DE3486347T2

DE3486347T2 - Verbundrechnersystem.

Info

Publication number: DE3486347T2
Application number: DE3486347T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Ihara; Shoji Miyamoto; Kinji Mori Kinji Mori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2004-12-28
Also published as: EP0146966B1; US5341504A; JP2644718B2; DE3486347D1; JPS60140457A; EP0146966A2; EP0146966A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kombination von Prozessen mit gleicher Übertragungsverarbeitungsfunktion, und spezieller betrifft sie ein kombiniertes Computersystem, das auf ein- bis dreidimensionale Weise aufgebaut ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Netzwerksysteme zum Koppeln mehrerer Prozessoren (Computer) weisen bisher entweder eine Busstruktur, eine Schleifenstruktur, eine Sternstruktur oder eine vermaschte Struktur auf. Die ersten drei dieser Strukturen können nicht in dreidimensionaler Form aufgebaut werden. Bei einer vermaschten Struktur, bei der Prozessoren über bidirektionale Übertragungsleitungen miteinander verbunden sind, ist die Wegewahl komplex. Bei einer Sternstruktur unterscheidet sich der Prozessor im Zentrum der Struktur von den anderen Prozessoren. In einer vermaschten Struktur muß ein spezieller Prozessor so arbeiten, daß er mit jeder Änderung in der Struktur des Systems oder mit jedem anomalen Zustand, der auftreten kann, fertig wird, wodurch es schwierig ist, das System zu expandieren und zu warten.
US-A-4,380,061 beschreibt ein Computersystem, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die dem Stand der Technik innewohnenden Mängel aus zuschließen, schafft die Erfindung ein Computersystem mit hoher Übertragungskapazität und -geschwindigkeit, selbst wenn in einer Übertragungsleitung eine Fehlfunktion auftritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm von Aufbaubestandteilen gemäß der Erfindung; Fig. 2 bis 13 sind Diagramme, die mehrere Prozessoren zeigen, die gemäß der Erfindung in der Form von Netzwerken gekoppelt sind; und Fig. 14 ist ein Diagramm einer Datenverarbeitungs- und Steuereinheit gemäß der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt drei Arten von Aufbauelementen (a), (b) und (c), die in Form von Aufbaublöcken kombiniert werden, um ein System zu bilden. Die Aufbaueinheit besteht aus einem Prozessor und unidirektionalen Übertragungsleitungen zum Übertragen der Daten von diesem an andere Prozessoren. Die Übertragungsleitungen benachbarter Prozessoren sind mit den unidirektionalen Übertragungsleitungen so verbunden, daß Paare gebildet werden, und daß von diesen Daten empfangen werden. Die Diagramme (a), (b) und (c) von Fig. 1 veranschaulichen Aufbaueinheiten, die aus Prozessoren 10, 20 und 30 sowie zwei, drei bzw. vier Übertragungsleitungen (101, 102), (201, 202, 203) bzw. (301, 302, 303, 304) bestehen. An die Übertragungsleitungen 101, 102, 201, 202, 203, 301, 302, 303 und 304 sind Übertragungsleitungen 10k, 10l, 20k, 20l, 20m, 30k, 30l, 30m und 30n benachbarter Prozessoren so angeschlossen, daß Paare gebildet werden. Die Fig. 2 bis 13 zeigen Übertragungsleitungen von Prozessoren, die Paare bilden, die aufeinanderfolgend gekoppelt sind. Die Aufbaueinheiten sind alle gleich, und demgemäß bildet jede der Übertragungsleitungen einen Teil einer Übertragungsleitung in Form einer geschlossenen Schleife. Hierbei kann die Aufbaueinheit zusätzlich zu den oben angegebenen Anzahlen jede beliebige Anzahl unidirektionaler Übertragungsleitungen aufweisen.
Die Fig. 2 bis 5 veranschaulichen Beispiele der Kopplung der Aufbaueinheiten mit zwei unidirektionalen Übertragungsleitungen. Genauer gesagt, veranschaulicht Fig. 2 ein Beispiel, bei dem die Prozessoren in zwei Gruppen unterteilt sind, die aus (10, 11, 12) und (13, 14, 15) bestehen, und die über eine Schleife (101, 111, 121) und eine Schleife (131, 151, 141) gekoppelt sind. Die Prozessoren (10, 13), (11, 14) und (12, 15) in diesen verschiedenen Schleifen sind über eine Schleife (102, 132), eine Schleife (112, 142) und eine Schleife (122, 152) gekoppelt.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem alle Prozessoren über dieselben Schleifen gekoppelt sind.
Fig. 4 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Prozessoren in drei Gruppen (10b, 11b, 12b, 13b), (14b, 15b, 16b, 17b) und (18b, 19b, 20b, 21b) aufgeteilt sind, die in Form von Schleifen gekoppelt sind. Abweichend vom Beispiel von Fig. 2 sind jedoch die Prozessoren (10b, 11b), (12b, 13b), (18b, 19b) und (20b, 21b) in denselben Schleifen gekoppelt. In dieser Hinsicht ähnelt das Beispiel von Fig. 4 dem Beispiel von Fig. 3. Jedoch sind andere Prozessoren (14b, 15b, 16b, 17b) so gekoppelt, daß sie Schleifen bilden, die die vorstehend genannten drei Schleifen (101b bis 131b), (141b bis 151b) und (181b bis 211b) durchdringen. In dieser Hinsicht ist das Beispiel von Fig. 4 dasselbe wie das Kopplungsverfahren von Fig. 2.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem Prozessoren in drei Gruppen (10c, 11c, 12c, 13c, 14c, 15c), (16c, 17c, 18c, 19c, 20c, 21c) und (22c, 23c, 24c, 25c, 26c, 27c) unterteilt sind, die in Form von Schleifen gekoppelt sind. Abweichend vom Beispiel 4 liegen jedoch die Prozessoren 11c, 14c und die Prozessoren 23c, 26c in den Schleifen (101c bis 121c), (221c bis 231c), und sie sind einander nicht benachbart.
Wenn bei der Anordnung von Fig. 2 das System zu erweitern ist, ohne den Aufbau der aus der Schleife (101, 111, 121) und der Schleife (131, 151, 141) bestehenden Doppelschleife zu ändern, ist es erforderlich, die Anzahl der Prozessoren für jede dieser Schleifen um eins zu erhöhen. Demgemäß ist es erforderlich, die Anzahl der Prozessoren um zwei zu erhöhen. Wenn es auf die Schleifen (102, 131), (112, 142) und (122, 152) gestützt ist, können die Prozessoren für jede der Schleifen um eins erhöht werden. D.h., daß die Prozessoren insgesamt um drei erhöht werden können.
Bei der Anordnung von Fig. 3, die auf einer Doppelschleifenstruktur basiert, können die Prozessoren mit der Einheit eines Prozessors erhöht werden. Auf Grundlage derselben Überlegung wie bei Fig. 2 können die Prozessoren bei der Anordnung von Fig. 4 mit einer Einheit von sechs Prozessoren oder einer Einheit von vier Prozessoren erhöht werden. Bei der Anordnung von Fig. 5 können die Prozessoren auf dieselbe Weise mit einer Einheit von sechs Prozessoren erhöht werden. Die Zunahme der Anzahl von Prozessoren ändert die Struktur des Systems. Daher kann sich die Anzahl von Prozessoren, um die anschließend erhöht werden kann, ändern.
Die Fig. 6 bis 10 veranschaulichen Verfahren zum Koppeln von Aufbaueinheiten mit drei unidirektionalen Übertragungsleitungen. In Fig. 6 sind die drei Prozessoren 20, 21 und 22 durch Schleifen (202, 212), (211, 221), (203, 223) gekoppelt, die Kopplung zwischen zwei Prozessoren bewirken, und durch Schleifen 201, 213, 222 einzelner Prozessoren.
In Fig. 7 sind vier Prozessoren über Dreifachschleifen gekoppelt.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel, bei dem zur Struktur von Fig. 6 ein Prozessor hinzugefügt ist. Fig. 9 zeigt ein Beispiel, bei dem zur Struktur von Fig. 6 drei Prozessoren hinzugefügt sind. Fig. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem zur Struktur von Fig. 9 drei Prozessoren hinzugefügt sind. In den Strukturen der Fig. 7 bis 10 können die Prozessoren um eine ganze Zahl größer als eins vermehrt werden.
Die Fig. 11 bis 13 veranschaulichen Verfahren zum Koppeln von Aufbaueinheiten mit vier unidirektionalen Übertragungsleitungen. Fig. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem neun Prozessoren auf zweidimensionale Weise angeordnet sind, Fig. 12 zeigt ein Beispiel, bei dem drei Prozessoren in eindimensionaler Form angeordnet sind, und Fig. 13 zeigt ein Beispiel, bei dem 32 Prozessoren in dreidimensionaler Form angeordnet sind. Fig. 13 ist eine Vergrößerung der Struktur von Fig. 11.
Fig. 14 zeigt die interne Struktur der Aufbaueinheiten 10, 20 und 30. Abhängig von den Anzahlen 2, 3, 4 unidirektionaler Übertragungsleitungen der Aufbaueinheiten 10, 20 und 30 bestehen jedoch zwei, drei oder vier mit den Schleifenübertragungsleitungen verbundene Schnittstellen. Der Prozessor besteht aus einem Terminal 3000 und einer Datenverarbeitungs- und -steuereinheit 300, die das Aussenden oder den Empfang von Information in bezug auf die Schleifenübertragungsleitungen steuert.
Das Terminal 3000 besteht aus einem Terminalgerät 3005 und Schnittstellen 3001 bis 3004 zwischen dem Terminalgerät und der Datenverarbeitungs- und -steuereinheit. Hierbei stellen die vier Schnittstellen 3001 bis 3004 die Verbindung zu verschiedenen Datenverarbeitungs- und -steuereinheiten her, und sie können mit jeder beliebigen Zahl größer als eins vorhanden sein.
Nachfolgend wird ein Prozeß beschrieben, durch den vom Terminalgerät 3005 erzeugte Daten über eine Schleifenübertragungsleitung an ein vorgegebenes Terminal übertragen werden.
Vom Terminalgerät 3005 erzeugte Daten werden über die Schnittstellen 3001 bis 3004 an die Datenverarbeitungs- und -steuereinheiten gesendet. Vom Terminalgerät über eine Schnittstelle 322 gesendete Daten werden dann in einem Sendepuffer 317 abgespeichert. Die Daten werden mit einer Adresse (Empfangsadresse) eines Terminals versehen, durch das die Daten zu empfangen sind, oder mit einem Code (Inhaltscode), der dem Inhalt der Daten entspricht. In eine Routinetabelle 323 ist ein Programm eingeschrieben, das festlegt, in welcher Schleifenrichtung die Daten abhängig von der Adresse oder dem Inhaltscode übertragen werden sollten. Das Programm wurde in die Routinetabelle 323 vor dem Senden der Daten eingeschrieben. Wenn Daten im Sendepuffer 317 vorhanden sind, sendet die Betriebseinheit 315 diese Daten von einer der Schnittstellen 311 bis 314 gestützt auf die Routinetabelle 323 aus. Wenn die so ausgesendeten Daten nach einem Umlauf durch die Schleife zurückkehren, erkennt die Betriebseinheit 315, daß die Daten richtig übertragen wurden, und sie löscht die Daten aus dem Sendepuffer 317. Hierbei werden die zu sendenden Daten mit einer Adresse der Schnittstelle versehen, die die Daten sendet. Die Adresse der Schnittstelle wurde vorab im ROM einer Schnittstellenadressentabelle 321 abgespeichert.
Wenn in der Schleife laufende Daten ankommen, übernimmt die Datenverarbeitungs- und -steuereinheit 300 die Daten z. B. über eine Schnittstelle 311, liest die Adresse der Schnittstelle 311 aus der Schnittstellenadressentabelle 321, fügt die Schnittstellenadresse hinzu und speichert die Daten in einem Empfangspuffer 316 ab. Wenn die empfangenen Daten nicht mit den von der Datenverarbeitungs- und -steuereinheit 300 erzeugten Daten übereinstimmen, werden die Daten über die Schnittstelle 311 gesendet, die die Daten empfing. Wenn die Daten diejenigen sind, die von der Datenverarbeitungs- und -steuereinheit 300 erzeugt wurden, werden diese Daten aus dem Empfangspuffer 316 und dem Sendepuffer 317, wie oben angegeben, gelöscht.
Wenn die Daten in den Empfangspuffer 316 übernommen sind, überträgt die Betriebseinheit 315 die Daten über die Schnittstelle 322 an das Terminal, vorausgesetzt, daß die Empfangsadresse oder der Inhaltscode der Daten in Übereinstimmung mit denjenigen einer Empfangsfunktion-Codetabelle und einer Adresse 320 steht. Danach werden, wenn die Empfangsadresse oder der Inhaltscode der Daten in Übereinstimmung mit derjenigen in der Routinetabelle 323 steht, die Daten in Richtung der in diese eingeschriebenen Übertragungsschleife über die Schnittstellen 311 bis 314 in anderen Richtungen gesendet als sie der Schleifenrichtung entsprechen, in der die Daten empfangen wurden. Wenn die Daten an das Terminal und in der Schleifenrichtung gesendet werden, werden sie aus dem Empfangspuffer 316 gelöscht.
Wenn die Daten im Sendepuffer 317 und die Daten im Empfangspuffer 316 das erste Mal zu senden sind, und zwar jeweils in ihrer eigenen Schleife, stellt die Datenverarbeitungs- und -steuereinheit einen Timer 318 für jeden der Datenwerte. Wenn die Daten nicht zurückgekommen sind, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist, setzt die Datenverarbeitungs- und -steuereinheit ein Flag in einem Anomalitätsstatus-Register 319, zugehörig zur Schleife, an die die Daten gesendet wurden.
Wenn das Flag im Anomalitätsstatus-Register 317 gesetzt ist, überträgt die Betriebseinheit 315 den Anomalitätszustand in der Schleife im Rundruf über die Schnittstellen 311 bis 314 in alle Richtungen. Bei Empfang eines Datenwerts, der einen Anomalitätszustand meldet, sendet die Datenverarbeitungs- und -steuereinheit den Anomalitätszustand in diejenigen Schleifenrichtungen im Rundruf, von denen noch keine Meldung zu einem Anomalitätszustand empfangen wurde. Derjenige Prozessor, der die Daten empfangen hat, die den Anomalitätszustand melden, wandelt die Routinetabelle 323 entsprechend der anomal arbeitenden Schleife ab. Z.B. kann ein Umgehungsweg festgelegt worden sein, um mit einem Anomalitätszustand fertig zu werden, der in den Schleifen auftreten kann, oder die Daten können, wenn ein Anomalitätszustand irgendwo auftritt, danach im Rundruf in alle Schleifenrichtungen gesendet werden.
In der Empfangsfunktion-Codetabelle und der Adresse 320 wurde vorab ein Inhaltscode oder eine Adresse für die Daten abgespeichert, die für das Terminalgerät 3005 erforderlich sind, das mit der Datenverarbeitungs- und -steuereinheit 300 verbunden ist.
Beim erfindungsgemäßen System kann der fehlerhafte Teil zur Überprüfung abgetrennt werden. In diesem Fall wird die Übertragung von Daten über andere Abschnitte fortgeführt. Ferner kann Wartung leicht ausgeführt werden, da die Aufbaueinheiten alle dieselben sind.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung werden identische Aufbaueinheiten aufeinanderfolgend miteinander gekoppelt, um mehrere Schleifenstrukturen zu bilden. Durch Ändern des Anschlußverfahrens kann ein Kommunikationsnetzwerk gebildet werden, das leicht in eindimensionale, zweidimensionale oder dreidimensionale Struktur geändert werden kann.
Ferner kann die Übertragungswegewahl leicht ausgeführt werden, da sie auf einem Schleifennetzwerk beruht. Darüber hinaus weisen alle Aufbaueinheiten dieselbe Hardware und Software auf, und es ist keine Vorrichtung mit speziellen Funktionen wie eine Mastervorrichtung erforderlich, wodurch sich ein Vorteil in bezug auf die Wartung ergibt.

Claims

1. Computersystem, umfassend eine Mehrzahl von informationsverarbeitenden und -steuernden Einheiten (10 . . . 15, 20 . . . 22, 30, 300), deren jede mit einem Terminalgerät (3005) verbunden ist und enthält

eine an eine Eingangs-Übertragungsleitung (30k) und eine Ausgangs-Übertragungsleitung (30l) gekoppelte Schnittstelleneinrichtung (311) zum Empfangen und Übertragen von Nachrichten von bzw. an anderen Einheiten, wobei die Eingangs- und Ausgangs-Übertragungsleitungen zur Bildung einer ersten Übertragungsschleife gekoppelt sind, wobei jede Nachricht Daten, eine die sendende Einheit identifizierende Quellenadresse und eine von den empfangenden Einheiten benutzte charakteristische Information enthält, wobei jede Einheit umfaßt:

eine Einrichtung (315) zum Übertragen von Nachrichten von einem mit der Einheit verbundenen Terminalgerät an eine Übertragungsschleife,

einen Sendepuffer (317) zum Speichern der jeweiligen zu sendenden Nachricht,

einen Empfangspuffer (316) zum Speichern einer empfangenen Nachricht,

eine Einrichtung (315) zum Vergleichen der Quellenadresse der empfangenen Nachricht mit der eigenen Adresse der Einheit und zum Übertragen der in dem Empfangspuffer (316) gespeicherten Daten an die empfangende Schnittstelleneinrichtung (311) zum weiteren Umlauf in der Übertragungsschleife, falls diese Adressen verschieden sind, bzw. zum Übertragen der Daten von dem Empfangspuffer (316) an das Terminalgerät, falls die in der Nachricht enthaltene charakteristische Information anzeigt, daß die in der Nachricht enthaltenen Daten von einem mit der Einheit verbundenen Terminalgerät (3005) benutzt werden sollen, und

eine Einrichtung (315, 318, 319) mit einem Abnormalitäts-Zustandsregister (319) zum Erfassen einer Abnormalität des Systems durch Prüfen, ob eine von der Einheit gesendete Nachricht nach einer vorbestimmten Zeitperiode zurückkehrt und das Setzen des Abnormalitäts-Registers (319), falls diese Prüfung negativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der informationsverarbeitenden und -steuernden Einheiten (10 . . . 15, 20 . . . 22, 30, 300) ferner umfaßt:

weitere Schnittstelleneinrichtungen (312 . . . 314), die mit zur Bildung mindestens einer zweiten Übertragungsschleife gekoppelte Eingangs- und Ausgangs-Übertragungsleitungen (301 . . . 30n, 302, 304) verbunden sind,

eine Routinetabelle (323), die die zum Übertragen einer gegebenen Nachricht ausgewählte Schnittstelleneinrichtung (311 . . .314) angibt, und

eine schnittstellen-Adressentabelle (321),

wobei jede Einheit die in der zu sendenden Nachricht enthaltene Quellenadresse zusammen mit der Adresse der jeweils zur Übertragung ausgewählten Schnittstelleneinrichtung (311 . . .314) bereitstellt, und wobei die Vergleichseinrichtung (315) die in der empfangenen Nachricht enthaltene Schnittstellenadresse mit der in der schnittstellen-Adressentabelle (321) gespeicherten Adresse vergleicht und die in dem Empfangspuffer (316) gespeicherten Daten an die jeweils zur Übertragung ausgewählte Schnittstelleneinrichtung auf der Basis der Routinetabelle (323) überträgt, falls diese Adressen verschieden sind, und

wobei eine Einheit, deren Abnormalitäts-Register (319) gesetzt ist, die Abnormalitäts-Zustandsdaten auf allen Übertragungsschleifen aus sendet, während eine die Abnormalitäts- Zustandsdaten empfangende Einheit die Daten an die Übertragungsleitungen mit Ausnahme derjenigen sendet, von denen sie die Abnormalitäts-Zustandsdaten hat, und ihre Routinetabelle (323) in Übereinstimmung mit der abnormalen Übertragungsschleife umwandelt.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Übertragungsschleifen einander kreuzen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Übertragungsschleifen eine dreidimensionale, vorzugsweise die Oberfläche eines Würfels definierende, Struktur ausbilden.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei alle Einheiten (10 . . . 15, 20 . . . 22, 30) von identischer Bauart sind.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die charakteristische Information eine Zieladresse zum Identifizieren desjenigen Terminalgerätes (3005) enthält, das die in der jeweiligen Nachricht enthaltenen Daten empfangen soll.

6. System nach Anspruch 5, wobei jede Einheit (300) eine Codetabelle (320) und eine Einrichtung (315) zum Vergleich des darin gespeicherten Codes mit dem in der empfangenen Nachricht enthaltenen Code enthält.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die charakteristische Information einen Inhaltscode enthält, der die Inhalte der in der jeweiligen Nachricht enthaltenen Daten angibt.