DE2155111A1

DE2155111A1 - Speichersteuersystem für eine programmgesteuerte Realzeit-Datenverarbeitungsanlage

Info

Publication number: DE2155111A1
Application number: DE19712155111
Authority: DE
Inventors: N Araki; T Hashimoto; K Kurahashi; T Nakajo; Y Shimizu
Original assignee: Fujitsu Ltd; Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp; Oki Electric Industry Co Ltd; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph And Telephone Corp Nec Corp Hit
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1972-05-25
Also published as: FR2113653A5; JPS5627905B1; GB1369059A; BE774980A; DE2155111B2; SE419382B

Description

Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation, Tokyo/japan

Nippon Electric Co., Ltd., Tokyo/Japan Hitachi Limited, Tokyo/japan

Oki Electric Industry Co·, Ltd., Tokyo/japan Fujitsu Limited, Kawasaki/japan

Speichersteuersystem für eine programmgesteuerte Realzeit-Datenverarbeitungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Speichersteuersystem für eine Realzeit-Datenverarbeitungsanlage, beispielsweise ein elektronisches Telefons chaltsys tem.

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Um einen unterbrechungsfreien Betrieb erreichen zu können wurden in programmgesteuerten Realzeit-Datenverarbeitungsanlagen je nach dem Einzelfall schon verschiedene Betriebsarten des Systems angewandt. Typische Betriebsarten sind etwa:

(a) Einzelbetrieb

In diesem System arbeitet man mit einem einzigen Satz aus einer zentralen Steuereinheit und einem Hauptspeicher· Reserveeinrichtungen werden nicht verwendet.

(b) Duplexbetrieb

Das System besteht im wesentlichen aus zwei zentralen Steuereinheiten und zwei Hauptspeichern. Eine Kombination aus zentraler Steuereinheit und Hauptspeicher dient als Arbeits- oder Betriebsgruppe und die andere Kombination als Reservegruppe.

(c) Zweifachbetrieb

Das System enthält zwei zentrale Steuereinheiten und zwei vollständig doppelte Hauptspeicher, die sämtlich parallel und synchron betrieben werden.

Die zuerst erwähnte Betriebsart "Einzelbetrieb" ist für ein Kommunikationsschaltsystem ungeeignet, da die Arbeitsweise unterbrochen wird, wenn eine Einrichtung fehlerhaft arbeitet. Der Betrieb kann erst nach Reparatur der fehlerhaften Einrichtung fortgesetzt werden.

Beim Duplexbetrieb wird dieser Nachteil zwar abgeschwächt, jedoch ist zur Erfassung der fehlerhaften Betriebsweise ein erheblicher Zeitaufwand erforderlich. Ein kontinuierlicher Betrieb wird hierbei dadurch erschwert, daß die gespeicherte Information in den arbeitenden Hauptspeichern leicht vernichtet werden kann.

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Ein im Zweifachbetrieb arbeitendes, verbessertes System vermeidet die Hachteile des Dupleacbetriebes. Ein im Zweifachbetrieb arbeitendes System ist ia Bell System Technical Journal (Vol. XLIII, Mo. 5, Sept. 1964) beschrieben und als "Ho. 1 BSS Electronic Switching System" bezeichnet. Dieses System ist jedoch infolge der doppelten Hauptspeicher kostspielig· Außerdem wird beim Auftreten eines Programmfehlers der Betrieb unterbrochen, da die Information in den doppelten Hauptspeichern vernichtet wird.

Eine der Hauptaufgaben der Erfindung ist die Schaffung eines Speichersteuersyste» für eine programmgesteuerte Realzeit-Datenverarbeitungsanlage, das die ervähnten Nachteile vermeidet. Angestrebt wird insbesondere ein zuverlässigeres System, in dem die Realzeit-Fehlererfassung der zentralen Steuereinheiten bei nichtunterbrochenem Betrieb möglich ist.

Der Kostenaufwand für das System soll durch Verringerung der Anzahl der Hauptspeicher reduziert werden, die zur Erzielung einer akzeptablen Zuverlässigkeit benötigt werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung zuverlässiger Einrichtungen in einem solchen System zur Beibehaltung variabler Information, die Verarbeitung im System zu irgendeinem Zeitpunkt betreffend, um sicherzustellen, daß diese Information beim Auftreten eines Fehlers nicht verlorengeht.

Durch die Erfindung wird ferner ein System geschaffen, in dem ein einziger, temporärer Speicher sowohl für die halbp«rmanente als auch für die temporäre Speicherinformation der Hauptspeicher verwendet wird.

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Der periphere Speicher großer Kapazität im System soll wirkungsvoll für andere Einrichtungen verwendbar sein.

Durch die Erfindung ail ferner ein System geschaffen werden, bei dem der temporäre Bereitschaftsspeicher mit einem der Hauptspeicher im parallelen Synchrönbetrieb arbeiten kann um dadurch die Betriebseigenschaften des Systems oder eines anderen Systems verbessern zu können, indem der temporäre Bereitschaftsspeicher separate Off-Line-Arbeitsgänge ausführt, wobei der Speicher mit einer der zentralen Steuereinheiten kombiniert wird·

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Speichersteuersystem für eine programmgesteuerte Realzeit-Datenverarbeitungsanlage mit mehreren Hauptspeichern mit mindestens einem temporären Bereitschaftsspeicher und peripherer Speicherausrüstung. Dieses Steuersystem umfaßt Einrichtungen zum Umspeichern der in den
Hauptspeichern gespeicherten Information in die periphere Speicherausrüstung und Einrichtungen zum Übertragen der aus der peripheren Speicherausrüstung umgespeicherten Information in die Bereitschaftsspeicherausrüstung, wobei der Betrieb des Systemes* unter Verwendung der übertragenen Information fortgesetzt wird.

Durch die Erfindung wird vor allem ein Speichersteuersystem geschaffen, bei dem der Bereitschaftsspeicher im Normalbetrieb
parallel zu den Hauptspeichern arbeitet und die kontinuierlich
wechselnde, temporäre Speicherinformation in der Hauptspeicherausrüstung periodisch in die periphere Speicherausrüstung übertragen und während einer gewissen Zeit gespeichert wird.

Das erfindungsgemäße Speichersteuersystem ist somit für Realzeit-Datenverarbeitungsanlagen vorgesehen, wie etwa elektronische
Schaltsysteme, bei denen sehr strenge Erfordernisse bezüglich

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der Aufrechterhaltung eines unterbrechungsfreien Betriebes bestehen. Eine periphere Speicherausrüstung großer Kapazität, wie etwa Magnettrommelspeicher, die für diesen Betrieb im Schaltsystem vorgesehen werden können, dienen als Zusatz- oder Überlagerungsspeicher· Der Überlagerungsspeicher speichert zu Betriebsbeginn des Systems eingegebene permanente Speicherinformation sowie kontinuierlich wechselnde, temporäre Speicherinformation. Bei fehlerhafter Arbeitsweise eines Speichers des Systems wird die entsprechende permanente oder temporäre Speicherinformation aus dem Überlagerungsspeicher neu gespeichert und stellt den wesentlichen Betrieb des Systemes wieder her.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel hingewiesen. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für normalen Betrieb des erfindungsgemäßen Systems, wobei sämtliche Hauptspeicher arbeiten,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Informationsübertragung aus den Hauptspeichern in die peripheren Speicher,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zum Betrieb des erfindungsgemäßen Systems bei fehlerhafter Arbeitsweise eines Hauptspeichers,

Fig. 4 ein Diagramm der Zusammenbruchswahrscheinlichkeit des erfindungsgemäßen Systems in Abhängigkeit von der Zeit_f

Fig. 5 ein Blockschaltbild zum Betrieb eines bekannten Systemes mit doppelten Speichern und

Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Darstellung der normalen Betriebsart bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen SpeicherSteuersystems. Es sind lediglich die wesentlichen Teile des Systems dargestellt, während zum Verständnis der Erfindung nicht erforderliche Teile weggelassen

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wurden. Das System ist als Beispiel zur Verwendung in einem elektronischen Telefonschaltsystem im öffentlichen Dienst vorgesehen, wobei davon ausgegangen wird, daß eine Betriebsunterbrechung unzulässig sein soll. Das noch näher zu beschreibende Schaltsystem arbeitet in synchronem Betrieb.

In Fig. 1 sind die Blöcke (CC) 10 und 11 zwei gleiche, parallel angeordnete und synchron arbeitende, zentrale Steuereinheiten. Der Block 12 ist eine Anpassungsschaltung zur Überprüfung der fc Synchronisation der zentralen Steuereinheiten (CC) 10, 11. Die Blöcke (MEM) 20, 21 und 22 sind Hauptspeicher. Entsprechend Fig. 1 kann die Anzahl der Speicher (MEM) je nach dem Verkehrsbedürfnis des jeweiligen Schaltsystemes modifiziert werden. Der Block (ST-MEM) 29 ist ein Bereitschaftsspeicher als Ersatz für einen Hauptspeicher (MEM), falls ein solcher fehlerhaft arbeitet.

Die zentralen Steuereinheiten CC, die Anpassungsschaltung 12 und die Speicher MEM und ST-MEM bilden die Hauptteile der zentralen Verarbeitungsanlage des Schaltsystems. Das Schaltsystem umfaßt ferner periphere Speicher, bestehend aus doppelten Magnettrommelspeichern (MD) 30, 31 und einen oder mehrere weitere, periphere Speicher, als Block 32 dargestellt, Magnetbänder, Magnetplatten usw.

Gemäß der Erfindung dienen bestimmte Teile der peripheren Speicher zur Stützung oder Überlagerung der Hauptspeicher (MEM). In diesem Ausführungsbeispiel dienen die Magnettrommelspeicher 3O₅ 31 als Überlagerungsspeicher. Es können jedoch auch Platten- oder Bandspeicher hierfür verwendet werden.

Die zentralen Steuereinheiten 10, 11 dienen zur Prüfung und Anpassung des Resultats beim Ausführen einer Instruktion, was während der Ausführung der Instruktion mindestens einmal erfolgt«

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Im normalen Betrieb ist der Bereitschaftsspeicher (ST-MBM) 29 einem der Hauptspeicher (MEM) zugeordnet. In diesem besonderen Fall ist der Speicher 29 dem Speicher 20 zugeordnet, der die mehr signifikanten Speicherdaten aufnehmen kann. In dieser Anordnung ist der Speicher 20 ein Basisspeicher.

Die Speicher (MBM) 21, 22 erhalten die Adresseninformation und Eingabedaten von der zentralen Steuereinheit (CC) 10 und senden ausgelesene Daten zu den beiden zentralen Steuereinheiten (CC) 10 und 11. Der Basisspeicher (MEM) 20 erhält Adresseninformation und Eingabedaten von der zentralen Steuereinheit (CC) 10 und liefert Auslesedaten zur zentralen Steuereinheit (CC) 10. Der Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) 29 erhält Adresseninforrnation und Eingabedaten von der zentralen Steuereinheit (CC) 11 und liefert Auslesedaten zur zentralen Steuereinheit (CC) 11.

Die zentralen Steuereinheiten (CC) sind zur schnellen Erfassung eines in ihnen auftretenden Fehlers doppelt vorhanden, während die Speicher (MEM) nicht doppelt vorhanden sind. Zur Erfassung fehlerhafter Arbeitsweise werden die zentralen Steuereinheiten (CC) 10 und 11 synchron betrieben. Im Gegensatz dazu ist jeder Hauptspeicher (MEM) 20, 21, 22 mit einer aufwendigen, inneren Fehlererfassungseinrichtung ausgestattet, etwa einer Paritätsprüfschaltung, einer 1/n-Dekodierprüfschaltung, einer Antriebs— stromprüfschaltung oder dergleichen. Ein Speicher (MEM) erfaßt also einen darin auftretenden Fehler selbst, auch wenn die Anpassungsschaltung 12 anzeigt, daß die zentralen Steuereinheiten (CC) korrekt arbeiten.

In der Praxis wird in einer Realzeit-Datenverarbeitungsanlage, etwa in einem elektronischen Schaltsystem, der Informationsinhalt des Hauptspeichers in zwei Klassen eingeteilt. Die erste Klasse betrifft feste Information, wie etwa ein Schaltprogramm,

die Teilnehmer betreffende Information usw., hier als permanente Speicherinformation bezeichnet. Die zweite Klasse bezieht sich auf variable Information, wie etwa die den Fortschritt des AnrufVerbindungsverfahrens anzeigenden Daten, hier als temporäre Speicherinformation bezeichnet. Die beiden Informationsklassen werden in verschiedenen Hauptspeichern (MEM) gespeichert· Ein zum Speichern fester Information geeigneter Speicher wird als permanenter Speicher (PM) und ein Speicher für variable Information als temporärer Speicher (TM) bezeichnet.

Gewöhnlich sind die permanenten Speicher (PM) zur Aufnahme der festen Information halbpermanente Einrichtungen, etwa eine Metallkarte, ein Drahtspeicher, usw. Als temporärer Speicher (TM) ist mit Vorteil ein Kernspeicher verwendbar. Ebenfalls kann anstelle eines permanenten Speichers (PM) ein temporärer Speicher (TM) Verwendung finden, indem man die Eingabemöglichkeit des temporären Speichers sperrt.

In Fig. 1 können sämtliche Hauptspeicher (MEM) 20 bis 22 als temporäre Speicher (TM) ausgeführt werden. Man kann jedoch auch einen Teil eines Speichers 20 bis 22 als halbpermanenten Speicher äquivalenter Kapazität als temporären Speicher ausführen. Der Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) 29 sollte ein temporärer Speicher sein, da dieser Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) die Stelle jedes anderen Speichers (MEM) 20 bis 22 einnähen können muß. Zur Vereinfachung der Beschreibung des Systems soll der Hinweis auf einen permanenten Speicher (PM) sich auf einen Speicher für permanente Speicherinformation beziehen und der Hinweis auf einen temporären Speicher (TM) auf einen Speicher für temporäre Speicherinformation·

Fig. 2 zeigt wie die Hauptspeicher (MEM) im System abgestützt oder überlagert sind· Zwei Magnettrommelspeicher (MD) 110, 111 entsprechend 30 und 31 in Fig. 1, dienen als Überlagerungsspeicher.

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Aus Zweckmäßigkeitserwägungen werden hier verschiedene Bezugsziffern zur Bezeichnung gleicher Teile in den Fig. 1, 2, 3 und 6 verwendet.

Der Informatinsinhalt für den Permanentspeicher (PM) wird in die Aufnahme- oder Speicherbereiche 121, 123 der entsprechenden Magnettrommelspeicher (MD) 110, 111 bei Betriebsbeginn des Systems eingegeben. Der Informationsinhalt des temporären Speichers (TM) der sich von Zeit zu Zeit ändert, wird abwechselnd in zwei temporäre Aufnahme- oder Speicherbereiche 122, 124 der Magnettrommelspeicher (MD) 110, 111 in vorgegebenen Zeitabschnitten, d.h. t Sekunden eingegeben.

Im einzelnen wird zu einem Zeitpunkt 101 in Fig. 2 die temporäre Speicherinformation (TM) in den Bereich 122 der Trommel 110 gegeben. Nach dem Verstreichen von t Sekunden zu einer Zeit 102 wird die temporäre Speicherinformation (TM) in den Bereich 124 der Trommel 111 gegeben. Ebenso wird au einer Zeit 103 die temporäre Speicherinformation (TM) in den Ber-aicfc, 122 und zu einer Zeit 104 die temporäre Speicherinformation (TM) in den Bereich 124 usw. gegeben, so daß dieser Vorgang kontinuierlich abläuft,

Fig. 3 zeigt die Arbeitsweise des Systems^ wenn ein Hauptspeicher· (MEM) einen Fehler aufweist. Angenommen wird_s daß ein Speicher (MEM) 51 fehlerhaft ist. Bei fehlerhaftem Speicher (MEM) 51 wird das System effektiv so neu ausgeführt _s daß der fehlerhaft?. Speicher (MEM) 51 vom System isoliert wird und der Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) 53 seinen Platz einnimmt* Der Speicher 53 nimmt dann Adresseninformation und Eingabedaten von der zentralen Steuereinheit (CC) 40 auf und liefert Auslesedaten zu den beiden zentralen Steuereinheiten (CC) 40, 41.

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Anhand von Pig. 2 soll erläutert werden, wie äac Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) 130 die Information beim Auftreten eines Fehlers und die Arbeitsweise des SchaltsySternes wieder herstellt.

Es werden drei mögliche Fälle betrachtet. Im ersten Fall ist ein nicht doppelt vorhandener permanenter Speicher (PM) fehlerhaft, im zweiten Fall ein nicht doppelt vorhandender temporärer Speicher (TM) und im dritten Fall ein Speicher (MEM), d.h. der Basisspeicher (MEM) 20 in Fig. 1, der durch einen Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) doppelt vorhanden ist.

Ist der störende Speicher ein Permanentspeicher (PM), so wird, da die gesamte permanente Speicherinformation in die entsprechencen Speicherbereiche 121 oder 123 der Magnettrommelspeicher (MD) 110, 111 übertragen wurde, die gespeicherte Information aus diesen Bereichen in den Speicher (MEM) 130 umgespeichert. Der Speicher (MEM) 130 muß als temporärer Speicher (TM) arbeiten. In Fig. 3 ist der Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) 53 gleichwertig 130 in Fig. 2. Die anderen Speicher (MEM), die als temporäre Speicher (TM) verwendet wurden, enthalten korrekte Information, so daß die Verarbeitung vom Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers unter Verwendung der Infornafcion des temporären Speichers (TM) in Ver— " bindung mit der Information permanenter Speicher (PM) wieder fortgesetzt werden kann, die nun in den temporären Speicher (MEM) 130 umgespeichert wurde.

Die erforderliche Zeit zum ümspeichern der permanenten Speicher·-« information in den Speicher (MEM) 130 hängt vom Informationsvolumen im permanenten Speicher (PM) und die Übertragungszeit von der im System verwendeten Ausrüstung ab. Bei einer typischen Ausführungsform eines Schaltsystems liegt diese Übertragungsaeit bei einem 32 K-Wortspeicher in der Größenordnung von 0,6 Sekunden*

Streng genommen wird die Betriebsbereitschaft des Schaltsystems während dieser ümspeicherzeit unterbrochen, so daß gewisse Betriebsstörungen auftreten können. So kann bei dieser nicht auf ein Telefonschaltsystem beziehenden Ausführungsform ein Anruf, der während der Ümspeicherzeit von ca. 0,6 Sekunden erfolgte, oder genauer gesagt, ein Anruf zur Herstellung einer Verbindung mit einem Register oder einem Geber während dieser Zeitspanne, ungenau verarbeitet werden, so daß eine falsche Fern\Q?bindung bzw. eine Verbindung mit einer falschen Nummer entstehen kann. Diese ungenaue Verarbeitung führt zum Zustand "kein Ton". Berücksichtigt man die geringe Wahrscheinlichkeit einer solchen fehlerhaften Verarbeitung, so kann dieser Fall jedoch akzeptiert werden.

Die Wiederherstellung der Arbeitsweise des Systems bei Fehlern in einem nicht doppelt vorhandenen, temporären Speicher (TM) wird jetzt beschrieben. Wie bereits erwähnt, wird der Informationsinhalt des temporären Speichers (TM) während einer Zeitspanne von t Sekunden abwechselnd in die Speicherbereiche 122 und 124 der Magnettrommelspeicher (MD) 110, 111 gesetzt. Beim Auftreten eines Fehlers kann jeder der Bereiche 122 oder 124 zur Erhaltung der temporären Speicherinformation dienen.

In Fig. 2 ist angenommen, daß ein Fehler im temporären Speicher (TM) zwischen den Zeitpunkten 103 und 104 aufgetreten ist, so daß die zum Zeitpunkt 102 in den Bereich 124 gespeicherte temporäre Speicherinformation erhalten oder wieder hergestellt werden muß. In diesem Fall ist der gesamte Informationsinhalt des gesamten temporären Speichers (TM) wieder herzustellen, da teilweise Wiederherstellung des temporären Speichers (TM) infolge der zeitlichen Nichtkoinzidenz zu einer Diskrepanz der temporären Speicherinformation führt.

Beim vorliegenden Telefonschaltsystem wird der Hauptinhalt der zu erhaltenden Daten zu Fernleitungs-(trunk)-Speicherdaten, enthaltend Information bezüglich dem Fortschritt eines Anrufes und dem Verbindungszweig. Es ist erforderlich, die im Bereich 124 zu erhaltenden Daten auf das zu begrenzen, was zur Wiederherstellung der Arbeitsweise des Systems nach t bis 2 t Sekunden wirksam ausreicht. Im Fall des Telefonschalt systems ist ein Anruf, der das Gesprächsstadium erreicht hat, im stabilen Zustand. Es werden deshalb lediglich die Daten, die Anrufe im Gesprächsstadium vom Fernleitungsinformationsspeicher abgeleitet. Durch Verwendung • der Daten, die Anrufe im Gesprächs stadium betreffen, kann die erforderliche Bahninformation erzielt und die Bahnen in der Hardware können erhalten werden. Bei anderen Anrufen geht der Verbindungsvorgang nochmals vom Ausgangszustand ab, unter Verwendung der Information des temporären Speichers (TM) und unter Annahme des anfangs festgelegten Zustands der Hardware. Wie die Statistik zeigt, machen Anrufe im Gesprächsstadium etwa 80 % der gesamten durchgehenden Gespräche aus. In der Praxis ist es deshalb akzeptabel lediglich die Verbindungen wieder herzustellen, die beim Eintritt eines Speicherfehlers das Gesprächsstadium erreicht haben. Unter dieser Voraussetzung wird der größte Teil der Verbindungen nicht unterbrochen und kann im Gesprächsstadium fortgesetzt werden.

Wenn der fehlerhafte Speicher ein Speicher ist, der durch den Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) doppelt vorhanden ist, beispielsweise der Basisspeicher (MEM) 20 in Fig. 1, so kann man eine andere Lösung anwenden. Der Bereitschaftsspeicher (ST-MEM) z.B. 29 in Fig. 1, enthält normalerweise den umgespeicherten Informationsinhalt des fehlerhaften Speichers (MEM) 20. Der fehlerhafte Speicher (MEM) 20 kann deshalb außer Betrieb genommen und dac Schaltvorgang neu gestartet werden, indem man zurückgeht zu den Daten, die im Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers verfügbar waren.

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Das er findungs gemäße Schaltsystem ermöglicht somit bei der Verarbeitung von Telefonverbindungen einen praktisch unterbrechungsfreien Betrieb, selbst dann, wenn ein Hauptspeicher (MEM) fehlerhaft wird.

Die Zuverlässigkeit des Sehaltsystems unter Vervendung des Speichersteuersystems soll jetzt beschrieben werden.

Die Wahrscheinlichkeit Pi daß eine Anzahl i von insgesamt n+1 Einrichtungen oder Speichern fehlerhaft wird, läßt sich wie folgt ausdrucken:

n+1 ■ n+1 n+1 .

Pi = ( _± )rV-2 C₁ )k^j D,

¹ j=i ^α

wobei K = μ / λ und wo JU die mittlere Zeit zur Beseitigung eines Fehlers (MTTR) ist und λ die mittlere Zeit zwischen dem Versagen (MTBF).

Werden zwei von n+1 Einrichtungen gleichzeitig fehlerhaft, so bricht das System zusammen. Die Wahrscheinlichkeitsseit T eines Zusammenbruchs für eine Periode L ist gegeben durchs

T = L(P₂+P₃+ .,. P_n^₁) = L«|(n+1)K² ...·..·.·.· 2),

Die Wahrscheinlichlceitszeit T für einen Zusammenbruch des Systems ohne Bereitschaftseinrichtung ist gegeben durchs

Ti _ Y * Y O ~'

i. — Jj &t *»**··* e ο Oi ._..■:■

Fig» 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Wahr-sciieinlichkeits-zeit T für einen Zusammenbruch in einer- Periode L "/on 40 Jahr er» auf der Ordinate und I/'X. = A//,t *·· (MTBF/MTTK) auf der Abszisse für η arbeitende Einrichtungen^ Dia sieben Linien n=*", n=2 ,. · n=7 entsprechen der Zusammenbruchszeit eines Bereitschaftssystema (n+1), d.h. eine 3ereitschaftseinriühtung ist für η arbeitende Einrichtungen vorgesehen. Die Linie n«! entspricht

dem Fall, in dem eine Bereitschaftseinrichtung für eine arbeitende Einrichtung vorgesehen ist. Die oberste Linie "keine Reserve" gilt für den Fall, in dem keine Reserveeinrichtung vorhanden ist.

Aus Fig. 4 läßt sich die wahrscheinliche Zusammenbruchszeit der praktischen Ausführungsform gemäß der Erfindung abschätzen. Es sei angenommen, daß die mittlere Zeit zwischen dem Versagen (MTBF) Λ für einen Hauptspeicher 800 Stunden beträgt und die mittlere Zeit zur Reparatur (MTTR) A eine Stunde ist. Aus Fig. folgt dann, daß die wahrscheinliche Zusammenbruchszeit während 40 Jahren drei Stunden für n=3, 5,5 Stunden für n=4, 8 Stunden für n=5 beträgt« Das bedeutet, daß bei Ausführung des vorliegenden Speichersteuersystems als Bereitschaftssystem (n+1) die wahrscheinliche Zusammenbruchszeit des Systems 8 Stunden auf 40 Jahre beträgt, wenn eine Reserveeinrichtung für fünf in Betrieb befindliche Einrichtungen vorgesehen ist. Diese Zahl ist für praktische Dienstleistungen ohne weiteres akzeptabel.

Im Vergleich dazu beträgt die wahrscheinliche Zusammenbruchszeit bei Ausrüstung ohne Reserve 440 Stunden im Falle eines Hauptspeichers, 1300 Stunden bei 3 Hauptspeichern, 1750 Stunden bei vier und 2200 Stunden bei fünf Einrichtungen«. Bereits durch eine Bereitschaftseinrichtung wird somit die Zuverläsaigkeit des Systems beträchtlich erhöht·

In Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild die Arbeitsweise einer bekannten Realzeit-Datenverarbeitungsanlage, wobei die Hauptspeichersämtlich doppelt vorhanden sind. Eine Speichereinrichtung (MBM) 210 ist doppelt vorhanden durch eine Speichereinrichtung (MSM) 220, eine Speichereinrichtung (MEM) 211 durch 221 und eine Speichereinrichtung (MEM) 212 durch 222. ^ieim bei doppelten Speichern beispielsweise eine der Einrichtungen (MEM) 210 oder

fehlerhaft wird, übernimmt der andere Speicher die Funktion des fehlerhaften Speichers, so daß die wahrscheinliche Zusammenbruchszeit des Systems sehr klein ist. Die Zuverlässigkeit läßt sich noch erhöhen, indem man sämtliche Speicher als temporäre Speicher ausführt und indem man eine Möglichkeit zur Wiederherstellung der Arbeitsweise des Systems vorsieht. Jedoch läßt sich auch bei einem bekannten System der Art nach Fig. 5, das vollständig nach dem doppelten Schema ausgeführt ist, beispielsweise in dem erwähnten System No. 1 ESS, bei dem ein Teil der Speicher aus halbpermanenten Speichern bestehen, der Zusammenbruch des Systems dann nicht vermeiden, wenn beide doppelt vorhandenen Speicher, etwa (MEM) 210 und 220 in Fig. 5 fehlerhaft werden. Für diesen Fall läßt sich unter Bezug auf die Kurve n=1 in Fig. 4 die wahrscheinliche Zusammenbruchszeit des Systems lter 40 Jahre zu 0,6 Stunden errechnen, wenn man annimmt, daß die mittlere Zeit zwischen Versagen (MTBF)/? 800 Stunden beträgt und die mittlere Zeit zur Reparatur (MTTE)/^ 1 Stunde ist. Dieser Wert ist natürlich besser als bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ohne Verwendung eines zweiten Speichers, jedoch mit einer Bereitschaftsanordnung n+1, aber die Zeit liegt immer noch in der gleichen Größenordnung wie bei der Erfindung.

Jedoch ist das Bereitschaftsspeichersystem (n+1) gemäß der Erfindung wirtschaftlicher als ein vollkommen verdoppeltes Speichersystem bekannter Art. Man muß hier beachten, daß die peripheren peicher großer Kapazität zum Abstützen oder Überlagern der Haupt-

gedächtniseinrichtungen im erfindungsgemäßen Systen nicht nur für diese Überlagerungszwecke vorhanden sind. Die existierenden peripheren Speicher großer Kapazität, die in bekannten Systemen lediglich zur Aufnahme der großen Anzahl von Daten oder Programmen der Teilnehmer vorhanden sind, können gemäß der Erfindung zusätzlich für Überlagerungszwecke eingesetzt werden. Die Basiskosten der

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peripheren Speichereinrichtungen für die Überlagerungsmaßnahme kann man dadurch vernachlässigen.

Die Kosten T₁ der Speichereinrichtungen eines erfindungsgemäßen Systems ohne Redundanzmaßnahmen ist gegeben durch:

wobei:

Cp = Kosten eines halbpermanenten Speichers,

rip = erforderliche Anzahl halbpermanenter Speicher ohne Redundanzmaßnahmen,

C™ = Kosten eines temporären Speichers,

n_T = erforderliche Anzahl temporärer Speicher ohne Redundanzmaßnahmen·

Die Kosten T„ eines vollständig doppelt vorhandenen Speichersystems sind dagegen gegeben durch:

T₂ = 2T₁ 5).

Die Kosten T_ des Bereitschaftsspeichersystems (n+1) ist gegeben durch:

T₃ = T₁ + C_T 6),

wobei angenommen ist, daß:

rip + n_T = η 7).

Dadurch ist der Zusammenhang zwischen den Kosten T₂ des vollständig verdoppelten Systems und den Kosten T- des Bereitschaftssystems (n+1) durch folgende Formel gegeben:

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(n_T+l)C

2(n_pC_p

Man erkennt aus Gleichung 8, daß entsprechend einer Zunahme von η eine erhebliche Verringerung der Kosten erzielbar ist. Das bedeutet, daß das erfindungsgemäße System entsprechend der Zunahme der gesamten Speicherkapazität einen großen Vorteil bietet·

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß man die Datenverarbeitung des Schaltsystems sehr einfach ohne Betriebsunterbrechung wieder starten kann_s, wenn, das System durch einen Programmirrtum anstelle eines Speicherfehlers übergelaufen ist. Ein derartiger Programmirrtum ist sehr selten. Falls er auftritt wird der Betrieb des Systems gewöhnlich unterbrochen. Gemäß dem erfindungsgemäßen System kann der wesentliche Teil des Betriebes, also die Telefonverbindung, aufrechterhalten werden _t indem nan die Datenverarbeitung unter Verwendung des aufgezeichneten Überlagerurtgsspeicherinhaltes ne\i startet« Bei einem erfaßten Programmirrtum kann der Inhalt des temporären Speichers (TM) ungeordnet gewesen sein. In diesem Fall kann man die aweiten zuvor gespeichertenf variablen Daten das temporären Gedächtnisses (t bis 2r_f Fig. 2) vom Datenspeicherbereich der Einrichtung ablsitsn und. die Datenverarbeitung kann genauso neu gestartet v;eraen, als ob der nicht doppelt vorhandene temporäre Speicher (TiA) defekt geworden wäre und die im Gesprächsstaaiiei befindlichen Telefon-= verbindungen können zur Fortsetzung des Betriebes wieder· hergestellt werden«

Fig. 6 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßem Systems_β Die Speichereinrichtungen (MBM) 31Q, 311, 312 und (ST-MEM) 320 sind sämtlich temporäre Speichereinrichtungen· Eine zentrale Steuereinheit (OC) ^QO bewirkt den Telefonschaltvorgang unter Verwendung der Speichereinrichtungen (MEM) 310, 311 und 312 und unter Ver-wendunc eines

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Magnettrommelspeichers (MD) 330. Die andere .zentrale Steuereinheit (CC) 301 bewirkt eine andere Off-Line-Datenverarbeitung, beispielsweise Tarifberechnung, Datenverarbeitung, usw. unter Verwendung eines Bereitschaftsspeichers (ST-MEM) 320 und eines Magnettrommelspeichers (MD) 340 sowie weiterer, in der Zeichnung nicht gezeigter, peripherer Speichereinrichtungen.

Dieses System bietet den\orteil, daß die Steuereinheiten (CC) 300, 301 unabhängig betrieben werden können. Ein Nachteil liegt jedoch darin, daß die Erfassung von Defekten der zentralen Steuereinheit (CC) 300 mehr Zeit in Anspruch nimmt. Bei dieser Ausführungsform wird die permanente Information, etwa das Programm zum Telefonschalten und feste Daten im Speicherbereich 331 des Magnettrommelspeichers (MD) 330 gespeichert werden. Die sich verändernde, temporäre Speicherinformation wird abwechselnd im Bereich 332 und 333 des Magnettrommelspeichers (MD) 330 nach je t Sekunden gespeichert. Wird eine der Speichereinrichtungen (MEM) 310, 311 oder 312 defekt, so wird die Off-Line-Datenverarbeitung der zentralen Steuereinheit (CC) 301 unterbrochen und der Bereitschafts speicher (ST-MEM) 320 in die Schaltung der zentralen Steuereinheit (CC) 300 gebracht. Dann wird die im fehlerhaften Speicher enthaltene Information von einem der Speicherbereiche 331 ? 332 oder 333 abgeleitet, je nach dem welche Speichereinrichtung ein permanenter Speicher (PM) oder ein temporärer SpeicLsr (TM) ist-Dadurch werden die Daten im tiberlagerungs-Magnettromiuelspeiclier (MD) 330 wieder gewonnen und der Schaltvorgang kann neu gestarte': werden. Im übrigen stimmt dieser Wieäerhers tel lungs Vorgang mit der Beschreibung des vorhergehenden Ausführungsbeispieles übsreiKu

Durch die Erfindung ist somit eine beträchtliche Ersparnis l>ei den Gesamtkosten der Speichereinrichtungen erzielbar. Außerdem gestattet die Erfindung eine wesentliche Steigerung der Zuverlässigkeit, indem gewährleistet ist_f daß die bereits hergestellten Telefonverbindungen aufrechterhalten werden _s unter Verwendung der in den peripher en ÜberlagerungsspeichereinrichtungeR gespeicherten Information.

Claims

Patentansprüc he

1. Speichersteuersystem für eine programmgesteuerte Realzeit-Datenverarbeitungsanlage mit mehreren Hauptspeichern und mindestens einem von doppelt vorhandenen, zentralen Steuereinheiten gesteuerten, temporären Bereitschaftsspeicher, gekennzeichnet durch von der zentralen Steuereinheit gesteuerte,periphere Überlagerunpspeicher, durch Einrichtungen zum Umspeichern der Information in den Hauptspeichern in mindestens einen der peripheren Speicher und durch Einrichtungen zur Übertragung der in mindestens einem peripheren Speicher umgespeicherten Information in den temporären Bereitschaftsspeicher, falls in einem der Hauptspeicher Fehler auftreten,

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die peripheren Überlagerungsspeicher als zwei Magnettrommelspeicher für Realzeit-Datenverarbeitung ausgeJEhrt sind.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen so angeordnet sind, daß ein Bereitschaftssystem (n+1) entsteht.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Hauptspeicher, von denen jeder zur Speicherung fester, permanenter Speicherinformation und variabler, temporärer Speicherinformation geeignet ist, durch Einrichtungen zum Umspeichern der permanenten Speicherinformation zu Beginn der Arbeitsweise der Anlage in vorgegebene Speicherbereiche der peripheren Speicher,

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durch Einrichtungen zum periodischen ümspeichern der variablen, temporären Speicherinformation abwechselnd in vorgegebene entsprechende Speicherbereiche der peripheren Speicher, durch Einrichtungen zur Übertragung der im peripheren Speicher gespeicherten permanenten Information in den temporären Bereitschaftsspeicher, falls einer der Hauptspeicher für permanente Speicherinformation fehlerhaft wird und durch Einrichtungen zum Übertragen der temporären Speicherinformation aus einem der peripheren Speicher in den temporären Bereitschaftsspeicher, fe falls einer der Hauptspeicher für temporäre Speicherinformation fehlerhaft wird, wobei die Arbeitsweise der Datenverarbeitungsanlage praktisch ohne Unterbrechung des Systembetriebes wieder gestartet werden kann.

5. System nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die

in den temporären Bereitschaftsspeicher zu übertragende temporäre Speicherinformation mit derjenigen übereinstimmt, die in der Zeitspanne t bis 2t vor dem Auftreten eines Fehlers gespeichert wurde, wobei t die Periode des abwechselnden Umspeicherns ist.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ümspeichern der permanenten

™ Speicherinformation zu Beginn der Datenverarbeitung in einen vorgegebenen Speicherbereich eines peripheren Speichers, durch Einrichtungen zum periodischen Ümspeichern der variablen, temporären Speicherinformation in vorgegebene Speicherbereiche dieses einen peripheren Speichers, durch Einrichtungen zur Übertragung der in diesen einem peripheren Speicher vorhandenen permanenten Speicherinformation in den temporären Bereitschaftsspeicher, wenn einer der Hauptspeicher mit permanenter Speicherinformation fehlerhaft wird, und durch Einrichtungen zur Übertragung der zuvor in diesem einen peripheren Speicher gespeicherten temporären Speicherinformation in den temporären Bereitschaftsspeicher, wenn einer der

Hauptspeicher für temporäre Speicherinformation fehlerhaft wird, so daß die Datenverarbeitung praktisch ohne Unterbrechung des Systembetriebes wieder gestartet werden kann.

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