика, вход разрешения работы канала подключен к четвертому входу третьего триггера, кодовый выход первого счетчика подключен к кодовому входу дешифратора.

Сущность изобретения заключается в передаче полномочий на захват общей магистрали от активного источника информации к другому, осуществляемой в момент окончания сеанса передачи информации активным источником информации. Такое решение ведет к повышению производительности системы.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: двух триггеров, элемента И-НЕ, элемента И, элемента ИЛИ, дешифратора и их связями с остальными элементами схемы.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна".

На основании сравнения выявленных технических решений с заявляемым был сделан вывод: у известного решения не было выявлено признаков или сочетания признаков, тождественных отличительным признакам заявляемого объекта, сообщающих объекту такие же свойства.

Это позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Новые существенные признаки и их связи - второй элемент ИЛИ и первый счетчик позволяют динамически изменять текущий приоритет источников информации в момент окончания сеанса передачи активным источником информации (передача полномочий на захват общей магистрали), что позволяет повысить производительность устройства; третий триггер позволяет организовать синхронный запуск всех источников информации устройства; генератор импульсов, второй счетчик, элемент И-НЕ, элемент И, первый и второй триггеры позволяют производить передачу полномочий на захват общей магистрали при отсутствии пакета от источника информации, получившего полномочия.

Указанные новые отличительные признаки могут быть отнесены к существенным отличиям заявляемого решения, так как заявителю и авторам неизвестно применение указанной совокупности признаков в технических решениях по классу G06F, позволяющее получить положительный эффект, который заключается в повышении производительности системы.

Структурная схема одного канала устройства представлена на чертеже.

Канал устройства содержит счетчики 1, 2, регистр 3, дешифратор 4, три триггера 5-7, генератор 8 импульсов, элемент И-НЕ 9, два элемента ИЛИ 10, 11, элемент И 12, два передающих магистральных усилителя 13, 14, два приемных магистральных усилителя 15, 16, блок 17 магистральных усилителей, вторую общую линию 18, первую общую линию 19, общую информационную магистраль 20, вход 21 запроса, управляющий вход 22 канала, внутреннюю магистраль 23, вход 24 блокировки работы канала, вход 25 разрешения работы канала. При этом выход регистра 3 подключен к кодовому входу счетчика 1, выход генератора 8 импульсов соединен с первым входом счетчика 2, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 10, первый вход которого подключен к выходу первого приемного магистрального усилителя 16, вход которого соединен с первой общей линией 19 и выходом первого передающего магистрального усилителя 14, вход которого подключен к управляющему входу канала 22 и к управляющему входу группы магистральных усилителей 17, второй вход которой подключен к внутренней магистрали 23, а выход - к общей информационной магистрали 20, первый выход триггера 6 соединен с второй общей линией 18 и с входом второго приемного усилителя 15, кроме того, выход счетчика 2 подключен к первому входу элемента И-НЕ 9, второй вход которого соединен с вторым входом триггера 6, а выход подключен к первому входу элемента И 12, второй вход которого подключен к входу 21 запроса, а выход подключен к первому входу триггера 5, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, третий вход соединен с первым входом триггера 6, а выход - с первым входом триггера 6, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, третий вход триггера 6 соединен с выходом дешифратора 4, выход второго приемного магистрального усилителя 15 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 10, с первым входом второго элемента ИЛИ 11 и с первым входом триггера 7, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, первый выход триггера 7 подключен к второму входу второго элемента ИЛИ 11, выход которого подключен к второму входу счетчика 1, второй выход триггера 7 подключен к третьему входу счетчика 1, вход 24 блокировки работы канала подключен к третьему входу триггера 7 и к четвертому входу счетчика 1, вход 25 разрешения работы канала подключен к четвертому входу триггера 7, кодовый выход счетчика 1 подключен к кодовому входу дешифратора 4.

Работа устройства заключается в следующем.

При включении питания в устройстве происходит установка в единичное состояние триггеров 6 и 5 (установка триггера 5 происходит автоматически при установке в единичное состояние триггера 6, поскольку прямой выход Q триггера 6 подключен к входу S триггера 5). Подачей импульсного сигнала (высокий уровень) на входы 24 устройства осуществляется блокировка работы каналов (счетчик 1 обнуляется, в триггер 7 записывается "1",так как вход 24 соединен с входом R счетчика 1 и входом S триггера 7), так как наращивание значения счетчика 1, в котором находится значение текущего приоритета абонента, не происходит (тактовый вход счетчика 1 подключен к выходу элемента ИЛИ 11, на вход которого подан сигнал высокого уровня с выхода Q триггера 7). Блокировка работы устройства, как правило, осуществляется при включении питания.

Синхронный запуск в работу устройства реализуется следующим образом. В регистре 3 каждого канала записана кодовая комбинация (для N абонентов она изменяется от 1₂ до (N-1)₂ в зависимости от местоположения абонента в устройстве), определяющая текущий приоритет абонента при запуске. Кодовая комбинация у разных абонентов различная (отличается, как правило, на 1₂), кроме двух, у которых она (N-1)₂. Один из абонентов с кодовой комбинацией (N-1)₂ используется в качестве запускающего. Запуск устройства осуществляется подаче сигнала высокого уровня на вход 25 запускающего канала, вход 25 в других каналах не используется, при этом триггер 7 обнуляется (вход 25 соединен с входом R триггера 7), в счетчик 1 переписывается информация из регистра 3 (инверсный выход триггера 7 подключен к установочному входу счетчика 1). На выходе дешифратора 4 (дешифраторы 4 устройства настроены на определение кодовой комбинации (N-1)₂), подключенного к выходам счетчика 1, появится сигнал высокого уровня, по которому в триггер 6 будет записан "0" (на входе D триггера 6 находится потенциал низкого уровня, выход дешифратора 4 подключен к тактовому входу С триггера 6). Произойдет захват общей магистрали (сигнал низкого уровня с выхода Q триггера 6 транслируется через магистральный усилитель 13 на линию 18). При этом, если абонент имеет пакет для передачи по информационной магистрали, то после захвата общей магистрали он начинает его передачу. Сигнал запроса на захват общей магистрали (низкий уровень) передается с внутренней магистрали абонента на вход 21 сразу после формирования пакета и снимается (сигнал переходит из низкого в высокий уровень) после окончания передачи пакета. Передача каждого слова сопровождается сигналом на входе 22, передаваемым через магистральный усилитель 14 на линию 19. Выдаваемое слово передается с внутренней магистрали 23 абонента на информационную магистраль 20 через группу магистральных усилителей 17. По окончании сеанса передачи пакета происходит снятие сигнала занятости общей магистрали - в триггер 5 записывается "0" (вход D триггера 5 подключен к потенциалу низкого уровня, тактовый вход С подключен через элемент И 12 к входу 21), после чего в триггер 6 записывается "1" (выход триггера 5 подключен к входу S триггера 6), триггер 5 переходит в единичное состояние (выход Q триггера 6 подключен к входу S триггера 5).

При отсутствии пакета (синхронный запуск устройства), а также при ложном захвате общей магистрали может произойти из-за помех (сбоев), вызывающих запись "0" в триггер 6, идентификация ложного захвата, которая основана на обнаружении факта отсутствия передачи данных при захвате общей магистрали. Отсутствие передачи данных при захвате общей магистрали фиксируется при отсутствии сигналов сопровождения на линии 19 за некоторый промежуток времени, задаваемый коэффициентом пересчета счетчиков 2. Обнуление счетчиков 2 (или их установка, т.е. запись некоторого числа) происходит при незанятости общей магистрали или при выдаче каждого сигнала сопровождения на линии 19. Сигнал обнуления счетчика 2 выдается через элемент ИЛИ 10, либо с выхода магистрального усилителя 15, соединенного с линией 18, либо с выхода магистрального усилителя 16, соединенного с линией 19. Если период между сигналами сопровождения на линии 19 превышает заданный интервал (интервал задается счетчиком 2), то по сигналу переноса счетчика 2, передаваемому через элемент И-НЕ 9, в канале, захватившем магистраль, происходит выдача сигнала на вход элемента И 12, вследствие чего происходит обнуление триггера 5, запись "1" в триггер 6 (аналогично снятию сигнала запроса на захват общей магистрали при наличии пакета), снятие сигнала захвата на линии 18.

При синхронном запуске устройства после снятия сигнала захвата общей магистрали запускающим абонентом разблокируются остальные каналы, происходит перепись значения текущего приоритета абонента из регистров 3 в счетчики 1, поскольку сигналы с линии 18 (сигналы захвата общей магистрали) транслируются через магистральный усилитель 15 на тактовый вход С триггера 7, вход D которого подключен к потенциалу низкого уровня, вследствие чего происходит запись нуля в триггер при снятии сигнала захвата общей магистрали, а также перезапись информации из регистра 3 в счетчик.

После синхронного запуска устройства дальнейшая его работа осуществляется следующим образом. Начинает передачу пакета абонент со значением текущего приоритета (N-1)₂. Передача пакета и функционирования каналов описаны выше. После обмена информацией абонент передает полномочия на захват общей магистрали другому. Передача полномочий на захват общей магистрали осуществляется путем изменения значения текущего приоритета абонентов. Изменение значения текущего приоритета происходит в момент снятия сигнала захвата с линии 18, при этом происходит наращивание значения счетчика 1 на единицу и соответственно обнуление значения счетчика 1 у абонента, осуществляющего передачу пакета (сигнал захвата общей магистрали транслируется через магистральный усилитель 15 и элемент ИЛИ 11 на счетный вход счетчика 1). Передача полномочий на захват общей магистрали осуществляется также и при отсутствии пакета у абонента, она осуществляется так же, как и в случае ложного захвата общей магистрали (описан выше).

Предложенное устройство по сравнению с прототипом характеризуется возможностью динамического изменения значения приоритета абонентов в момент окончания сеанса обмена активным абонентом, что позволяет существенно повысить производительность многомашинной вычислительной системы при высокой загрузке, поскольку обмен информацией следующий по приоритетности абонент может начать практически сразу после окончания обмена активным абонентом, не тратя времени на арбитраж.

Предложенное устройство может быть использовано в системах реального времени с гарантированным временем обслуживания, т.е. в многомашинных вычислительных системах децентрализованного управления, например, для управления узлом коммутации.