Вычислительная система
(19)SU(11)873804(13)A1(51) МПК 5 G06F15/16(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:
(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Изобретение относится к вычислительной технике и служит для обработки информации, поступающей от внешних абонентов. Известна вычислительная система [1], содержащая вычислительные машины, каналы, устройства сопряжения и внешние абоненты. Недостатком этой системы является низкая надежность и производительность, выполняемых одной вычислительной машиной, другой вычислительной машине с сохранением возможности обмена информацией со всеми необходимыми внешними абонентами системы. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является вычислительная система [2], содержащая центральные процессоры, блоки памяти, периферийные процессоры, составляющие группу высокопроизводительных устройств, внешние устройства унифицированного сопряжения, объединяющие высокопроизводительные устройства, и устройство унифицированного сопряжения, объединяющее внешние устройства. Недостатком этой системы является низкая производительность и надежность, так как отсутствует возможность перераспределения задачи между вычислительными машинами системы и возможность передачи функций одной машины другой с обеспечением возможности обмена информацией со всеми необходимыми внешними абонентами. Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в вычислительную системы, содержащую N цифровых вычислительных машин (ЦВМ), N каналов ввода-вывода, N блоков электропитания, N групп устройств сопряжения, N
M внешних абонентов (М - число внешних абонентов в группе) и блок управления, причем первый вход-выход ЦВМ соединен с соответствующим входом-выходом блока управления, второй вход - выход ЦВМ соединен с первым входом-выходом соответствующего канала ввода-вывода, первый выход ЦВМ соединен с входом соответствующего блока электропитания, второй вход-выход канала ввода-вывода соединен с первым входом-выходом устройств сопряжения соответствующей группы, второй вход-выход устройства сопряжения соединен с входами-выходами внешних абонентов соответствующей группы, введены N адаптеров, N блоков приоритета и N коммутаторов, причем один вход-выход адаптера соединен с вторым входом-выходом соответствующего канала ввода-вывода, другие входы-выходы одного адаптера соединены с соответствующими выходами других адаптеров, запускающий вход блока приоритета соединен с выходом соответствующего канала ввода-вывода, запросные входы блока приоритета соединены с выходами устройства сопряжения соответствующей группы, выходы блока приоритета соединены с первыми входами устройств сопряжения соответствующей группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующего коммутатора, выход блока электропитания и второй выход ЦВМ соединены с входами соответствующего коммутатора, а каждый вход-выход группы входов-выходов блока управления соединен с вторым входом-выходом соответствующего устройства сопряжения. Поставленная цель достигается также тем, что адаптер содержит блок коммутации информации, N блоков сопряжения, схему сравнения адресов и блок микропрограммного управления, причем первые входы-выходы блоков сопряжения соединены с соответствующими входами-выходами блока коммутации информации, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом схемы сравнения адресов и с первым выходом блока микропрограммного управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом одного из блоков сопряжения и с первым входом схемы сравнения адресов, второй вход которой соединен с выходом одного из блоков сопряжения, вторые входы-выходы блоков сопряжения являются входами-выходами адаптера, и тем, что блок управления содержит коммутатор, входы-выходы которого являются группой входов-выходов блока, наборный блок, первая группа выходов которого через дешифратор соединена с группой входов коммутатора, блок сопряжения, входы-выходы которого являются соответствующими входами-выходами блока, а группа выходов соединена с группой входов коммутатора, регистр состояний, регистр прерываний и блок индикации, вход которого и первый вход регистра прерываний соединены с выходом регистра состояний, вход которого соединен с выходом коммутатора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом наборного блока и выходом регистра прерываний, второй вход которого соединен с вторым выходом наборного блока, вторая группа выходов которого соединена с группой входов блока сопряжения. На фиг.1 изображена структурная схема вычислительной системы; на фиг.2 - структурная схема адаптера; на фиг.3 - схема блока управления; на фиг.4 - схема блока микропрограммного управления адаптера; на фиг.5 - схема блока сопряжения адаптера. Вычислительная система содержит (см. фиг.1) блок 1 управления, цифровые вычислительные машины (ЦВМ) 2, каналы 3 ввода-вывода, блоки 4 электропитания, коммутаторы 5, адаптеры 6, блоки 7 приоритета, устройство 8 сопряжения, внешние абоненты 9. Адаптер содержит (см. фиг.2) блоки 10 сопряжения, схему 11 сравнения адресов, блок 12 микропрограммного управления, блок 13 коммутации информации. Блок управления может быть выполнен в виде (см. фиг.3) коммутатора 14, дешифратора 15, наборного блока 16, блока 17 индикации, регистра 18 состояний, регистра 19 прерываний, коммутатора 20 и блока 21 сопряжения. Блок микропрограммного управления адаптера может быть выполнен в виде (см. фиг. 4) буферного регистра 22, регистра 23 состояния, регистра 24 адреса, памяти микропрограмм 25, регистра 26 микрокоманд, дешифратора 27. Блок сопряжения адаптера может быть выполнен в виде (см. фиг.5) узла 28 выходных усилителей, узла 29 входных усилителей и триггера 30. Блок 1 управления предназначен для организации работы вычислительной системы формирует ее конфигурацию, через него осуществляется отключение неисправных ЦВМ и перераспределение их функций, связь устройства сопряжения и внешних абонентов различных групп. ЦВМ 2 ведут обработку поступающей от абонентов информации и выдачу им результатов отработки. Канал 3 предназначен для организации и выполнения процедур обмена информацией. Блоки 4 электропитания обеспечивают выработку различных номиналов питающих напряжений. Коммутаторы 5 предназначены для подключения питающего напряжения от блоков электропитания к устройствам сопряжения в зависимости от сигналов с блока управления. Адаптеры 6 обеспечивают организацию межмашинного обмена информацией, Блоки 7 приоритета служат для организации приоритетного обслуживания устройств сопряжения, подключенных к одному каналу. Устройства 8 сопряжения предназначены для организации обмена информацией между каналом, имеющим некоторый стандартный интерфейс ввода-вывода, и различными по алгоритму и скоростям работы внешними абонентами, имеющими различные выходные интерфейсы или не имеющие таковых. Внешние абоненты 9 служат источниками и потребителями информации. Адаптеры 6 включают в себя блоки 10 сопряжения, предназначенные для сопряжения данного адаптера с каналом ЦВМ и другими адаптерами, схему 11 сравнения адресов, служащих для приема и сравнения адреса направления передачи информации, блок 12 микропрограммного управления, предназначенный для управления работой адаптера, блок 13 коммутации информации, служащий для коммутации потоков информации в зависимости от адреса направления и сигналов от блока микропрограммного управления. Для пояснения сущности работы вычислительной системы рассмотрим в качестве примера один из возможных режимов ее работы (для четырех ЦВМ). В этом случае две ЦВМ 2 считаются основными и решают зависимые или независимые задачи. Каждая из основных ЦВМ 2 имеет по одной резервной ЦВМ 2. Резервные ЦВМ 2 находятся в режиме горячего резерва. В ходе работы основные ЦВМ 2 через некоторые промежутки времени обмениваются информацией с резервными ЦВМ 2 и, если это необходимо, между собой через каналы 3 и адаптеры 6. При выборе конфигурации системы напряжение электропитания от блоков 4 электропитания подается к устройствам 8 сопряжения и внешним абонентам 9, которые соединены с каналами 3 основных ЦВМ 2, а через них и к группе внешних абонентов 9, подключенных к устройству 8 сопряжения резервной ЦВМ 2, которое через блок 1 управления подключено к устройству 8 сопряжения основной ЦВМ 2. К устройству 8 сопряжения резервных ЦВМ 2 электропитание не подается. Таким образом, в каждый момент времени вне внешние абоненты 9 могут быть подключены к работающим ЦВМ 2. При выходе из строя одной из основных ЦВМ 2 с помощью блока 1 управления производится отключение этой ЦВМ 2 от основной работы, переключение резервной ЦВМ 2 из режима горячего резерва в рабочий режим, отключение напряжения электропитания от устройства 8 сопряжения, связанного с неисправной ЦВМ 2, и подключение напряжения электропитания к другим устройствам 8 сопряжения, связанным с резервной ЦВМ 2. Кроме того, если необходимо, производится переключение через блок 1 управления и внешних абонентов 9 так, чтобы внешние абоненты 9, подключенные ранее через устройство 8 сопряжения к каналу 3 неисправной ЦВМ, теперь работали на исправную ЦВМ 2. Таким образом, несмотря на выход из строя одной ЦВМ 2 система продолжает выполнять свои функции, обмен информацией ведется между всеми необходимыми внешними абонентами 9 и ЦВМ 2 системы. С помощью блоков 7 приоритета устанавливаются приоритеты устройств 8 сопряжения и внешних абонентов 9. В ходе работы системы информации от внешних абонентов 9 поступает через устройства 8 сопряжения и каналы 3 в память основных ЦВМ 2. По мере необходимости (необходимость определяется конкретным алгоритмом работы системы) основные ЦВМ 2 настраиваются на передачу информации в резервные ЦВМ 2. Обмен между ЦВМ 2 идет через адаптеры 6. Адаптер 6 подключен к каналу на правах устройства 8 сопряжения (имеет свои адреса и работает по стандартным командам канала 3). Каждый адаптер 6 имеет (N-1) направление передачи информации (N - число ЦВМ в системе). Каждое направление представляет собой некоторый интерфейс межмашинного обмена. Интерфейс межмашинного обмена аналогичен интерфейсу ввода-вывода, число линий такого интерфейса определяется алгоритмом его работы. Межмашинный обмен проходит, как правило, в монопольном режиме, начинается основной ЦВМ 2 (одной из основных ЦВМ 2) по команде "Начать ввод-вывод". В этой команде указывается адрес одного из направлений адаптера 6. Адрес направления поступает в схему 11 через блок 10, и по результату сравнения выдается сигнал в блок коммутации информации 13, работой схемы 11 управляет блок 12, с буферного регистра 22 которого поступает сигнал на разрешение сравнения. При этом канал 3 переводится в режим межмашинного обмена, обмен информацией между каналом 3 и устройствами сопряжения на это время блокируется. Для надежной организации межмашинного обмена адаптеры 6 имеют высший по сравнению с устройствами 8 сопряжения приоритет. Канал 3 резервной (другой основной) ЦВМ 2, получив запрос от основной ЦВМ 2, заканчивает предыдущий обмен, освобождается и также переходит в режим межмашинного обмена. Команда "Начать ввод-вывод" от канала поступает через блок сопряжения 10 на буферный регистр 22 блока 12, затем команда передается на регистр состояний. Информация с регистра состояний поступает на регистр 26 микрокоманд, где формируется адрес микропрограммы. По этому адресу выбирается из памяти микропрограммы соответствующая микрокоманда, которая запоминается на регистре микрокоманд. Микрокоманда дешифрируется на дешифраторе и начинает выполняться микропрограмма подключения второй ЦВМ 2. Производится сравнение адресов и выбор направления, о чем поступает сигнал со схемы 11 в блок 13. В канал первой ЦВМ 2 выдается состояние с регистра состояний через буферный регистр и блока 10 сопряжения. После подключения второй ЦВМ 2 адаптер и канал переходят в режим передачи информации. Информация из канала поступает через блок 10 сопряжения на блок 13 коммутации информации, а затем через блок 10 сопряжения в соответствующий адаптер, управляющие сигналы поступает в блок 13 с буферного регистра 22 блока 12. Таким образом происходит передача информации между двумя ЦВМ 2 до тех пор, пока один из каналов не выдаст последовательность сигналов окончания обмена. Соответствующий адаптер 6 формирует в регистре состояний слово состояния, которое через буферный регистр выдается в канал первой ЦВМ 2 и в адаптер второй ЦВМ 2. После этого канал и адаптеры переходят в исходное состояние. Блок 10 сопряжения служит для связи данного адаптера 6 с каналом 3 ЦВМ 2 и с другими адаптерами 6, схема 11 сравнения адресов анализирует адрес направления передачи информации, поступающей из канала 3 через блок 10 сопряжения. Блок 12 микропрограммного управления вырабатывает управляющие воздействия, необходимые для организации обмена информацией каналов 3 ЦВМ 2 по выбранному направлению. Блок 13 коммутации информации коммутирует потоки информации по выбранным направлениям под воздействием управляющих сигналов блока 12 микропрограммного управления. Окончание межмашинного обмена может происходить по инициативе любой ЦВМ 2. При выходе из строя основной ЦВМ 2 переключение режима работы соответствующей резервной ЦВМ 2 в режим основной ЦВМ 2 может происходить автоматически следующим образом. Сигнал неисправности от основной ЦВМ 2 поступает на блок 1 управления. По этому сигналу блок 1 управления вырабатывает сигнал прерывания в резервную ЦВМ 2, который переводит ее в режим основной ЦВМ 2. Аналогичный сигнал управления поступает на коммутатор 5, который переключает напряжения электропитания устройств 8 сопряжения неисправной основной ЦВМ 2 на устройства 8 сопряжения резервной ЦВМ 2 так, чтобы обеспечивался доступ ко всем необходимым внешним абонентам 9. В дальнейшем резервная ЦВМ 2 работает как основная, а неисправная ЦВМ 2 переходит в режим поиска неисправности и ремонта. Введение дополнительно коммутаторов, адаптеров, блоков приоритета, организация связи между внешними абонентами основных и резервных ЦВМ системы отличает предлагаемому вычислительную систему от известных, так как в значительной мере повышает ее быстродействие за счет возможного распараллеливания решаемых задач, надежность и жизнеспособность за счет перераспределения функций неисправной ЦВМ между исправными. При этом обеспечивается возможность обмена информацией с любыми внешними абонентами 9 системы, так как к одному устройству 8 сопряжения могут быть подключены внешние абоненты 9, подключенные к одному или нескольким другим устройствам 8 сопряжения. Во избежание конфликтов между устройствами 8 сопряжения в процессе обмена информацией с внешними абонентами 9 напряжение электропитания в данный момент времени подключено лишь к одному из устройств 8 сопряжения, связанных с несколькими группами внешних абонентов 9 одновременно. Адаптеры 6, коммутаторы 5 и блоки 7 приоритета позволяют осуществлять оперативную и экстренную перекачку информации между любыми ЦВМ 2 системы и легко менять ее конфигурацию.
Формула изобретения
M внешних абонентов (M - число внешних абонентов в группе) и блок управления, причем первый вход-выход ЦВМ соединен с соответствующим входом-выходом блока управления, второй вход-выход ЦВМ соединен с первым входом-выходом соответствующего канала ввода-вывода, первый выход ЦВМ соединен с входом соответствующего блока электропитания, второй вход-выход канала ввода-вывода соединен с первым входом-выходом устройств сопряжения соответствующей группы, второй вход-выход устройства сопряжения соединен с входами-выходами внешних абонентов соответствующей группы, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, она содержит N адаптеров, N блоков приоритета и N коммутаторов, причем один вход-выход адаптера соединен с вторым входом-выходом соответствующего канала ввода-вывода, другие входы-выходы одного адаптера соединены с соответствующими входами-выходами других адаптеров, запускающий вход блока приоритета соединен с выходом соответствующего канала ввода-вывода, запросные входы блока приоритета соединены с выходами устройств сопряжения соответствующей группы, выходы блока приоритета соединены с первыми входами устройств сопряжения соответствующей группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующего коммутатора, выход блока электропитания и второй выход ЦВМ соединены с входами соответствующего коммутатора, а каждый вход-выход группы входов-выходов блока управления соединен с вторым входом-выходом соответствующего устройства сопряжения. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что адаптер содержит блок коммутации информации, N блоков сопряжения, схему сравнения адресов и блок микропрограммного управления, причем первые входы-выходы блоков сопряжения соединены с соответствующими входами-выходами блока коммутации информации, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом схемы сравнения адресов и с первым выходом блока микропрограммного управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом одного из блоков сопряжения и с первым входом схемы сравнения адресов, второй вход которой соединен с выходом одного из блоков сопряжения, вторые входы-выходы блоков сопряжения являются входами-выходами адаптера. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления содержит коммутатор, входы-выходы которого являются группой входов-выходов блока, наборный блок, первая группа выходов которого через дешифратор соединена с группой входов коммутатора, блок сопряжения, входы-выходы которого являются соответствующими входами-выходами блока, а группа выходов соединена с группой входов коммутатора, регистр состояний, регистр прерываний и блок индикации, вход которого и первый вход регистра прерываний соединены с выходом регистра состояний, вход которого соединен с выходом коммутатора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом наборного блока и выходом регистра прерываний, второй вход которого соединен с вторым выходом наборного блока, вторая группа выходов которого соединена с группой входов блока сопряжения.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
