Многоканальный оптический коммутатор для запоминающих устройств

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g G 11 С 11/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-::2 (21) 4834075/24 (22) 04.06.90. (46) 23.12.92. Бюл. № 47 (71) Институт точной механики и вычислительной техники им. А.С.Лебедева (72) А.А.Вербовецкий и И.А.Шилов (56) Патент Великобритании № 1523906, кл. Н 04 В 9/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1688285, кл. 6 11 С 11/42, 1989. (по заявке

¹ 4772385/24-24, на которую выдано положительное решение). (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ

КОММУТАТОР ДЛЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения — повыше-. ние быстродействия и надежности коммутатора. Оптический .коммутатор (ОК) содержит блоки 1.1...1.п лазерных излучателей, каждый из которых содержит группы

2,2,...,2.гп лазерных излучателей с входными

„„5U„„1783580 А1 .. 1 . электрическими шинами 3.1,...,3 m, блоки

4,1 ... „4, и свето водн ых разветвителей, каждый иэ которых содержит m групп 5.1,.„.5.m световодных разветвителей, выходы которйхчереэ группы 6,1,...,6.(m х и х r) световодов соединены с соответствующими К блоками 7.1„...7.К фотоприемников, каждый из которых содержйт и групп 8.1„.„8.п фотоприемников с выходными информационными шинами- 9,1,...,9.п; которые являются выходными шинами 9.1,; ., 9.(п х К) коммута . тора. Входные шины 3.....,3.(п х m) подключены к выходным шинам 10.1,. „10.п соответствующих центральных про цессоров 11.1,..., 11,п (в устройство не входят), а к выходным шинам 9,1,...,9.(п х К) подключены входы соответствующих запо- минающих устройств 12... 12.К (в устройство не входят). Кроме того, 2 устройство содержит дисковые световодные распределители 13,1„...13.п, . цилиндрический световодный рас пределитель 14, платы 15.1„.,15.п цент:ральных процессоров, платы

; 16.1,..., 16.п запоминающих устройств. 3 ил.

1783580

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, для коммутации группы запоминающих устройств с группой центральных процессоров:.

Известен оптический коммутатор для

ЗУ, содержащий группы излучателей, световодные разветвители, световодные объединители и груйпы фотоприемников.

Основными недостатками этого устройства являются относительно небольшое количество соединяемых устройств, невысокое быстродействие и ..невозможность одновременной и независимой коммутации устройств.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является оптический коммутатор для запоминающих устройств, содержащий и (где и =2, 3,4,...) групп лазерных излучателей, входы каждой п-ой.из которых подключены к соответствующей и-ой входной шийе, выходы и-ой группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входами соответствующей и-ой группы световодных разветвителей, каждая г-ая (где r

= 2, 3, 4,..., К/2, К вЂ” максимальное число блоков фотоприемников) группа выходов которой через соответствующую групйу световодов оптически связана с соответствующей и-ой группой фотоприемников r-ro блока фотоприемников, выходы которых являются электрическими выходами оптического коммутатора, Основными недостатками этого устройства являются относительно низкая надежность и быстродействие из-за длинных линий связи, а также громоздкость устройства, Цель изобретения — повышение быстродействие и надежности коммутатора.

Совокупность существенных признаков и связей между ними, присущая данному коммутатору, позволяет получить устройство, обладающее в 10-100 раз большими быстродействием и надежностью по сравнению с известными устройствами и прототипом, Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный оптический коммутатор, содер>кащий п (где n = 2, 3,..., N, М вЂ” число информационных входов коммутатора) групп лазерных излучателей. входы каждой и-ой группы которых подключены к соответ- ствующей и-ой входной шине, Выходы каждой и-ой группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входами соответствующей и-ой группы световодных разветвителей, каждая г-ая (где r = 2, 3, 4, .„, К/2), К вЂ” максимальное число блоков фотоприемников) группа выходов которой через соответствующую группу световодов оптически связана с соответствующей и-ой группой фотоприемников r-ого блока фотоприемников введены (и (m-1) (где m = 2, 3, 4,..., К/2) электрических шин, n. (m-1) групп лазерных излучателей, и a (m-1) групп световодных разветвителей, причем каждая п

x(m-1) группа лазерных излучателей через соответствующие электрические шины соединены с соответствующей шиной п-ой входной шиной, выходы каждой n (m-1)-й группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входами соответ-

10 ствующей n - (m-1)-й группы световодных разветвителей, каждая r-я группа выходов которой через соответствующую группу све.товодов оптически связана с соответствую щими входами и-й группы фотоприемников г-го блока фотоприемников.

Поставленная цель достигается также

2р . тем, что группы световодов выполнены в виде групп дисковых:световодных распределителей, разделенных фиксирующими дискими шинами 3-1 „. З-m, блоки 4-1 ... 4-п световодных разветвителей, каждый иэ которых содержит m групп 5-1 „,5-m световод50 ных разветвителей, выходы которых череЗ группы 6-1 ... 6-(m x u x r) световодов соединены. с соответствующими К блоками 7-1 ...7-К фотоприемников, каждый из которых содержит и групп 8-1 .„8-и фотоприемников

55 с выходными электрическими шинами 9-1 ...

9-п, которые являются выходными шинами

9-1;„9-(n х К) коммутатора. Входные шины

3-1 „, 3-(п х m) подключены к выходным шинам 10-1 .„10-и соответствующих центральсками, в которых выполнены отверстия для фиксации направля1ощих оптических раэь25 . емов, причем. группы дисковых световодных ,распределителей и фиксирующие диски ,объединены соосно в единый цилиндриче .ский световодный распределитель с воз можностью его поворотов относительно общей оси с фиксацией на направляющих оптических разъемов. Цель достигается так. же тем, что каждый дисковый световодный распеделитель выполнен в виде дисковой .подложки, на поверхности которой по хордам размещены световоды, на концах которых закреплены контактные оптические разъемы.

На фиг..1 приведена функциональная схема многоканального оптического коммутатора для запоминающих устройств; на ( фиг. 2 — его конструкция; на.фиг. 3 — блоксхема многоканального оптического комму.;татора для прямой и обратной связи.

Оптический коммутатор содержит блоки 1-1 .;, 1-й лазерных излучателей, каждый из которых содержит группы 2-1 ... 2-m лазерных излучателей с входными электриче1783580 ных процессоров 11-1 „, 11-и (в устройство не входят), а к выходным шинам 9-1 ... 9-(n x

К) подключены входы соответствующих запоминающих устройств 12-1 ... 12-К (в уст- 5 ройство не входят). Кроме того, устройство содержит дисковые световодные распреде лители 13-1 ... 13-п, цилиндрический световодный распределитель 14, платы 15-1 ...

15-и центральных процессоров, платы 16-1 ...16-и запоминающих устройств. Каждая группа 2 лазерных излучателей каждого блока 1 предназначена для преобразования носителя информации при вводе ее в оптический коммутатор и преобразует выходные электрические сигналы каждого процессора 11 в оптические. При этом разряды каждого слова информации представляются группой лазерных излучателей 2 в виде световых пучков с одинаковыми длинами волн, а каждый разряд или группа разрядов(при временном уплотнении) вводится в коммутатор, например, своим отдельным излучателем. Группа 2 может быть выполнена, например, в виде лазерной оптоэлектронной микросборки и состоять, например, из линейки лазерных диодов и управляющих логических микросхем. Каждая группа

5 световодных разветвителей каждого блока 4 предназначена для размножения оптических сигналов и может быть выполнена, например, из волоконно-оптических или интегрально-оптических волноводных разветвителей. Каждая группа 6 световодов предназначена для передачи оптических сигналов и может быть выполнена, например, из волоконных или интегральных световодов. Каждый блок 7 групп 8 фотоприемников служит для преобразования оптических сигналов в электрические и ввода информации в соответствующее-запоминающее устройство 12. Блок 7 может быть выполнен, например, в виде фотоприемной оптоэлектронной интегральной схемы, состоящей, например, из групп 7 (линеек) интегральных фотоприемникоа и управляющих логических микросхем. Cseтоводный распределительный диск 1 3 служит для передачи оптических сигналов, например, от каждой платы 15 центрально. го процессора к соответствующей плате 16 запоминающего устройства. Диск 13 может быть выполнен, например, в виде полого металлического диска с прорезями в наружном ободе, количество которых равно сумме количеств процессоров и запоминающих устройств. Внутри дисков, например, между противоположными позициями прорезей, соответствующих позициям процессоров и запоминающих устройств, расположены оконцованные группы световодов, наконеч10

55 ники многоконтактных оптических разьемов которых, например. вклеены в прорези, Цилиндрический световодный распределитель 14 служит для передачи оптических сигналов, например, от каждой платы 15 центрального процессора ко всем платам 16 запоминающих устройств, Распределитель 14 может быть выполнен, например, в виде набора одинаковых дисковых световодных распределителей 13.

При этом каждый последующий диск повернут относительно предыдущего на одну позицию, а между группами световодных распределительных дисков расположены фиксирующие диски, выполненные, например, в виде металлических дисков без световодов и имеющие на торце направляющие отверстия, Плата 15 центрального процессора представляет собой, например, диэлектрическое основание, на котором размещены как центральный процессор 10, так и части схемы коммутатора, состоящие из элементов 1...5, и обеспечивает разъемное соединение этих элементов цилиндрическим распределителем 14, Плата 16 запоминающего устройства представляет собой, например, основание, выполненное из диэлектрика. на котором размещены как запоминающее устройство

12, так и части схемы коммутатора, состоя щие из элементов 7 и обеспечивает разъемное соединение этих элементов с цилиндром 10. Для обеспечения прямой и обратной связи устройств 11 и 12 используются два многоканальных оптических коммутатора, при этом в 1-м (фиг. 3) оптическом коммутаторе 17-1; входные шины 10-1 ... 10и подключены к выходным шинам центральных процессоров 11-1 .„11-п, а выходные шины 9-1 ...9-пК соединены с входными шинами запоминающих устройств 12-1 ... 12-К.

Входные шиньг10-1 ... 10-и 2-го коммутатора

17-2 подключены к выходным шинам запоминающих устройств, а выходные шины 9-1: ... 9-пК 2-ro канала 17-2 соединены с соответствующими входными шинами центральных процессоров 11- l ... 11-п.

Оптический коммутатор работает следующим образом.

Предположим, что п(где и =2,3, „„N, N - число информационных входов коммутатора) центральных процессоров 10-1 ... 10-п необходимо одновременно и независимо коммутировать с К (где К = 1, 2. 3, ...) запоми- . нающими устройствами 12-1 ... 12-К. При этом каждый процессор 10 может обратиться к любому одному, подгруппе или ко всем

К запоминающим устройствам 12 одновременно. С другой стороны все процессоры 10 могут одновременно обратиться к одному, 1783580

30

40

55 подгруппе или ко всей группе запоминающих устройств 12, При этом предполагается, что во всех блоках 1 используются одинаковые группы 2-1 ... 2-m лазерных излучателей; каждая из которых содержит излучатели в количестве, например, равном числу P (где

Р = 1, 2, 3, ..., $, à S — максимальная разрядность передаваемого слова) одновременно передаваемых разрядов слова и излучающие на одной и той же длине волны, а каждый блок 7 состоит из набора и групп (линеек) 8-1 ... 8-и фотоприемников, содержащих по Р фотоприемников в каждой, т.е. всего р х и фотоприемников в каждой п-ой группе. От каждого n-ro процессора 10 группа Р электрических сигналов, отображающая информационное слово (возможно с временным уплотнением), поступает на соответствующий и-ый блок электрических шин 3-1 ... 3-m (где m = 2, 3, 4, ..., К/2), который размножает каждый электрический сигнал на число сигналов, равное числу m групп 2-1 „. 2-m лазерных излучателей в и-ом блоке 1, С каждой m-ой шины Зр электрических сигналов поступают íà m-Io группу 2 лазерных излучателей и при этом каждый р-й электрический сигнал поступает на соответствующий р-й лазерный излучательь.

Оптические сигналы от каждой m-ой группы 2 лазерных излучателей и-ого блока

1 поступают на соответствующии m-ый световодный разветвитель 5 n-ro блока 4, который размножает его на число оптических сигналов, равное числу r (где r = 2, 3, 4, .„, К/2) запоминающих устройств 12, с которыми устанавливает связь данная группа 5, разветвителей, С группы r-ых выходов каждого m-го разветвителя 5 n-ro блока 4р оптических сигналов через соответствующую группу световодов 6 поступают на соответствующую и-ю группу 7 фотоприемников rro блока 7, преобразующую оптические сигналы в электрические, которые и поступают в соответствующее запоминающее устройство 12.

Конструктивное выполнение оптического коммутатора показано на фиг. 2. Эта конструкция показана для -случая коммутирования одинакового количества центральных процессоров и запоминающих устройств. Платы 15 и 16 располагаются вокруг цилиндрического световодного распределителя 14, чередуясь через одну.

Стыковка плат 15 и 16 с цилиндром 14 осуществляется с помощью многоконтактных оптических разъемов, причем, например, его наконечники на цилиндре 14 выполнены жесткими, а на платах — плавающими. Для повышения точности стыковки диски 13 в цилиндре 14 разбиты на группы, между которыми располагаются фиксирующие диски (без световодов), имеющие направляющие отверстия. Соответствующие этим группам группы плавающих наконечников на платах

15 и 16 снабжены направляющими штырями для предварительной фиксации на фиксирующих дисках, Обратная передача информации из запоминающих устройств 12-1 ... 12-К в центральные процессоры 11-1 ... 11-и производится по второму коммутатору 17-2. (фиг. 3), который работает аналогично первому (17-1).

Формула изобретения

1, Многоканальный оптический коммутатор для запоминающих устройств, содержащий и (где и = 2, 3, ..., N, N-число информационных входов коммутатора) групп лазерных излучателей,. входы каждой и-й группы которых подключены к соответствующей п-й входной шине, выходы каждой и-й группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входа-, ми соответствующей и-й группы световодных разветвителей. каждая r-ная (где r = 2, 3, 4, „., К/2, К вЂ” максимальное число блоков фотоприемников) группа выходов которой через соответствующую группу световодов оптически связана с соответствующей и-й группой фотоприемников г-го блока фотоприемников, выходы которых являются информационными выходами коммутатора, отличающийся тем, что. с целью повышения быстродействия и надежности коммутатора, в него введены (n(m-1)) (где m

= 2, 3, 4...„К/2 групп лазерных излучателей, (и (m-1)) групп световодных разветвителей, причем каждая (и (m-1)) группа лазерных излучателей через соответствующие электрические шины соединена с соответствующей и-й входной шиной. выходы каждой (n*

«(m-1))-й группы лазерных излучателей оптически связаны с одноименными входами соответствующей (и « (гп-1Ц-й группы световодных разветвителей, каждая r-ная группа выходов которой через соответствующую группу световодов оптически связана с соответствующими входами и-й группы фотоприемников r-ro блока фотоприемников.

2. Коммутатор по и. I, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что группы световодов выполнены в виде групп дисковых световодных распределителей, разделенных фиксирующими дисками, в которых выполнены отверстия для фиксации направляющих оптических раэьемов, причем группы дисковых световодных распределителей и фиксирующие диски объединены соосно в единый цилиндриче1783580

1 ский световодный распределитель с возможностью их поворотов относительно общей оси с фиксацией на направляющих оптических разъемов. 5

3. Коммутатор по пп, 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что каждый дисковый света-..водный распределитель выполнен в виде дисковой подложки, на поверхности которой по хордам размещены световоды, на концах которых закреплены контактные оптические разьемы.

1783580

Я.

/И

D-2

Ю-m

1б-п

Г )!. !! ц

К! . !! !!!

Фиг.3

Составитель А.Вербовецкий

Текред M.Ìoðãåíòàë Корректор E,Ïàïï

Редактор

Заказ 4519 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул.Гагарина, 101