Многоуровневая вычислительная система

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в гидроакустических, радиолокационных комплексах и информационно-управляющих системах, размещаемых в мобильных и стационарных системах. Техническим результатом является повышение точности, надежности и увеличение функциональных возможностей за счет обеспечения установки большого количества различного типа процессоров обработки сигналов. Для этого система содержит блоки процессоров обработки сигналов первого уровня, вычислительные машины, пульт оператора, информационно-управляющие магистрали, двунаправленные шины. 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в гидроакустических, радиолокационных комплексах и информационно-управляющих системах, размещаемых в мобильных и стационарных системах освещения обстановки, предназначенных для обнаружения, определения координат и классификации обнаруженных объектов.

Известна многоуровневая вычислительная система, используемая для получения оценки, анализа принятой информации и выбора решения в процессе управления кораблем (а.с. 2133498, кл. G 06 F 15/16, 20.07.99 г.).

Известная система содержит процессоры цифровой обработки сигналов, цифровые вычислительные машины, шины обмена.

Недостатком известной системы является ограничение пропускной способности информационно-управляющих магистралей, что снижает ее надежность при увеличении количества целей и решаемых задач.

Наиболее близким по технической сущности является многоуровневая вычислительная система для гидроакустического комплекса (свидетельство на полезную модель 15037, кл. 7 G 06 F 15/16, 16.03.2000 г.).

Данная система содержит блок процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, входы которых подключены к шине ввода данных, а выходы двунаправленными шинами к информационно-управляющей магистрали первого уровня, цифровые вычислительные машины второго уровня обработки сигналов, двунаправленную информационно-управляющую магистраль второго уровня, пульт оператора.

Известное устройство имеет ограничение по пропускной способности информационно-управляющих магистралей, затруднено подключение дополнительных цифровых вычислительных машин, процессоров цифровой обработки сигналов другого типа, что уменьшает функциональные возможности и снижает надежность устройства.

Целью предложения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения установки большего количества различного типа процессоров обработки сигналов.

Указанная цель достигается тем, что многоуровневая вычислительная система, содержащая блок процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, входы которых подключены к шине ввода данных, а выходы двунаправленными шинами к информационно-управляющей магистрали первого уровня, цифровые вычислительные машины второго уровня обработки сигналов, двунаправленную информационно-управляющую магистраль второго уровня, пульт оператора, снабжена дополнительными блоками процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, дополнительными цифровыми вычислительными машинами второго уровня обработки сигналов, цифровыми вычислительными машинами третьего уровня обработки сигналов, дополнительными двунаправленными информационно-управляющими магистралями второго уровня, информационно-управляющей магистралью третьего уровня и цифровой вычислительной машиной четвертого уровня обработки сигналов в каждом блоке процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня входы процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня соединены с шиной ввода данных, а из выхода двунаправленными шинами с информационно-управляющей магистралью первого уровня, при этом блоки процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня разделены на группы, число цифровых вычислительных машин второго уровня обработки сигналов равно количеству блоков процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, количество цифровых вычислительных машин третьего уровня обработки сигналов равно количеству информационно-управляющих магистралей второго уровня и равно количеству групп блоков процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, информационно-управляющая магистраль первого уровня каждого блока процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня соединена двунаправленной шиной со входом индивидуальной цифровой вычислительной машины второго уровня обработки сигналов, а выходы цифровых вычислительных машин второго уровня обработки сигналов, взаимодействующих с блоками процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня одной группы, двунаправленными шинами подсоединены к одной информационно-управляющей магистрали второго уровня, соединенной двунаправленной шиной с входом своей цифровой вычислительной машины третьего уровня обработки сигналов, все выходы цифровых вычислительных машин третьего уровня обработки сигналов соединены двунаправленными шинами с информационно-управляющей магистралью третьего уровня, соединенной двунаправленной шиной со входом цифровой вычислительной машины четвертого уровня обработки сигналов, выход которой двунаправленной шиной соединен со входом пульта оператора, пропускная способность каждой информационно-управляющей магистрали n-го уровня выше пропускной способности информационно-управляющей магистрали (n-l)-гo уровня.

Многоуровневая вычислительная система изображена на фиг. 1.

На схеме обозначены: 1 - процессоры цифровой обработки сигналов первого уровня (ПЦ ЦОС первого уровня); 2 - шина ввода данных; 3 - двунаправленная шина; 4 - информационно-управляющая магистраль первого уровня; 5 - цифровая вычислительная машина второго уровня обработки сигналов (ЦВМ второго уровня обработки сигналов); 6 - информационно-управляющая магистраль второго уровня; 7 - цифровая вычислительная машина третьего уровня обработки сигналов (ЦВМ третьего уровня обработки сигналов); 8 - информационно-управляющая магистраль третьего уровня; 9 - цифровая вычислительная машина четвертого уровня обработки сигналов (ЦВМ четвертого уровня обработки сигналов);
10 - пульт оператора.

ПЦ ЦОС первого уровня 1 объединены в блоки процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, которые в свою очередь разделены на группы. В каждом блоке ПЦ ЦОС первого уровня входы ПЦ ЦОС первого уровня 1 подключены к шине ввода данных 2, а выходы двунаправленными шинами 3 к информационно-управляющей магистрали первого уровня 4, которая двунаправленной шиной подключена ко входу индивидуальной ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5. Система содержит одинаковое количество ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5 и блоков ПЦ ЦОС первого уровня 1. Количество ЦВМ третьего уровня обработки сигналов 7 равно количеству групп блоков ПЦ ЦОС первого уровня 1 и равно количеству информационно-управляющих магистралей второго уровня 6. Каждая группа блоков ПЦ ЦОС первого уровня 1 через соответствующие ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5 подключены к одной и той же информационно-управляющей магистрали второго уровня 6, подсоединенной двунаправленной шиной ко входу индивидуальной ЦВМ третьего уровня обработки сигналов 7. Выходы всех ЦBM третьего уровня обработки сигналов 7 двунаправленными шинами соединены с информационно-управляющей магистралью третьего уровня 8, подключенной двунаправленной шиной к входу ЦВМ четвертого уровня обработки сигналов 9, выход которой в свою очередь соединен двунаправленной шиной с блоком оператора 10. Пропускная способность информационно-управляющей магистрали n-го уровня выше пропускной способности информационно-управляющей магистрали (n-1)-го уровня.

Устройство работает следующим образом. Оператор с пульта 10 выдает установки на диагностику системы и объекта, где размещается устройство. По результатам определяется рабочая конфигурация многоуровневой вычислительной системы и назначаются резервные ПЦ ЦОС первого уровня 1 и цифровые вычислительные машины разных уровней обработки сигналов. С назначением рабочей конфигурации устройства выполняется инициализация процесса обработки и начинается решение заданной оператором задачи.

Источники информации подключены к шине данных 2 и назначенным ПЦ ЦОС первого уровня 1. Первичная обработка выполняется в ПЦ ЦОС первого уровня 1 которые при необходимости получают дополнительные данные через двунаправленные шины 3, информационно-управляющую магистраль 4 от ПЦ ЦОС первого уровня 1 одноименного блока ПЦ ЦОС первого уровня или ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5 дополнительные данные от других блоков ПЦ ЦОС первого уровня 1 или через ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5, ЦВМ третьего уровня обработки сигналов 7, информационно-управляющие магистрали 6, 8 дополнительные данные от любой ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5-1÷5-b, любой ЦВМ третьего уровня обработки сигналов 7-1÷7-р и любого ПЦ ЦОС первого уровня 1-1÷1-k любой группы.

Вторичная обработка данных, т.е. накопление, классификация, автосопровождение за конкретным объектом выполняется в ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5-1÷5-b, которые получают при необходимости дополнительную информацию от любой ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5 своей группы или других групп.

Третичная (комплексная) обработка информации, т.е. экспертная оценка, состояния внешней обстановки выполняется ЦВМ третьего уровня обработки сигналов 7-1÷7-р.

Выработка рекомендаций оператору с учетом внешней обстановки, состояния носителя, поставленной задачи и т.д. выполняется в ЦВМ четвертого уровня обработки сигналов 9.

Количество ПЦ ЦОС первого уровня 1 в блоках ПЦ ЦОС первого уровня выбирается из условия решения задачи обработки информации, поступающей от шины ввода данных 2, каждая из которой подключена или к одной антенной решетки, или к однотипным датчикам и т.д. Например, в группе блоков ПЦ ЦОС первого уровня 1, соединенных со входом ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5, подключенных к информационно-управляющей магистрали 6, соединенной двунаправленной шиной со входом своей ЦВМ третьего уровня обработки сигналов 7, к шине ввода данных 2 одного блока ПЦ ЦОС первого уровня 1 подключена гидроакустическая антенна пассивного тракта обнаружения, а к шине ввода данных другого блока подключена гидроакустическая приемная антенна активного тракта и т. д.

В другой группе блоков ПЦ ЦОС первого уровня 1 и ЦВМ второго уровня обработки сигналов 5, подключенных ко второй информационно-управляющей магистрали второго уровня 6 и соединенной двунаправленной шиной со входом своей ЦВМ третьего уровня обработки сигналов 7, к шине ввода данных 2 одного блока ПЦ ЦОС первого уровня 1 подключен тракт радиолокационный сантиметрового диапазона, а к шине ввода данных 2 другого блока ПЦ ЦОС первого уровня 1 подключен радиолокационный тракт дециметрового диапазона и т.д.

Аналогично к шинам ввода данных ПЦ ЦОС первого уровня 1 других групп блоков ПЦ ЦОС первого уровня могут подключаться источники информации о состоянии объекта, внешней среды и т.д.

С учетом задаваемой надежности многоуровневой вычислительной системы можно выполнять:
- параллельное включение к источнику информации одного блока ПЦ ЦОС первого уровня 1;
- параллельное включение группы блоков ПЦ ЦОС первого уровня 1;
- параллельное включение ЦВМ на любом уровне обработки информации.

Наибольшая эффективность многоуровневой вычислительной системы получается при следующих условиях.

1. Количество ПЦ ЦОС первого уровня 1 в блоке ПЦ ЦОС первого уровня равны (кратно) байту.

2. Количество ЦВМ второго и третьего уровней обработки сигналов 5,7 равно (кратно) байту.

3. Адресация ПЦ ЦОС первого уровня, ЦВМ второго, третьего и четвертого уровней обработки сигналов 5, 7, 9 байтовая (кратная байту).

4. Пропускная способность информационно-управляющей магистрали n-го уровня выше пропускной способности информационно-управляющей магистрали (n-1)-гo уровня.

5. Одинаковые протоколы (интерфейсы) обмена в информационно-управляющих магистралях всех уровней, но с разными рабочими частотами, т.е. второй уровень проводная связь, третий уровень - оптическая связь, четвертый уровень - многоканальная оптическая связь.

Это обеспечивает "регулярность" структуры многоуровневой вычислительной системы, т. е. простоту контроля состояния, диагностики при отказах, выработку решений по реконфигурации и, как следствие, увеличение надежности устройства в целом.

Регулярная архитектура многоуровневой вычислительной системы с одинаковыми протоколами обмена на всех уровнях позволяет уменьшить время доступа ПЦ ЦОС первого уровня 1 одного блока к любому ПЦ ЦОС первого уровня 1 к любому ПЦ ЦОС первого уровня другого блока ПЦ ЦОС первого уровня, в т.ч. другой группы. Аналогичные результаты можно получить при обмене информации между ЦВМ разных уровней обработки сигналов.

Формула изобретения

Многоуровневая вычислительная система, содержащая блок процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, входы которых подключены к шине ввода данных, а выходы двунаправленными шинами к информационно-управляющей магистрали первого уровня, цифровые вычислительные машины второго уровня обработки сигналов, двунаправленную информационно-управляющую магистраль второго уровня, пульт оператора, отличающаяся тем, что система снабжена дополнительными блоками процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, дополнительными цифровыми вычислительными машинами второго уровня обработки сигналов, цифровыми вычислительными машинами третьего уровня обработки сигналов, дополнительными двунаправленными информационно-управляющими магистралями второго уровня, информационно-управляющей магистралью третьего уровня и цифровой вычислительной машиной четвертого уровня обработки сигналов, в каждом блоке процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня входы процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня соединены с шиной ввода данных, а их выходы двунаправленными шинами с информационно-управляющей магистралью первого уровня, при этом блоки процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня разделены на группы, число цифровых вычислительных машин второго уровня обработки сигналов равно количеству блоков процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, количество цифровых вычислительных машин третьего уровня обработки сигналов равно количеству информационно-управляющих магистралей второго уровня и равно количеству групп блоков процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня, информационно-управляющая магистраль первого уровня каждого блока процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня соединена двунаправленной шиной со входом индивидуальной цифровой вычислительной машины второго уровня обработки сигналов, а выходы цифровых вычислительных машин второго уровня обработки сигналов, взаимодействующих с блоками процессоров цифровой обработки сигналов первого уровня одной группы, двунаправленными шинами подсоединены к одной информационно-управляющей магистрали второго уровня, соединенной двунаправленной шиной со входом своей цифровой вычислительной машины третьего уровня обработки сигналов, все выходы цифровых вычислительных машин третьего уровня обработки сигналов соединены двунаправленными шинами с информационно-управляющей магистралью третьего уровня, соединенной двунаправленной шиной со входом цифровой вычислительной машины четвертого уровня обработки сигналов, выход которой двунаправленной шиной соединен со входом пульта оператора, пропускная способность каждой информационно-управляющей магистрали n-го уровня выше пропускной способности информационно-управляющей магистрали (n-1)-гo уровня.

РИСУНКИ

Рисунок 1