Коммутационный элемент
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<ц928340 ч
//.—. . г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0 0480 (21) 2906154/18-24
151)М Кп з с присоединением заявки №
G 06 F 7/00
Государственный комитет
С СС P но делам изобретений и открытий (23) Приоритет153) УДК 681 ° 3 (088.8) Опубликовано 1505.82, Бюллетень ¹ 18
Дата опубликования описания 1505Я2 (72) Авторы изобретения е 1
1 !
E в
Таганрогский радиотехнический инстнщи им. "Й.Д. . К кова (71) Заявитель (54) КОММУТАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения самонастраивающихся коммутационных структур, а также для построения однородных вычислительных и управляющих структур.
- Известен коммутационный регистровый элемент, содержащий ячейки памяти, блок коммутации и управляющий регистр. Настройка такого коммутационного элемента осуществляется путем занесения в управляющий регистр соответствующе ro управл яюще го кода (1) .
Недостатком .этого устройства является то, что для образования в коммутационной регистровой структуре, состоящей из коммутационных элементов каналов связи необходимо, настраивать каждый в отдельности коммутационный элемент, входящий в структуру. Помимо этого, для настройки коммутационной регистровой структуры требуется сложная внешняя система управления.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коммутационный регистровый элемент, содержащий ячейки памяти, управляющий регистр, блок коммутации, блок реализации функций распространения, блок форми ров ани я мес тных функций фиксирования, блок формирования выходных функций фиксирования, блок формирования выходных функций занятости и блок местного управления.
Настройка коммутационной регистровой структуры, состоящей из коммутационных регистровых элементов на задан . ные каналы связи осуществляется автоматически, за счет подачи на все коммутационные регистровые элементы структуры вначале одинаковых сигналов распространения, а затем одина15 ковых сигналов фиксирования. Работа коммутационного регистрового элемента распадается на три этапа: этап настройки на построение дерева соединений, этап настройки на фиксирование каналов связи и этап работы элемента в режиме передачи информации. При перенастройке коммутационной регистровой структуры на другую схему коммутации вводится дополни25 тельный этап — этап сброса всех элементов в нулевое состояние, при котором все входы и выходы каждого элемента разъединены t23
Недостатками такого устройства
30 являются низкое быстродействие при
3928340 работе иа этапах настройки на пост- роение дерева соединений и фиксирование каналов связи, обусловленное, задержкой сигналов распространения дерева соединений и фиксирования в элементе и невозможность передачи информации через коммутационный регистровый элемент при работе егс на этапах настройки на построение дерева соединений и фиксирования каналов связи.
10 цель изобретения - расширение области применения коммутационного элемента путем обеспечейия независимости режима передачи информации через элемент от других режимов работы элемента и повышения быстродействия элемента s режиме настройки на построения канала связи.
Поставленная цель достигается тем, что коммутационный элемент, со«« держащий ячейки памяти, блок коммутации, управляющйй .регистр, блок реализации функции распространения, .дешифратор, блок формирования выходных функций фиксирования, причем входы ячеек памяти подключены к инфор.мационным входам элемента соответ ственно, а выходы — к информационным входам блока коммутации,.настроечный 30 вход которого подключен к выходу управляющего регистра, а выходы подключены к информационным выходам элемента соответственно, вход управляющего регистра подключен к выходу де- 35 шифратора, информационные входы которого подключены ко входам сигналов фиксирования каналов связи и к ин» е формационным входам блока формирования выходных Функций фиксирования 40 соответственно, выход которого подключен к выходу сигнала фиксирова ния каналов связи элемента, управ.ляющий вход блока реализации функции распространения подключен R yn 45
Равляющему входу элемента; элемент содержит также блок формирования местных функций занятости и блок выбора информационного входа, информационные входы которого подключе" ны к входам передачи сигналов раепространения дерева соединения элемента н к. информа!Ционным входам блока реализации функций распространения соответственно, выход подключен к управляющим входам дешифрагора и блока формирования выходных функций фиксации, а управляющий вход к выходу блока формирования местных
Функций занятости, вход которого подключен к выходу управляющего ре- 60 гистра, выходы блока реализации функции распространения подключены к выходам передачи сигнала распространения дерева соединения соответственно.
Блок ..реализации функции распространения содержит элементы И и ИЛИ, причем информационные входы блока подключены ко. входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к прямому входу элемента И, инверсный вход которого подключен к управляющему входу блока, выход которого подключен к выходу элемента И.
Блок формирования выходных функций фиксирования содержит элементы
И и ИЛИ, причем информационные входы блока подключены ко входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к первому входу первоto элемента И, выход которого подключен к первому выходу сигналов фикси рования каналов связи блока и к первому входу второго элемента И, выход -которого подключен ко второму выходу сигналов фиксирования каналов свяэи блока, вторые входы элементов
И подключены к управляющему входу блока.
Блок формирования местных функций занятости содержит элементы ИЛИ, входы которых подключены к входам блока, а выходы подключены к выходам блока соответственно.
Блок выбора информационного входа содержит элементы И, причем прямые входы первого и второго элементов И подключены к информационным входам блока соответственно, первые инверсные входы первого и второго элементов И подключены к управляющим входам блока соответственно, выход первого элемента И подключен ко второму инверсному входу второго элемента И, выход которого .подключен ко второму инверсному входу первого элемента И, выходы элементов И подключены к выходам блока соответственно.
Вспомогательные функции занятости,выбора информационного входа, распространения.и фиксирования, реализуеьые в каждом коммутационном элементе, определяются следующим образом. Местные функции занятости определяют какие информационные входМ заняты построенными каналами связи. Функции занятости f„ è зависят от. составляющих вектора управления 2= 4 1 Уа Единичное значение функции ф" {1 = 1,2) указывает i-тый информационный вход элемента, задействованный каналом связи.
Функции выбора информационного в сода * и А,определяют тот информационный вход, незанятый ранее по-, строенными каналами связи, со сто928340 роны которого пришел первый из сигналов распространения <= < Аа )(;
L.z=vz. .< где r u r — сигналы распространения дерева соединения, поступающие от соседних элементов °
Функции распространения дерева соединений z, и z íåoáõîäèìû для автоматического построения дерева соединений и зависят от сигналов
r, и г, поступающих от соседних элементов и внешнего управляющего сигнала P сброса дерева соединений г< = (г v r ) Р к = (r << rz) P
<Функции фиксирования соединений выделяют из дерева соединений, образованного сигналами распространения, лишь те соединения, которые соединяют заданный вход коммутационной структуры с заданными выходами. При этом каналы связи, соответствующие
Ъ выделенным соединениям, фиксируются.
Эта операция реализуется в .коммута ционном элементе следующими местными функциями фиксирования у и 4 < < у2< и<
yz пр <-е где n n — входные функции фикЕ сирования, поступающие от последующих ком мутационных элементов, через которые проходят образуемые каналы связи.
Для настройки= на фиксирование. необходимых каналов связи, предыдущих по отношению к данному коммутационных элементов в последние, передаются выходные функции фиксирования
m < и m, образуемые в данном элементе, Выходная функция фиксирования зависит от входных функций фиксирования и и nz и сигналов выбора ин< формационного входа и<< = (и< v np ) <<
mg = (и n ) -
Функции коммутации коммутационного элемента зависят от составляющих вектора управления
9< = К< (a< х < Y Км К < х г
< %= К< (г < < YY! г управляется коммутационный элемент с помощью внешних сигналов управления С и P. Сигнал С приводит элемент в исходное состояние, сигнал P приводит блок реализации функций распространения в нулевое. состояние. г
Если ввести обозначение векторов.
Х=Х< Х вЂ” вектор входной информации коммутационного элемента;
М-М Ча вектор выходной информа ции;
50 (=y -y<>yz„yzz — управляющий вектор эле— .« <2 мента;
r=r< r вектор входных сигналов распространения соединений;
z=z z — вектор выходных функций распространения;
n=n, n вектор входных функций фиксирования;
m=m mp вектор выходных функций фиксирования;
Y= Y«7< Уц Y — вектор местных функций — фиксирования; =«.<*г — вектор функций выбора информационного входа;
) =,3 — вектор функций занятос15 ти, то функции распространения, фиксирования, занятости и коммутации коммутационного элемента записываются в следующей компактной векторной фор20 ме: z=f (r,P) . — функция распространения;
m=f (n,*) — выходные функции фиксирования;
Ч-<Р(< ") — местные функции фиксирот
25 ванияу .= Р «",h.l — функции выбора информационного входа;
y=F(У) — функции занятостиу, 3=F (х,Y) — функции коммутации.
На фиг.1 изображена функциональная схема ко<жутационного элемента; на фиг ° 2 — структура передачи данных между блоками коммутационного элемента.
Функциональная схема коммутационного элемента (фиг.1) содержит ячейки 1 и 2 памяти, блок 3 коммутации, управляющий регистр 4, блок.5 реализации функции распространения, дешифратор 6, блок 7 формирования вы40 ходных функций формирования, блок 8 формирования местных функций занятости, блок 9 выбора. информационного входа, информационнык вход 10, входы 11 и 12 для передачи сигналов
45 распространения дерева соединения, управляющие входы 13 и 14, информационный вход 15, выход 16 сигнала фиксирования каналов связи, выходы
17 передачи сигналов распространения дерева соединения, информационный выход 18, входы 19 и 20 сигналов фиксирования каналов связи, информационный выход 21, выход 22 передачи сигналов распространения дерева соединения и выход 23 сигнала фиксирования каналов связи. Коммутационный элемент имеет два информационных входа 10 и 15, по которым поступают информационные сигналы Х< и Хо соответственно из соседних элементов
ЬО и два информационных выхода 18 и 21, по которым передаваемые информационные сигналы s и <)r соответственно направляются в соседние элементы. В пространственном отношении
65 направления движения информации 10
928340 и }8, 15 и 21 взаимно перпендикулярны. кроме информационных входов и выходов коммутационный элемент имеет два управляющих входа 13 и 14. По входу }4 поступает сигнал С приведения коммутационного элемента в исходное состояние, при котором информационные входы и выходы элемента разомкнуты. Сигнал Р на входе 13 сбрасывает блок реализации функций распространения в нулевое состояние. Входы 19 и 20 и выходы 16 и 23 предназначены для передачи от элемента к элементу. сигналов фиксирования каналов связы, а входы 11 и
1 2 и выходы 17 и 22 предназначены 35 для передачи сигналов распространения дерева соединений.
В ячейках 1 и 2 памяти хранится подлежащая коммутации информация, которая поступает в них из соседних элементов по информационным входам 10 и 15. Для образования соединений информационных входов и вы-; ходов элемента предназначен блок
3 коммутации; входы которого соединены с выходами ячеек .памяти 1 и 2, а выходы соединены с информационными выходами элемента 18 и 21, и который настраивается на определенную коммутацию под воздействйем управляю-. щего вектора f, хранящегося в управляющем регистре 4, выходы которого, соединены с соответствующими входами блока 3. Входы управляющего регистра
4 соединены с выходами блока 6 фор- 35 мирования местных функций фиксирования. Блок 5 реализации функций распространения, представляющий собой последовательно соединенные двухвходовой элемент. ИЛИ и двухвходовой 40 элемент И, служит для формирования .выходных сигналов распространения, передаваемых от данного элемента к соседним. Входы блока 5 .соединены с входами 11 и 12 элемента и Управляю- 45 щим входом }3, а выходы соединены с выходами 17 и 22 элемента, Блок 6, представляющий собой дешифратор, состоящий из четырех двухвходовых элементов И, необходим для формирования местных функций фиксирования, с помощью которых элемент настраивается на образование заданных каналов связи.,Входы блока 6 соединены .с входами 19 и 20 элемента и с выходами блока 9.. На выходе блока 6 вырабатывается соответствующий управляющий вектор j заносимый.в управляющий регистр 4. Сигналы фиксирования каналов связи m и щ, пере1 даваемые от элемента к соседним элементам, вырабатываются блоком 7
Формирования выходных функций фиксирования, представляющего собой двухвхадовой элемент ИЛИ и последаяательно соединенные с ним два двух 65 аходовых элемента И. На вход эле-, мента ИЛИ подаются сигналы с входов
19 и 20 элемента. На вторые входы элементов И подаются сигналы с выходов блока 9. Выходы элементов И соедйнены с выходами 16 и 23 элемента. Для формирования сигналов занятости, определякщих занятость информационных входов элемента, служит блок 8 формирования местных функций занятости, состоящий из двух двухвходовых элементов ИЛИ. На входы блока 8 подаются сигналы с выходов управляющего регистра 4. Выход блока 8 соединен со входом блока 9 выбора информационного входа.
На остальные входы блока 9 поступают сигналы c входов 11 и 12 элемента.
Блок 9, содержащий два трехвходовых элемента И, на входы которых подаются сигналы в соответствии с функцией выбора информационного входа, определяет тот из незанятых рщее построенными каналами связи информационный вход элемента, со стороны которого пришел первый из сигналов распространения.
Структура передачи данных (фиг.2) повторяет схему коммутации с той лишь разницей, что вместо отдельных функций и переменных, использованных в последней, используется векторное представление всех величин в соответствии с ранее введенными обозначениями векторов. ,Коммутационный элемент. работает следующим образом. (4
В исходном состоянии на управляющий вход 13 блока 5 реализации функции распространения подается . единичный сигнал Р, который обеспечивает нулевое состояние блока 5. В режиме настройки на построение ка.нала связи на управляющий вход 13 подается нулевой сйгнал. Одновременно на входы 11 и 12 элемента поступают сигналы распространения
r от соседних элементов или извне. если до этого коммутационный элемент был настроен на определенную коммутацию, отличную от нулевой, то в регистре управления к данному моменту находится соответствующий управляющий вектор . Блок 8 формирования местных функций занятости дешифрирует состояние управляющего регистра и формирует сигналы занятости Г и f< . Сигнал построения дерева соединений P и сигналы распуостранения r и r< поступают на входы .блока 5, который вырабатывает выходные сигналы распространения соединений z . .s zg, направленные через выходы 17 и 22 в соседние элементы. Одиовременно входные сигналы распространения r и rz, сигналы занятости 8 q и Ха поступают на
928340
10 входы блока 9. Единичный сигнал по яви тс я на том выходе блока 9, который соответствует информационному входу, не занятому ранее построенными каналами связи, со стороны которого пришел первый из сигналов распространения r поступивших на входы R данного коммутационного эле.— мента.
Входные сигналы фиксирования и и и<, поступающие на входы 19 и 20 ком-10 мутационного элемента от соседних элементов (или извне), поступают на входы блока б формирования местных функций фиксирования. На остальные входы блока б поступают сигналы с .выходов блока 9. В результате блок б вырабатывает управляющий вектор У, описывающий дополнительную коммутацию элемента. Дополнительный управляющий вектор заносится в регистр управления, при .этом он логически суммируется со старым управляющим вектором Y хранящимся в регистре управления 4. Новый вектор управления У поступает на входы блока 3 коммутации, который формирует соответствующие каналы связи между информационными входами и выходами элемента. Одновременно входные сигналы фиксирования и< и п и сигналы блока 9 поступают на входы блока 7 формирования выходных функций фиксирования, на выходах 16 и 23 которого формирротся выходные сигналы фиксирования, причем единичный сигнал m; направлен в ту сторону, откудаЗ5 пришел на данный элемент первый из сигналов распространения.
В течение всей этапов работы ком. мутационный элемент имеет возможность осуществлять передачу информа- 40 ции от входов 10 и 15 к выходам 18 и 21, в соответствии с настройкой .блока 3 коммутации. Для приведения коммутационной структуры, состоящей
° из коммутационных элементов, в сос- 45 тояние нулевой коммутации, что необходимо при перенастройке коммутационной структуры на другую схему коммутации, на вход 14 элементов подается внешний управляющий сигнал, приводя- 50 щий все ячейки управляющего регистра
4 в нулевое состояние. В результате все элементы коммутационной структуры оказываются разомкнутыми и все каналы связи ликвидируются. 55
Рассмотрим работу коммутационной структуры, состоящей из данных коммутационных элементов.
В исходном состоянии на управляющих входах 13 и 14 всех элементов структуры присутствуют единичные сигналы, обеспечивающие исходное состояние регистров управления и бло-. ков реализации функций распростра.нения всех элементов структуры. Пе- 65 ред началом работы на вход 14 всех элементов структуры подается нулевой сигнал, разрешающий запись управляющего вектора в регистры управлени я 4 коммутационных элементов. Для настройки структуры на необходимый канал связи на вход P элементов подается нулевой сигнал. Одновременно источник информации формирует единичный сигнал распространения, поступающий на соответствующий вход
11 или 12 того, связанного с ним коммутационного элемента, информационный вход которого соединен с выходом источника информации. Единичный сигнал распространений приходит на выходы блока 5 и поступает на входы 11 и. 12 соседних элементов.
Одновременно блок 9 того же элемента формирует. на соответствующем выходе единичный сигнал, определяющий со стороны какого информационного входа не занятого ранее построенными каналами связи, поступил первый.из сигналов распространения r на данный элемент. Одновременно с генерацией источником информации сигнала распространения, приемники информации генерируют единичный сигнал фиксирования, поступающий на вход 19 или 20 тех коммутационных элемейтов, 0 информационные выходы которых связаны с входами приемников информации.
Как только сигнал распространения достигнет элемента, на входах 19 или 20 которого присутствуют единичные сигналы фиксирования; блок
16 формирует дополнительный вектор управления у, который заносится в управляющий регистр, где .логически суммируется с ранее хранимым вектором управления. Блок 3 коммутации осуществляет требуемую коммутацию ин формационных входов и выходов элемента. Одновременно блок 7 того же элемента формирует выходной единичный сигнал фиксйрования на тот соседний элемент, со стороны которого пришел первый из сигналов распространения, Очевидно сигнал фиксирования не может .поступить на элемент со стороны уже занятого информациониого выхода, так как он направлен в сторону незанятого информационного входа последующего коммутационного элемента канала, что означает, что и информационный выход, связанный с данным информационным входом, свободен.
Процесс продолжается до тех пор, пока не будет построен требуемый канал связи ° Затем на все элементы структуры подается единичный сигнал на управляющий вход 13, приводящий блок 5 и блок 9 всех коммутационных элементов в исходное состояние. Коммутационная структура готова к построению нового канала связи.
928340
45
Формула изобретения
Дл я перестройки коммутационной структуpr на новую схему коммутации на все коммутационные элементы структуры подается единичный сигнал на вход 14. В результате все элементы структуры оказываются разомкнутыми и все каналы связи ликвидируются. Совмещение непрерывного принципа распространения дерева соединений и фиксирования канала связи с принципом дискретной переда- l0 чи информации через элемент позволяет повысить быстродействие коммутационного элемента и в то же время обеспечить передачу информации через элемент без -затухания. Так 15 как задержка регистра на порядок больше задержки логической схемы, то можно считать, что задержка прохождения сигнала распространения через известный коммутационный регист- 20 ровый элемент на порядок больше,чем в данном коммутационном элементе.
Время построения канала связи в коммутационной структуре, состоящей из предлагаемых коммутационных элементов, также на порядок меньше, чем при использовании коммутационных, регистровых элементов. Кроме того, возможность совмещения процессов передачи информации и построения нового канала связи через элемент снижает среднее время ожидания приемников информации. Действительно, если в коммутационной структуре,coci îÿùåé из известных коммутационных регистровых элементов, передача информацич между источником и приемником не может осуществляться до тех пор, пдка не будут построены все требуемые каналы связи то в коммутационной структуре, состоящей из 40 данных коммутационных элементов передача информации между приемником и источником может осущес твляться сразу же после построения канала связи между ними. Поэтому среднее время ожидания приемника уменьшается в два раза.
1. Коммутационный элемент, содержащий ячейки памяти, блок коммутации, управляющий регистр, блок реализаций функции распространения, дешифратор, блок формирования выходных функций фиксирования, причем входы ячеек памяти подключены к информационным входам элемента ссответственно, а выходы — к информационным входам блока коммутации, настроечный вход которого подключен к выходу управляющего регистра, а выходы подключены к информационным выходам элемента соответственно, вход управляющего регистра подключен к выходу де- 65 шифратора, информационные входы которого подключены ко входам сигналов фиксирования каналов связи и к информационным входам блока формирования выходных функций фиксирования соответственно, выход которого подключен к выходу сигнала фиксирования каналов связи элемента, управляющий вход блока реализации функции распространения подключен к управляющему входу элемента, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения коммутационного элемента за счет обеспечения независимости режима передачи информации через элемент от других режимов работы элемента и повышения быстродействия, элемент содержит блок формирования местных функций занятости и блок выбора информационного входа, информационные входы которого подключены к входам передачи сигналов распространения дерева соединения элемента и к информационным входам блока реализации функций распространения соответственно, выход подключен к управляющим входам дешифратора и блока формирования выходных функций фиксации, а управляющий вход — к выходу блока формирования местных функций занятости, вход которого подключен к выходу управляющего регистра, выходы блока реализации функции распространения подключены к выходам передачи сигнала распространения дерева соединения соответственно.
2. Элемент по и. 1, о т л и ч аю шийся теМ, что блок реализации функции распространения содержит элементы И и ИЛИ, причем информационные входы блока подключены ко входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к прямому входу элемента И, инверсный вход которого подключен к управляюшему входу блока, выход которого подключен .к выходу элемента И.
3. Элемент по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что" блок формирования выходных функций фиксирования содержит элементы И и ИЛИ,причем информационные входы блока подключены ко входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к первому выходу сигналов фиксирования каналов связи блока и к первому входу второго элемента И, выход которого под"ключен ко второму выходу сигналов фиксирования каналов связи блока, вторые входы элементов И подключены к управляющему входу блока.
4. Элемент по п. 1, о тл и ч аю шийся тем, что блок формирования местных функций занятости
14
13
928340 содержит элементы ИЛИ, входы которых подключены к входам блока, а выходы подключены к выходам блока соответственно.
5. Элемент по п..l, о т л и ч а@ шийся тем, что блок выбора информационного входа содержит эле.менты И, причем прямые входы первого и второго элементов И подключены к информационным входам блока соответственно, первые инверсные входы первого и второго элементов И подключены к управляющим входам блока, соответственно, выход первого элемента И подключен ко второму инверсному входу второго элемента И, выход которого подключен ко второму инверсному входу первого элемента И,выходы элементов И подключены к выходам блока соответственно.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе,. .l. Авторское свидетельство СССР
10 р 446059, кл. G 06 F 7/00, 1975 °
2. Авторское свидетелъствб СССР
В 503235 кл. 0 06 F .7/00 1976 (прототип).
928340
:Заказ 3241/61
Тираж 732 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Рлушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород. ул. Проектная, 4,Составитель В. Кайданов
Редактор A. Гулько Техред Т. Маточка Корректор С. Шекмар