Вставская Е.В. Архитектура ЭВМ, систем, сетей, лекции
Подождите немного. Документ загружается.
номером УУ вырабатывает сигнал разрешения доступа данного УУ к ОШД
(передает эстафету).
Если УУ, получившее доступ (эстафету), не имеет сообщений для
передачи через ОШД, то через время Т содержимое счётчиков интервалов во
всех УУ автоматически увеличивается (с учётом цикличности) на единицу и
тем самым эстафета передается следующему по номеру УУ. Если в УУ
имеется сообщение для передачи, то оно вырабатывает сигнал занятия ОШД,
поступающий в одну из линий ОШУ, по которому счётчик интервалов во всех
УУ останавливается. По окончании передачи сообщения УУ вырабатывает
сигнал освобождения ОШД, поступающий на другую линию ОШУ, по
которому содержимое счётчиков интервалов во всех УУ увеличивается на
единицу и тем самым эстафета передается следующему за окончившим
передачу УУ. Временная диаграмма работы ОШС при использовании
рассмотренного протокола приведена на рис.44 (для сравнения см. рис.42).
Т
1
Т
2
=
Т
Т
3
Т
N
Цикл
t
УУ1
УУ2
УУ3
УУN
Рис. 44 Пример временной диаграммы работы ОШС при использовании
эстафетного доступа с неявной передачей эстафеты
При построении системного интерфейса ЭУС на базе общего ЦКП узла
коммутации задача организации доступа УУ к физическому каналу связи
теряет свое значение, так как в этом случае практически исчезают
конфликты между несколькими УУ из-за доступа к ресурсам канала при
необходимости одновременной передачи сообщений.
141
Действительно, при организации обмена сообщениями между УУ через
постоянные пути в ЦКП, соединяющие временные каналы ИКМ - линий,
связанные с этими УУ, каждая пара УУ имеет для передачи данных свой
собственный физический канал. При передаче сообщений между некоторой
парой УУ через виртуальный путь в ЦКП, устанавливаемый только на время
передачи одного сообщения, и построении ЦКП по неблокирующей или почти
неблокирующей схеме конфликты между различными УУ- источниками со-
общений также практически не возникают. Протокол управления сетью в
этом случае определяет алгоритм поиска свободного виртуального пути в
ЦКП между УУ- источником и УУ- приёмником сообщения и реализуется с
помощью стандартной процедуры, принятой для установления всех видов
соединений в ЦКП.
При использовании ЦКП для связи между УУ физический канал
обеспечивает передачу данных последовательным способом со скоростью 64
Кбит/с по одному временному каналу или 2Мбит/с по одной ИКМ - линии.
Информационный канал системного интерфейса ЭУС строится на основе
физического канала с дополнением его средствами обеспечения достоверности
передаваемых сообщений. Порядок функционирования информационного
канала задается протоколом УИК и определяет формат сообщений, средства
контроля и исправления ошибок, вносимых в данные при передаче
сообщения по каналу.
ПНС Адрес источника Адрес приёмника Данные ПКС
Рис. 45 Общая структура сообщения
В системном интерфейсе ЭУС используется единственный формат
сообщения с фиксированным размещением полей, что упрощает процедуры и
средства формирования и приёма сообщений. Общая структура сообщения
142
представлена на рис.45. Поле начала сообщения (ПНС) содержит признак
(флаг) начала сообщения. Поле адреса источника сообщения указывает номер
УУ источника и номер программы (процесса), передающей сообщение. Поле
адреса приёмника задает номер УУ-приёмника и номер программы
(процесса), которой адресовано сообщение. Поле данных содержит тип и
длину сообщения и данные, определяющие содержание сообщения. Поле
конца сообщения ПКС содержит признак (флаг) конца сообщения. Поля
начала и конца сообщения при передаче его че- рез ОШС параллельным
способом могут отсутствовать.
Достоверность передачи сообщения обеспечивается в ЭУС контролем
передаваемых данных, как правило, по чётности байтов и решающей
обратной связью. Решающая обратная связь реализуется путём передачи УУ-
приёмником сигнала-квитанции (сообщения) об успешном приеме сообщения
от УУ- источника и установкой в последнем тайм-аута (выдержки времени).
При отсутствии сигнала (сообщения) -квитанции в течение времени,
заданного тайм-аутом, УУ -источник повторно передаёт сообщение и
выполняет это действие определённое число раз, установленное протоколом
УИК. Если попытки передать сообщение оказываются безуспешными, то УУ-
источником фиксируется неработоспособность (недоступность) УУ-
приёмника и взаимодействие с ним прекращается.
1.11 Структура и режимы работы центральных управляющих
устройств
Высокие требования к надёжности работы центральных устройств
управления (ЦУУ) в централизованных иерархических ЭУС узлов
коммутации, а также желание в ряде случаев повысить его
производительность для достижения лучших экономических показателей,
143
привели к построению ЦУУ, содержащих несколько ЭУМ или центральных
процессоров. В коммутационной технике связи наиболее широкое
распространение получили двухмашинные ЦУУ, называемые часто
двухмашинными управляющими комплексами (ДУК). Структурная схема
ДУК приведена на рис.46.
Как видно из схемы, ДУК состоит из двух идентичных ЭУМ (ЭУМ А и
ЭУМ Б), каждая из которых через устройство сопряжения с исполнительной
системой (УС ИС) связана со своим периферийным интерфейсом, к которому
подключены все периферийные устройства исполнительной системы (ИС) (в
централизованной ЭУС), или через сетевой адаптер (СА) - со своим
системным интерфейсом, к которому подключены все периферийные
устройства управления (ПУУ) (в иерархической ЭУС). Таким образом,
каждая ЭУМ имеет доступ ко всем периферийным устройствам. Аналогично
через соответствующие каналы ввода-вывода (КВВ) и свой интерфейс ввода-
вывода каждая ЭУМ имеет доступ ко всем ВУ.
144
КВВ
Периферийный интерфейс A
Периферийный интерфейс B
УС ИС
(СА)
УС
ЭУМ
ЗУ
ЦПр
КВВ
КВВ
КВВ
УС ИС
(СА)
УС
ЭУМ
ЗУ
ЦПр
КВВ
КВВ
АКК
ЭУМ А
ЭУМ Б
Внутренний
интерфейс
ЭУМ А ЭУМ В
Интерфейс ввода-вывода А
Интерфейс ввода-вывода Б
ВЗУ
УВВ
АПД
Рис. 46 Структурная схема двухмашинного управляющего комплекса
Для организации согласованной работы двух ЭУМ по выполнению
функций, возложенных на ЦУУ, необходимо обеспечить между ними
функциональные и информационные связи. Характер и организация этих
связей в значительной степени определяются режимами работы ДУК.
Применяются следующие режимы работы ДУК:
- автономный;
- синхронный;
- разделения нагрузки.
145
При работе ДУК в автономном режиме одна из исправных ЭУМ
(основная) выполняет возложенные на ЦУУ функции, связанные с
обслуживанием всех поступающих вызовов, а другая ЭУМ (резервная)
находится в состоянии полной готовности и в любой момент может заменить
основную ЭУМ (нагруженный резерв).
При этом резервная ЭУМ либо не решает никаких задач, либо решает
контрольные задачи, а основная ЭУМ периодически переписывает из своего
ОЗУ информацию о всех соединениях, установленных для обслуживаемых
вызовов, в общее с резервной ЭУМ внешнее ЗУ. При выходе из строя
основной ЭУМ обслуживание вызовов, о которых имеется информация в ВЗУ,
продолжается резервной ЭУМ. Остальные вызовы, находившиеся на
обслуживании основной ЭУМ в момент её отказа, теряются.
Применение синхронного режима работы ДУК связано с высокими
требованиями к достоверности обработки вызовов. Так, вероятность
неправильного установления соединения из-за ошибок при обработке
соответствующего вызова не должна превышать 10
-4
, а вероятность
разрушения установленного соединения по аналогичной причине не должна
превышать 210
-5.
При синхронном режиме работы ДУК выполнение
указанных требований достигается тем что обе ЭУМ параллельно
обрабатывают один и тот же вызов и на определенных этапах обработки
сравнивают полученные результаты. Очевидно, что сравниваемые в
некоторый момент результаты, полученные обеими ЭУМ, должны относиться
к одному и тому же моменту процесса обработки вызова. Это требует
определенной степени синхронности работы ДУК в процессе обработки
вызова.
Однако параллельная работа обеих ЭУМ сама по себе еще не
обеспечивает требуемой синхронности, так как вследствие разброса
временных параметров элементов обеих ЭУМ одна из них всегда будет
работать несколько быстрее, чем другая. В результате обе ЭУМ с течением
146
времени «разойдутся» и будут в один и тот же момент выполнять разные
команды и даже разные программы. Это обстоятельство вызывает
необходимость принятия специальных мер по синхронизации работы ДУК,
обеспечивающих идентичность состояния обеих ЭУМ по отношению к
процессу обработки вызова в моменты сравнения результатов обработки.
Синхронизация работы ЦУУ при параллельной работе может
осуществляться различными способами и средствами в зависимости от
требуемого уровня синхронизации, который, в свою очередь, определяется
выбором моментов синхронизации (моментов сравнения результатов
обработки). Выбор момента синхронизации производится на основе
требований к достоверности обработки вызовов: чем выше эти требования,
тем чаще необходимо сравнивать результаты обработки вызова обеими ЭУМ.
При синхронизации ДУК на уровне микрокоманд (режим
микросинхронизации) моментами синхронизации являются моменты
обращения ЦПр к основной памяти за командами и данными. В эти моменты
в каждой ЭУМ сравнивается информация, передаваемая по внутренним
интерфейсам обеих ЭУМ. Реализация синхронного режима работы ДУК
обеспечивается наличием в каждой ЭУМ специального устройства
сопряжения с другой ЭУМ (УС ЭУМ, рис. 46), содержащего генератор
тактовых импульсов и схему сравнения. При этом одна из ЭУМ
принудительно синхронизирует работу другой ЭУМ от своего генератора
тактовых импульсов.
Особой проблемой при работе ДУК в синхронном режиме является
организация связи ЭУМ с ПУ и ВУ. Эта проблема возникает в связи с
невозможностью одновременного приёма одним ПУ сообщений от двух ЭУМ и
асинхронным характером работы ВУ. Обычно эта проблема решается путем
разделения ДУК на активную и пассивную ЭУМ. Активная ЭУМ (например,
ЭУМ А) имеет доступ к ПУ как для приёма, так и для передачи информации.
147
Пассивная ЭУМ (ЭУМ Б) может только получать информацию от ПУ
одновременно с активной ЭУМ (рис. 47).
ПУ
ЦПр
ЦПр
ЗУ
ЗУ
КВВ
КВВ
ВУ
ВУ
ЭУМ А
ЭУМ Б
- основные связи
- резервные связи
Рис. 47 Организация связи ДУК с ПУ и ВУ при синхронном режиме работы
При работе с ВЗУ активная ЭУМ или последовательно записывает одну и
ту же информацию в одноименные ВЗУ обеих ЭУМ, или считывает нужную
информацию из одного ВЗУ соответствующего типа, которая направляется
параллельно в обе ЭУМ. При работе с АПД и УВВ используются только
соответствующие устройства активной ЭУМ (или в случае их неисправности -
пассивной ЭУМ). Второй комплект этих устройств находятся в горячем
резерве.
При выходе из строя какого-либо из основных устройств активной ЭУМ
(ЦПр, ЗУ, КВВ) последняя отключается и обработка вызовов продолжается
второй ЭУМ (если она исправна), которая с этого момента становится
активной по отношению к ПУ и ВУ. В связи с тем, что содержимое основной
148
памяти и ВЗУ активной и пассивной ЭУМ идентично, потерь
обрабатываемых вызовов при отключении одной из ЭУМ не происходит.
После восстановлении работоспособности отключенной ЭУМ для ввода
ДУК в синхронный режим работы необходимо восстановить идентичность
содержимого памяти в обеих ЭУМ. Такое восстановление осуществляется с
помощью специальных аппаратурных возможностей ЭУМ (адаптера канал-
канал (АКК на рис. 46)), позволяющих быстро переписать содержимое
оперативной памяти одной ЭУМ в оперативную память другой ЭВМ.
Главным достоинством синхронного режима работы ДУК является, как
уже говорилось, обеспечение высокой достоверности обработки вызовов.
Данное обстоятельство привело к тому, что в настоящее время этот режим
использует большинство ДУК узлов коммутации. В качестве примера можно
привести ДУК широко известных АТС КЭ: ESS № 1, ESS № 2, D-10, EWS-1, а
также отечественные системы «Кварц», «Исток», «Квант».
Однако применение одной из ЭУМ только в качестве устройства,
контролирующего правильность работы второй ЭУМ, не позволяет
использовать имеющиеся вычислительные возможности ДУК для обработки
большего числа вызовов, чем доступно одной ЭУМ. Это снижает
эффективность ДУК, работающего в синхронном режиме, и ухудшает его
технико-экономические показатели. Стремление устранить этот недостаток
синхронного режима работы привело к появлению ДУК, работающих в
режиме разделения нагрузки.
В режиме разделения нагрузки, обе ЭУМ управляющего комплекса
осуществляют обработку различных вызовов параллельно. При этом они
полностью равноправны как по выполняемым функциям, так и по
отношению к ПУУ и ВУ, т.е. они могут независимо друг от друга обращаться
к ПУУ и ВУ с целью приёма и передачи информации. Организация связи
ЭУМ с ПУУ и ВУ для ДУК, работающего в режиме разделения нагрузки,
приведена на рис. 48.
149
Независимая работа обеих ЭУМ в режиме разделения нагрузки создаёт
конфликтные ситуации при одновременном обращении двух ЭУМ к
одним и тем же ПУ, ЗУ и к информации в основной памяти каждой ЭУМ о
состоянии общедоступных ресурсов ИС (комплектов, промежуточных линий
КП, каналов ИКМ - линий и др.).
ПУ
ЦПр
ЦПр
ЗУ
ЗУ
КВВ
КВВ
ВУ
ВУ
ЭУМ А
ЭУМ Б
- основные связи
- резервные связи
АКК
Рис. 48 Организация связи ДУК с ПУ и ВУ при работе в
режиме разделения нагрузки
Для исключения подобного рода конфликтов обе ЭУМ работают во
времени со сдвигом по фазе. Сдвиг фаз работы ЭУМ выбирается так, что
когда одна ЭУМ производит обмен информацией с ПУ, другая ЭУМ
обрабатывает ранее принятую от ПУ информацию. Фазы обмена
информацией и её обработки в каждой ЭУМ могут начаться только по
окончании соответствующих фаз во второй ЭУМ. В связи с этим в каждой
ЭУМ возникают периоды в течение которых она не выполняет полезной
150