SU1714601A2 - Многоканальное устройство приоритета дл подключени к общей магистрали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной Технике и может быть использовано в многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах дл  управлени , доступом абонентов к общей магистрали. Цель изобретени  - расширение области применени  устройства за счет временного присвоени  максимального приоритета абоненту в момент окончани  приема информации из общей магистрали. В каждый канал устройства введены элемент И, элемент задержки и элемент ИЛИ. Устройство позвол ет в ситуаци х, когда абонент, принимающий информацию через общую магистраль, стоит в очереди на захват общей магистрали, представл ть ему магистраль без анализа его приоритета. В других случа х обща  магистраль предоставл етс  абонентам в соответствии с их приоритетом. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть применено в многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах дл  организации доступа к общей магистрали, используемой дл  обмена информацией и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт.св. N; 1386994:

Известно многоканальное устройство приоритета, содержащее в каждом канале элементы И-НЕ. элемент И, элемент НЕ и однонаправленный элемент. Недостатком устройства  вл етс  возможность одновременного подключени  нескольких каналов к общей магистрали. Известно многоканальное устройство приоритета, содержащее в каждом канале элементы И-НЕ, элементы НЕ и .элементызадержки . Недостатком устройства  вл етс  низка  надежность за счет возможности одновременного подключени  нескольких каналов к общей магистрали и низкое быстродействие,

Наиболее близким к предлагаемому устройству  вл етс  многоканальное устройство приоритета дл  подключени  к общей магистрали, содержащее сигнальные выходы , каналы, каждый из которых включает запросный вход, элементы И. триггеры, элемент задержки, формирователь импульсов и информационный выход, причем в каждом Канале запросный вход соединен с первыми входами первого и второго .элементов И и входом формировател  импульсов, выход которого соединен с входами сброса первого и второго триггеров, нулевой выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и единичным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с третьим

входом второго элемента И, выход которого соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, единичный выход которого  вл етс  информационным выходом, нулевой выход второ . го триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и вторым сигнальным выходом устройства, первый сигнальный выход устройства соединен с нулевыми входами первых триггеров всех каналов, третий сигнальный выход устройства соединен с входами сброса вторых триггеров всех каналов .

Известное устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии первый и второй триггеры всех каналов наход тс  в нулевом состо нии, а на запросные входы всех каналов от соответствующих абонентов (например , ЭВМ) поступают сигналы логического О (низкого уровн ).

В случайные моменты времени ЭВМ (по мере возникновени  необходимости передачи информации другим ЭВМ) устанавливают на запросных входах своих каналов сигналы логической 1 (высокого уровн ). Далее рассмотрим работу одного из каналов , так как в остальных каналах работа осуществл етс  аналогичным образом. Единичный сигнал с запросного входа в рассматриваемом канале (например, в первом канале) через первый элемент И устанавливает первый триггер в единичное состо ние, что обеспечивает установление на первом сигнальном выходе устройства сигнала логического О и, следовательно, закрывание первых элементов И всех каналов (таким образом, с данного момента времени в устройстве запросы от ЭВМ на захват общей магистрали не фиксируютс ). После установлени  на единичном выходе первого триггера сигнала логической 1 и до момента пропадани  единичного сигнала на выходе первого элемента И на выходе второго элемента И установлен сигнал логической 1, который через элемент задержки и третий элемент И устанавливает второй триггер в единичное состо ние.

Сигнал с единичного выхода второго триггера через информационный выход подаетс  на соответствующую ЭВМ, сигнализиру  ей о том, что обща  магистраль (ОМ) ей захвачена и можно начинать передачу информации, а сигнал логического О с нулевого выхода этого триггера через второй сигнальный выход устройства закрывает во всех каналах третьи элементы И и, если одновременно с первым каналом осуществл лись попытки захвата ОМ другими каналами , у которых приоритет ниже (т.е. больше врем  задержки сигнала на элементах задержки ), чем у первого канала, то эти попытки блокируютс . Врем  задержки сигнала на элементе задержки в каждом канале отличаетс  от времени задержки на элементе задержки в любом другом канале на величину интервала времени большую, чем необходимо дл  прохождени  сигнала через третий элемент И. второй Триггер и второй сигнальный выход устройства между двум  наиболее удаленными каналами.

После того, как ЭВМ, подключенна  к

5 первому каналу, закончит передачу информации , она устанавливает на запросном входе своего канала сигнал логического О. По отрицательному перепаду уровн  сигнала на запросном входе первого канала в

0 этом канале формирователь импульсов формирует одиночный импульс, который устанавливает первый и второй триггеры этого канала, а через третий сигнальный выход устройства и первые триггеры в менее приоритетных каналах (где одновременно с первым каналом осуществл лась попытка захвата ОМ) в нулевое состо ние. С этого момента устройство переходит в исходное состо ние и далее его работа повтор етс .

Таким образом, это устройство каждый раз при захвате ОМ анализирует приоритет абонента (ЭВМ или процессора) на что затрачиваетс  врем , в течение которого ОМ

5 простаивает. В вычислительной системе, использующей данное устройство, возможны ситуации, при которых абонент, принимающий информацию из ОМ от другого абонента, также выставл ет вопрос на захват ОМ дл  передачи подготовленных сообщений другому абоненту. В этих ситуаци х абонент-приемник (т.е. абонент, принимающий из ОМ информацию на данном этапе работы вычислительной системы)

5 после окончани  приема информации возобновл ет прерванную (на врем  приема информации из ОМ) программу и вновь ее прерывает (Дл  передачи информации) после того, как его канал захватит ОМ.

0 Этого прерывани  можно избежать, если после окончани  приема информации абонентом-приемником сразу предоставить ему ОМ (при условии, что он выставил запрос на захват ОМ). Это позвол ет повь15 сить производительность вычислительной системы за счет сокращени  количества прерываний программ абонентами, а также за счет сокращени  затрат времени на захват ОМ, так как при этом отпадает необходимость в анализе приоритетов абонентов.

В пользу предлагаемой дисциплины можно привести, кроме указанных, следующие соображени . Если абонент получил Ответ (т.е. прин л информацию из ОМ от другого абонента), то целесообразно сразу же предоставить ему возможность задать следующий Вопрос (выдать информацию в ОМ дл  другого абонента), если он подготовлен , а не накапливать в пам ть очередь вопросов, дл  чего требуетс  увеличенна  емкость пам ти, котора  в насто щее врем   вл етс  весьма дорогосто щей по сравнению с другими устройствами ЭВМ. Таким образом, предлагаетс  смешанна  (так как при низкой интенсивности запросов более веро тна дисциплина с относительными приоритетами, а при высокой интенсивности запросов - дисциплина с чередующимис  приоритетами) внутрисистемна , дисциплина обслуживани  запросов, согласно которой приоритет абонента зависит не только от его важности, но и от его актив-, ностипо приему информации. Следовательно , в предлагаемой дисциплине, кроме статических приоритетов, используетс  правило; Кто больше слушает - тот больше говорит, если ему есть что сказать. Така  дисциплина наиболее эффективна в децентрализованных системах, где важность абонентов различаетс  не столь значительно.

Известное ycтpoйcтвo нe позвол ет реализовать смешанную дисциплину обслуживани  запросов при захвате ОМ, что снижает производительность вычислительной системы. Это  вл етс  недостатком устройства .

Цель изобретени  - расширение области применени  за счет временного присвоени  максимального приоритета абоненту в момент окончани  приема им информации из общей магистрали.

Поставленна  цельдостигаетс  тем, что в многоканальное устройство приоритета дл  подключени  к общей магистрали, содержащее первый, второй и третий сигнальные выходы, каналы, а в каждом канале запросный вход, информационный выход, первый, второй и третий элементы И, первый и второй триггеры, первый элемент задержки и формирователь импульсов, причем в каждом канале запросный вход соединен с первыми входами первого и второго элементов И и входом формировател  импульсов, выход которого соединен с входами сброса первого и второго триггеров, выход первого элемента И соединен с вторым входом второго элемента И и единичным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, выход последнего соединен с первым входом третьего элемента И, единичный выход второго триггера  вл етс -информацион5 ным выходом канала, первый сигнальный выход устройства соединен в каждом канале с вторым входом первого элемента И и с нулевым выходом первого триггера, второй сигнальнь1й выход устройства соединен в

10 каждом канале с вторым входом третьего элемента И и нулевым выходом второго триггера, третий сигнальный выход устройства соединен в каждом канале с выходом формировател  импульсов, введены в каждый канал второй элемент з:0держки, четвертый элемент И и элемент ИЛИ, причем в каждом канале ответный вход соединен с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входим четвертого элемента И, первый и третий входы которого соединены соответственно с запросным входом канала и нулевым выходом первого триггера, а выход- с вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход с единичным входом второго триггера.

На чертеже изображена структурна  схема устройства,

Устройство содержит сигнальные выходы 1-3, каналы 4, каждый из которых включает запросный вход 5, элементы И 6-8, триггеры 9 и 10, элемент 11 задержки, формирователь 12 импульсов, информационный выход 13, элемент И 14, элемент ИЛИ

5 15,элемент 16 задержки и ответный вход 17.

Соединение выходов соответствующих

элементов каналов 4 на сигнальных выходах

1 и 2 реализует функцию МОНТАЖНОЕ И, а

на сигнальном выходе 3 - МОНТАЖНОЕ

0 ИЛИ. .

В каждом канале 4 запросный вход 5 соединен с первыми входами первого 6, второго 7 и четвертого 14 элементов И и входом формировател  12 импульсов, выход которого соединен с входами сброса первого 9 и второго 10 триггеров, выход первого элемента И 6 соединен с вторым входом второго элемента И 7 и единичным входом первого триггера 9, единичный выход которого соединен с третьим входом второго элемента И 7, выход которого соединен с входом первого элемента 11 задержки, выход которого, соединен с первым входом третьего элемента И 8, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с единичным входом второго триггера 10. единичный выход которого  вл етс  информаичонным выходом 13, ответный вход 17 через второй элемент 16 задержки соединен с вторым

входом четвертого элемента И 14, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 15, первый сигнальный выход 1 устройства соединен в каждом канале 4 с вторым входом первого элемента И 6, нулевым выходом первого триггера 9 и т|эетьим входом четвертого элемента И 14, второй сигнальный выход 2 устройства соединен в каждом канале 4 с вторым входом третьего элемента И 8 и нулевым выходом второго триггера 10, третий сигнальный выход 3 устройства соединен в каждом канале 4 с выходом формировател  12 импульсов.

Устройство работает следующим образом .

Исходное состо ние устройства характеризуетс  тем, что триггеры 9 и 10 во всех каналах установлены в О (не показано). При этом на первом 1 и втором 2 сигнальных выходах устройства устанавливаютс  единичные сигналы, а на третьем 3 - нулевой. Одновременно в каждом канале элементы И 6 и 8 открываютс  по вторым входам, а элемент И 14 - по третьему.

На запросных 5 входах присутствуют нулевые сигналы, чем закрыты элементы И б, 7 и 14 по первым входам. Кроме того, нулевым сигналом с ртветного входа 17 закрыт элемент И 14 по второму входу через элемент 16 задержки.

По запросным входам 5 подаютс  единичные потенциальные сигналы запросов на передачу информации обмена между ЭВМ. Этот сигнал снимаетс  г1о завершению обмена.

По ответному 17 входу выставл етс  единичный уровень с момента начала приема информации соответствующей ЭВМ до момента завершени  приема.

Сигналы запросов Moryt асинхронно поступать в случайные моменты времени. Так как эти сигналы могут поступать и одновременно , то приоритетность захвата общей магистрали каналом устанавливаетс  временем задержки на элементе 11 задержки данного канала. Задержка на элементе 11 задержки в каждом канале устанавливаетс  со значением, отличающимс  от задержки на элементе 11 в других каналах на величину интервала времени большую, чем необходимо дл  прохождени  сигнала по элементам В, 15 и 10 и сигнальному выходу 2 устройства между двум  наиболее удаленными каналами 4. При этом исключаетс  возможность одновременного подключени  нескольких каналов к ОМ.

Единичный сигнал с единичного выхода 13 триггера 10 каждого канала разрешает соответствующей ЭВМ начать передачу информации через ОМ другой ЭВМ. Одновременно сигнал с нулевого выхода триггера 10 этого же канала через сигнальный выход 2 устройства закрывает во всех каналах элементы И 8. При этом, если одновременно

осуществл лись попытки захвата ОМ менее приоритетными каналами, то эти попытки блокированы.

Рассмотрим работу устройства при наличии одновременно поступивших запросов от первой и k-й ЭВМ, когда перва  ЭВМ должна передать информацию k-й, а k-  в свою очередь какой-либо другой ЭВМ.

При этих услови х в первом канале 4 единичный сигнал с входа 5, пройд  открытый элемент И 6, устанавливает триггер 9 в единичное состо ние, что приводит к по влению на выходе 1 устройства нулевого сигнала , которым закрываютс  элементы И 6 по вторым входам во всех каналах. В k-м канале триггер 9 также устанавливаетс  в единичное состо ние. После этого блокируетс  воздействие поступающих запросов других каналов.

С помощью элемента И 6, триггера 9 и

5 элемента И 7 на входе элемента 11 задержки из потенциального сигнала, поступающего на вход 5, формируетс  одиночный импульс, длительность которого определ етс  параметрами элементов И 6, 7 и триггера 9. По этому импульсу, проход щему через элемент 11 задержки, элементы И 8 и ИЛИ 15 устанавливаетс  в единичное состо ние триггер 10 в первом канале 4. При этом сигнал с единичного выхода триггера 10 поступает на выход 13, разреша  первой ЭВМ передачу информации через ОМ в данном случае дл  k-й ЭВМ.

Одновременно нулевой сигнал с нулевого выхода триггера 10 первого канала закрывает элемент И 8 своего канала и через сигнальный выход 2 элементы И 8 во всех остальных каналах. Импул1 сный сигнал формируетс  также и и k-м канале элементами И б и 7 и триггером 9. Но тик как врем 

5 задержки элемента 11 в k-м канале больше, чем в первом, то после установки в единицу триггера 10 в первом канале нулевым сигна лом с его нулевого выхода через сигнальный выход 2 элемент И 8 в k-м канале закрываетс  по второму входу раньше, чем на его первый вход поступает импульс с выхода элемента 11 задержки k-ro канала.

После начала приема информации k-й ЭВМ на ответном входе 17 k-ro канала устанавливаетс  единичный потенциальный сигнал, который через элемент 16 задержки. в k-M канале открывает по второму входу элемент И 14. Так как на входе 5 этого канала удерживаетсй единичный сигнал элемент И 14 также открыт и по первому входу. Этот

элемент закрыт по третьему входу нулевым сигналом с нулевого выхода триггера 9.

По окончании передачи информации первой ЭВМ на входе 5 первого канала снимаетс  единичный сигнал. При этом отрицательным перепадом потенциала запускаетс  формирователь 12 импульсов, и его единичным импульсом устанавливаютс  в нулевое состо ние триггеры 9 и 10 в первом канале, а также через сигнальный выход 3 и триггеры 9 в менее приоритетных каналах , в которых осуществл етс  попытка захвата ОМ (т.е, в данном случае в k-м канале).

Единичным сигналом с нулевого выхода триггера 9 k-ro канала открываетс  элемент И 14 по третьему входу в k-м канале и на его выходе по вл етс  единичный импульс, который формируетс  следующим образом. Так как на входе 5 k-ro канала присутствует единичный сигнал, элемент И 6 этого канала открываетс  и триггер 9 устанавливаетс  в единичное состо ние. При этом, пока триЬ гер 9 переключаетс  из нулевого состо ни  в единичное, на третьем входе элемента И 14 поддерживаетс  единичный сигнал. Данный элемент И 14 также открыт по второму входу за счет задержки единичного уровн  сигнала с входа 17 k-ro канала благодар  элементу 16 задержки, так как в момент окончани  приема информации k-й .ЭВМ единичный уровень с входа 17 k-ro канала снимаетс . Следовательно, на выходе элемента И 14 формируетс  единичный сигнал, длительность которого определ етс  временем переключени  элемента И б и триггера 9 в k-M канале. Этим импульсом через элемент ИЛИ 15 в данном канале устанавливаетс  в единичное состо ние триггер 10, т.е. k-й канал 4 захватит ОМ и k-й ЭВМ начинает передачу информации. Далее работа устройства повтор етс .

Таким образом, за счет исключени  этапа анализа приоритета при захвате ОМ каналом , ЭВМ которого выставила запрос на захват ОМ и закончила прием информации от другой ЭВМ непосредственно перед освобождением магистрали, сокращаетс  врем  на захват ОМ, т.е. увеличиваетс  быстродействие устройства.

Дл  сравнительной оценки предлагаемого и известного устройства анализируют работу четырехмашинной вычислительной системы. Рассматривают случай, когда во врем  передачи информации через ОМ из первой ЭВМ во вторую ЭВМ на запросных входах третьего и четвертого каналов по вились запросы на захват ОМ дл  передачи информации соответственно из третьей ЭВМ в четвертую и из четвертой ЭВМ в первую.

Пусть врем  обслуживани  каждой ЭВМ (врем  передачи информации через ОМ) Тоб 8 МКС, врем  задержки сигнала на одном логическом элементе типа ИЛИ (или

5 И| равно Тлэ 2 мкс, т.е. Тоб 4 Тлэ, а врем  задержки сигнала на триггере (а также на формирователе импульсов) равно Тт Тф 2Т.ЛЭ. Исход  из этого врем  задержки на элементе задержки второго канала должно

10 быть не меньше 4 Тлэ (при условии, что увеличение номера канала соответствует уменьшению его приоритета, а задержка при распространении сигналов между наиболее удаленными каналами не превышает

15 Тлэ), третьего канала 8 Тлэ и четвертого канала 12 Тлэ. С учетом этого врем  задержки элемента 16 задержки должно быть равно 4

Тлэ.

При использовании базового устройства, после окончани  обслуживани  первой ЭВМ и освобождени  ОМ треть  ЭВМ обслужена через врем  Тз, обусловленное задержками сигнала в третьем канале на первом элементе И, первом триггере, втором элементе И, элементе задержки, третьем элементе И, втором триггере и временем собственно передачи информации через ОМ, т.е. Тз Тлэ + Тт + Тлэ + 8Тлэ + Тлэ + Тт + + Тоб 19 Тлэ, а четверта  ЭВМ-через врем 

0 Т4, обусловленное временем обслуживани  третьей ЭВМ - Тз, временем освобождени  ОМ - 6 Тлэ, временем захвата ОМ четвертым каналом 23 Тлэ и временем собственно передачи информации 4 Тлэ, т.е. JA 52 Тлэ.

5 Таким образом, среднее врем  обслу живани  одной ЭВГу в этом случае равно Тб (Тз + Т4)/2 35 tлэ.

При использовании предлагаемого устройства треть  ЭВМ также обслужена через

0 врем  Тз, а четверта  ЭВМ - через врем , обусловленное временем Тз, а также задержками сигналов при срабатывании элементов при освобождении ОМ - 6 Тлэ. срабатывании элементов четвертого канала

5 ИЛИ 15, триггера 10 (так как анализ приоритета четвертого канала не производитс ) и временем собственно передачи информации через ОМ, т.е. Тп4 Тз + 6 Тлэ + Тлэ + Тт + + Тоб 32 Тлэ:

0 Таким образом, среднее врем  обслуживани  одной ЭВМ в этом случае будет равно Тп (Тз + Тп4)/2 25 Тлэ.

С учетом этого относительный выигрыш в быстродействии при использовании предлагаемого устройства по сравнению с известным составл ет В (Тб-Тп) 100/Тб 28%.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Многоканальное устройство приоритета дл  подключени  к общей магистрали по

   авт.св. № 1386994, отличаю щ е е с   тем, что, с целью расширени  области применени  устройства за счет временного присвоени  максимального приоритета абоненту в момент окончани  Ьриема информации из общей магистрали, оно содержит в каждом канале второй элемент задержки, четвертый элемент И и элемент ИЛИ. причем в каждом канале ответный вход устройства соединен через второй элемент задержки с

   первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с запросным входом устройства, третий вход четвертого элемента И соединен с нулевым выходом первого триггера, выхбд четвертого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом третьего элемента И и с единичным входом первого триггера.

   1 А 1 .

   а

   /5

   к

   н

   Т