Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих подходов к построению и функционированию сетевых контроллеров 11
1.1. Средства цифровой обработки информации 11
1.1.1. Организация процесса обработки информации в системе обработки информации 11
1.1.2. Коммуникационная сеть системы обработки информации 13
1.1.3. Временные характеристики доступа к сетевому контроллеру 16
1.1.4. Иерархическая организация процесса обработки информации 21
1.1.5. Ассоциативный подход к процессу обмена и обработки информации 23
1.2. Анализ информационно-структурной модели сетевого контроллера... 25
1.2.1. Обобщенная структура сетевого контроллера 25
1.2.2. Память сетевого контроллера 27
1.2.3. Классификация аппаратных и программных средств сетевых контроллеров 30
1.3. Организация ассоциативной среды 33
1.3.1. Многокоординатная ассоциативная среда 33
1.3.2. Обобщенная структура ячейки ассоциативной среды 36
1.4. Выводы , 38
2. Разработка и исследование модели сетевого контроллера на основе ассоциативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки информации 39
2.1. Анализ подходов к построению моделей сетевого контроллера 39
2.2. Информационная модель сетевого контроллера 42
2.2.1. Основные положения построения информационной модели сетевого контроллера 42
2.2.2. Иерархическая организация объектов информационной модели 47
2.3. Разработка модели сетевого контроллера 48
2.4. Разработка способа и схем управления обработкой информации в ассоциативной среде с совмещением функций управления, хранения и обработки 52
2.4.1. Анализ моделей автоматных управляющих структур на основе ассоциативной памяти 52
2.4.2. Разработка способа и схем управления обработкой информации в ассоциативной среде 56
2.4.3. Совмещение функций управления, хранения и обработки информации в многокоор динатной ассоциативной среде 66
2.5. Выводы 70
3. Разработка ассоциативной среды для построения сетевого контроллера 72
3.1. Разработка ассоциативных элементов ассоциативной среды 72
3.1.1. Структура ассоциативного элемента сетевого контроллера 72
3.1.2. Разработка базовых ассоциативных элементов 75
3.1.3. Сравнение свойств ассоциативных элементов 77
3.1.4. Схемная реализация базовых ассоциативных элементов среды для построения сетевого контроллера 78
3.2. Ассоциативная среда для представления и организации функционирования сетевого контроллера 81
3.2.1. Представление функциональных узлов сетевого контроллера в ассоциативной среде 81
3.2.2. Правила структурной организации ассоциативной среды 88
3.2.3. Организация ассоциативной среды для сетевого контроллера 91
3.3. Программируемая матрица ассоциативных элементов 95
3.4. Выводы 98
4. Разработка сетевого контроллера, оценка эффективности функционирования и сложности его реализации 100
4.1. Разработка прототипа контроллера на основе ассоциативной среды.. 100
4.1.1. Структура прототипа контроллера мультиплексного канала... 100
4.1.2. Реализация функциональных узлов прототипа контроллера мультиплексного канала 104
4.2. Оценка эффективности функционирования и сложности реализации контроллера. Результаты внедрения 106
4.2.1. Оценка эффективности функционирования прототипа контроллера мультиплексного канала 107
4.2.2. Оценка сложности реализации контроллера 109
4.2.3. Сравнительная оценка сложности реализации контроллера мультиплексного канала 111
4.2.4. Результаты внедрения прототипа контроллера мультиплексного канала 113
4.3. Выводы 115
Заключение 117
Список литературы
- Коммуникационная сеть системы обработки информации
- Основные положения построения информационной модели сетевого контроллера
- Структура ассоциативного элемента сетевого контроллера
- Реализация функциональных узлов прототипа контроллера мультиплексного канала
Введение к работе
Возможности совершенствования вычислительной техники и систем обработки информации, базирующиеся, во многом, на основополагающих принципах, предложенных Ч. Бэббиджем и Дж. фон Нейманом, практически исчерпаны. Причем, проблемы, возникшие вследствие заложенных еще на ранних этапах развития вычислительной техники противоречий, характерны как для отдельных вычислительных машин, так и для распределенных вычислительных комплексов, сетей и систем. К данным противоречиям относится, во-первых, разделение функций управления, хранения и обработки информации, во-вторых, иерархичность построения отдельных компонентов и систем в целом. Неизбежным следствием этого является расходование значительных вычислительных и коммуникационных ресурсов на информационный обмен между элементами систем.
В последнее время ситуация изменилась. Активизировались поиски и исследования новых методов и средств обработки информации, направленные на преодоление указанных противоречий. Однако если для отдельных вычислительных машин уже возникли и реализуются плодотворные идеи по организации и функционированию новых высокоэффективных методов и средств хранения и обработки информации, в том числе использующие новые подходы к совмещенному представлению и обработке информации (ассоциативные, нейросетевые, а также принципиально новые архитектурные и технологические решения, связанные с переходом на субмикронные и нанотехнологии, а также с успехами молекулярной и биомолекулярной электроники), то для распределенных вычислительных комплексов, сетей и систем обработки информации указанные выше противоречия обусловлены, не в меньшей степени, следующими причинами:
физической распределенностью элементов системы, которая не позволяет решить проблему совмещения процессов управления, хранения и обработки информации во времени и в пространстве;
двойственностью представления самой передаваемой информации в
системе: с одной стороны, это данные, которые требуется обработать, с
другой - инструкции для управления обработкой данных.
И если первая из вышеуказанных проблем на современном этапе и в ближайшей перспективе является трудноразрешимой, то для решения второй проблемы используются различные подходы, основными из которых являются следующие:
распараллеливание процессов управления и обработки информации, что, однако, приводит к необходимости решения сложных задач синхронизации, представления информации в целостном виде, к необходимости одновременного управления функционирования многими объектами с использованием специализированных средств для обмена информации - сетевых контроллеров, а также к усложнению их алгоритмического и программного обеспечения.
ассоциативные методы и средства коллективного доступа к информации с совмещением функций хранения и обработки информации.
Одними из наиболее перспективных средств, предназначенных для реализации таких методов, являются ассоциативные среды [16, 40]. Но для использования свойств ассоциативной среды для решения вышеуказанной проблемы в распределенных системах обработки информации необходимо решить ряд задач:
совместить функции управления, распределенного хранения и параллельной обработки информации непосредственно в ассоциативной среде при информационном обмене в системе;
организовать ассоциативную среду таким образом, чтобы она, с одной стороны, была адекватна предлагаемым способам управления, распределенного представления и обработки информации и, с другой стороны, могла быть эффективно реализована на современной элементной базе;
разработать средства информационного обмена - сетевые контроллеры - для распределенных систем обработки информации на основе ассо-
7 циативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки информации;
обеспечить оптимальное сопряжение средств информационного обмена
на основе распределенной ассоциативной среды с другими элементами
вычислительной системы при организации информационного обмена.
Целью работы является исследование и разработка сетевых контроллеров на основе ассоциативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки информации, а также способов организации их функционирования в системах обработки информации.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:
анализ подходов к построению и функционированию сетевых контроллеров;
разработка информационной модели сетевого контроллера и её реализация на основе ассоциативной среды;
разработка способа организации управления обработкой информации в самой ассоциативной среде при передаче данных;
разработка ассоциативных элементов, а также разработка и моделирование ассоциативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки;
разработка и моделирование сетевого контроллера на основе ассоциативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки;
оценка эффективности функционирования и сложности реализации сетевого контроллера на основе ассоциативной среды.
Объектом исследований являются сетевые контроллеры, методы и средства их построения и функционирования на основе ассоциативной среды.
Методы исследований базируются на теориях арифметических и логических основ вычислительной техники, системного анализа, ассоциативных преоб-
8 разовании, теории автоматов. Экспериментальные исследования для подтверждения полученных в Ходе диссертационной работы результатов проводились на основе моделирования с использованием реального макета на программируемых логических интегральных схемах.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Предложена информационная модель сетевого контроллера для представления и реализации его функциональных узлов в ассоциативной среде.
Предложен способ и схемы управления обработкой информации в ассоциативной среде, различающиеся вариантами активизации поисковых аргументов, масок, а также изменением состояний ассоциативных ячеек.
Разработаны ассоциативные элементы среды, реализующие функции памяти, сравнения и взаимодействия..
Разработана ассоциативная среда, с совмещением функций хранения, обработки и управления информацией.
Исследована организация ассоциативной среды на основе различных типов ассоциативных элементов: памяти, взаимодействия, сравнения.
Предложена структура программируемой матрицы ассоциативных элементов для реализации сетевых контроллеров.
Осуществлена разработка и моделирование сетевого контроллера на основе ассоциативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки.
Практическая ценность работы состоит в следующем.
Предложенная информационная модель является основой для проектирования различных устройств обработки, хранения и передачи информации.
Разработаны схемы элементов ассоциативной среды и предложена их реализация на основе ПЛИС.
Реализован прототип контроллера мультиплексного канала по стандарту MIL-std-1553 на основе ассоциативной среды.
Предложенная структура программируемой матрицы ассоциативных элементов предназначена для создания широкого спектра устройств цифровой
9 обработки информации и сетевых контроллеров и сочетает гибкость программируемых схем и свойства ассоциативной среды.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается результатами вычислительных экспериментов и данными, полученными при имитационном моделировании и испытаниях прототипа сетевого контроллера на основе ассоциативной среды.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке контроллера резервированной магистрали по стандарту MIL-std-1553 в системе обработки информации авиакосмической техники, созданной «НПО Рубикон-Инновация» (г. Смоленск), а также связных контроллеров интегрированной оперативно-диспетчерской региональной системы электроэнергетики, разработанной ООО «Спонг» (г. Смоленск).
Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований -грант Президента Российской Федерации № 01-15-99556 (проект «Ассоциативные системы и среды хранения и обработки информации: теория и прикладные разработки»).
Научные и практические результаты работы включены в курсы лекций «Ассоциативные системы хранения и обработки информации», «Организация ЭВМ и систем», «Аппаратная организация алгоритмов» на кафедре вычислительной техники филиала ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, используются в курсовом и дипломном проектировании студентов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: VII-IX Научно-технических конференциях ВУ ВПВО ВС РФ (г. Смоленск, 1999-2001); Научно-технической конференции, посвященной 40-летию Смоленского филиала МЭИ (ТУ) «Компьютерные технологии и электроника» (г. Смоленск, 2001); Межвузовской научно-методической конференции, посвя-щенной 50-летию РГОТУПС «Современные информационные технологии в научных исследованиях, образовании и управлении» (г. Смоленск, 2001); Между-
10 народной научной конференция «Математические методы в интеллектуальных
информационных системах ММИИС-2002» (г. Смоленск, 2002); 9-й Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г. Москва, 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 149 страницах, из них 125 страниц основного текста, 67 рисунков, 23 таблицы, и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 90 наименований на 8 страницах и 3-х приложений на 24 страницах.
Основные положения, выносимые на защиту.
Способ и схемы управления обработкой информации в ассоциативной среде, различающиеся вариантами активизации поисковых аргументов, масок, а также изменением состояний ассоциативных ячеек.
Ассоциативная среда с совмещением функций хранения, обработки и управления.
Ассоциативные элементы среды, структура программируемой матрицы ассоциативных элементов, реализующие функции хранения, сравнения и взаимодействия.
Сетевой контроллер на основе ассоциативной среды с совмещением функций управления, хранения и обработки.
Коммуникационная сеть системы обработки информации
Логическая и функциональная организация взаимодействия отдельных устройств и блоков СОИ в виде сети имеет сложную структуру. Известно разделение коммуникационной сети системы обработки на уровни, соподчиненные друг другу [24], которые объединены понятием «СІМ - пирамида» (СІМ — Computer Integrated Manufacturing) (см. рис. 1.2). Количество уровней и их вид зависят от параметров конкретной системы. Взаимодействие между отдельными уровнями осуществляется при помощи сетей FAN, LAN, WAN.
Полевая сеть FAN (Fieldbus Area Networks - сеть датчиков и исполнительных механизмов) обеспечивает низший сетевой уровень. По таким сетям производится обмен информацией между «интеллектуальными» датчиками и исполнительными механизмами, преобразователями и устройствами цифровой обработки.
Локальная сеть LAN (Local Area Networks) связывает отдельные устройства цифровой обработки данных между собой и устройствами управления, накопления и обработки. Применительно к структуре, изображенной на рис. 1.1, уровень локальной сети соответствует каналам связи внутри 2-го уровня и между 2-м и 3-м уровнями.
Территориальная сеть WAN (Wide Area Networks) может рассматриваться как информационный канал 3-го уровня системы обработки. Можно расширить область применения системы до уровня GAN (Global Area Networks) глобальные (спутниковые) сети.
Большинство разработчиков и производителей стремится использовать модель архитектуры сети ISO (International Standards Organization -Международной организации по стандартизации), названной OSI (Open System Interconnection - модель взаимодействия открытых систем). Согласно этой модели все коммуникационные функции упорядочены в рамках семиуровневой модели.
Иерархичность архитектуры сети позволяет выполнять обращение с более высокого уровня к нижележащим уровням. Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями. Связи между двумя различными уровнями осуществляется посредством интерфейса, построенного на основе спецификаций. Одновременно допускаются взаимодействия между одинаковыми уровнями нескольких элементов сети (рис 1.3).
Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия. Проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других.
Модель ISO/OSI положена в основу большинства существующих систем. Однако в реальных системах отдельные уровни могут не быть реализованы. Например, в СОИ с небольшим числом узлов можно отказаться от коммутационных узлов (маршрутизаторов). Следовательно, 3-й уровень может отсутствовать. В большинстве сетей FAN уровни 3-7 объединяются в один пользовательский уровень. Для сетей LAN совсем не обязателен уровень 6. И только в территориальных и глобальных сетях реализуются протоколы всех уровней.
В процессе функционирования между устройствами системы обработки информации производится интенсивный обмен командами и данными. Время между обращением одного устройства системы к другому и получением ответа называется временем доступа и практически всегда нормируется. Обычно в расчет принимается максимальное время доступа, превышение которого делает ответ недостоверным.
Должно выполняться следующее неравенство [62]: Тд_тах/Тд 1, где Тд_тах - максимально допустимое время доступа, Тд - реальное время доступа. На время доступа в зависимости от конкретной СОИ и устройств, входящих в её состав, влияют: во-первых, фазовые флуктуации времени передачи, которые определяются используемым каналом сопряжения устройств и методом доступа; во-вторых, задержки, связанные с приемом, обработкой и подготовкой ответа устройством, к которому производится доступ. Первая составляющая может иметь самую различную природу. Для маркерных методов доступа фазовые флуктуации зависят от конкретного протокола и загруженности шины. Если используется множественный доступ или имеют место коллизии, время доступа может значительно увеличиться. Причем, в подобных случаях существует непосредственная зависимость времени доступа от времени захвата коммуникационного канала отдельными устройствами, а оно, в свою очередь, определяется длиной запросов (сообщений) и скоростью передачи данных. Так как причины, порождающие этот вид задержки, в большой степени зависят от коммуникационной сети, уменьшение влияния этой составляющей возможно при оптимизации структуры самой коммуникационной сети и выборе протоколов.
Основные положения построения информационной модели сетевого контроллера
Используем для разработки информационной модели сетевого контроллера нотацию информационной модели многокоординатной ассоциативной среды хранения и обработки информации [15, 16, 40]. Рассмотрим основные понятия, используемые при описании модели [19]. Информационный объект — объект, в основу которого положены формообразующие правила, определяющие свойства отражения, накопления, хранения, анализа, преобразования и обмена информации.
Информационное поде — вся информация в потенциальном виде о пространстве состояний всех (возможных) информационных объектов. При построении информационной модели сетевого контроллера будем исходить из следующих положений. Положение 1. Информационное поле Е составляет множество информационных объектов {Оь Ог, ..., On}. Положение 2. Каждый из информационных объектов Oj информационного поля может быть целостно описан сочетанием компонентов из следующего набора [1]: {Q} - определяет структуру объекта; {S} — описывает допустимые состояния объекта модели; {Т} - вводит параметрическое время; {L} - формулирует законы (правила) изменчивости; {1} - сопоставляет принципы организации объектов (их компонент) с конкретными средствами; {F} - описывает структуру элементарных объектов модели. Например, Oj[Qj, Sj, TJ5 Lj} Ij, Fj]. где Qj, Sj, Tj, Lj, Ij, Fj - множество соответствующих объекту Oj компонентов. Положение 3. Компоненты отражают отдельные свойства объекта. Сочетания компонентов могут иметь вполне определенные трактовки [33]. А именно: (Q О S) - (структура и состояния) применительно к коммуникационной модели могут трактоваться как пакеты, сообщения и пр.; (Q О S = Т) - (структура, состояния, время) - временное представление пакетов, сообщений; либо временная диаграмма; либо информационный поток; (S J= L) - (состояния и законы изменчивости) алгоритм работы; (Q = S О L) - (структура, состояния и законы изменчивости) реализация алгоритма в форме текста программы; (Q О S = L О Т) - реализация программы; (F I) — определение функциональных элементов. (F = I = Q) - (структура элементов объекта) представление о функциональной схеме объекта. Конечно, приведенные трактовки информационных объектов не охватывают всех возможных вариантов и нуждаются в существенном дополнении и уточнении. Положение 4. Под информационной системой будем понимать совокупность информационных объектов, формообразующим правилом которой является наличие не менее двух компонентов одного типа, относящихся к разным объектам. Положение 5. Возможны различные способы отображения информационного поля посредством различного представления множеств информационных объектов в зависимости от учитываемых компонентов. Положение 6. Возможно различное представление множеств информационных объектов и систем в информационном поле посредством множеств отдельных компонентов. Способы разбиения информационной системы на объекты могут быть различными, например: {QE} = {QO.}, {Q02},..., {Qon}; {SE} = {Soi}, {S02}, ., {Son}; {TE} = {T0,},{To2},...,{Ton}; {LE} = {L01}, {L02}, , {L0n}; {IE} = {IOI}, {I02},-., {Ы; {FE} = {Fo,}, {F02},...,{Fon}.
Это позволяет отобразить информационные объекты различной структуры и, характеризующиеся различными свойствами. Так, например, и само информационное поле может быть представлено в виде единственного, абстрактного объекта 0Е: Е{0Е} = E{0[QE, SE, ТЕ, LE, IE, FE]}. Положение 7. Взаимодействие выделенных в информационном поле информационных объектов также можно представить посредством специфических информационных объектов. Выделим следующие типы взаимодействия объектов: во-первых, посредством информационных потоков; во-вторых, непосредственно через общие компоненты. Под информационным потоком между объектами Ot и Or будем понимать информационный объект (рис. 2.1), представленный следующим набором компонентов: Qtr - организация структуры; Str - допустимые состояния; Ttr - параметрическое время.
Введем следующее ограничение: в процессе обмена между двумя объектами информационный поток Etr{Qtr, Str, Ttr} будем считать не претерпевающим изменений, так как в дальнейшем не исследуются воздействия различных факторов на передаваемую информацию в каналах связи. В противном случае, в описании информационного потока добавились бы компоненты, определяющие его изменчивость.
Информационный поток Etr[Qtr, Str, Ttr] инициируется объектом-передатчиком Ot[Qt, St, Tt, Lt, It, Ft], и, поступая на объект-приемник, взаимодействует с компонентами этого объекта Or[Qr, Sr, Tr, Lr, Ir, Fr]. В результате этого процесса происходят изменения в объекте-приемнике: Or[Qr, Sr, Tr, Lr, Ir, Fr] Or fQr, Sr, Tr, Lr, Ir, Fr]
Если протекающий процесс рассматривать относительно параметрического времени Ttr, то можно получить описание информационного потока в форме временной диаграммы. Если же рассматривать процесс относительно параметра Str, то получим поток единиц (бит) информации. Одновременное использование двух компонентов Qitr и Str позволяет получить представление о формате слов коммуникационного сообщения.
Структура ассоциативного элемента сетевого контроллера
Одним из известных подходов к организации ассоциативной среды является класс многокоординатных ассоциативных запоминающих устройств, позволяющих совмещать функции коллективного доступа к информации с возможностью ее распределенного хранения и параллельной многокоординатной обработки в среде хранения [41].
Кроме того, проведенные исследования позволяют сделать вывод о возможности реализации в многокоординатной ассоциативной среде предложенных схем управления [20]. Это обусловлено следующими свойствами многокоординатной ассоциативной среды: матричная организация ассоциативной среды данного типа, подразумевающая регулярные связи между ассоциативными ячейками; многомерность (или эмуляция многомерности) пространства (решетки) для размещения ячеек ассоциативной среды; наличие в ассоциативной среде каналов (направлений) распространения входных и выходных сигналов записи, поиска, опроса.
Рассмотрим в качестве примера ортокоординатную ассоциативную среду (накопитель). На рис. 2.19 показан ее фрагмент, состоящий из матриц ассоциативных элементов AHzl и AHz2, представленных в виде двух слоев. В пределах каждого слоя выполняется ассоциативный поиск, и формируются его результаты. Подобная структура позволяет реализовать схемы управления 4-6 типов (см. разд. 2.4.2).
Для схемы управления 4-го типа (с возбуждением поисковых аргументов и перекодированием в ассоциативной среде) поисковые аргументы IN 1.1-IN 1.3 матрицы AHzl маскируются сигналами U. В результате ассоциативного поиска формируются результирующие сигналы сравнения, которые фиксируются элементами Y1-Y3. На основании отображения Y на слой ассоциативных элементов AHz2 определяются сигналы маскирования U1-U3. Сигнал С1 тактирует фиксацию результатов в ячейках памяти Yl—Y3.
Реализация схем управления 1-3 типов, предполагает фиксацию результатов поиска в ячейках памяти и перенаправление их со строчных направлений по столбцам. Подобное перенаправление в регулярной структуре, с упорядоченным размещением элементов и ортогональной трассировкой сигнальных цепей, подразумевает наличие узлов перенаправления сигналов. Такие узлы рационально разместить в зонах «пересечения» ортогональных цепей сигналов и использовать для этого элементы памяти (рис. 2.20).
Ячейки памяти ЯП 1-ЯПЗ размещены в отдельном слое диагонально по отношению к координатам XY. Для варианта с матрицей АН1 пхп, можно предложить п(п-1) комбинаций компоновок ячеек памяти.
Использование многокоординатного поиска в ассоциативной матрице позволяет реализовать практически все предложенные выше схемы управления.
На рис. 2.21 представлена взаимосвязь элементов устройства с двухкоор-динатным поиском и изменением состояния ассоциативных ячеек.
В результате ассоциативного поиска по обоим направлениям матрицы (3x3) формируются сигналы результатов поиска (Pyl, Ру2, РуЗ и Pxl, Рх2, РхЗ). На рисунке выделены активизированные в результате поиска цепи Ру2 и РхЗ. Они «пересекаются» в общей ассоциативной ячейке ЯП23. Именно эта ячейка должна изменить свое состояние. Результатом описанного процесса является новое состояние ассоциативной среды.
На рис. 2.22 показан пример трехмерной (3x3x3) ассоциативной среды, в которой реализована схема управления. Причем в подобной среде возможно одновременное функционирование нескольких автоматов. Представим «ассоциативный куб» несколькими ассоциативными матрицами (слоями). По каждому из трех направлений X, Y, Z можно задать по три «секущих» ассоциативных слоя: АН1х, АН2х, АНЗх - по координате X; АН1у, АН2у, АНЗу - по координате Y; AHlz, AH2z, AH3z - по координате Z.
Для наглядности показано разбиение на среды слои по координате Z. В слое AHlz организован автомат с фиксацией результатов ассоциативного поиска в ячейках слоя AH2z: АЯ2гі2; АЯ2г2і; АЯ2г3з- Для однокоординатного поиска используются три ячейки в слое AHlz. При ортогональном, двухкоординат-ном поиске здесь требуется 6 ячеек в слое AH2z. Входные сигналы (для слоя AHlz не показаны) могут подаваться либо по направлению X, либо по направлению Y, что определяется направлением поиска.
Аналогичный автомат (схема управления) реализован в слое AH3z. Для него в качестве ячеек памяти также взяты элементы памяти ассоциативной среды из слоя AH2z. Ячейки слоя AH2z хотя и используются в качестве запоминающих элементов для схем управления, реализованных в соседних слоях, сами могут входить в состав схем управления в своем слое. Данная схема представляет собой схему управления 3-го типа.
Возможность представления слоями ячеек по двум другим направлениям позволяет организовать ортогональное размещение схем управления в пространстве «ассоциативного куба».
Реализация функциональных узлов прототипа контроллера мультиплексного канала
Перед началом передачи слова сообщения в канал контроллер мультиплексного канала настраивается на передачу. Для этого в объект MEMslov записывается слово сообщения. Перед началом передачи по каналу подается команда «пуск» (StrtTm) на объект SqSlTm. После этого происходит перезапись слова сообщения из объекта MEMslov в [Bit(t)]. Объект StrtTm осуществляет управление процессом отображения последовательности бит, поочередно выбираемых из [Bit(t)], на объект {Bit}, который формирует на выходе в качестве результата этого отображения значение передаваемого в канал бита. Образ этого бита фиксируется в объекте [K(t)] и при управлении объекта SqBitTm передается в коммуникационный канал.
На схемах взаимодействия объектов в случаях, когда информации передаётся из канала в контроллер, и, наоборот, содержится ряд однотипных объектов: {Bit}; [Bit(t)]; Sp; MEMslov. Схемы отличаются только направлениями взаимодействий объектов. Установим для этих объектов требуемые направления доступа и получим схему, которая обеспечивает как прием, так и передачу.
Взаимодействие объектов контроллера мультиплексного канала при приеме и передаче информации показано на рис. 4.3.
Существенным является оценка верхней границы числа непосредственных взаимодействий объектов друг с другом (см. табл. 4.1). Это является важным при решении вопроса выбора структуры ассоциативной среды и определения числа направлений доступа к ассоциативным элементам. В последнем столбце в скобках указано число таких взаимодействий с учетом резервирования дополнительных направлений для сигналов тактирования.
В табл. 4.2 представлены объекты контроллера, позволяющие описать состав и формализовать на схемном уровне (посредством элементов ассоциативной среды) представление функциональных узлов разработанного прототипа контроллера мультиплексного канала.
Объекты [Kdt(t)] и [Ktm(t)] выполняют функции приема и передачи канального сигнала. Они функционируют как регистры сдвига и реализуются на основе ассоциативных элементов памяти и взаимодействия.
Входной и выходной канальные сигналы контроллера могут быть рассмотрены как временные ассоциации, фрагментами которых являются биты кода, синхроимпульсы. Они хранятся в объекте контроллера {Bit}, схемная реализация которого требует 72 элемента памяти и 144 элемента сравнения. Относительно большое число элементов сравнения требуется из-за необходимости двустороннего доступа к объекту в режимах приема и передачи.
В режиме приема объект [Bit(t)] запоминает последовательность разрядов принимаемого кода. Принятый код слова сообщения в параллельной форме поступает на объект MEMslov. В режиме передачи из объекта MEMslov поступает параллельный код, являющийся передаваемым словом сообщения, после чего слово сообщения поразрядно поступает на объект [Bit(t)].
Управление приемом и передачей бит, составляющих слова сообщений, осуществляется объектом SqSlTm, который проводит подсчет разрядов кода слова и формирует управляющие сигналы. Подобную структуру имеет и другой объект управления SqBitTm.
Объекты SlovoA и SlovoF организованы по типу памяти с адресацией по содержанию. Поисковыми аргументами для этих объектов выступает код слова сообщения. Результаты поиска влияют на адресацию слов сообщений при записи в элементы памяти объекта MEMslov. Объект MEMslov реализуется как блок памяти с доступом по нескольким направлениям. Один канал доступа обеспечивает запись кодов со стороны внешнего интерфейса, другой - со стороны объекта [Bit(t)]. Для чтения данных также существует два канала, обратные по направлениям каналам записи. Объект MEMslov позволяет совмещать операции чтения и записи. Совмещение операций записи и чтения обеспечивается большим количеством ассоциативных элементов взаимодействия в структуре объекта.
Контроль принятого кода слова сообщения в режиме приема проводится объектом Sp. Этот же объект формирует контрольный разряд (контроль по четности) в режиме передачи.
