Устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕКОНФИГУРАЦИЕЙ РЕЗЕРВИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА, содержащее регистр состояния резервируемых модулей , выходы которого соединены с шинами состояния резервируемых модулей , блок исполнительных потенциалов , первая группа входов которого соединена с выходами регистра состояния резервируемьк модулей первого канала, блок отказов, выход которого соединен с шиной сигнала ошибки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , обеспечивающих повышение надежности вычислительного комплекса, в него введены .второй канал, а в каждый канал - коммутатор входной информации, дешифратор запросов, блок сравнения, блок контроля по модулю, блок наличия резерва , элемент И вьщачи сигнала несравнения , причем информационные входы коммутатора входной информации и блока сравнения соединены с входными информационными шинами одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора - с входами блока контроля по четности, с информационными входами регистра состояния резервируемьк модулей и с выходными информационными шинами устройства, два входа каждого элемента И блока наличия резерва соединены с выходами блока состояния резервируемых модулей , соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока на (Л личия резерва соединены с соответс ствующими этим резервируемым модулям выходами дешифраторов запросов, которые соединены также с второй группой входов блока исполнителышх потенциалов, входы дешифратора запросов соединены с выходными шинами -и резервируемого модуля и с выходами 00 регистра состояния резервируемых модулей, выход блока наличия резерва .соединен с первым входом элемента И со вьщачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - с первым входом блока отказов, второй вход которого соединен с выходом блока контроля по четности, выход блока исполнительных потенциалов соединен с .зшравляющим входом коммутатора входной информации.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

<и> (»>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬС ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3667327/24-24 (22) 25. 08. 83 (46) 07.04.85. Бюл. № 13 (72) Н.И.Абакумова, Л.М.Белкина, А.М.Вербовский, Н.С.Зеленский, А.Г.Кухарчук и Л.А.Струтинский (71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В.M.Глушкова (53) 681.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 798834, кл. G 06 F 11/00, 1978 °

2.Авторское свидетельство СССР № 805320, кл. G 06 Р 11/20, 1978.

З.Авторское свидетельство СССР № 674019, кл. С 06 F 9/00, 1976 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

РЕКОНФИГУРАЦИЕЙ РЕЗЕРВИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА, содержащее регистр состояния резервируемых модулей, выходы которого соединены с шинами состояния резервируемых модулей, блок исполнительных потенциалов, первая группа входов которого соединена с выходами регистра состояния резервируемых модулей первого канала, блок отказов, выход которого соединен с шиной сигнала ошибки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных . возможностей, обеспечивающих повыmeme надежности вычислительного комплекса, в него введены .второй канал, а в каждый канал — коммутатор входной информации, дешифратор

sanpbcoa, блок сравнения, блок контроля по модулю, блок наличия реэер4(51) H 05 К 10/00; G 06 F 11/18 ва, элемент И выдачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора входной информации и блока сравнения соединены с входными информационными шинами одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора — с входами блока контроля по четности, с информационными входами регистра состояния резервируемых модулей и с выходными информационными шинами устройства, два входа каждого элемента И блока наличия резерва соединены с выходами блока состояния резервируемых модулей, соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствующими этим резервируемым модулям выходами дешифраторов запросов, которые соединены также с второй группой входов блока исполнительных потенциалов, входы дешифратора запро. сов соединены с выходными шинами резервируемого модуля и с выходами регистра состояния резервируемых модулей, выход блока наличия резерва ,соединен с первым входом элемента И выдачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход — с первым входом блока отказов, второй вход которого соединен с выходом блока контроля по четности, выход блока исполнительных потенциалов соединен с управляющим входом коммутатора входной информации.

Известно также устройство для организации структуры вычислительного комплекса, которое осуществляет выбор работоспособной структуры вы— числительного комплекса, содержащего двойной набор устройств. f2) .

Недостаток данного устройства заключается в том, что оно является централизованным узлом управления вычислительным комплексом и, посколь. ку оно не резервировано, является, 35 с точки зрения надежности, "узким местом" в системе, любой отказ в котором ведет к отказу всей системы.

Наиболее близким к изобретению

40 является резервированное устройство для управления переключением модулей системы, содержащее входной и выкодной блоки информационной связи, блок сбоев и отказов, вход которого сое45 динен с шиной сигналов неисправности, блок контроля, блок отказа устройства, блок формирования состояний модулей,блок запрета и соединенные с пультом блбк режима резервирования системы

50 и блок режима резервирования устройства, второй вход которого соединен с первым выходом блока сбоев и отказов. При этом в устройство с целью повышения надежности введены блок переключения модулей, блок исполнительных потенциалов, блок отказов системы и блок управления, первый вход которого соединен с выходом

1I 11494

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для повышения надежности резервированных вычислительных комплексов. S

Известно устройство для управления резервированием информации в вычислительных комплексах, содержащее процессоры цифрового вычислительного коытлекса. Устройство обеспечивает 10 возможность записи одновременно двух модулей памяти информации, необходимой для органиэации взаимодействия

° процессоров и продолжения работы комплекса при отказе отдельных моду- 15 лей памяти j1) ..

Недостатком этого устройства является необходимость включения в программы специальнык команд, обеспечивающих резервирование информации, щ0 что усложняет программирование и увеличивает объем программного обеспечения. Кроме того, не исключены потери информации в случае отказов.

49 2 входного блока информационной связи, первый выход — с управляющим входом выходного блока информационной связи, второй выход — с шиной пуска системы после переключения и третий выход — Ч первым входом блока переключений модулей, вторым входом блока режима резервирования системы и третьим входом блока режима резервирования устройства, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами блоков отказа данного и резервного устройства, первый вход блока формирования состояний модулей также соединен с выходом блока отказа устройства, второй вход — с выходом блока переключений модулей, третий вход— с вторым входом того же блока и шиной отказов модулей системы, четвертый вход — с пультом, пятый и шестой входы — соответственно, с выходами блоков режима резервирования устройства и системы, а его первый и второй выходы соединены,соответственно, с вторым входом блока управления и первым входом блока исполнительнык потенциалов, к которому также подключены первый вход блока запрета и информационный вход выходного блока информационной связи, причем первый вход блока отказа системы и третий вход блока переключений модуля соединены, соответственно, с вторым и третьим выходами блока сбоев и отказов, соответствующие входы этих же блоков, а также второй вход блока запрета соединен . с пультом, выход блока отказа системы — с шиной блокировки работы системы, выход блока запрета — с вторым входом блока исполнительных потенциалов, к выходу которого подключены шины управления переключением модулей, управляющий вход вход— ного блока информационной связи и вход блока контроля, выход блока контроля соединен с первым входом блока отказа устройства, второй вход которого подключен к шине отказа питания устройства.

Преимуществом устройства является повышение функциональной надежности резервированных систем, в частности, эа счет собственного автоматического резервирования f3) .

Однако известное устройство работает с нерезервированной информаця1149

3 ей, поступающей с выхода системы, и может быть использовано только в качестве централизованного узла управления реконфигурацией системы, причем отказ в устройстве или в связях может парализовать всю систему.

В случае отказа рабочего устройства, несмотря на резервирование, может возникнуть неопределенная ситуация, так как переключение режимов резерва осуществляется по инициативе отказавшего устройства. Все это не позволяет получить достаточную надежность системы, использующей известное устройство.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, обеспечивающих повышение надежности вычислительного комплекса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса введены второй канал, а в каждый канал — коммутатор входной информации, дешифратор запросов, блок сравнения, блок контроля по модулю, блок наличия резерва, элемент И выдачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора входной информации и блока срав-ЗО нения соединены с входными1 информационными шинами одноименно резервируемого модуля, а выходы коммутатора— с входами блока контроля по четности, с информационными входами 35 регистра состояния резервируемых модулей и с выходными информационными шинами устройства, два входа каждого элемента И блока наличия резерва соединены с выходами блока состо- 40 яния резервируемых модулей, соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствующими этим 45 резервируемым модулям выходами дешифраторов запросов, которые соединены также с второй группой входов блока исполнительных потенциалов, входы дешнфратора запросов соединены 50 с выходными. шинами резервируемого модуля и с выходами регистра состояния резервируемых модулей, выход блока наличия резерва соединен с первым входом элемента И выдачи сиг- 55 нала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока сравне" ния, а выход — с первым входом блока

449 4 отказов, второй вход которого соединен с выходом блока контроля по четности, выход блока исполнительных потенциалов соединен с управляющим входом коммутатора входной информаЦИИ .

Предлагаемое устройство является составной частью резервированного вычислительного комплекса.

На фиг. 1 приведена структурная схема вычислительного комплекса; на фиг. 2 — структурная схема устройст. ва для управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса.

Вычислительный комплекс состоит иэ двух каналов, каждый иэ которых представляет собой ЭВМ, построенную по мо ф льному принципу.

В состав комплекса входят процессор 1 первого канала, процессор 2 второго канала, модули 3 первого канала вычислительного комплекса, модули 4 второго канала вычислительного комплекса, устройства 5 и 6 для управления реконфигурацией, соответственно, первого и второго каналов комплекса. Модули первого канала соединены один с другим и с модулями второго канала информационными шинами 7, модули второго канала — информационными шинами 8.

На входы 9 прерывания процессоров поступают сигналы ошибок со всех модулей, которые представляют собо 1 функциональные устройства вычислительных машин (например, каналы ввода-вывода, память и т.д.). Набор модулей в обоих каналах комплекса одинаковый.

В состав каждого модуля введено устройство 5 и 6 управления реконфигурацией резервированного вычислительного комплекса, которое управляет всем обменом информацией между модулями, необходимым в процессе решения любой задачи. Устройство производит на входе модуля-приемника контроль правильности поступившей информации и хоммутирует ее в зависимости 6т состояния модулей.

Устройство (фиг. 2) содержит регистр 10 состояния резервируемых модулей, выходы которого соединены с шинами 11 состояния резервируемых модулей, блок 12 исполнительных потенциалов, первая группа входов которого соединена с выходами 13 ре1149449 гистра состояния резервируемых модулей первого канала, блок 14 отказов, выход которого соединен с шиной 15 сигнала ошибки.

Кроме того, в устройство введены 5 второй канал, а в каждый канал— коммутатор 16 входной информации, дешифратор 17 запросов, блок 18 срав» нения, блок 19 контроля по модулю, блок 20 наличия резерва, элемент 1О

И 21 выдачи сигнала несравнения, причем информационные входы коммутатора l6 входной информации и блока

° 1S сравнения соединены с входными информационными шинами 7 и 8 одно- 15 именно резервируемого модуля, а выходы коммутатора 16 — с входами блока 19 контроля по четности, с информационными входами регистра 10 состояния резервируемых модулей и 20 с выходныьы информационными шинами . 22 устройства, два входа каждого элемента И блока 20 наличия резерва соединены с выходами 13 и 23 блока состояния резервируемьпс модулей, 25 соответствующими одноименным модулям первого и второго каналов, третьи входы элементов И блока наличия резерва соединены с соответствующими этим резервируемым модулям выхо- щ дами дешифраторов 17 запросов, которые соединены также с второй группой входов блока 12 исполнительных потенциалов, входы дешифратора запросов соединены с выходными шинами

7 и 8 резервируемого модуля и с выходами регистра 10 состояния. резервируемых модулей, выход блока 20 наличия резерва соединен с первым входом элемента- И 21 выдачи сигнала несравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 18 сравнения, а выход — с первым входом блока 14 отказов, второй вход которого соединен с выходом блока 19 контроля,45 по четности, выход блока 12 исполнительных потенциалов соединен с управ- ляющим входом коммутатора 16 входной. информации.

Основным режимом работы вычислительного комплекса является одновременное решение одной и той же задачи двумя машинами.

Резервирование модулей в комплексе построено таким образом, что в процессе..обмена информацией для каждого модуля рабочим является канал, в котором он находится, а другой— резервным. При отсутствии неисправностей все одноименные модули обеих машин полностью идентичны, выходная информация двух одноименных модулейпередатчиков сравнивается на входах модулей-приемников. В случае отказа какого-либо модуля в одном канале

I информация с одноименного исправного модуля второго канала поступает на входы модулей-приемников обоих каналов. Комплекс сохраняет работоспособность при наличии нескольких неисправностей, при этом часть модулей работает без резерва. На исключен. ном из конфигурации модуле выполняются диагностические программы, ремонтные и профилактические мероприятия.

Конфигурация комплекса определяется регистром 10 состояния модулей (фиг. 2), который имеет количество разрядов, равное количеству модулей комплекса. В разрядах, соответствующих исправным модулям, записываются

"1", неисправным — ™О". Два соседних разряда соответствуют одноименным модулям двух каналов: разряды с выходами 13 — модулям первого канала,разряды с выходами 23 — модулям второго канала. Каждое устройство в процессе работы анализирует свой регистр состояния модулей. Таким образом, даже в том случае, когда неисправность модуля такова, что его невозможно автоматически выключить нли изменить содержимое его регистра состояния, он не мешает работе комплекса, так как в соответствующих разрядах регистра состояния всех остальных модулей записан "0" и никакие сигналы от неисправного модуля не принимаются.

Работа устройств управления реконфигурацией может быть рассмотрена на примере взаимодействия двух пар одноименных модулей комплекса, например при передаче информации от модулей

1-2 к модулям 3-4 (фиг. 1).

Информация, полученная, как результат работы модулей 1 и 2, поступает на выходные информационные шины 7,и 8 этих модулей и, соответственно, на входы устройств 5 и 6 управления реконфигурацией. Прием информации происходит только при наличии запроса модуля-передатчика.

Запрос. формируется вместе с результатом выполнения операции и выдает1149449

7 ся одноименным модулям-приемникам по индивидуальным шинам.

Шины выдачи запросов не показаны, а условно объединены с информационными шинами. 5

В устройстве управления реконфигурацией запросы с шин поступают на вход дешифратора 17 запросов и, вместе с информацией, на вход блока

18 сравнения (фиг. 2). Поскольку оба канала комплекса работают синхронно, при отсутствии неисправностей запросы и информация поступают на входы устройств 5 и 6 модулей

3 и 4 одновременно с двух каналов.

Входы дешнфратора 17 соединены с выходами регистра 10 состояния модулей, поэтому запросы принимаются только от исправных модулей. Дешифратор запросов определяет номер 20 пары модулей-передатчиков. С выхода дешифратора запросов сигнал поступает на вторую группу входов блока 12 исполнительных потенциалов, который определяет от какого из каналов 25 должна быть принята информация.

Первая группа входов блока исполнительных потенциалов, представляющего собой элемент И-ИЛИ, соеди-"

1нена с выходами регистра состояния модулей, соответствующими в модуле

13 — модулю 1, а в модуле 4 — модулю

j2. В результате на выходе блока 12 появляется сигнал, который через коммутатор 16 открывает прием информа35 ции в блоке 3 — с шин 7, а в блоке

4 — с шин 8. С выхода коммутатора 16, информация через выходные шины 22 устройства поступает на приемные регистры, соответственно, модулей 3 40 и 4, а также в блок 19 контроля по четности.

Иса информация,. поступающая на вход модуля с двух каналов, сравнивается, но сигнал несравнения выраба-45 тывается только в том случае, если ни один из модулей-передатчиков не исключен из конфигурации, что определяется блоком 20 наличия резерва. Этот блок состоит из трех входовых злемен- 50 тов И и элемента ИЛИ. Разрешающий потенциал на его выходе в рассматриваемом случае появляется лишь при исправности модулей 1 и 2, что определяется соответствующими выходами 55

13 и 23 регистра 10, и при наличии разрешения на выходе дешифратора 17, соответствующем паре модулей 1-2.

В случае обнаружения ошибки в полученной информации блок 14 отказов (элемент ИЛИ) собирает сигналы элемента И 21 и блока 19 и вырабатывает сигнал ошибки, который через шины 15 поступают на входы 9 прерывания процессоров.

Поскольку в предлагаемом устройстве контролируется входная информация, контроль с большой вероятностью обнаруживает неисправность передатчика.

Сигналы прерывания на входах. 9 процессоров служат исходной информацией для решения задачи определения работоспособной реконфигурации комплекса. Результатоь1 является новое содержимое регистра состояния модулей, которое по обычным каналам передачи информации через коммутатор 16 передается на входы регистра 10 всех модулей.

Если, например, определена неис-.. правность модуля 1 и он исключен из конфигурации, то на соответствукицем ему выходе 13 регистра 10 имеется нулевой потенциал. Этот потенциал заблокирует прием запроса от модуля 1 на дешифратор 17, номер передатчика определяется по запросу от одноименного модуля 2 и сигнал появляется на том же выходе дешифратора 17, что и при наличии передатчиков. Но блок

12 вырабатывает при этом потенциал, блокирующий прием информации от модуля 1, Информация от модуля 2 проходит через коммутаторы 16 устройств управления реконфигурацией модулей

3 и 4. Эта информация контролируется только по четности. Результат сравнения заблокирован, так как блок 20, анализирующий выходы регистра 10 состояния модулей, определяет отсутствие резерва модуля-передатчика.

При поступлении запросов от других модулей, именяцих резерв, сравнение разблокировано и прием информации происходит как обычно при отсутствии неисправностей.

Шины 11 состояния модулей поступают в модуль, которому принадлежит предлагаемое устройство, и блокируют

I выдачу запросов модулю, исключенному из реконфигурации.

Применение предлагаемого устройства для управления реконфигурацией двухмашинного вычислительного комплекса позволит повысить его жизнеспособность за счет рассредоточения

1!49449 где

Ь ния.

9 органов управления и автономности модулей, сохранения достоверной информации в модулях системы, что очень важно для систем, работающих в непре- рывном режиме. Существенным является также то, что инициатором изменения реконфигурации является исправное устройство, обнаружившее ошибку в переданной ему информации.

В двухмашинном вычислительном 10 комплексе ВК 2Р35, построенном на базе ЗВМ типа ЕС 1035, используется резервирование на уровне целых машин, связь между которыми и переключение резерва осуществляется через канал прямого управления и адаптер каналканал. Наработка на отказ такого комплекса может быть рассчитана по формуле — интенсивность отказов аппаратуры; 25 среднее время восстановле10

При использовании в качеств элементной базы элементов серии 1)5 интенсивность отказов аппаратуры для машин подобного класса составляет, примерно, 165 10 1/ч. При Тъ 1 ч

5 наработка комплекса на отказ ТО=300 ч (коэффициент готовности К 0,998) .

В опытном образце управляющего вычислительного комплекса, использующего предлагаемое устройство и построенного с использованием той же элементной базы по принципу помодульного резервирования, надежность определяется надежностью пары одноименных резервированных модулей.

Наибольшую интенсивность отказов в комплексе имеет блок памяти 9

= 40 16 1/ч (включая устройство

3 управления реконфигурацией) . При этом время наработки на отказ составляет 1250 ч (К = 0,9992) .

Таким образом, использование предлагаемого устройства при построении резервированного вычислительного комплекса позволяет повысить надежность последнего на порядок.

1149449

Составитель А.Вербовский

Редактор Н.Бобкова Техред А.Кикемезей г

Корректор С.йекмар

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 1921/44 Тираж 794 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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