Устройство для подключения источника информации к общей магистрали

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в распределенных вычислительных системах, содержащих несколько активных источников информации, подключенных к общей магистрали. Цель изобретения - повышение производительности системы путем уменьшения времени арбитража, так как передача полномочий от активного источника информации к другому осуществляется в момент окончания сеанса передачи информации активным источником информации. В устройство для подключения источника информации к общей магистрали введены триггер, дешифратор, элемент ИЛИ, элемент задержки, два элемента И. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в распределенных вычислительных системах, содержащих несколько активных источников информации, подключенных к общей магистрали.

Известно устройство для приоритетного подключения источников информации к магистрали [1], содержащее триггеры, элементы НЕ, магистральные усилители и элементы задержки.

Это устройство не обеспечивает высокой производительности и гарантированного времени обслуживания источников информации в системах реального времени.

Известно многоканальное устройство для подключения абонентов к общей магистрали [2], содержащее регистр, счетчик, триггер, элемент И, сумматоры по модулю два, два дешифратора, два коммутатора.

Это устройство не обеспечивает высокой пропускной способности и гарантированного времени обслуживания источников информации в системах реального времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для подключения источника информации к общей магистрали [3], содержащее в каждом канале регистр, два счетчика, два триггера, элемент И, два приемных и два передающих магистральных усилителя, группу магистральных усилителей, генератор импульсов, причем выход регистра подключен к кодовому входу первого счетчика, выход генератора импульсов подключен к первому входу второго счетчика, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к первому входу первого триггера, второй и третий входы которого подключены соответственно к входу запроса и первому управляющему входу канала, а первый и второй выходы первого триггера подключены соответственно к первому и второму входам второго триггера, выход которого подключен к входу первого передающего магистрального усилителя, выход которого подключен к входу первого приемного магистрального усилителя и к первой общей линии, вход второго передающего магистрального усилителя подключен к второму управляющему входу канала и к управляющему входу группы магистральных усилителей, а выход - к входу второго приемного магистрального усилителя и к второй общей линии, второй вход группы магистральных усилителей подключен к внутренней магистрали, а выход - к общей информационной магистрали.

Недостатком прототипа является низкая производительность, не обеспечивающая работу в системах реального времени.

Цель изобретения - повышение производительности за счет уменьшения времени арбитража.

Цель достигается тем, что в устройство для подключения источника информации к общей магистрали, содержащее в каждом канале регистр, два счетчика, два триггера, элемент И, два приемных и два передающих магистральных усилителя, слой магистральных усилителей, генератор импульсов, причем выход регистра подключен к кодовому входу первого счетчика, выход генератора импульсов подключен к первому входу второго счетчика, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к первому входу первого триггера, второй и третий входы которого подключены соответственно к входу запроса и первому управляющему входу канала, а первый и второй выходы первого триггера подключены соответственно к первому и второму входам второго триггера, выход которого подключен к входу первого передающего магистрального усилителя, выход которого подключен к входу первого приемного магистрального усилителя и к первой общей линии, вход второго передающего магистрального усилителя подключен к второму управляющему входу канала и к управляющему входу блока магистральных усилителей, а выход - к входу второго приемного магистрального усилителя и к второй общей линии, второй вход блока магистральных усилителей подключен к внутренней магистрали, а выход - к общей информационной магистрали, введены триггер, дешифратор, элемент ИЛИ, элемент задержки, два элемента И, при этом второй выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход второго приемного магистрального усилителя подключен к второму входу второго счетчика, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к входу элемента задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ и к второму входу второго элемента И, выход первого приемного магистрального усилителя подключен к второму входу третьего элемента И, входу таймера устройства и к первому входу третьего триггера, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, третий вход - к входу разрешения работы канала, а четвертый вход - к входу блокировки работы канала и к второму входу первого счетчика, третий вход которого соединен с первым выходом третьего триггера, второй выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с четвертым входом первого счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, выход которого подключен к третьему входу второго триггера.

Сущность изобретения состоит в повышении производительности системы за счет уменьшения времени арбитража, так как передача полномочий от активного источника информации к другому осуществляется в момент окончания сеанса передачи информации активным источником информации.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: дополнительных триггера и двух элементов И, дешифратора, элемента ИЛИ, элемента задержки и их связями с остальными элементами схемы. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На основании сравнения выявленных технических решений с заявляемым был сделан вывод: у известного решения нет признаков или сочетания признаков, тождественных отличительным признакам заявляемого объекта, сообщающих объекту такие же свойства. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Новые существенные признаки - третий элемент И, элемент ИЛИ и первый счетчик позволяют динамически изменять приоритет источника информации в момент окончания сеанса передачи одним из источников информации, что повышает производительность устройства. Третий триггер позволяет организовать синхронный запуск всех источников информации, подключаемых к общей магистрали. Второй элемент И, элемент задержки, третий элемент И, второй счетчик и генератор импульсов позволяют динамически изменять приоритет абонентов при длительном отсутствии сеансов передачи информации.

На чертеже представлена структурная схема одного канала устройства.

Канал устройства содержит счетчики 1, 2, регистр 3, дешифратор 4, три триггера 5-7, генератор 8 импульсов, три элемента И 9-11, элемент 12 задержки, элемент ИЛИ 13, первый передающий магистральный усилитель 14, первый приемный магистральный усилитель 15, второй приемный магистральный усилитель 16, второй передающий магистральный усилитель 17, блок 18 магистральных усилителей, первую общую линию 19, вторую общую линию 20, общую информационную магистраль 21, вход 22 запроса, первый управляющий вход 23 канала, второй управляющий вход 24 канала, внутреннюю магистраль 25, вход 26 блокировки работы канала, вход 27 разрешения работы канала, вход таймера 28. Выход регистра 3 подключен к кодовому входу первого счетчика 1, выход генератора 8 импульсов подключен к первому входу второго счетчика 2, выход которого подключен к первому входу элемента И 9. Выход последнего подключен к первому входу первого триггера 5, второй и третий входы которого подключены соответственно к входу 22 запроса и первому управляющему входу 23 канала, а первый и второй выходы - соответственно к первому и второму входам второго триггера 6. Выход триггера 6 подключен к входу первого передающего магистрального усилителя 14, выход которого подключен к входу первого приемного магистрального усилителя 15 и к первой общей линии 19. Вход второго передающего магистрального усилителя 17 подключен к второму управляющему входу 24 канала и к управляющему входу блока 18 магистральных усилителей, а выход подключен к входу второго приемного магистрального усилителя 16 и к второй общей линии 20. Второй вход блока магистральных усилителей подключен к внутренней магистрали 25, а выход - к общей информационной магистрали 21. Второй выход второго триггера 6 подключен к второму входу первого элемента И 9. Выход второго приемного магистрального усилителя 16 подключен к второму входу второго счетчика 2, выход которого подключен к первому входу второго элемента И 10. Выход элемента И 10 подключен к входу элемента 12 задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И 11. Выход элемента И 11 подключен к первому входу элемента ИЛИ 13 и к второму входу второго элемента И 10. Выход первого приемного магистрального усилителя 15 подключен к второму входу третьего элемента И 11, входу таймера 28 устройства и к первому входу третьего триггера 7, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, третий вход - к входу 27 разрешения работы канала, а четвертый вход - к входу 26 блокировки работы канала и к второму входу первого счетчика 1. Третий вход счетчика 1 соединен с первым выходом третьего триггера 7, второй выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 13. Выход элемента ИЛИ 13 соединен с четвертым входом счетчика 1, выход которого подключен к входу дешифратора 4, выход которого подключен к третьему входу второго триггера 6.

Работа устройства заключается в следующем.

При включении питания в устройстве происходит обнуление триггеров 5, 6 (обнуление триггеров 6 происходит автоматически после обнуления триггеров 5). Путем подачи на вход 26 импульсного сигнала (высокий уровень) осуществляется блокировка работы устройства (происходит обнуление счетчика 1 и установка в единичное состояние триггера 7, поскольку вход 26 соединен с входом R счетчика 1 и входом S триггера 7), при этом наращивание значения счетчика 1, в котором находится текущее значение приоритета абонента, не происходит (тактовый вход счетчика 1 подключен к выходу элемента ИЛИ 13, на входе которого находится высокий потенциал, снимаемый с прямого выхода "0" триггера 7).

Синхронный запуск в работу устройства реализован следующим образом. В регистр 3 каждого канала записана кодовая комбинация (для N абонентов она изменяется от 1₂ до (N-1)₂ в зависимости от местоположения абонента в сети), определяющая текущий приоритет абонента. Кодовая комбинация у разных абонентов различна (отличается, как правило, на 1₂), кроме двух, у которых она (N-1)₂. Один из двух абонентов с кодовой комбинацией (N-1)₂ используется в качестве запускающего. Запускающий абонент формирует спецпакет, после чего выставляет запрос на захват общей магистрали, который заносится в триггер 5 (абонент наставляет запрос - сигнал высокого уровня) на вход 22, который подключен к входу D триггера 5, и сопровождает его сигналом на входе 23 (вход 23 соединен с входом тактирования С триггера 5). Вход 27, соединенный с входом R триггера 7, используется только в запускающем канале. Подачей на этот вход сигнала высокого уровня триггер 7 обнуляется (вход 27 соединен с входом R триггера 7), в счетчик 1 заносится информация из регистра 3 (кодовая комбинация (N-1)₂), поскольку инверсный выход "0" триггера 7 подключен к установочному входу С счетчика 1. На выходе дешифратора 4, подключенного к выходам счетчика 1, появляется сигнал (высокий уровень), поскольку дешифраторы 4 устройства настроены на кодовую комбинацию (N-1)₂, по которому в триггер 6 переписывается значение триггера 5 (выход дешифратора 4 подключен к тактирующему входу С триггера 6, а прямой выход "0" триггера 5 подключен к входу D триггера 6). В данном случае триггер 6 переключается в единичное состояние, происходит захват общей магистрали (инверсный выход "0" триггера 6 подключен к линии 19 через магистральный усилитель 14), на линию 19 подан сигнал низкого уровня. После захвата общей магистрали абонент начинает передачу информации (в частности, спецпакета), сопровождая передачу каждого слова сигналом на входе 24, передаваемым на линию 20 через магистральный усилитель 17. Выдаваемое слово передается с внутренней магистрали абонента (вход 25) на информационную магистраль 21 через блок 18 магистральных усилителей. При передаче пакета счетчики 2 устройства обнуляются (сигналы сопровождения с линии 20 транслируются на вход R счетчика 2 через магистральный усилитель 16). Для освобождения общей магистрали захвативший ее абонент выставляет нулевой сигнал на вход 22 и подает сигнал сопровождения на вход 23, при этом в триггер 5 записывается ноль, обнуление триггера 6 происходит автоматически при записи нуля в триггер 5 (выход "0" триггера 5 подключен к выходу R триггера 6). По окончании захвата общей магистрали по перепаду фронта из низкого уровня в высокий триггеры 7 устройства обнуляются (на входе D триггера 7 находится потенциал низкого уровня, а тактирующий вход С подключен к линии 19 через магистральный усилитель 15), счетчик 1 канала запускающего абонента также меняет свое состояние на нулевое (на вход наращивания значения "+1" транслируется значение сигнала с линии 19 через элементы И 11 или ИЛИ 13), что приводит к разблокировке каналов.

Дальше устройство работает следующим образом.

Пусть все абоненты имеют информацию к обмену. Тогда абоненты обмениваются информацией аналогично процедуре, описанной для запускающего абонента, при этом полномочия на захват общей магистрали передают от абонента с кодовой комбинацией (N-1)₂ к абоненту с кодовой комбинацией 0 ₍₂₎, поскольку кодовая комбинация, находящаяся в счетчике 1, определяет текущий приоритет абонента и изменяется после каждого захвата общей магистрали (наращивается значение счетчика 1 на единицу).

Рассмотрим случай, когда один и более абонентов не имеют пакета для обмена. Тогда при передаче полномочий на захват общей магистрали такому абоненту захвата не происходит. Во избежание блокировки работы устройства в его каналы введены генератор 8, счетчик 2, элементы И 10 и 11, элемент 12 задержки. При отсутствии захвата общей магистрали за заданный интервал времени (интервал времени задается коэффициентом пересчета счетчиков 2, который одинаков у всех каналов) на выходе переноса счетчика 2 каждого канала формируется импульс высокого уровня (на счетный вход "+1" счетчика 2 подаются импульсы с генератора 8 импульсов), по которому происходит наращивание на единицу значения счетчика 1, что приводит к передаче полномочий следующему абоненту. Эта процедура повторяется до тех пор, пока полномочия на захват общей магистрали не будут переданы абоненту, имеющему пакет.

Элемент задержки с инверсным выходом служит для запрещения ложного срабатывания. Время задержки определяется из формулы t₃ = t_n - 2t₁₀ - 2t₀₁, где t_п - время длительности импульса переноса счетчика 2; t₁₀ - время переключения элемента И из первого состояния в нулевое; t₀₁ - время переключения элемента И из нулевого состояния в первое.

В случае t₃ ≅ 0 элемент И 10 можно заменить на элемент И-НЕ.

Теперь рассмотрим случай, когда происходит ложное срабатывание (ложный захват общей магистрали). Ложный захват общей магистрали может произойти из-за помех, вызывающих запись единицы в триггер 5. Идентификация ложного захвата общей магистрали основана на обнаружении факта отсутствия передачи данных при захвате общей магистрали. Отсутствие передачи данных при захвате общей магистрали фиксируется при отсутствии сигналов сопровождения на линии 20 за некоторый промежуток времени, задаваемый коэффициентом пересчета счетчиков 2. Обнуление счетчиков 2 происходит при выдаче сигналов сопровождения на линию 20. Если период времени между сигналом сопровождения на линии 20 превышает заданный интервал, задаваемый коэффициентом пересчета счетчика 2, то по сигналу переноса счетчика 2, передаваемому через элемент И 9, в канале, захватившем магистраль, происходит выдача сигнала обнуления триггера 5 и соответственно триггера 6 (выход элемента И 9 подключен к входу R триггера 5). Обнуление триггера 6 сопровождается снятием сигнала занятости с линии 19, т.е. происходит освобождение общей магистрали, захваченной без требования абонента в результате ложного занесения единицы в триггер 5.

В каждый канал устройства введен вход 28, предназначенный для идентификации отсутствия обменов информацией абонентами. Введение этого входа обусловлено наличием нестабильности работы генераторов 8. Интервал времени, в течение которого допускается отсутствие обменов, задается внутренним таймером абонента и учитывает коэффициент нестабильности генераторов. При отсутствии обменов информацией по общей магистрали за заданный интервал времени у абонентов формируется спецпакет. Процедура выдачи спецпакета на общую магистраль аналогична процедуре обмена информацией между абонентами. Обменом информации по общей магистрали устройство вводится в синхронизм.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИСТОЧНИКА ИНФОРМАЦИИ К ОБЩЕЙ МАГИСТРАЛИ, содержащее в каждом канале регистр, два счетчика, два триггера, первый элемент И, два приемных и два передающих магистральных усилителя, блок магистральных усилителей, генератор импульсов, при этом выход регистра подключен к кодовому входу первого счетчика, выход генератора импульсов - к счетному входу второго счетчика, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к R-входу первого триггера, D- и C-входы которого подключены соответственно к входу запроса и к входу сопровождения запроса канала, а прямой и инверсный выходы первого триггера подключены соответственно к D и R-входам второго триггера, инверсный выход которого подключен к входу первого передающего магистрального усилителя, выход которого подключен к входу первого приемного магистрального усилителя и к первой общей линии устройства, вход которого передающего магистрального усилителя подключен к входу сопровождения передачи слова канала и к первому входу блока магистральных усилителей, а выход - к входу второго приемного магистрального усилителя и к второй общей линии устройства, второй вход блока магистральных усилителей подключен к внутренней магистрали устройства, а выход - к общей информационной магистрали устройства, выход второго приемного магистрального усилителя подключен к R-входу второго счетчика, вход блокировки работы канала соединен с R-входом первого счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности за счет уменьшения времени арбитража, в него дополнительно введены триггер, дешифратор, элемент ИЛИ, элемент задержки, два элемента И, при этом прямой выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход второго счетчика - к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к входу элемента задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ и к второму входу второго элемента И, выход первого приемного магистрального усилителя подключен к второму входу третьего элемента И, входу таймера устройства и к C-входу третьего триггера, второй вход которого подключен к низкому потенциалу, R-вход - к входу разрешения работы канала, а S-вход - к входу блокировки работы канала, C-вход первого счетчика соединен с инверсным выходом третьего триггера, прямой выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, выход которого подключен к C-входу второго триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1