Коммуникационный процессор

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для построения коммуникационной среды со связями различного типа. Техническим результатом является обеспечение возможности использования различных типов внешних линий связи при передаче данных и уменьшение задержки при передаче данных. Для этого коммуникационный процессор содержит блоки связи по непосредственным и магистральным связям, блок управления, блок настройки среды, блок маршрутизации, внутреннюю среду обмена. 4 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для построения коммуникационной среды (КСр) со связями различного типа.

Известна структура аппаратных средств, предназначенных для построения произвольной коммуникационной среды, которая используется для обмена данными по выделенным линиям связи с соединением типа «один-к-одному» (непосредственные связи), содержащая центральный блок управления, внутреннюю память и процессор ввода/вывода, включающий контроллер прямого доступа в память и приемопередающие блоки. Каждый приемопередающий блок предназначен для приема и передачи данных по внешним линиям связи. Данные читаются из буферов и пишутся в буферы под управлением канала прямого доступа или центрального блока управления во внутреннюю память [1].

Недостатком такого устройства является наличие общей шины, соединяющей значительное число однотипных приемопередающих блоков, что предполагает большую задержку внутри узла и, как следствие, значительное увеличение времени передачи данных по коммуникационной среде при использовании такого устройства в качестве узла.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, состоящее из центрального блока управления, внутренней памяти и внутренней коммутационной структуры, соединяющей приемопередающие блоки [2].

Недостатком такого устройства является возможность использования связей только одного типа - «один-к-одному». Еще одним недостатком является организация обмена данными только через общую внутреннюю память.

Предметом изобретения является коммуникационный процессор (КП), в котором используются два типа приемопередающих модулей, использующихся для работы с внешними линиями связей двух типов - непосредственными («один-к-одному») и магистральными (соединяющими несколько процессоров одной общей шиной). Коммуникационный процессор также обеспечивает возможность передачи данных без записи их во внутреннюю память. При этом производится реконфигурация внутренней коммутационной структуры на соединение двух приемопередающих модулей, через которые проходят данные.

Целями изобретения являются: 1) обеспечение возможности использования внешних линий связи различного типа при передаче данных; 2) уменьшение задержки при передаче данных.

Поставленные цели достигаются тем, что коммуникационный процессор обеспечивает возможность передачи данных как по непосредственным, так и по магистральным связям. Для этого его структура содержит два типа приемопередающих модулей (блоков связи). Уменьшение задержки при передаче обеспечивается применением внутренней среды обмена с возможностью создания любых парных связей между блоками связи (передача данных без участия центрального блока управления и блока маршрутизации), а также использованием быстрой (относительно непосредственных связей) передачи данных по магистральным связям.

В научно-технической и патентной литературе коммуникационный процессор с подобной структурой не выявлен, что дает возможность сделать вывод о соответствии заявленного структурного решения критериям «новизна» и «существенные отличия».

Коммуникационный процессор состоит из блоков связи по непосредственным и магистральным линиям, блока связи с обрабатывающим процессором, внутренней среды обмена (совместно с блоком настройки среды), которая представляет собой коммутационную структуру, соединяющую все элементы КП, участвующие в процессе передачи данных, внутренней памяти (для хранения принимаемых сообщений в случае невозможной их мгновенной передачи), блока управления и блока маршрутизации.

На фиг.1 представлена структурная схема коммуникационного процессора. Цифрами обозначены: 1 - блок связи по непосредственным связям; 2 - блок связи по магистральным связям; 3 - блок связи с обрабатывающим процессором; 4 - внутренняя среда обмена; 5 - внутренняя память; 6 - блок маршрутизации; 7 - блок управления; 8 - блок настройки внутренней среды; 9 - шина управления.

На фиг.2 представлена структура блока связи по непосредственным связям. Цифрами обозначены: 10 - блок сопряжения с внешней средой А; 11 - буфер передачи; 12 - буфер приема; 13 - блок местного управления А.

На фиг.3 представлена структура блока связи по магистральным связям. Цифрами обозначены: 14 - блок сопряжения с внешней средой В; 15 - буфер передачи; 16 - буфер приема; 17 - блок местного управления В.

На фиг.4 представлена структура блока связи с обрабатывающим процессором. Цифрами обозначены: 18 - регистр передачи; 19 - буфер приема; 20 - блок местного управления С.

Описание структуры коммуникационного процессора.

Блоки связи предназначены для сопряжения КП с внешними линиями связи и промежуточной буферизации принимаемых или передаваемых данных, которые представляются в виде сообщений.

В КП используются три типа блоков связей: для непосредственных связей (БСНС) 1, для магистральных связей (БСМС) 2 и блок связи с обрабатывающим процессором (БСОП) 3. Они присоединяются к шине управления 9 и внутренней среде 4. Они имеют отличия в структуре, связанные с различной организацией доступа к внешним линиям передачи данных (исходя из их различного типа).

На внутреннюю среду обмена 4 ложится основная нагрузка по передаче данных. В целях обеспечения минимальной задержки передачи сообщений в качестве коммутационной структуры внутренней среды предлагается использовать полный координатный переключатель, реализующий любые парные соединения без конфликтов. Для коммутации определенного набора входов и выходов внутренней среды используется блок настройки среды 8, которые управляется непосредственно блоком управления 7. Пространственная коммутация внутренней среды обмена позволяет отказаться от какой-либо внутренней шины адреса, для выбора устройств. И с помощью нее происходит коммутация только шин данных и линий синхронизации между внутренними блоками, ведущими обмен. Также такая организация внутренней среды обмена позволяет создать постоянные каналы связи между определенными блоками связи по непосредственным связям, с помощью которых скоммутированные блоки связи обмениваются сообщениями друг с другом без участия блока управления 7 и без использования блока маршрутизации 6, что существенно уменьшает задержку при передаче сообщений.

Внутренняя память 5 присоединяется к внутренней среде обмена 4, шине управления 9, блоку управления 7 и представляет собой оперативное запоминающее устройство (адрес и сигналы чтения и записи формирует блок управления). Сообщение заносится во внутреннюю память в том случае, если все блоки связи, которые определяются блоком маршрутизации при определении направления движения сообщения по коммуникационной среде, заняты.

Блок маршрутизации 6 присоединяется к внутренней среде обмена 4, шине управления 9, блоку управления 7 и предназначен для определения оптимального направления передачи сообщения на основе его адресной и управляющей информаций (адреса получателя, типа сообщения и «оставшегося времени жизни» - это поля передаваемого сообщения). При малом «оставшемся времени жизни» приоритетной передачей считается передача по магистрали.

Управляющие функции возложены на блок управления 7, присоединенного к шине управления 9, который обрабатывает оповестительные сигналы от блоков связей всех типов и координирует синхронную работу остальных узлов, а также непосредственно присоединен к блоку маршрутизации 6, внутренней памяти 5 и блоку настройки среды 8.

Описание структуры блока связи по непосредственным связям.

Блок сопряжения со средой А 10 предназначен либо для формирования всех необходимых сигналов на внешних линиях (при передаче), либо для анализа линий связи (при приеме). Он соединен с буферами приема 12 и передачи 11. Необходимо заметить, что непосредственная связь (внешняя) представляет собой совокупность линий для однонаправленной передачи, а наличие одновременно буферов приема и передачи необходимо для повышения скорости обмена, т.к. во время приема данных по внешней линии можно одновременно подготавливать данные для передачи в буфере передачи, а когда прием будет завершен, сразу переключиться на передачу и начать выдачу данных из блока передачи с одновременной обработкой принятых данных из буфера приема.

Исходя из того, что внешние линии непосредственных связей предназначены для полудуплексного обмена (в любой момент времени только один из пары БСНС на концах внешней линии непосредственной связи может начать передачу, т.е. применяется система «ведущий- ведомый»), то для доступа к среде в данном случае ведомый запрашивает у ведущего разрешения стать ведущим при помощи дополнительной внешней сигнальной линии.

Блок местного управления А 13 состоит из двух блоков формирования адреса для буферов передачи и приема, а также содержит блок формирования и анализа управляющих сигналов, в задачу которого входит обмен управляющими сигналами с блоком управления 7 через шину управления 9.

Описание структуры блока связи по магистральным связям.

Его структура сходна со структурой БСНС, за исключением того, что блок сопряжения со средой В 14 (БСМС) имеет функциональные отличия от блока сопряжения со средой А 10 (БСНС), т.к. используется другой способ доступа к среде с арбитражем магистрали. Этот способ доступа состоит в том, что каждому из КП, присоединенных к данной магистрали, жестко назначается уникальный номер, начиная с 1. Этот номер определяет приоритет доступа данного КП к магистрали. Арбитр магистрали (КП, который в настоящий момент управляет магистралью, т.е. имеет право передавать) после завершения передачи данных выдает на линию синхронизации импульсы, анализируя линию занятости магистрали. Если после i-го импульса на линии занятости магистрали появился активный уровень (т.е. КП с номером (приоритетом) i сигнализирует о желании занять магистраль), то он прекращает операцию арбитража и переключает все линии, которые находились в состоянии «запись» (были под его управлением), в режим чтения, передавая управление магистралью новому арбитру.

Описание структуры блока связи с обрабатывающим процессором. Обмен информацией между коммуникационным и обрабатывающим процессором ведется на незначительные расстояния (они оба могут быть конструктивно выполнены на одном кристалле) и для обмена используется двунаправленный синхронный обмен, поэтому в БСОП отсутствует какой-либо блок сопряжения со средой. Принимаемые и выдаваемые блоком связи данные буферизируются, т.е. имеются буфер передачи 18 и буфер приема 19. Блок управления 20 соединен через шину управления КП 9 с блоком управления КП 7.

Описание принципа работы коммуникационного процессора.

Сообщение поступает по внешней линии связи в один из блоков связи. Оно принимается в буфер приема данного блока связи. После получения всех необходимых для проведения маршрутизации полей сообщения (адрес получателя сообщения и тип сообщения), которые передаются в первую очередь (находятся в самом начале сообщения), блок местного управления по шине управления 9 выдает блоку управления 7 сигнал о необходимости проведения маршрутизации. Блок управления 7 при помощи блока настройки среды 8 (он представляет собой обычный регистр, смена значения которого перенастраивает мультиплексоры внутренней среды обмена на нужную комбинацию соединений «вход-выход»), коммутирует данный блок связи и блок маршрутизации 6 при помощи внутренней среды обмена 4 и по шине управления 9 выдает сигнал блоку местного управления о разрешении передачи адреса получателя и типа сообщения в блок маршрутизации 6. Внутренняя среда обмена коммутирует как линии данных, так и линии синхронизации, причем источником синхросигналов при передаче является сам передающий сообщение блок. После завершения передачи в блок маршрутизации адресной информации автоматически начинается процедура маршрутизации. Блок маршрутизации представляет собой комбинационную схему, входными данными которой являются адресная информация сообщения и слово состояния блоков связи, а выходными - номер блока связи (либо код, соответствующий внутренней памяти), куда необходимо передать текущее сообщение. После завершения процедуры маршрутизации блок маршрутизации 6 передает блоку управления 7 номер блока связи, в который необходимо передать полученное сообщение для его дальнейшей передачи по коммуникационной среде или сигнализирует о необходимости передачи сообщения во внутреннюю память 5, в случае, если найденный блок связи занят передачей в данный момент. В это же время сообщение продолжает приходить в буфер приема блока связи, и после того как оно полностью принято и нет ошибки контрольной суммы (в случае ошибки блок связи по внешней линии сигнализирует об этом, а блок управления 7 прекращает процедуру обработки данного сообщения) блок управления 7 при помощи блока настройки среды 8 коммутирует исходный блок связи с принятым сообщением и приемник сообщения (блок связи или внутренняя память) и по шине управления 9 выдает сигнал блоку местного управления о разрешении передачи. При поступлении данных в буфер приема блока связи блок местного управления начинает пытаться получить доступ к среде, и после получения доступа передает сообщение по внешней линии.

В случае, когда нет запросов от блоков связи о пришедших сообщениях, блок управления 7 анализирует внутреннюю память 5 на предмет наличия неотправленных сообщений. Если есть хотя бы одно сообщение и соответствующий ему блок связи свободен (не занят передачей), то сообщение передается этому блоку связи для передачи.

Создание, разрушение и передача данных по постоянным каналам происходят следующим образом.

Создание канала производится при помощи сообщения с соответствующим признаком в поле типа сообщения. Создание канала производится только тогда, когда блок связи, определенный блоком маршрутизации 6 для дальнейшей передачи пакета, свободен. При этом происходит коммутация блока связи, который принял сообщение и блока связи, определенного блоком маршрутизации 6. Последующие сообщения передаются по каналу без участия блока управления 7 и блока маршрутизации 6. После создания канала любое слово сообщения по приходу в буфер приема входного блока связи сразу же передается через внутреннюю среду обмена 4 в буфер передачи соединенного с ним выходного блока связи канала и выдается по внешней линии. Однако сообщение всегда целиком принимается в буфер приема входного блока связи, и каждый раз происходит анализ поля типа сообщения на предмет появления сообщения, сигнализирующего о необходимости разрушить канал. При появлении данного сообщения блок связи (его блок местного управления через шину управления 9) посылает сигнал блоку управления 7 о разрушении канала, т.е. об освобождении блоков связи занятых каналом, которые в дальнейшем опять могут быть использованы для передачи произвольных сообщений.

Источники информации, принятые во внимание

1. Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры, «Нолидж», СПб, 1998, с.153.

2. Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры, «Нолидж», СПб, 1998, с.174.

Коммуникационный процессор, состоящий из блоков связи по непосредственным связям и блока управления, подсоединенных к шине управления, и внутренней среды обмена, подсоединенной к блоку управления и блокам связи по непосредственным связям, отличающийся тем, что дополнительно содержит блоки связи по магистральным связям, соединенные с шиной управления и с внутренней средой обмена, а также блок настройки среды, предназначенный для коммутации внутренней среды на заданный набор входов и выходов, и блок маршрутизации, присоединенный к внутренней среде обмена и шине управления и предназначенный для определения оптимального направления передачи сообщения на основе его адресной информации, при этом внутренняя среда обмена предназначена для организации каналов передачи данных между любыми парами блоков связи по непосредственным и магистральным связям и выполнена в виде координатного переключателя, упомянутый блок управления предназначен для обработки оповестительных сигналов с упомянутых блоков связей и координации синхронной работы блоков связи по непосредственным связям, блоков связи по магистральным связям и внутренней среды обмена, каждый упомянутый блок связи по непосредственным связям предназначен для формирования сигналов на внешних линиях при передаче сообщений, анализа линий связи при приеме сообщений, обмена управляющими сигналами через шину управления и коммутации каналов при непосредственном соединении одного блока связи по непосредственным связям с другим блоком связи по непосредственным связям, каждый упомянутый блок связи по магистральным связям предназначен для формирования сигналов на внешних линиях при передаче сообщений, анализа линий связи при приеме сообщений и обмена управляющими сигналами через шину управления