Трехканальная резервированная вычислительная система
Иллюстрации
Показать всеРеферат
ТРЕХКАНАЛЪНАЯ РЕЗЕРВИРОВАННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая в каждом канале внешнее устройство и вычислительное устройство, обменные входы-выходы которого соединены с обменньми входами-выходами вычислительных устройств двух других каналов, устройство для диагностического контроля, содержащее два блока сравнения, два мажоритарных элемента, четыре блока анализа , регистр номера канала, четыре элемента И, три элемента ИЛИ и контрольный регистр, последовательный выход которого соединен со входом для последовательной передачи информации вычислительного устройства, выходы первого и второго разрядов через первый элемент ИЛИ - с первым входом второго элемента ИЛИ, выходы третьего и четвертого разрядов через третий элемент РШИ - со вторыми входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом прерьшания вычислительного устройства , входы контрольного регистра подключены к выходам элементов И соответственно, первые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков анализа, подк,таоченньгх первыми входами к первому и второму выходам регистра номера канала, вторьми входами - к выходш первого и второго блоков сравнения, первые входы которых соединены соответственно с перBbw входом первого и второго мажоритарных элементов, с информационным выходом вычислительного устройства , и выходом внешнего устройства соответственно в своем канале, вторые и третьи входы первого мажори (Л С тарного элемента соединены с информационными выходами вычислительных устройств двух других каналов, а вторые и третьи входы второго мажоритарного элемента соединены с выходами внешних устройств двух других каналов, третьи входы блока анализа подключены к первым выводам связи с другими каналами, а вторые выходы блока анализа - к вторым выводам связи с другими каналами,о тличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет дополнительного обеспечения работы устройства дополнительно в двух режямах, в устройство для диягност 1ческого контроля каждого канала виедены четыре мультиплексора, четвертый элеi- ieHT ИЛИ и два элемента НЕ, входы которых соединены с выходом первого и третьего элементов ILT1I соответственно , вькод первого элемента НЕ
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
1 (21) 3683162/24-24 (22) 29. 12.83 (46) 15.05.85. Бюл. 9 18 (72) Е.К. Пьянков и А.М. Кении (53) 68 1.326.77 (088.8) (56) 1. Высоконадежная вычислительная система на основе трех симметричных вычислительных машин.
ЭЧИ, сер. ВТ, 1979, М 27, с. 8-13.
2. Авторское свидетельство СССР
949864, кл. Н 05 К 10/00, С 06 F 15/16, 1980 (прототип) .
3. Авторское свидетельство СССР
N - 980098, кл. G 06 F 15/00, 1980
4. Авторское свидетельство СССР
9 1030792, кл. G 06 F 3/04, 1982. (54)(57) ТРЕХКАНАЛЬНАЯ РЕЗЕРВИРОВАННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая в каждом канале внешнее устройство и вычислительное устройство, обменные входы-выходы которого соединены с обменными входами-выхода— ми вычислительных устройств двух других каналов, устройство для диагностического контроля, содержащее два блока сравнения, два мажоритарных элемента, четыре блока àíàлиза, регистр номера канала, четыре элемента И, три элемента ИЛИ и контрольный регистр, последовательный выход которого соединен со входом для последовательной передачи инфор-. мации вычислительного устройства, выходы первого и второго разрядов через первый элемент ИЛИ вЂ” с первьм входом второго элемента ИЛИ, выходы третьего и четвертого разрядов через третий элемент ИЛИ вЂ” co вторыми входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом
„„Я041 4 А
g(sg) Н 05 К 10/00 G Об Р 15 прерывания вычислительного устройства, входы контрольного регистра подключены к выходам элементов И соответственно, первые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков анализа, подключенных первыми входами к первому и второму выходам регистра номера канала, вторыми входами — к выходам первого и второго блоков сравнения, первые входы которых соединены соответственно с первым входом первого и второго мажоритарных элементов, с информационным выходом вычислительного устройства, и выходом внешнего устройства соответственно в своем канале, вторые и третьи входы первого мажоритарного элемента соединены с информационными выходами вычислительных устройств двух других каналов, а вторые и третьи входы второго мажоритарного элемента соединены с выходами внешних устройств двух других каналов, третьи входы блока анализа подключены к первым выводам связи с другими каналами, а вторые выходы блока анализа — к вторым выводам связи с другими каналами,о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет дополнительного обеспечения работы устройства дополнительно в двух режимах, в устройство для диагностического контроля каждого канала введены четыре мультиплексора, четвертый элемент ИЛИ и два элемента НЕ, входы которых соединены с выходом первого и третьего элементов 1П11 соответственно, выход первого элемента НЕ
1156274 соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выход второго элемента НŠ— с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, входы четвертого элемента ИЛИ подключены к управляющим выходам вычислительного устройства и к управляющим входам первого и второго мультиплексоров, а выход — к управляющим входам третьего и четвертого мультиплексоров, выходы которых соединены с вторыми входами первого и второго блоков сравнения соответИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано нри проектировании высоконадежных и высокопроизводительных вычислительных систем и систем диагностики.
Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей системы за счет дополнительного введения дуплексного режима работы с резер- 10 вом в виде третьего канала и режима повышенной производительности, когда все три канала работают независимо один от другого, каждый по своей программе. 15
На чертеже приведена блок-схема трехканальной резервированной вычислительной системы.
Система содержит вычислительные устройства 1 (выполненные, напри- 20 мер, о ) 3), которое описывает микропрограммный процессор, содержащий ПЗУ команд операционной системы, операционный блок, ОЗУ для хранения программ пользователей,ПЗу 25 для хранения микрокоманд и блок микропрограммного управления},связанные между собой обменными входамивыходами, внешние устройства 2 (в качестве внешних устройств можно З0 использовать любые удовлетворяющие по своим параметрам устройства для сокряжеиия и обмена информацией между процессором и устройствами ввода-эьщода информации, в астнос- 35 ти, например, выполненное по Г4) входы которых соединены с информационными входами устройств 3 диагственно с входом внешнего устройства, и с первым входом вычислительного устройства, информационные входы первого и второго мультиплексоров подключены к информационным входам соответственно первого и второго мажоритарных элементов, а выходы — соответственно к вторым входам третьего и четвертого мультиплексоров, третьи входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго мультиплексоров. ностического контроля, каждое иэ которых содержит первый и второй мажоритарные элементы 4, входы которых соединены с информационными входами устройства 3 и входами первых и вторых мультиплексоров 5, управляющие входы которых соединены с управляющими входами устройства 3 и входами элемента ИЛИ 6, выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого мультиплексоров 7, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков 8 сравнения и первьвк и вторым выходом устройства соответственно, выходы блоков 8 соединены с управляющими входами соответствую-. щих блоков 9 анализа, а входы с соответствующими выходами регистра
10 номера канала, причем каждый блок 9 анализа содержит последовательно соединенные элементы И 11 и элемент ИЛИ 12, выходы которых через элементы И 13 соединены с соответствующими входами контрольного регистра 14, выходы которого соединены с входами соответствующих . элементов ИЛИ 15, выходы которых соединены через соответствующие элементы НЕ 16 с вторыми входами элементов И 13 и с входами элемента ИЛИ 17, выход которого соединен с выходом прерывания устройства,информационные входы 18-20, связанные с соответствующими вычислительными устройствами 1, первый выход 21, выход 22 для последовательной передачи информации, выход 23 прерывания, информационные входы 24-26, связанные с соответствующими внешними устройствами, второй выход 27, выход 28 и вход 29 связи, управляющие входы 30.
Функциональное назначение входов
18-20 и выхода 27 состоит в передач от вычислительного к внешнему устройству информации через мультиплексоры либо через мажоритарный элемент и мультиплексор и восстановление ее в случае искажения в одном канале с помощью мажоритар.ного элемента. Аналогично и функциональное назначение входов 24-26 и выхода 21, с той лишь разницей, что информация передается от внешнего устройства к вычислительному устройству. По выходам связи 27 и
28 в каждое устройство диагностического контроля блоков 9 анализа поступает информация о состоянии . (исправности или неисравности) каналов системы, что позволяет однозначно фиксировать номер неисправного канала во всех каналах системы при работе в режиме трехканального резервирования и фиксировать неисправность одного из каналов при работе в дуплексном режиме. По управляющим входам 30 в устройство диагностического контроля каждого канала на управляющие входы мультиплексоров поступает двухраэрядный код задания режима работы системы, соответствующий одному из трех выполняемых режимов.
1О
25
35
Функциональное назначение связей между вычислительными устройствами
1 состоит в обеспечении возможности восстановления сбившегося вычислителя по информации из исправного канала и изменения структуры системы.
45
Вычислительная система работает в трех режимах: в режиме трехканального резервирования, когда все три канала работают синхронно и параллельно по одной общей программе; в дуплексном режиме, при этом любые два канала работают параллельно и синхронно, а третий канал представляет резерв, позволяющий сохранить дуплексный режим при реконфигурации системы.из-за отказа одного из каналов; в режиме повышенной производительности, когда все три канала
274 4 работают независимо один от другого, каждый по своей программе.
Режимы работы системы задаются установлением на двухразрядных выходах задания режима вычислительных устройств соответствующего кода.
Трехканальному режиму работы соответствует код — 00, дуплексному
01 и 10 и независимому режиму код — 11.
Рассматривают работу системы во всех трех режимах.
В исходном состоянии все контрольные регистры 14 установлены в нулевое состояние, а в регистры
l0 номера канала записаны соответствующие коды.
В режиме трехканального резервирования система работает аналогично известной.
Информация, выдаваемая вычислительными устройствами 1 (внешними устройствами 2), поступает на мажоритарные элементы 4. Код 00, поступающий с выходом задания режима вычислительчых устройств 1 на управляющие входы первых и вторых мультиплексоров 5, блокирует выдачу информации с их вьгходов, а ноль на выходе элемента П. 1И 6 подается на управляющие входы третьих и четвертых мультиплексоров 7 и обеспечивает тем самым прохождение информации с выходов мажоритарных элементов 4 на входы соответствующих внешних (вычислительных) устройств и блоков 8 сравнения, где она сравнивается с информацией, поступающей из вычислительного (внешнего) устройства данного канала. При несравнении сигналы с блоков 8 со всех устройств 3 поступают на входы соответствующих блоков 9 анализа.
Код номера канала иэ регистра 10 через соответствующие открытые элементы И 11 и элементы ИЛИ 12 в неисправном канале и через соответствующие элементы ИЛИ 12 в исправных каналах поступает на входы соотзетствующих элементов И 13.
Через открытые элементы И f 3 код номера отказавшего канала вычислительного устройстьа 1 (внешнего устройства 2) записывается в соответствующие разряды регистров 14 всех каналов. Причем записанный первым по времени код вычислительного устройства (внешнего устрой1156274 ства) сигналом с соответствующего элемента ИЛИ 15, инвертированного соответствующим элементом НЕ 16, блокирует запись кодов внешнего (вычислительного) устройства, запрещая прохождение сигналов с блоков 9 через соответствующие элементы И 13. Это позволяет определить первый по времени блок системы, выдавший искаженную информацию, что улучшает контролепригодность системы.
Сигналы с выходов элементов ИЛИ
15 объединяются на элементы ИЛИ 17 и поступают на вход прерывания вычислительного устройства,сигнализируя о наличии в системе несравнения. По этому сигналу вычислительное устройство 1 запрашивает регистр
14 и по контрольному выводу считывает его содержимое. Это позволяет в самой системе иметь оперативную информацию о ее состоянии, а значит принимать меры для восстановления отказавшего блока системы или изменения структуры системы путем задания соответствующего режима работы.После считывания устройства 3 устанавливаются в исходное состояние.
Рассматривают работу вычислительной системы в дуплексном режиме.
В дуплексную систему можно объединять любые два канала из имеющихся трех. Допустим для определенности, что первый и второй канал объединены в дуплексную систему, а третий канал находится в резерве.
Сигналы управления с выходов задания режима вычислительного устройства первого канала, поступая на вхо— ды мультиплексоров 5 и 7, обеспечивают прохождение информации с выходов вычислительных устройств 1 (внешних устройств 2) второго канала на входы внешних устройств 2 (вычислительных устройств 1) и блоки 8 сравнения первого канала. Аналогично сигналы управления с выходов задания режима вычислительного устройства 1 второго канала обеспечивают прохождение информации с вы— ходов вычислительных устройств (внешних устройств) первого канала на входы внешних устройств (вычислительных устройств) и блоки 8 сравн ения второ го канала .
Таким образом, вычислительное устройство 1 первого канала обме5
30 нивается информацией с внешним устройством " второго канала, а вычислительное устройство 1 второго канала — с внешним устройством 2 первого канала. Первые блоки 8 сравнения обоих каналов сравнивают информацию, поступающую с информационных выходов вычислительных устройств первого и второго каналов, а вторые блоки 8 обоих каналов — информацию, поступающую с выходов внешних устройств первого и второго каналов; При несравнении в соответствующих разрядах контрольного регистра 14 всех трех каналов запишется код, равный логической сумме номеров несраннившихся каналов.
Дальнейшая обработка прерывания аналогична описанной для трехканальной системы.
В режиме повышенной производительности вычислительная система функционирует следующим образом.
Код задания режима, поступающий в каждом канале на управляющие входы мультиплексоров 5 и через элемент KIH 6 — на управляющие входы мультиплексоров 7, обеспечива" ет подключение информационного выхода вычислительного устройства 1 (внешнего устройства !) своего канала ко входу внешнего устройства
2 (вычислительного устройства 1) этого же канала.
Таким образом, все три канала работают параллельно и независимо друг от друга. Независимость работы каналов обеспечивается тем, что на оба входа блоков 8 сравнения в каждом канале подается информация с вычислительного (внешнего) устройства только данного канала, что не приводит к появлению сигнала несравнения на выходах блоков 8 сравнения с последующим прерыванием работы системы.
Введение в устройства диагностического контроля каждого канала трехканальной резервированной вычислительной системы четырех мультиплексоров и элемента ИЛИ позволяет проводить коммутацию информационных входов устройств диагностики и выходов мажоритарных элементов, что обеспечивает гибкую реконфигурацию системы и возможность функционирования вычислительной системы, кроме трехканального, еще в двух режимах: дуплекс;.ом режиме и в режиме повншенной производительности, при котором производится динамический размен надежности на производительность и! 56274 8 общая производительность системы возрастает в три раза.
Все это расширяет область применения и функциональные возможности системы при решении различных вычислительных задач.
ВНИИПИ Заказ 319Я/З6 1 ира . 7 !- . Полли.ное
Филиал IIIIII "Патеит", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4