SU911529A1 - Асинхронное приоритетное устройство - Google Patents

Description

(54) АСИНХРОННОЕ ПРИОРИТЕТНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относитс  к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в блоках управлени  устройствами общего пользовани , например, в блоках управлени  общей пам тью вычислительной системы. Конфликтные ситуации, возникающие в результате одновременного об ращени  двух или более активных уст ройств к устройству общего пользовани , разрешаютс  специальными аппаратными средствами, называемыми приоритетными устройствами. Подключение активных устройств осуществл етс  либо в соответствии с задан ными приоритетами, либо путем их последовательной коммутации. При первом способе подключени  существует возможность монопольного использовани  устройства общего пользовани  теми активными устройствами , которые обладают высшим приоритетом , т.е. существует веро тность потери запросов. Второй способ став нее активные устройства в равные услови  и врем  прохождени  срочных запросов возрастает. Преодоление указанных недостатков привело к созданию устройств, способных распредел ть запросы по приоритетам без их потери. Известно многоканальное приоритетное устройство, выполненное в виде идентичных блоков (по одному в каждом канале), каждый из которых сот держит блок формировани  и маскировани  запросов и блок хранени  кодов приоритетов, соединенный с блоком сравнени  и с интерфейсным блоком. В процессе работы устройства логические блоки формируют на общей шине код, соответствукщий старшему по приоритету запросу или другую информацию, однозначно определ ющую источник запросов, который подлежит, первоочередному обслуживанию . Устройство характеризует39 с  широкими функциональными возможност ми р . Недостатком данного устройства  вл етс  сложность схемы и недостаточно высокое быстродействие. Поэтому применение этого устройства, несмотр  на его широкие функциональ ные возможности, в простьпс системах оказываетс  неоправданным. Например , приоритетное устройство, предназначенное дл  подключени  нескольких каналов к сверхоперативной пам ти ЭВМ, должно иметь максимальное быстродействие, возможно даже в ущерб функциональной гибкости . Известно также достаточно простое приоритетное устройство с асинх ронным принципом работы, состо щее из схемы, определ ющей приоритет по ступающих на нее запросов и схемы у равлени , обеспечивающей взаимодей ствие выделенного запроса с устройством общего пользовани  2J. Достоинство устройства в его аси ронности, что определ ет достаточно высокое быстродействие и при котором отпадает необходимость в до полнительном оборудовании дл  созда ни  синхроимпульсов управлени . Недостаток устройства - обработка запросов в пор дке прихода, что ставит их в равные услови  и не дает преимущества срочным запросам. В результате врем  прохождени  срочных запросов возрастает. J Прототипом предлагаемого изобретени   вл етс  устройство приоритет содержащее регистр индикации запросов и вспомогательный регистр, выпо ненные на триггерах, схемы 2 И по две в каждом канале и схемы 2 ИЛИ по одной в каждом канале, причем ед ничный вход триггера каждого канал регистра индикации запросов соединен с соответствующим входом устрой ства, единичный выход триггера каждого канала регистра индикации.запросов через первый элемент 2 И дан ного канала соединен с единичным входом триггера вспомогательного регистра, единичный выход которого соединен с первым входом элемента 2 ИЛИ, и через второй элемент 2 И данного канала - с соответствующим выходом устройства, второй вход эле мента 2 ШМ соединен с выходом элемента 2 iilM предыдущего канала, а 4 выход - с нулевым входом триггера вспомогательно-го регистра последунидего канала и со вторым входом элемента 2 ИЛИ последующего канала, Поступающие на устройство приоритета запросы записываютс  в регистр индикации запросов, а затем по стробирукнцему синхроимпульсу через первые элементы 2 И переписываютс  во вспомогательный регистр, . Так как единичные выходы триггеров вспомогательного регистра более старших по приоритету каналов соединень: через элементы 2 ШЖ с нулевыми входами триггеров младших по приоритету каналов , то по истечении некоторого времени во вспомогательном регистре останетс  в единице только один триггер старшего по приоритету канала. После этого на вторые элементы 2 И подаетс  второй синхроимпульс, по которому на выход устройства выдаетс  состо ние вспомогательного регистра , и старший по приоритету .запрос поступает в устройство общего пользовани  . Недостатком устройства приоритета  вл етс  необходимость в дополнительном оборудовании дл  создани  двух серий синхроимпульсов и сигнала установки в ноль регистра индикации и вспомогательного регистра, а также низкое быстродействие из-за потерь на выжидание окончани  переходного процесса во вспомогательном регистре и на выжидание синхроимпульсов. Цель изобретени  - повышение быстродействи  устройства. Указанна , цель достигаетс  тем, асинхронное приоритетное устройство , содержащее дл  К) каналов Vl-разр дный регистр индикации запросов и вспомогательный h-раэр дный регистр, группы элементов (п+1) И-НЕ, ВЫХОДЫ которых соединены с установочными входами соответствующих разр дов вспомогательного регистра, пр мые выходы регистра индикации запросов подключены к первым входам . соответствующих элементов (п+1)И-НЕ. группы, введены элемент НЕ, эле-. мент 2 И, 2 элемента {п+1)И, а также И элементов 2 И-НЕ, выходы которых подключены к установочным входам разр дов регистра индикации запросов,первый вход каждого элемента 2 И-НЕ соединен со входом запроса устройства, инверсные вы5

ходы разр дов вспомогательного регистра подключены к первым VI входам первого элемента (п+1) И, ()-й вход которого подключен ко входу запрета устройства, выход первого элемента (п+1) И соединен с первым входом элемента 2 И и первым одом второго элемента (п+1) И, остальные 1П входы которого соединены с инверсными выходами разр дов регистра индикации запросов, входы сброса которого подключены ко входам запросов устройства, выход второго элемента (п+1) И соединен со вторыми входами элементов 2 И-НЕ группы и со входом элемента НЕ, выход которого подключен ко второму входу элемента 2 И, выход которого подключен к (i+1) входу каждого элемента (п+1) И-НЕ группы, инверсный выход каждого -го разр да регистра индикации запросов, кроме И-го, подключен к (+2)-му входу (i+)-ro элемента (п+1) И-НЕ группы, пр мые выходы вспомогательного регистра  вл ютс  выходами устройства.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого асинхронного приоритетного устройства дл  четырех каналов (число каналов равно числу возможных одновременно приход щих запросов); на фиг. 2 - временна  диаграмма работы устройства.

Дл  четырех каналов асинхронное приоритетное устройство содержит регистр индикации запросов и вспомогательный регистр, выполненные соответственно на триггерах 1-4 и 5-8, четыре элемента 2 И-НЕ 9-12 по одному в каждом канале, кроме того , в первом канале - элемент 2ИНЕ 13, во втором ЗИ-НЕ 14, в третье 4И-НЕ 15, в четвертом - 5И-НЕ 16, а также общие дл  всего устройства два элемента 5И 17 и l8 элемент НЕ 19 и элемент 2И 20, запросные входы 21-24, выходы 25-28, запретный вход 29, выходы 30-32.

t

Устройство работает следующим образом .

В исходном состо нии (при отсутствии сигналов запроса к устройству по всем каналам) на входах 21-24 присутствуют потенциаль логического нул  (здесь и в дальнейшем под логическим нулем понимаетс  низкий уро|Вень напр жени , а под логической единицей - высокий), Тогда на выхо1529 . 6

дах элементов 2И-НЕ 9-12 и на единичных входах триггеров 1-4 будут высокие потенциалы, а на нулевых входах - низкие. Устанавливающим 5 потенциалом дл  триггеров 1-8  вл .етс  уровень логического нул , поэтому триггеры 1-4 наход тс  в нулевом состо нии (на единичном выходе логический ноль, на нулевом выходе 0 логическа  единица). За счет логического нул  на единичных выходах триггеров 1-4 аналогичным образом устанавливаютс  в ноль триггеры 5-8, и на выходах 25-28 устройства будут

5 логические, нули, что  вл етс  признаком отсутстви  запроса к устройству общего пользовани . Поскольку последнее свободно, признак зан тости от него не поступает и на запретном

0 входе устройства 29 сохран етс  высокий потенциал (признак зан тости от устройства общего пользовани  поступает низким потенциалом), Таким образом, на выходе 30 элемента 5И 18

5 будет логическа  единица, на выходе 31 элемента 5И 17-такх е логическа  единица, а на выходе 32 элемента 2И 20 - логический ноль.

Рассмотрим работу устройства на

0 примере одновременного прихода по всем четырем каналам.сигналов запроса , причем будем считать, что запросы по первому и третьему каналам снимаютс  раньше, чем заканчиваетс  внутренний цикл работы устройства общего пользовани  (сбрасываетс  сигнал зан тости с запретного входа 29), а запросы по второму и четвертому каналам снимаютс  позже его оконча0 НИЯ,

Работа устройства разбиваетс  на два этапа.

Запись поступивших запросов в регистр индикации.

5 Последовательна  выдача запросов через вспомогательный регистр в устройство общего пользовани .

Запись поступивших запросов в jpeгистр индикации происходит следующим

образом: логические единицы четерых

0 запросов со входов 21-24 устройства поступают на первые входы элементов 2И-НЕ 9-12 и на нулевые входы триггеров 1-4. На вторые входы элементов 9-12 поступает логическа  единица с

5 выхода элемента 17, элементы 9-12 срабатывают и на их выходах по вл етс  логический ноль. Триггеры 1-4 .перебрасываютс , на четырех входах

79

элемента 5И 17 по вл ютс  логические нули, а на его выходе - также логический ноль. Последний поступает на вторые входы элементов 9-12 и запрещает дальнейшую запись информации в регистр индикации запросов. На это первый этап работы устройства заканчваетс .

Второй этап работы осуществл етс  по следующему алгоритму: логический ноль с выхода элемента 17 инвертируетс  элементом НЕ 19 и на первый вход элемента 2И 20 поступает логическа  единица. На второй вход этого элемента поступает высокий потенциал с выхода элемента 18, элемент 2 срабатывает и на его выходе по вл етс  логическа  единица, котора  стробирует элементы 13-16. Однако только у элемента 13 на всех входах будут логические единицы, так как на вторые входы остальных элементов поступает-логический ноль с нулевого выхода триггера 1. Элемент. 13 Срабатывает, на его выходе по вл етс  логический ноль, триггер 5 перебрасываетс  и на выходе устройства 25 оказываетс  высокий потенциал, поступающий как признак запросов в устройство общего пользовани . Одновременно логический ноль с нулевого выхода триггера 5 поступает на первый вход элемента 5И 18 и проходит на его выход. В результате на втором входе элемента 20 оказываетс  логический ноль и стробирукщий импульс с его выхода прекращаетс . Логическа  единица с выхода 25 запускает устройство общего пользовани , и начинаетс  его совместна  работа с первым каналом. После своего запуска устройство общего пользовани  вьщает логический ноль признака зан тости на запретный вход 29, а по окончании работы с первым каналом - ответный сигнал в устройство , выставившее запрос на вход 21. Запрос со входа 21 снимаетс , триггеры 1 и 5 обнул ютс  и снимаетс  признак запроса к устройству общего пользовани  с выхода 25. Одновременно на первый вход элемента 18 поступает логическа  единица, однако на его п тый вход продолжает поступать логический ноль, поскольку запрос по первому каналу сн лс , а устройство общего пользовани  еще не освободилось. После освобо щени 

529. 8

последнего на п тый вход элемента 18 поступает логическа  единица, на его выходе по вл етс  высокий потенциал , который оп ть заставл ет сработать элемент 20. Логическа  единица с выхода последнего снова поступает на входы элементов 13-16, однако в этом случае элемент 13 не срабатывает , так как триггер 1 сброшен, а 0 срабатывает элемент 14. Элементы же 15 и 16 теперь заблокированы логическим нулем с выхода триггера 2,, происходит переброс триггера 6 и запрос с выхода 26 поступает в устройство общего пользовани , начина  его совместную со вторым каналом. Одновременно логический ноль с нулевого плеча триггера 6 проходит на выход элемента 18 и прекращает стро0 бирующий импульс с выхода элемента 20.

Как было прин то дл  второго канала , устройство общего пользовани  освобождаетс  раньше, чем происходит 5 сн тие запроса со входа 22, поэтому следующее срабатывание элементов 18 и 20 происходит не после по влени  логической единиць на запретном входе 29, а после обнулени  триггера 0 6. Прохождение запросов по третьему и четвертому каналам происходит аналогично: соответственно при прохождении запроса по третьему каналу срабатывает элемент 15, а по четвертому - элемент 16. После сброса последнего четвертого запроса со входа 24, все триггеры 1-8 устанавливаютс  в ноль, на выходе элемента 18 по вл етс  логическа  единица, котора  поступает на п тый вход элемента 5И 17. На первых четырех входах элемента 17 к этому моменту уже наход тс  логические единицы, так как триггеры 1-4 обнулены. Элемент 17 5 открываетс , и высокий потенциал с его выхода поступает на вторые входы элементов 9-12, записыва  в регистр индикации запросов те запросы, которые поступили к. данному моменту. В P дальнейшем повтор ютс  описанные два

этапа работы устройства.

I .

Claims (3)

1. Таким образом, применение предлагаемого технического решени  позво .л ет существенно повысить быстродействие устройства за счет асинхронного принципа работы. В прототипе тер етс  врем  после прихода запросов на выжидание первого синхроимпульса. 99 занос щего запросы из регистра инди кации во вспомогательный регистр, а затем после окончани  переходных процессов - второго синхроимпульса, ведающего выбранный запрос в устрой во общего пользовани . Потери време на приход синхроимпульсов  вл ютс  недостатком дл  всех приоритетных устройств, использующих синхронный принцип работы. В предлагаемом техн ческом решении указанные потери вре мени исключены, количество же использованных злементов остаетс  пра тически тем же. Кроме того, дл  соз дани  синхроимпульсов требуетс  доп нительное оборудование, увеличивающее аппаратурные затраты прочих уст ройств со всеми вытекающими отсюда последстви ми. Например, дл  ра боты прототипа требуетс  еще по мен шей мере три серии дополнительных управл ющих сигналов, подаваемых в определенной последовательности, в то врем  как дл  предлагаемого устройства только одна. В сравнении же с известными асинхронными приори тетными устройствами предлагаемое техническое решение обладает тем преимуществом, что врем  обработки срочных запросов существенно сокращаетс .. Так, в устройстве L2j обработка запросов производитс  в пор дке их прихода, т.е. все запросы наход тс  в одинаковых услови х , а в предложенном решении в каком бы пор дке запросы на устройство ни поступали после записи их в регистр индикации, они будут обрабатыватьс  в строгой последовательности , в соответствии с приоритетом канала. Налицо расширение фун циональных возможностей системы при высоком быстродействии и небольших аппаратурных затратах. Формула изобретени  Асинхронное приоритетное устройство , содержащее дл  VI-каналов Иразр дный регистр индикации запросов и вспомогательный Vl-разр дный 10 регистр, группы элементов (п+1) И-НЕ, выходы которых соединены с установочными входами срответствукщих разр дов вспомогательного регистра, пр мые выходы регистра индикации запросов подключены к первым входам соответствующих элементов (п+1) И-НЕ группы, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  быстродействи , в него введены элемент НЕ, элемент 2И, 2 элемента (п+1)И,а также У элементов 2И-НЕ, выходы которых подключены к установочным входам разр дов регистра индикации запросов, первый вход каждого элемента 2И-НЕ соединен со входом запроса устройства, инверсные выходы разр дов вспомогательного регистра подключены к первым VI входам первого элемента (п+1)И, (п+1)-и вход которого подключен к входу запрета устройства , выход первого элемента (п+1)И соединен с первым входом элемента 2И и первым входом второго элемента (п+1)И, остальные И входы которого соединены с инверсными выходами разр дов регистра индикации запросов , входы сброса которого подключены .ко входам запросов устройства, выход второго элемента (п+1)И соединен со вторыми входами элементов 2И-НЕ группы и со входом элемента НЕ, выход которого подключен ко второму входу элемента 2И, выход которого подключен к (i+l) входу каждого элемента (п+1)И-НЕ группы, инверсный выход каждого 1 -го разр да регистра индикации запросов, кроме VI-го подключен к (1+2)-му входу (i+1)-ro элемента (п+1)И-НЕ группы, пр мые выходы вспомогательного регистра  вл ютс  выходами устройства. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3983540, кл. 340-172.5,-опублик. 1976.
2. 2.Патент США № 4046539, кл. 340-147, опублик. 1977.
3. 3.Авторское св1щетельство СССР № 425177, кл. G 06 F 9/18, 1975 ( прототип).