Оптическая интерфейсная сеть компьютерной периферии

 

Изобретение относится к компьютерной технике, а именно вычислительным устройствам, выполненным на оптоэлектронной элементной базе. Его применение в вычислительных устройствах позволяет получить технический результат в виде многократного повышения их производительности, помехозащищенности и отказоустойчивости в условиях воздействия мощных электромагнитных полей. Этот результат достигается благодаря использованию оптических методов передачи сигналов, применению схем оптического ввода-вывода сигналов для периферийных устройств, позволяющих резко повысить скорость передачи данных, а также за счет применения групповой шинной архитектуры, использующей в качестве передающей среды волоконные световоды и/или свободное пространство. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к компьютерной технике и может быть использовано для создания высокопроизводительных, отказоустойчивых, высоконадежных, обладающих большой живучестью, однопроцессорных и многопроцессорных оптоэлектронных и оптических персональных компьютеров, комплексов и систем.

Известна оптоэлектронная вычислительная система [1], содержащая блоки памяти, оптические интерфейсы памяти, процессорный блок, оптические процессорные интерфейсы, процессорные блоки ввода-вывода, оптические интерфейсы ввода-вывода, узлы управления селекторными и мультиплексными блоками, оптические интерфейсы периферии, селекторные и мультиплексные периферийные блоки. Основным недостатком данной структуры является сложность ее применения в персональных компьютерах.

Наиболее близким устройством к предлагаемому является внешний интерфейс персонального компьютера типа USB [2], содержащий хост - компьютер, "хабы", "функции" и электрические кабели. Основными недостатками данного интерфейса являются его низкая пропускная способность, недостаточная возможность удаленности периферии и невысокая надежность.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности, помехозащищенности, надежности, живучести компьютерных систем, удаленности их периферии, а также расширение их функциональных возможностей и сфер их применения.

Это достигается тем, что в оптическую интерфейсную сеть компьютерной периферии, содержащую компьютерный контроллер интерфейсной сети и контроллеры периферийных устройств, введены оптические приемопередающие узлы, оптические концентраторы и световодные шнуры, причем вход-выход компьютерного контроллера интерфейсной сети через последовательно расположенные и оптически связанные компьютерный оптический приемопередающий узел и компьютерный световодный шнур связан с первым входом-выходом компьютерного оптического концентратора, второй вход-выход которого через световодный шнур оптически связан с первым входом-выходом первого периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам компьютерного оптического концентратора через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемопередающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств, второй вход-выход первого периферийного оптического концентратора через световодный шнур оптически связан с первым входом второго (следующего) периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам первого периферийного оптического концентратора через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемопередающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств, причем второй выход каждого предыдущего периферийного оптического концентратора оптически связан через соответствующий световодный шнур с первым входом соответствующего следующего периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам которого через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемопередающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств, второй выход предпоследнего оптического концентратора оптически связан через световодный шнур с первым входом последнего периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам которого через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемопередающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств.

А также тем, что в оптической интерфейсной сети разные световодные шнуры могут содержать различное число М (где М=1, 2, 3, ...) оптических каналов и различные типы коннекторов.

А также тем, что в оптической интерфейсной сети разные оптические концентраторы устройства могут состоять из оптических разветвителей, спектральных или поляризационных мультиплексоров в любом соотношении, которые могут содержать различное число М (где М=1, 2, 3, ...) оптических магистралей и портов, выполненных в виде световодов или свободного пространства.

А также тем, что в оптической интерфейсной сети разные оптические приемопередающие узлы могут быть выполнены на основе различных оптических, спектральных или поляризационных источников и соответствующих приемников излучения, на основе фотоприемных элементов, которые содержат различное число К (где К=0, 1, 2, 3, ...) излучателей и фотоприемных элементов.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство, обладающее более чем в 100 раз большей производительностью, помехозащищенностью, надежностью и обладающее более широкими функциональными возможностями и более широкой сферой применения.

Сущность изобретения заключается в создании компьютерной периферийной интерфейсной сети нового поколения. Она создана на основе использования оптических методов передачи сигналов, применения оригинальных схем оптического ввода-вывода сигналов в различные электронные, оптоэлектронные и оптические блоки периферийных устройств и блоки системной платы компьютера, а также применения групповой шинной архитектуры, использующих в качестве передающей среды свободное пространство и/или волоконные световоды.

Предлагаемая оптическая периферийная интерфейсная сеть позволяет вести обмен сигналами между любыми парами, группами или всеми абонентами блоков персонального компьютера параллельно и одновременно; сократить число магистралей в шинах вплоть до одной оптической; резко повысить собственную тактовую частоту - все это приводит к повышению производительности, помехозащищенности, надежности и живучести персональных компьютеров и систем, построенных на их основе, а также расширяет их функциональные возможности и сферу применения.

Таким образом, предложенная интерфейсная сеть для периферии персонального компьютера обладает свойствами, не присущими известным устройствам. Это объясняется новой совокупностью существенных признаков и новыми связями, изложенными выше.

Сравнение предлагаемого устройства с известными свидетельствует о соответствии его критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков предлагаемого устройства - о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена функциональная схема оптической интерфейсной сети компьютерной периферии.

Оптическая интерфейсная сеть компьютерной периферии содержит компьютерный контроллер 1, компьютерный оптический приемопередающий узел 2, компьютерный световодный шнур 3, компьютерный оптический концентратор 4, световодные шнуры 5-7, оптические приемопередающие узлы 8, 9 периферийных контроллеров 10, 11, периферийные контроллеры 12-14 с оптическими приемопередающими узлами 15-17, световодные шнуры 18-20, периферийные оптические концентраторы 21-23, световодные шнуры 24-31, оптические приемопередающие узлы 32-37 периферийных контроллеров 38-43.

Компьютерный контроллер 1 может состоять, например, из одного или группы контроллеров различного функционального назначения, которые могут иметь, например, различное физическое исполнение, например электронное, оптоэлектронное или оптическое.

Компьютерный оптический приемопередающий узел 2 служит для преобразования, например, входных электронных или оптических сигналов в оптические (передающая часть узла) и оптических в электронные (приемная часть узла). В случае входных электронных сигналов передающая часть этого узла может быть выполнена, например, в виде одного, линейки или матрицы лазерных диодов или светодиодов, каждый из которых излучает, например, на своей длине волны λ_i, где i= 1, 2, 3... р, при этом р - максимальное число сигналов, передаваемых параллельным кодом, а при передаче сигналов последовательно-параллельным кодом последовательные оптические сигналы передаются, например, каждым лазерным диодом на различных длинах волн λ_j, (где j=1, 2, 3... s, s - максимальное число сигналов, передаваемых последовательным кодом), отличных от длин волн оптических сигналов, которые передаются параллельным кодом. В качестве источника излучения может использоваться также лазерный диод с перестраиваемой длиной волны. Оптические сигналы с этого узла могут преобразовываться и передаваться в виде оптических сигналов на одной и той же длине волны. В случае если на входы передающей части узла поступают оптические сигналы, то на их входах дополнительно могут располагаться, например, один, линейка или матрица фотоприемников или между входом и выходом могут располагаться световоды и другие пассивные оптические элементы. Приемная часть узла 2 служит для формирования входных сигналов компьютерного контроллера в виде электрических или оптических сигналов в зависимости от физического выполнения контроллера и может быть выполнена, например, на основе световодной (волоконной и/или интегральной) оптики с использованием дифракционных решеток, спектральных или поляризационных фильтров, спектральных мультиплексоров, оптических конверторов и/или одного, и/или линейки, и/или матрицы фотоприемников при электрическом выходе или одном, и/или линейки, и/или матрицы лазерных диодов или светодиодов при оптическом выходе.

Компьютерный световодный шнур 3 служит для передачи оптических сигналов между компьютерным оптическим приемопередающим узлом 3 и компьютерным оптическим концентратором, может содержать одну единственную или несколько оптических магистралей, выполненных в виде одного или нескольких световодов (волоконных и/или интегральных), разветвителей или свободного пространства и оптических разъемов.

Компьютерный оптический концентратор 4 предназначен для размножения и объединения всех или определенной группы временных и/или спектральных оптических сигналов из множества групп временных и/или спектральных оптических сигналов, распространяющихся по оптическим шинам, и формирования входных-выходных оптических сигналов для всех соответствующих периферийных узлов в зависимости от их физического выполнения и способов индивидуального обмена информацией. Этот концентратор может быть выполнен, например, на основе световодной (волоконной и/или интегральной) оптики или свободного пространства с использованием оптических разветвителей, дифракционных решеток, спектральных, поляризационных фильтров, а также спектральных мультиплексоров и демультиплексоров.

Световодные шнуры 5-7, 18-20, 24-31 служат для передачи оптических сигналов и могут быть выполнены, например, на основе световодной техники: волоконных, интегральных световодов, свободного пространства, оптических разъемов.

Оптические приемопередающие узлы 8, 9, 15-17, 24-31 периферийных контроллеров 10-14, 38-43 служат для обмена оптическими сигналами с компьютерным контроллером 1 и могут иметь выполнение, аналогичное компьютерному приемопередающему узлу 2.

Периферийные оптические концентраторы 21-23 выполняют функции, аналогичные процессорному оптическому концентратору 4, и могут иметь аналогичное выполнение.

Оптическая интерфейсная сеть компьютерной периферии работает следующим образом. Компьютерный контроллер 1, передавая информацию, посылает ее соответствующим периферийным контроллерам, например, из числа 10-14, 38-43, изображенных на фиг. 1, в виде, например, электронных сигналов, которые компьютерным оптическим приемопередающим узлом 2 представляются в виде оптических сигналов необходимого типа, например, с временным и/или спектральным уплотнением.

Эти оптические сигналы через компьютерный световодный шнур 3 поступают на компьютерный оптический концентратор 4, который направляет их и/или на оптические приемопередающие узлы 8, 9 периферийных контроллеров 10, 11, подключенные непосредственно к компьютеру, и/или через световод 7 поступают во внешнюю часть оптической интерфейсной сети. Внешняя часть оптической интерфейсной сети состоит из множества последовательно соединенных при помощи световодных шнуров 7, 26, 29 оптических концентраторов 21, 22, ... 23 вместе с подключенной к ней периферийной аппаратурой.

Вся переданная компьютерным контроллером 1 информация в виде оптических сигналов одновременно и независимо, с временным и/или со спектральным уплотнением распространяется по соответствующим оптическим концентраторам 21, 22, . . . 23 и через соответствующие их световодные шнуры 18-20, 24-31 поступает на соответствующие оптические приемопередающие узлы 15-17, 32-37 периферийных контроллеров 12-14, 38-43, принимающих эти данные.

Приемные части оптических приемопередающих узлов 15-17, 32-37 периферийных контроллеров 12-14, 38-43 настраиваются управляющими сигналами на прием определенного типа оптических сигналов или пассивно принимают только определенный тип оптических сигналов, например, по времени, коду или спектру, от определенных источников информации, с которыми компьютер производит сеанс связи. Затем выделенные группы оптических сигналов оптическими приемопередающими узлами 15-17, 32-37 преобразуются в тот родной вид сигналов, которые необходимы соответствующим периферийным контроллерам для управления работой соответствующего периферийного устройства.

Аналогично осуществляется обратная связь любого периферийного устройства с компьютером, при этом оптические сигналы обратной связи каждого устройства могут следовать параллельно, одновременно и независимо от сигналов прямой связи данного устройства и от прямых и обратных сигналов других устройств.

Следует отметить, что передача информации по всем оптическим трактам оптической интерфейсной сети может осуществляться оптическими сигналами: с временным или со спектральным уплотнением; одновременно со спектральным и временным уплотнением; параллельным, параллельно-последовательным или последовательным кодом. При этом все сеансы связи компьютера со всеми периферийными устройствами могут осуществляться параллельно и одновременно, или параллельно - последовательно между различными группами абонентов с разделением во времени.

Использование изобретения позволит реализовать оптическими методами оперативную связь между компьютером и его разнообразной и многочисленной периферией, увеличив более чем в 100 раз производительность компьютерных систем, помехозащищенность, надежность, живучесть и удаленность периферии, а также расширит их функциональные возможности и сферу применения. Такие оптоэлектронные компьютерные системы могут широко применяться в разнообразных радиолокационных, радионавигационных и других радиоэлектронных системах, а также в различной интеллектуальной аппаратуре и системах управления различного назначения, в том числе и бытовой как наземного, так и бортового базирования.

Источники информации 1. Патент 2155367 (Россия), МКИ G 06 E 1/00, 3/00, G 06 J 3/00, 5.08.1999.

2. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. - СПб.: Питер, 1999 г., с. 708-723.

Формула изобретения

1. Оптическая интерфейсная сеть компьютерной периферии, содержащая компьютерный контроллер интерфейсной сети и контроллеры периферийных устройств, отличающаяся тем, что в сеть введены оптические приемопередающие узлы, оптические концентраторы и световодные шнуры, причем вход-выход компьютерного контроллера интерфейсной сети через последовательно расположенные и оптически связанные компьютерный оптический приемопередающий узел и компьютерный световодный шнур связан с первым входом-выходом компьютерного оптического концентратора, второй вход-выход которого через световодный шнур оптически связан с первым входом-выходом первого периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам компьютерного оптического концентратора через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемопередающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств, второй вход-выход первого периферийного оптического концентратора через световодный шнур оптически связан с первым входом второго (следующего) периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам первого периферийного оптического концентратора через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемо-передающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств, причем второй выход каждого предыдущего периферийного оптического концентратора оптически связан через соответствующий световодный шнур с первым входом соответствующего следующего периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам которого через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемопередающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств, второй выход предпоследнего оптического концентратора оптически связан через световодный шнур с первым входом последнего периферийного оптического концентратора, к остальным входам-выходам которого через соответствующие световодные шнуры оптически подключены оптические приемопередающие узлы контроллеров соответствующих периферийных устройств.

2. Оптическая интерфейсная сеть по п.1, отличающаяся тем, что разные ее световодные шнуры могут содержать различное число М (где М=1, 2, 3,...) оптических каналов и различные типы коннекторов.

3. Оптическая интерфейсная сеть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что разные оптические концентраторы устройства могут состоять из оптических разветвителей, спектральных или поляризационных мультиплексоров в любом соотношении, которые могут содержать различное число М (где М=1, 2, 3,...) оптических магистралей и портов, выполненных в виде световодов или свободного пространства.

4. Оптическая интерфейсная сеть по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что разные оптические приемопередающие узлы могут быть выполнены на основе различных оптических, спектральных или поляризационных источников и соответствующих приемников излучения, на основе фотоприемных элементов, которые содержат различное число К (где К=0, 1, 2, 3,...) излучателей и фотоприемных элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1