Исследование и разработка методики расчета характеристик программируемых средств сопряжения дискретных каналов с вычислительными комплексами сетей передачи данных Кислин Борис Петрович

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ: ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 13

1.1. Классификация и варианты построения аппаратуры сопряжения 13

1.2. Постановка задачи исследования 25

1.3. Выбор структурной модели исследований... 30

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ МЕТОДОВ ПРИША СИГНАЛОВ ДИСКРЕШІХ КАНАЛОВ СВЯЗИ 36

2.1. Выбор направления исследования 36

2.2. Метод приема дискретных сигналов с использованием индивидуальных счетчиков 44

2.3. Метод приема дискретных сигналов с использованием группового счетчика 45

2.4. Метод кодовых констант 50

2.4.1. Поэтапный способ приема 51

2.4.2. Табличный способ приема 54

Вывода 61

Глава 3. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СХШ РАЗМЕЩЕНИЯ ВХОДЯЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ ДИСКРЕТНЫХ КАНАЛОВ В ПАМЯТИ МОДУЛЯ СВСС 64

3.1. Характеристики входящего потока информации 64

3.2. Способы записи и размещения заявок в паїляти 68

3.2.1. Способы записи 68

3.2.2. Способы размещения заявок в памяти 73

3.3. Кольцевая схема размещения заявок с использованием дополнительного буфера 76

3.3.1. Расчет объема памяти при постоянном числе заявок в группе 79

3.3.2. Расчет объема памяти при случайном числе заявок в группе 91

3.3.3. Сравнительный анализ вариантов... 95

3.4. Елочная схема размещения заявок 97

3.4.1. Выбор оптимального размера блока 98

3.4.2. Оценка объемов памяти для размещения заявок при блочном размещении 101

3.4.3. Сравнение кольцевого и блочного вариантов размещения заявок 105

Выводы 108

Глава 4. ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССОРА МОДУЛЯ СВСС III

4.1. Исследование влияния структуры памяти на возникновение конфликтной ситуации. Постановка задачи III

4.2. Исследование влияния потока данных на производительность процессора модуля СВСС... 118

4.3. Организация обмена по принципу приостановки с анализом текущей команды 131

Выводы 136

Глава 5. ОРГАНИЗАЦИЯ БУФЕРНОЙ ПАМЯТИ МОДУЛЯ СВСС 139

5.1. Основная схема обмена. Постановка задачи. . 139

5.2. Влияние параметров системы на вероятности состояния и требуемую память для размещения заявок 145

Выводы 160

Заключение 162

Литература 166

Приложение I. Протоколы испытании аппаратуры сопряжения 173

Приложение 2. Выбор варианта построения аппаратуры сопряжения на базе специализированного вычислительного комплекса 176

Приложение 3. Оценка предельного значения объема памяти для кольцевого способа размещения заявок 179

• Классификация и варианты построения аппаратуры сопряжения
• Выбор направления исследования
• Характеристики входящего потока информации
• Исследование влияния структуры памяти на возникновение конфликтной ситуации. Постановка задачи
• Основная схема обмена. Постановка задачи.

Введение к работе

В СССР и за рубежом успешно разрабатываются, строятся и эксплуатируются сети передачи дискретной информации .2.,5.5] .

В соответствии с решением ХХУ съезда КПСС в нашей стране осуществляется построение и дальнешее развитие Общегосударственной системы передачи данных (ОГСГЩ), которая обеспечит обмен информацией между различными пунктами автоматизированных систем управления. Наряду с созданием ОГСПД продолжают развиваться и строиться .другие сети передачи данных.

К существующим сетям относятся телеграфная сеть общего пользования, сеть абонентского телеграфа (первый этап низкоскоростной системы передачи данных), выделенные сети ряда министерств страны [5.1 ].

Одновременно с этим в нашей стране закладываются основы для построения принципиально новых сетей - так называемых сетей ЭВМ [5.2] . Эти сети предназначены для обмена информацией между вычислительными машинами.

Основой для построения современной сети передачи данных являются каналы передачи дискретной информации, центры коммутации и абонентские пункты. Абонентами сети являются отдельные вычислительные машины (ВМ), вычислительные комплексы, а таїте различные терминальные устройства - дисплеи, телетайпы и т.п. [%l] .

Основой технической базы любой сети являются вычислительные машины [.5.5].

Вычислительные машины широко используются для построения узловых центров коммутации каналов, сообщений или пакетов, обеспечивающих передачу информации по сети, а также абонентских центров коммутации, обеспечивающих подключение к сети терминальных устройств.

Применение ВМ ставит задачу организации сопряжения каналов связи с вычислительной машиной. Эта задача на современном этапе приобретает исключительное значение в связи с появлением новых технических средств вычислительной техники [4Л] .

Подключение каналов связи к ВМ осуществляется с помощью аппаратуры сопряжения (АС).

Аппаратура сопряжения, кроме электрического согласования, выполняет следующие основные функции: при приеме информации из каналов связи - регистрацию и накопление битов, сборку и накопление кодовых комбинаций (знаков), формирование из кодовых комбинаций массивов информации (сообщений), передачу массивов к ВМ. Кроме этого, аппаратура сопряжения (АС) может также выполнять ряд дополнительных функций, а именно повышение достоверности, формирование и анализ сигналов, используемых в системах с коммутацией каналов, преобразование кодовых комбинаций из одного кода в .другой, первичную обработку информации.

При передаче информации из АС по линиям связи часть из указанных выше функций выполняется в обратном порядке, а некоторые операции заменяются другими. В этом случае АС выполняет прием массивов информации от ЕМ, разборку массивов на кодовые комбинации, формирование служебных знаков и сигналов для обеспечения передачи информации по каналу связи, функции повышения достоверности, преобразование кодовых комбинаций из параллельной формы в последовательную, передачу битов в каналы связи, функции побитной или позначной синхронизации при работе с резервной аппаратурой, операции по переключению неисправных блоков АС на резервные.

Таким образом, выполняемые АС функции достаточно разнообразны и обширны, и они определяются типами каналов, подключаемых к АС, способом синхронизации передаваемых- по каналам связи элементов сообщения (бит), методом повышения достоверности, видом сети связи, объемом задач по контролю качества каналов, способом взаи- модействия и распределением функций между АС и ВМ.

Так как предавтом диссертационной работы является исследование программируемой аппаратуры сопряжения (т.е. построенной на базе вычислительных машин), то разберем более детально некоторые функции, выполняемые АС.

В зависимости от того, подключен ли канал непосредственно к АС или между ними находится устройство преобразования сигналов (УПС), задачи, решаемые АС, резко различаются.

Если канал непосредственно подключен к АС, то аппаратура 'сопряжения осуществляет регистрацию элементарных посылок с заданной исправляющей способностью. Регистрация посылок может осуществляться одшш из следующих способов: стробирования, интегрирования или комбинирования этих способов 4.5J .

Существует достаточно большое число работ, например [fi-.б] , посвященных аппаратурной реализации этих способов. Однако число работ, где указанные способы реализуются программными методами, сравнительно невелико ft.7,5.9] . В силу того, что именно использование ВМ для решения этой задачи позволяет строить АС с хорошими показателями (высокой исправляющей способностью и мальм объемом оборудования на канал), исследование программных методов приема приобретает большое значение ff«7].

Вопрос о программных методах приема можно подразделить на ряд важных моментов, определяющих практическую реализацию того или иного метода. Ими являются способ выделения сигналов, осуществляемый линейным блоком АС, и способ регистрации сигналов в зависимости от метода синхронизации и типа канала связи (телеграфного или телефонного) Pj.,7] .

Так как аппаратура сопряжения связана с каналообразующей аппаратурой, поэтому способ приема (и, конечно, способ выделения сигналов) определяется в зависимости от типа этой аппаратуры.

Способ вьщеления сигналов означает, каким образом осуществляется фиксация сигналов, поступающих от каналообразующей аппаратуры [4.7І» Можно выделить в основном два способа выделения сигналов в зависимости от того, подключается ли канал связи к СВСС через ЛІС или нет и в зависимости от типа устройства преобразования сигналов (УПС).

Если канал связи подключается непосредственно к AC или используется относительно простое УПС с частотной модуляцией, что характерно для источников информации, работающих на невысоких скоростях, как для стартстопного, так и синхронного метода синхронизации (например, телетайп), то в этом случае наиболее рационально для вьщеления сигналов использовать вариант сканирования посылок или выделения значащих моментов модуляции (ЗММ) в принимаемых сигналах [V7] .

Сканирование сигналов означает периодическое опробывание состояния входящей линии с частотой в несколько раз превышающей скорость передачи посылок в канале. Частота сканирования выбирается такой, чтобы обеспечить нужную исправляющую способность при приеме [4,7Д8 ] . Организация сканирования посылок позволяет получать очень простую аппаратуру линейного блока АС, обеспечивающего взаимодействие аппаратуры с каждым каналом индивидуально. Однако организация сканирования требует большого числа операций ЕМ. В связи с этим реализация сканирования посылок на связной ЭВМ, мини-ЭВМ и микро-ЭВМ нецелесообразна, так как это приводит к резкому снижению числа функций, выполняемых AC (4.Й .

Применение микропроцессоров для этих целей, даже при их невысоком быстродействии, будет более предпочтительншл, так как они используются только для реализации сканирования посылок.

Более эффективным способом выделения сигналов является вариант Г" когда в линейном блоке осуществляется прием ЗММ. Такой способ реализуется посредством сканирования посылок в линейном блоке АС, однако результатом сканирования в этом случае является не элемент сканирования, а момент времени, когда произошло изменение полярности принимаемого сигнала на противоположное. При таком варианте резко снижается поток информации (заявок) по приему между линейными блоками и памятью АС. Для обработки этого потока процессору требуется значительно меньшее число операций, так как в реальной информации передаваемой по каналам, ЗММ следуют вдвое реже, чем элементы двоичного сигнала jsjd] .

Поэтому такой способ выделения сигналов является оптимальным для указанного выше варианта подключения каналов связи к АС. Этот способ исследуется в диссертационной работе.

Если каналы связи подключаются к АС через ЛІС, в особенности при работе со скоростью 1200, 2400 бит/с и более, то функция регистрации элементов принимаемых.сигналов значительно упрощается ввиду наличия синхроимпульсов, поступающих из УПС. При этом прием информации сводится фактически к накоплению машинных слов или более крупных массивов.

Так как выделение ЗММ производится аппаратно, то регистрация элементарных посылок с заданной исправляющей способностью, если не делается каналообразующей аппаратурой, выполняется программно. При этом все остальные функции сопряжения также выполняются программно.

Нужно отметить, что в литературе полностью отсутствуют материалы, посвященные программной реализации приема (т.е. вопросам регистрации и фазирования), если в линейном блоке выделяется ЗММ, кроме статьи автора 5.-9] Прогршлмная реализация регистрации сигналов может быть осуществлена с использованием способа программных счетчиков и методом кодовых констант. Исследованию, анализу и синтезу программных способов регистрации сигналов по- священа вторая глава диссертации.

Следующей операцией по приему является цикловое фазирование, которое для стартстопной и синхронной передачи осуществляется программно. Однако, реализация для стартстопного способа осуществляется значительно проще, чем для синхронного. Таким образом одной из основных задач диссертации является исследовашю программных способов приема сигналов, если в линейном блоке АС осуществляется выделение ЗММ.

Другой важной операцией АС является повышение достоверности, когда эта функция не реализуется специальной аппаратурой защиты от ошибок [\.9j Эта операция включает кодирование передаваемой информации; декодирование и контроль наличия ошибок в информации, принимаемой из канала связи; организащш переспроса и фазирование.

Важной функцией АС является принцип накопления информации (массивов определенного объема или законченных смысловых групп-сообщений), поступающей из каналов связи (или передаваемой в каналы связи). Эта информация затем передается к центральной БД, или, в случае модульного построения АС, к другим модулям. Для передачи информации в АС организуются специальные каналы обмена, характеристики которых сильно влияют на величину объема памяти АС, отводимой для накопления информации.

При работе по коммутируемым каналам АС выполняет все операции по организации взашлодеиствия со станцией коммутации каналов. К ним относится прием сигналов вызова, ответа станции,запроса автоответа и т.д. fj-jc] . В АС могут выполняться функции анализа ряда признаков, например, признаков, сопровождающих сообщение -"начало сообщения", "начало предзаголовка", "конец сообщения" - II -

Функции, выполняемые аппаратурой сопряжения центра коммутации сети с коммутацией пакетов, различаются в зависимости от типа центра р-#| . Так АС центра коммутации пакетов выполняет все функции протокола канала связи, а также организует прием и выдачу пакетов.

АС абонентского центра коммутации пакетов выполняет канальные протоколы как местной сети, обеспечивающей подключение терминалов к этому центру, так и протоколы каналов связи с центром коммутации пакетов. При этом АС производит формирование пакетов, т.е. разборку сообщения на отдельные пакеты. При приеме пакетов от центра коммутации производится объединение пакетов в сообщение.

В некоторых сетях с пакетной коммутацией ]&$] в дополнении к указанным функциям в АС могут выполняться функции протокола пакетной коммутации, в соответствии с рекомендациями ЇЖІСГТ серии X (Х20, Х25 и другие).

В ряде случаев АС осуществляет контроль параметров каналов связи, например, определение краевых искажений, подсчет и анализ числа переспросов и т.п.

В связи с интенсивным развитием микро-электроники и вычислительной техники для построения аппаратуры сопряжения в современных системах связи все более широкое применение находят связные ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭШ и микропроцессоры р.Л; VJ . Использование для построения АС качественно новой технической базы ставит перед разработчиками такой аппаратуры принципиально новые задачи, прежде всего связанные с разработкой программного обеспечения Ш и микропроцессоров. Как было показано выше, при этом возникают проблемы, связанные с программной реализацией приема информации дискретных каналов, размещения ее в памяти, организации обмена с каналами связи и центральной ВМ. Таким образом назрела необходи- мость всестороннего исследования АС, построенной на базе ВМ и микропроцессорах.

Решение указанных выше проблем дает возможность оценивать основные характеристики (производительность и объем памяти) такой аппаратуры сопряжения, а также оптимизировать их, производить анализ и синтез АС в части распределения функции между их аппаратурной и программной реализацией.

Основой для исследований в .диссертации послужили работы советских ученых, и, в частности, Венцель Е.С., Глушкова В.М., Шнепс-Шнеппа М.А., Липаева В.А., Кузина Л.Т., Неймана В.И., Шварцмана В.О. и др. [5,2,4.11,4-.12,5.3 ] . Также были использованы работы зарубежных авторов ІСлеІїнрока Л., Мартина Дж., Дениса Д. и др. [3-.1^.15^16] .

Задачей диссертационной работы является исследование аппаратуры сопряжения, построенной на базе специализіфованннх вычислительных средств с применением связных ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и микропроцессоров. - ІЗ -

Классификация и варианты построения аппаратуры сопряжения

Исхода из того, что целью диссертации является исследование характеристик устройств сопряжения, построенных на основе специализированных вычислительных средств, дадим точное определение этим средствам.

Специализированные вычислительные средства сопряжения (СВСС) представляют собой совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для организации сопряжения дискретных каналов (ДК) с вычислительной машиной. Основой СВСС является вычислительная машина (ВМ) - связная ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ или микропроцессоры. Понятие - специализированные средства - означает, что такая ВМ специально построена для сопряжения с дискретными каналами связи. Такая ВМ имеет систему команд и операций, ориентированную в той или иной степени на решение задач сопряжения; объем памяти, как для размещения программ, так и для размещения входящей (исходящей) информации ДК выбран в зависимости от характеристик каналов связи, замыкаемых на АС, и организации обмена с центральной ВМ.

Организация обмена СВСС с каналами связи, используя стандартные, заложенные в ВМ, принципы обмена с внешними устройствами, также обычно специализирована в отношении сокращения времени передачи информации между ВМ и ДК и наиболее рационального распределения функций между аппаратурной и программной частью СВСС.

ВМ, используемая для сопряжения, тлеет отличный от универсальных ВМ состав технических (аппаратных) средств. Такая ВМ обычно состоит из процессора, блоков постоянной и оперативной памяти, каналов обмена с каналами связи и .другими Нелинейного блока, блоков, организующих резервирование устройства сопряжения.

Модуль СВСС представляет собой функционально законченное устройство, осуществляющее подключение ДК к центральной ВМ. На рис.1.1" представлена обобщенная структурная схема модуля СВСС.

Опыт создания сетей ЦД в нашей стране и за рубежом показывает, что СВСС находят широкое применение и в дальнейшем будут использоваться во все возрастающем масштабе .для построения аппаратуры сопряжения центров автоматизированных систем управления (АСУ), центров коммутации (узловых и абонентских) [4 19. J .

Аппаратура сопряжения с дискретными каналами может быть классифицирована по следующим признакам:

- способы реализации и распределения функций;

- способы регистрация сигналов ДК;

- объем накапливаемой информации;

- степень совмещения режимов коммутации;

- принципы взаимодействия с сетью.

В зависимости от способа реализации и распределения функций между АС и центральной ЕЛ аппаратура сопряжения может быть построена по аппаратурному, программному и смешанному принципам (рис.1.2). В свою очередь, по каждому принципу может быть рассмотрено несколько вариантов.

Выбор направления исследования

В этой главе будут исследованы вопросы программной реализации приема сигналов ДК. Будет произведен анализ различных методов приема и осуществлен на их основе синтез с целью выбора оптимальных способов программной реализации приема.

Как было сказано выше, если при передаче информации на низких скоростях (50-200 бит/с) не используются УПС, то поэлементное (по битам) и цикловое фазирование должно выполняться модулем СВСС.

Аппаратура сопряжения в зависимости от объема накапливаемой информации может осуществлять: сканирование сигналов, выделение ЗММ, буферное накопление бита, буферное накопление кодовой комбинации, буферное накопление массива [4.7 .8] . Сканирование сигналов не требует в адаптере элементов памяти, и аппаратура сопряжения в этом случае состоит из коммутатора, обеспечивающего последовательный выбор каналов, и преобразователей уровней, индивидуальных для каждого канала [4.8J .

Все остальные варианты требуют наличия в линейном блоке накопителя на бит (вариант с ЗММ); накопителя на бит и схемы с побитной синхронизацией (буферное накопление бита); накопителя на кодовую комбинацию и схемы, осуществляющей побитную и цикловую синхронизацию (буферное накопление кодовой комбинации).

В таблице 2.1. приведены удельные затраты электронных элементов (микросхем) на канал в зависимости от варианта реализации аппаратуры сопряжения. Таблица позволяет сделать вывод, что наименьшие удельные затраты имеет вариант с ЗММ (17 микросхем средней интеграции на один канал по приему и передаче). Данная таблица составлена на основе схемного анализа различных вариантов pea - 37 -лизации аппаратуры сопряжения. Удельные затраты на канал представляют собой суммарное число микросхем, требуемых для приема (передачи) кодовой комбинации в зависимости от варианта реализации аппаратуры сопряжения. При этом удельные затраты включают как микросхемы, необходимые для аппаратной реализации данного варианта, так и микросхемы, обусловленные прямыми затратами производительности процессора на организацию приема кодовой комбинации по каждому варианту. Считается условно, что каждой микросхеме процессора соответствует определенное число операций в секунду. Так, применительно к микропрограммному автомату M60I0, на одну микросхему приходится 727,2 операции в секунду. Для мини-ЭВМ эта величина достаточно высокая по сравнению с ЕМ общего назначения.

Таким образом, в связи с малыми удельными затратами и широким применением для решения задач сопряжения мини-ЭВМ и микропроцессоров представляет практический интерес программные способы приема, при которых в индивидуальных устройствах линейного блока аппаратуры сопряжения осуществляется только фиксация ЗММ.

Рассмотрим постановку задачи. Считается, что аппаратным способом индивидуально по каждому каналу осуществляется фиксация ЗММ. После установления факта поступления ЗММ производится запись этой ситуации в память процессора. Эти операции должны производиться в реальном масштабе времени.

Дальнейшая задача по приему состоит в том, чтобы на основании этой информации сформировать кодовые комбинации (необходимой длины) или информационные массивы (последовательность бит) применительно к стартстопной или синхронной передаче. Вопросы побитной синхронизации при синхронной передаче не рассматриваются, так как этот предмет особого рассмотрения и анализа.

Общеизвестно, что прием дискретных сигналов в приемных устройствах может осуществляться двумя методами - методом стробирова - 38 -ния и интегральным методом . 7,4. а) . Все остальные варианты приема являются комбинацией этих методов. Вариант организации приема с выделением ЗММ позволяет принимать сигналы любым из указанных выше методов. Однако, так как в проводных каналах в основном применяется первый метод, то принцип построения и алгоритмы работы приемника при его программной реализации будут рассмотрены применительно к этому методу. В соответствии с методом стробирования значение посылки определяется в момент приема её средней части (наименее искаженной).

Характеристики входящего потока информации

На рис. 3.1. показана расчетная модель системы приема информации. Заявки, поступающие от различных каналов (1,2 .../V), накапливаются в памяти ,f общей для всех каналов связи. Каждая заявка состоит из адресной и информационной частей. Адресная часть указывает на канал или группу каналов, которым соответствует информационная часть. Таким образом на входе системы образуется очередь заявок (ЗММ), которые периодически обрабатываются процессором, причем интенсивность обработки М .

Рассмотрим поступающий поток заявок и покажем, что моменты поступления заявок в систему образуют простейший (пуассоновский) поток. Поток заявок на входе системы ( Л ) представляет собой суперпозицию потоков каналов связи (/у " /7д/ ). Промежутки времени между заявками одного канала независимы и распределены случайным образом. Случайное распределение промежутков времени объясняется двумя обстоятельствами.

Во-первых буквы, цифры, т.е. информация в любом коде имеют различное число ЗММ [4.9 5.I0j .

Во-вторых при передаче информации возникают краевые искажения сигналов, величина которых имеет случайный характер щ.,$ .

Таким образом, поток ЗММ каждого отдельно взятого канала связи представляет собой случайный поток с произвольной вероятностью поступления некоторого числа требований в заданный промежуток времени.

Как было отмечено вше, суммарный поток заявок (ЗММ) состоит из определенного числа потоков / 1 /IN каналов связи. Работа систем рассматривается в такой ситуации, когда вдет передача информации по всем каналам. Потоки заявок отдельных каналов связи независимы друг от друга.

Учитывая вышесказанное, а также на основании того, что входная нагрузка мала (см. главу I) молено считать, что моменты поступления заявок в систему распределены случайным образом, независимы и образуют простейший (пуассоновский) поток.

Исследование влияния структуры памяти на возникновение конфликтной ситуации. Постановка задачи

В связных процессорах обмен данными между каналами связи и оперативной памятью осуществляется либо через канал непосредственного доступа к памяти [44], либо через специально выделенные регистры процессора. На рис. 4.1. представлена упрощенная схема взаимодействия процессора, внешних устройств и адаптеров каналов связи с памятью [427,4.28,4 ].

Если канал ввод-вывода (ККВ) и процессор обращаются в некоторый момент к памяти, то возникает конфликтная ситуация. Для разрешения конфликта имеется схема очередности обращения к памяти, причем практически во всех ЕМ как специального, так и общего назначения приоритет в обращении к памяти задается постоянно, и наивысший приоритет присваивается каналу ввода-вывода. В таком случае на время ввода от КВВ задерживается (приостанавливается) работа процессора.

В свою очередь ззребуется от процессора модуля определенное время на обработку информации, поступающей от каналов связи. Таким образом возникает ситуация, когда процессор ожидает команду или операнд, размещаемый в памяти. Это приводит к потере производительности процессора.

При проектировании связных процессоров возникает необходимость как количественной оценки величины потерь производительности процессора, так и выбор оптимальных соотношений между потоком данных от каналов связи, величиной потерь и заданной производительностью процессора. Одновременно с этим будет исследован вариант обмена с новой организацией приоритета между устройствами при обращении к памяти.

Прежде, чем дать количественную оценку, рассмотрим варианты организации структуры памяти связных процессоров и определим характеристики потока данных, поступающего с каналов связи.

При решении вопроса о взаимно-конфликтных ситуациях, имеющих место при одновременном обращении к памяти нескольких устройств, обычно возникают две основные проблемы:

- организация (структуры) памяти, к которой осуществляется обращение;

- приоритет обращения к памяти.

Решение вопроса о конфликтных ситуациях зависит от основных характеристик потока данных от абонента ОП. Можно выделить три основные структуры памяти (рис. 4.2.), которые широко используются в связных процессорах Ы .

В процессоре может быть один блок памяти (рис4.2а). В этом случае все абоненты (процессор, канал ввода-вывода и т.д.) попеременно обращаются к памяти. Вероятность возникновения конфликтных ситуаций, при которых происходит потеря производительности процессора, является для такой структуры наибольшей. Эта структура характерна для большинства связных процессоров, построенных на базе микро-ЭВМ и микропроцессоров @Г5,5.1б]. В ряде применений память состоит из; некоторого числа однотипных блоков памяти, к каждому из которых обращаются абоненты через коммутатор (рис.426). Он регулирует последовательность обращения к блокам памяти и при возникновении конфликтной ситуации (при обращении не менее двух абонентов к одному блоку) осуществляет очередность обслуживания запросов абонентов.

Основная схема обмена. Постановка задачи

В современных системах связи (центрах коммутации каналов, сообщений, пакетов или интегральных станциях, а также системах ЦЦ) используются модули СВСС для построения системы сопряжения 6:30,4..32,5.(24,5.36,5.:29 ;J .

Из всего многообразия вариантов построения центров такого типа можно выделить две основные структуры. В первой (рис.5.1а) центр представляет собой полностью дублированную систему. Информация из каналов связи поступает в оба модуля (Ml и М2) и передается только к своему ЦП (от Ml к ЦШ и т.д.). Информационного обмена между модулями Ml и М2 нет. (ЦП - центральный процессор).

Во второй (рис. 5.16), наиболее распространенной [516 , центр состоит из некоторого числа модулей (М ) и некоторого чис-ла ЦП (ЦПу ). Каналы связи определенным образом распределяются между различными модулями Мб . Информация, накопленная віїї , передается к ЦП по каналу межпроцессорного обмена (2), общему для всех модулей.

Если информация предназначена для передачи по каналу связи, подключенному к другому модулю, то она может не передаваться в ЦП, а передаваться в память того модуля, куда подключен этот канал связи. В этом случае передача информации происходит по каналу межпроцессорного обмена (I), общему для всех модулей М . Рациональность такой организации обмена состоит в том, что в таком случае исключаются "челночные" пересылки между Мб и ЦП, требующие для своей организации определенной производительности.

На рис. 5.2а представлена расчетная модель системы, состоящая из памяти заявок (объем в К заявок) и приборов обслуживания (ЦЯ/). Заявки после предварительного накопления и обработки в модуле устанавливаются в общую очередь. Исследование структуры (рис. 5.2а) представляется достаточно сложным и результаты получаются громоздкими Ё-..2з]. Для упрощения модели сделаем следующее:

1. Пусть число модулей Ш равно двум.

2. Ограничим число ЦП одним.

Исследование такой упрощенной модели и получение на ее основе аналитических зависимостей позволит не меняя существа дела перейти к более общей модели (рис. 5.2а), в которой может быть/ число ЦП и L число модулей СБОС. Это основано на материалах работ

В...2з], где доказывается абсолютная правомочность замены групп приборов обслуживания одним прибором, обладающего эквивалентной пропускной способностью. Зная пропускную способность рассматриваемой группы приборов,можно подобрать для заданного входящего потока заявок такой прибор, что его характеристики обслуживания будут полностью совпадать с аналогичными характеристиками всей группы приборов.

Если система состоит из ЦП и двух модулей, то в памяти каждого модуля для организации передачи к ЦП и М образуется очередь, состоящая из заявок2- двух типов.

Заявки первого типа образуют очередь, предназначенную для передачи информации к ЦП, второго - к другому модулю. Первый и второй тип заявок передаются по каналам межпроцессорного обмена (I и 2), которые могут иметь как идентичные, так и разные характеристики (скорость обмена, формат передаваемой информации). Резюмируя,можно утверждать, что в рассматриваемой системе остается два прибора обслуживания и после упрощения модель преобразуется к виду (рис. 5.26). в рассматриваемой системе является блок информации размером единиц информации, который в различных системах может быть сообщением, частью сообщения, пакетом данных и т.д. На рис. 5.2-6 I -. канал обмена с ЦП с производительностью ML , 2 - канал обмена с модулями СБСС произво-дительностю у я . Задачей исследования в этой главе является оценка памяти модуля для хранения заявок в случае, когда обслуживание заявок ведется двумя разнотипными приборами. Считается, что память для заявок обеих типов общая. Одновременно с этим исследуется влияние скорости работы каналов межпроцессорного обмена на объем памяти для размещения заявок.

Прежде, чем перейти к анализу и исследованию вопросов обмена, рассмотрим одно важное обстоятельство, связанное с организацией размещения информации в памяти модуля. Объем памяти модуля для размещения заявок, подлежащих передаче к ЦП и М ,и организация этой передачи могут быть выбраны такими, чтобы в модуле не происходило потерь заявок или они были в допустимых для работы системы сопряжения пределах.

Необходимо заметить, что так как число каналов связи в модуле ,как правило,ограничено, и хотя поток заявок и носит пуассонов-ский характер, максимальное число заявок, поступающих в течение некоторого периода времени будет ограничено и не превысит числа каналов связи, замыкаемых на модуль.

Такая же картина будет, если поток заявок представляет собой некоторый регулярный поток заявок.