Устройство управления доступом к магистрали в локальных вычислительных сетях с магистральной архитектурой

Устройство управления доступом к магистрали в локальных вычислительных сетях с магистральной архитектурой

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве устройства управления доступом к магистрали при построении локальных сетей с магистральной архитектурой. Цель изобретения - повышение надежности за счет исключения подключения других абонентов на момент обслуживания данного абонента. Она достигается введением в блок 2 сопряжения устройства второго счетчика 10, триггера 12 отказа, триггера 13 отключения, второй схемы 15 сравнения, элемента И 16, элемента ИЛИ 19, формирователя 20 импульсов, что позволяет производить отключение абонента соседним справа абонентом, если данных абонент превышает выделенное время работы или находится в неисправном состоянии. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве устройства управления доступом к магистрали при построении локальных сетей с магистральной архитектурой.

Известно устройство для сопряжения абонентов с общей магистралью, содержащее счетчик, дешифратор, три триггера, два элемента И, два элемента НЕ, элемент ИЛИ, элемент задержки, одновибратор [1] .

Недостатками такого устройства являются большие аппаратурные затраты и низкое быстродействие вследствие сложности алгоритма разрешения конфликтов между абонентами на захват общей магистрали.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является устройство управления доступом к магистрали в локальных сетях с магистральной архитектурой, которое содержит блок управления, управляющую магистраль, информационную магистраль и N блоков сопряжения, причем управляющие входы-выходы каждого блока сопряжения подключены через управляющую магистраль к выходу-входу блока управления, первые информационные входы-выходы каждого блока сопряжения соединены между собой через информационную магистраль, причем i-й вход кода абонента устройства (i= 1, N), i-й вход запроса устройства, i-й информационный вход-выход первой группы устройства, i-й информационный вход-выход второй группы устройства подключены соответственно к информационному входу, к управляющему входу, к первому информационному входу-выходу и к второму информационному входу-выходу i-го блока сопряжения, при этом каждый блок сопряжения содержит преобразователь параллельного кода в последовательный, счетчик, элемент сравнения и элемент И, причем в каждом блоке сопряжения информационный вход, управляющий вход, первый информационный вход-выход и второй информационный вход-выход блока сопряжения подключены соответственно к первому входу элемента сравнения, к первом входу элемента И, к первому входу-выходу и к второму входу-выходу преобразователя параллельного кода в последовательный, выход счетчика подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента И, управляющий вход-выход блока сопряжения подключен к счетному входу счетчика и к инверсному выходу элемента И [2] .

Недостатками такого устройства являются низкие надежность и производительность вследствие жесткого алгоритма работы устройства управления доступом к магистрали и его аппаратурной реализации. Низкая надежность функционирования обусловлена тем, что при отказе активного абонента во время обмена информацией по магистрали доступ к ней со стороны других абонентов блокируется на управляющей магистрали до момента восстановления работоспособности данного абонента. Низкая производительность устройства обусловлена тем, что абонент, захвативший управляющую магистраль, может использовать ее монопольно практически неограниченное время в ущерб другим абонентам, т. е. в единицу времени обслужен один запрос.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности устройства.

Цель достигается тем, что устройство управления доступом к магистрали в локальных вычислительных сетях с магистральной архитектурой, содержащее блок управления и N блоков сопряжения, причем управляющие входы-выходы каждого блока сопряжения подключены через управляющую магистраль к выходам-входам блока управления, первые информационные входы-выходы каждого блока сопряжения соединены между собой через информационную магистраль, i-й вход кода абонента устройства (i= 1, N), i-й вход запроса устройства, i-й информационный вход-выход второй группы устройства подключены соответственно к информационному входу, к управляющему входу, к первому информационному входу-выходу i-го блока сопряжения, содержит преобразователь параллельного кода в последовательный, счетчик, элемент сравнения, элемент И, причем в каждом блоке сопряжения информационный вход, управляющий вход, первый информационный вход-выход блока сопряжения подключены соответственно к первому входу элемента сравнения, к первому входу элемента И, к первому входу-выходу, второму входу-выходу преобразователя параллельного кода в последовательный, выход счетчика подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента И, управляющий вход-выход блока сопряжения подключен к счетному входу счетчика и к инверсному входу элемента И, при этом каждый блок сопряжения дополнительно содержит второй блок сравнения, триггер отказа, триггер отключения, второй информационный вход, прямой и инверсный выходы которых подключены к второму инверсному входу, первому и второму управляющим выходам блока сопряжения, первый элемент И, вторым входом подключенный к тактовому входу блока сопряжения, первым входом подключенный к выходу второго блока сравнения, первый информационный вход которого соединен с выходом счетчика, второй элемент И, выход которого подключен к установочному входу триггера отключения, первый вход которого соединен с вторым управляющим входом блока сопряжения, а также с установочным входом триггера отказа и третим управляющим входом элемента И, второй счетчик, вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, элемент ИЛИ, первый управляющий вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, формирователь импульсов, выход которого подключен к R-входу второго счетчика, а управляющий вход - к выходу второго счетчика и второму входу второго элемента И, причем в блоке управления элемент ИЛИ инверсным выходом соединен через управляющую магистраль с синхронизирующим входом i-го блока сопряжения, i-й синхронизирующий вход устройства, (i+1)-й вход кода приоритета абонента, i-й выход отказа, i-й управляющий выход абонента подключены соответственно к тактовому входу, к второму информационному входу, к первому управляющему выходу, к второму управляющему входу, к второму управляющему выходу i-го блока сопряжения.

Сущность изобретения состоит в том, что по каждому импульсу, вырабатываемому блоком управления, происходит захват шины только одним блоком сопряжения. Захват производится по признаку порядкового номера импульса в последовательности при условии совпадения кода приоритета с текущим кодом. На момент обслуживания данного абонента (передачи битов информационного кадра) подключение других абонентов магистральной структуры невозможно. Отключение блока сопряжения производится по окончании цикла приема - передачи, при превышении кванта времени, выделенного абоненту для обмена информацией, при возникновении сбойных ситуаций в работе, увеличивающих время обслуживания. При этом снимается блокировка с управляющей магистрали. Отключение производится по определенному алгоритму соседним абонентом, находящимся слева от активного абонента. Имеется возможность отключения абонентом справа (при этом производятся незначительные изменения в схеме устройства). Сущность изобретения реализуется за счет новой совокупности элементов и связей, позволяющих сделать вывод о том, что предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна".

Введение второго блока сравнения и его связей позволяет идентифицировать момент отключения блока сопряжения абонентам, код приоритета которого равен текущему коду. Введение первого элемента И позволяет формировать сигнал установки второго счетчика в единичное состояние. Введение второго счетчика позволяет формировать по тактовому импульсу управляющий сигнал для перевода блока сопряжения в режим обслуживания запроса на отключение. Введение формирователя импульсов и элемента ИЛИ позволит производить сброс второго счетчика в нужное состояние после перевода блока сопряжения в режим обслуживания запроса на отключение, а также в случае окончания обслуживания последнего абонента в сети магистральной архитектуры. Введение триггера отказа позволяет фиксировать состояние отказа блока сопряжения и учитывать его абонентом. Введение триггера отключения позволяет фиксировать запрос абонента на отключение и вырабатывать управляющий сигнал, который снимает блокировку с соседнего справа абонента. Введение второго элемента И позволяет устанавливать триггер отключения в единичное состояние в зависимости от состояния второго двоичного счетчика или соседнего справа блока сопряжения.

Предлагаемое устройство соответствует критерию существенные отличия, поскольку в устройствах-аналогах, а также в устройстве-прототипе отсутствует возможность снятия блокировки управляющей магистрали, т. е. отключение активного объекта, превышающего время обмена или находящегося в сбойном состоянии.

При реализации предлагаемого устройства может быть получен положительный эффект, заключающийся в повышении эффективности работы устройства управления доступом к магистрали.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 управления, N блоков 2 сопряжения, управляющую магистраль 3, информационную магистраль 4. Блок 1 управления состоит из мультивибратора, собранного на элементах ИЛИ 5-8, сопротивлениях R1, R2, R3 и емкостях C1, C2. Каждый блок 2 сопряжения состоит из счетчика 9, второго счетчика 10, преобразователя 11 параллельного кода в последовательный, триггера 12 отказа, триггера 13 отключения, элементов 14, 15 сравнения, первого элемента И 16, второго элемента И 17, элемента И-НЕ 18 с открытым коллектором, элемента ИЛИ 19, формирователя 20 импульсов и имеет тактовый вход 21, управляющие входы 22-25, 28, выходы 27, 29, информационные входы-выходы 26 и 30. Блок 1 управления соединен с каждым блоком 2 через входы-выходы 21, 22 и управляющую 3 магистраль. Информационная магистраль 4 соединяет между собой информационные входы-выходы 30 блоков 2 сопряжения. В каждом блоке 2 сопряжения первый информационный вход 24, управляющий вход 23, первый информационный вход-выход 26 подключены соответственно к первому входу элемента 14 сравнения, к первому входу элемента И-НЕ 18 и первому входу-выходу 26 и второму входу-выходу 30 преобразователя 11 параллельного кода в последовательный. Информационный выход счетчика 9 подключен к второму входу элемента 14 сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ 18. Управляющий вход-выход 22 блока сопряжения подключен к счетному входу счетчика 9 и к инверсному выходу элемента И-НЕ 18, причем информационный выход счетчика 9 подключен к первому входу второго элемента 15 сравнения, а второй вход элемента 15 сравнения соединен с вторым информационным входом 25 блока сопряжения. Выход элемента 15 сравнения подключен к первому управляющему входу элемента И 16, вторым входом подключенного к тактовому входу 21 блока 2 сопряжения, а выходом - к информационному входу второго счетчика 10. Выход второго счетчика 10 соединен с вторым управляющим входом элемента И 17, а также с входом формирователя 20 импульсов, выход которого подключен к второму управляющему входу элемента ИЛИ 19. Первый вход элемента ИЛИ 19 соединен с выходом переполнения счетчика 9, а выход элемента ИЛИ 19 является входом установки в нулевое состояние второго счетчика 10. Выход элемента И 17 является установочным входом триггера 13 отключения, инверсным выходом подключенного к второму управляющему выходу 29 блока 2 сопряжения. Второй управляющий вход элемента И 17 соединен с третьим управляющим входом элемента И-НЕ 18, управляющим входом 28 блока сопряжения и установочным входом триггера 12 отказа, выход которого подключен к первому управляющему выходу 27 блока 2 сопряжения.

Блок 1 управления предназначен для выработки последовательностей импульсов, которые через управляющие выходы 21, 22 передаются по магистрали 3 в блоки 2.1-2. N сопряжения всех абонентов. Блок сопряжения осуществляет захват управляющей шины, а также отключение абонента от магистрали и прием - передачу информационных кадров в последовательно-параллельном коде. Управляющая магистраль 3 предназначена для организации безконфликтного захвата информационной магистрали 4. Информационная магистраль предназначена для передачи битов информационного кадра в последовательном коде между абонентами. Элементы ИЛИ 5-8 являются составной частью блока 1 управления и предназначены для формирования управляющих импульсов определенной длительности и частоты. Счетчик 9 предназначен для подсчета количества тактовых импульсов, поступающих из блока 1 управления, формирования текущего кода и управляющего сигнала переполнения на его выходы. Счетчик 10 предназначен для перевода блока 2 сопряжения в режим отключения и обратно в зависимости от режимов функционирования. Преобразователь 11 параллельного кода в последовательный предназначен для приема - передачи кодов между абонентами через информационную магистраль 4, преобразования их параллельного кода в последовательный и наоборот. Триггер 12 отказа предназначен для формирования признака отказа и передачи сигнала по управляющему выходу 27 абоненту. Триггер 13 отключения предназначен для установки режима отключения в блоке 2 сопряжения и формирования управляющего сигнала на отключение от соседнего слева абонента. Элемент 14 сравнения предназначен для сравнения текущего кода X_n с кодом приоритета X_i абонента инициатора приема - передачи и выработки управляющего сигнала, разрешающего захват управляющей магистрали. Элемент 15 сравнения предназначен для сравнения текущего кода X_n, сформированного на выходе счетчика 9, с кодом приоритета X_i-1 абонента, осуществляющего отключение, и выработки управляющего сигнала, инициирующего перевод устройства в режим отключения. Элемент И 16 предназначен для формирования из тактового импульса входа 21 счетного импульса перевода счетчика 10 в единичное или нулевое состояние в режиме обслуживания запроса на отключение. Элемент И 17 предназначен для формирования импульса установки триггера 13 отключения в единичное состояние при условии, если счетчик 10 находится в единичном состоянии, и при условии единичного сигнала с входа 28. Элемент И-НЕ 18 с открытым коллектором предназначен для захвата управляющей магистрали 3 путем закорачивания ее с выхода элемента на землю. Элемент ИЛИ 19 - предназначен для установки счетчика 10 в нулевое состояние. Формирователь 20 импульсов предназначен для формирования импульса сброса счетчика 10 по заднему фронту сигнала на его выходе.

Тактовый вход 21 предназначен для передачи синхронизирующих импульсов с выхода блока 1 управления через управляющую магистраль 3 в блок 2 сопряжения. Управляющий вход 22 служит для передачи импульсов с выхода блока управления через управляющую магистраль 3 на вход счетчика 9 блока сопряжения и блокировки управляющей магистрали. Управляющие входы 23.1-23. N служат для передачи управляющего сигнала запроса абонентов на передачу информации в блоки 2.1-2. N сопряжения. Управляющие входы 24.1-24. N служат для приема кодов приоритета от абонентов инициаторов приема - передачи информации в блоки 2.1-2. N сопряжения. Управляющие входы 25.1-25. N служат для приема кодов приоритета от абонентов, отключающих устройства 2.1-2. N сопряжения. Информационные входы-выходы 26.1-26. N служат для приема - передачи битов информации в параллельном коде. Управляющие выходы 27.1-27. N предназначены для передачи управляющего сигнала отказа, сигнализирующего об отключении блока 2 сопряжения от магистрали 3. Управляющие входы 28.1-28. N предназначены для приема управляющего сигнала от соседнего справа блока сопряжения, который сигнализирует об отключении. Управляющие выходы 29.1-29. N предназначены для передачи управляющего сигнала отключения данного блока сопряжения от соседнего слева в магистрали. Информационные входы-выходы 30.1-30. N предназначены для приема - передачи по информационной магистрали 4 битов информации в последовательном коде между блоками сопряжения абонентов.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 вырабатывает последовательность импульсов, которые поступают через управляющую магистраль 3 на управляющие входы 21, 22, блоков 2.1-2. N сопряжения всех абонентов. Каждый импульс из последовательности разрешает захват шины только одному блоку 2 сопряжения по признаку порядкового номера этого импульса в последовательности. Таким образом, для захвата информационной магистрали 4 одним из абонентов достаточно не более N импульсов, где N - число абонентов в сети.

В момент захвата магистрали 4 одним из абонентов блок 1 прекращает генерацию импульсов по управляющему входу 22 и фиксирует состояние в счетчиках 9.1-9. N. Генерация импульсов по управляющему входу 22 возобновляется в случае освобождения магистрали 4 абонентом, ее захватившим, или в режиме отключения абонента от магистрали другим абонентом.

Абонент-передатчик, захватывающий магистраль 4, передает по ней биты информационного кадра. По окончании цикла приема - передачи или оп окончании интервала времени, предоставленного абоненту для обмена информацией, снимается блокировка с магистрали 3 и блок 1 продолжает генерацию импульсов по управляющему входу 22.

Поступившая на вход счетчика 9 последовательность импульсов с блока 1 фиксируется на выходе, и текущий код передается на вторые информационные входы элементов 14, 15 сравнения. На первые входы 24, 25 по второму и третьему информационному входам устройства поступают коды X_i и X_i-1, которые определяют приоритет на отключение от абонентов в сети.

При поступлении n-го импульса на вход счетчика 9 на его выходе формируется текущий код X_n. Если данный код совпадает с кодом приоритета X_i абонента, требующего обслуживания, на выходе элемента 14 сравнения появляется сигнал, который поступает на первый вход элемента И-НЕ 18. Абонент, требующий обслуживания, вместе с кодом приоритета X_i выставляет на управляющем входе 23 сигнал запроса на передачу ПРД. С управляющего входа 23 сигнал запроса поступает на первый вход элемента И-НЕ 18, на третий вход которого подается разрешающий потенциал с управляющего входа 28 блока 2 сопряжения.

При наличии данных сигналов элемент И-НЕ 18 с открытым коллектором блокирует магистраль 3, закоротив ее на землю, что соответствует захвату шины абонентом, код приоритета которого равен X_i. Захват шины другими абонентами исключается, так как магистраль 3 заблокирована, а значит, счетчики в блоках 2.1-2. N сопряжения не могут изменить своего состояния.

Информация абонента-передатчика преобразуется из параллельного кода в последовательный при помощи преобразователя 11 (схема К580ИК51) и передается через магистраль 4, откуда поступает на вход аналогичного приемопередатчика блока 2 сопряжения абонента приемника.

По окончании сеанса передачи информации абонент-передатчик снимает сигнал ПРД с управляющего входа 23, а значит, отключается от магистрали 3 выход элемента И-НЕ 18 с открытым коллектором. Это соответствует снятию блокировки с магистрали 3 и появлению импульсов на выходе 22 блока 1 управления.

Сеанс передачи информации абонентом-передатчиком в блоке 2 сопряжения может быть прерван другим абонентом, если, например, абонент-передатчик превышает время обмена информацией или в других случаях. При этом отключение активного абонента-передатчика производится по определенному алгоритму одним из блоков 2 сопряжения (в данном случае схема предусматривает отключение абонента-передатчика абонентом-соседом справа).

Отключение происходит следующим образом. На первый вход элемента 15 сравнения с выхода счетчика 9 поступает текущий код, а на второй вход элемента 15 сравнения - код приоритета абонента, предыдущего в магистрали (соседа справа). При сравнении поступивших кодов на выходе элемента 15 сравнения появляется единичный сигнал, который по первому входу элемента И 16 стробируется импульсом, поступившим из блока 1 управления на второй вход элемента И 16 через тактовый вход 21. С выхода элемента И 16 данный импульс поступает на вход счетчика 10 и устанавливает его в единичное состояние.

Единичный сигнал с выхода счетчика 10 блока 2.2 сопряжения через элемент И 17 поступает на вход триггера 13 отключения и устанавливает его в единичное состояние, чему соответствует нулевое значение сигнала на инверсном выходе триггера 13 отключения.

Нулевой уровень сигнала с инверсного выхода триггера 13 отключения через управляющий выход 29.2 поступает на управляющий вход 28.1 соседнего в магистрали блока 2.1 сопряжения и устанавливает на выходе элемента И-НЕ 18 блока 2.1 сопряжения единичный потенциал, т. е. снимает блокировку магистрали 3 блоком 2.1 сопряжения, разрешая при этом захват ее другими абонентами.

По заднему фронту сформированного импульса на выходе счетчика 10 блока 2.2 сопряжения через определенный интервал времени, сформированный на выходе формирователя 20, появляется импульс, который производит сброс счетчика 10 в нулевое состояние. Сброс счечика 10 происходит также в случае обслуживания последнего абонента магистрали, т. е. когда на выходе счетчика 9 появляется сигнал переполнения.

При поступлении N-тактового импульса на вход счетчика 9 производится захват блоком 2. N сопряжения управляющей магистрали 3. При этом код приоритета X_i должен быть равен текущему коду X_n на выходе счетчика 9. Блок 2. N производит обмен информацией через преобразователь 11 по информационной магистрали 4. При нормальном завершении процесса обмена абонент снимает управляющий сигнал с входа 23. N и осовобождает управляющую магистраль. Снятие сигнала с входа 23. N сигнализирует об окончании очередного цикла работы устройства, после чего все счетчики 9 и триггеры 12, 13 блоков 2 сопряжения обнуляются (цепи обнуления счетчиков 9 и триггеров 12, 13 не показаны).

По сравнению с устройством-прототипом заявляемое устройство обеспечивает более надежное функционирование сети, поскольку отказ в сети может наступить при выходе из строя двух смежных абонентов.

При условии, что вероятность отказа одного абонента магистрали P_отк= 0,1, вероятность отказа устройства управления магистралью Р_уу= 0,1, получают увеличение вероятности безотказной работы сети в целом (показателя надежности) по сравнению с устройством-прототипом на 9% . Для подтверждения этого используют формулу P_бp= 1-[P_уу(1-(P_отк)²)+P_ууP²_отк+P²_отк(1-P_уу)] (1) где Р_бр= 1-Р_отк= 1-0,1= 0,9.

В формулу (1) подставляют значения P_отк и Р_уу. Тогда P_бp= 1-[0,1(1-(0,1)²)+0,1(0,1)²+(0,1)²(1-0,1)] = 1-0,019= 0,981 Выигрыш по сравнению с устройством-прототипом оценивают по формуле P_бр= 100% (2) где Р_бру - вероятность безотказной работы сети с предлагаемым устройством; Р_брп - вероятность безотказной работы сети с устройством-прототипом.

В формулу (2) подставляют значения Р_бру= 0,981 и Р_брп= 0,9. Тогда P_бр= 100% = 0,09100= 9% Производительность сети (количество обслуженных в единицу времени запросов) по сравнению с устройством-прототипом увеличивается приблизительно в два раза, поскольку существует возможность обслуживания нескольких запросов за один и тот же промежуток времени.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ К МАГИСТРАЛИ В ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ С МАГИСТРАЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРОЙ, содержащее блок управления и N блоков сопряжения, первые информационные входы-выходы каждого блока сопряжения соединены с информационной магистралью, при этом каждый блок сопряжения содержит преобразователь параллельного кода в последовательный, первый счетчик, первую схему сравнения, первый элемент И, i-й вход кода абонента устройства (i= 1, . . . , N) подключен к первому входу первой схемы сравнения i-го блока сопряжения, первый вход первого элемента И i-го блока сопряжения соединен с i-м входом запроса устройства, в i-м блоке сопряжения первый и второй входы-выходы преобразователя параллельного кода в последовательный соединены соответственно с первым и вторым информационными входами-выходами i-го блока сопряжения, выход первого счетчика подключен к второму входу первой схемы сравнения, выход которой подключен к второму входу первого элемента И, вход-выход блокировки блока управления подключен через управляющую магистраль к счетному входу первого счетчика и инверсному выходу первого элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет исключения подключения других абонентов на момент обслуживания данного абонента, каждый блок сопряжения дополнительно содержит вторую схему сравнения, второй и третий элементы И, второй счетчик, триггер отказа, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, триггер отключения, причем в i-м блоке сопряжения прямой выход триггера отказа является i-м выходом отказа устройства, инверсный выход триггера отключения i-го блока сопряжения (j= 1 и N-1) подключен к S-входу триггера отказа и третьему входу первого элемента И (J+1)-го блока сопряжения, первый вход второго элемента И подключен через управляющую магистраль к тактовому выходу блока управления, а второй вход подключен к выходу второй схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого счетчика, выход третьего элемента И подключен к S-входу триггера отключения, счетный вход второго счетчика соединен с выходом второго элемента И, первый вход элемента ИЛИ подключен к выходу переполнения первого счетчика, выход формирователя импульсов подключен к второму входу элемента ИЛИ, вход формирователя импульсов подключен к выходу второго счетчика и первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с S-входом триггера отказа, второй вход второй схемы сравнения соединен с i-м входом кода приоритета предыдущего абонента устройства, выход элемента ИЛИ соединен с R-входом второго счетчика, выход триггера отключения N-го блока сопряжения соединен с S-входом триггера отказа и третьим входом первого элемента И первого блока сопряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1