Устройство синхронизации для систем параллельной пространственной коммутации
Устройство синхронизации для систем параллельной пространственной коммутации относится к вычислительной технике и предназначено для синхронизации пакетов данных с моментами коммутации в параллельных пространственных коммутационных системах. Устройство может применяться совместно с параллельными пространственными коммутационными системами в многопроцессорных вычислительных системах, вычислительных сетях и сетях телекоммуникаций.
Устройство состоит из n D-триггеров данных, образующих n-разрядный синхронный сдвиговый регистр данных, из n D-триггеров отслеживания начала пакета, образующих n-разрядный синхронный сдвиговый регистр отслеживания начала пакета. В состав устройства входят n двухвходовых элементов И, образующих блок ключей, двухвходовой выходной ключевой элемент И, двухвходовой элемент управления И, а также асинхронный RS-триггер управления.
Техническим результатом является отсутствие потерь части данных и увеличение быстродействия на этапе коммутации в сравнении с буферными запоминающими устройствами.
Полезная модель относится к вычислительной технике и предназначено для синхронизации пакетов данных с моментами коммутации в параллельных пространственных коммутационных системах. Устройство может применяться совместно с параллельными пространственными коммутационными системами в многопроцессорных вычислительных системах, вычислительных сетях и сетях телекоммуникаций.
Пространственные коммутаторы, осуществляющие параллельную коммутацию, например, коммутатор (а.с. СССР 
1441471), выполняют установление соединений в так называемом разовом режиме (определение разового режима коммутации дано, например, в работе: Дудко А.Л. Неблокирующие коммутационные схемы / Дудко А.Л.. - М.: ВЦ АН СССР, 1990. - 59 с.: ил., стр.7), то есть устанавливают одновременно все соединения. Однако, в случае, если пакеты данных поступают на входы такого коммутатора не одновременно, то возможны потери части данных. Таким образом, возникает проблема согласования или синхронизации поступающих данных с моментом установления соединений в подобных коммутаторах.
Для синхронизации поступающих данных с моментами установления соединений могут использоваться запоминающие устройства, иногда называемые буферными (Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия - СПб.: Изд-во «Питер», 2000 - 704 с., сс.134-144). В этом случае, запоминающее устройство должно принять весь пакет данных, записать его в память, а затем передать его в коммутационную систему в момент установления соединений. Недостатком такого способа является необходимость запоминания всего пакета данных, что вызывает задержку по времени.
Для синхронизации поступающих данных с моментами установления соединений могут также использоваться сдвиговые регистры (Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 528 с.: ил., сс.147-148), принимающие последовательно поступающие данные и задерживающие их до момента установления соединений. Недостатком такого способа является невозможность отслеживания начала пакета данных, по различным линиям на различные сдвиговые регистры пакеты данных могут придти в разное время.
Таким образом, возникает задача создания устройства, позволяющего осуществлять задержку последовательно передающегося пакета данных с отслеживанием его начала до момента установления соединений коммутационной системой, то есть синхронизацию поступающих пакетов данных с моментами коммутации в пространственных коммутационных системах.
Технический результат: отсутствие потерь части данных и увеличение быстродействия на этапе коммутации в сравнении с буферными запоминающими устройствами. Он достигается тем, что устройство состоит из n D-триггеров данных, образующих N-разрядный синхронный сдвиговый регистр данных, из n D-триггеров отслеживания начала пакета, образующих n-разрядный синхронный сдвиговый регистр отслеживания начала пакета. В состав устройства входят n двухвходовых элементов И, образующих блок ключей, двухвходовой выходной ключевой элемент И, двухвходовой элемент управления И, а также асинхронный RS-триггер управления. Линия подачи сигнала сброса соединена с асинхронными входами сброса каждого из n D-триггеров данных, асинхронным входом установки первого D-триггера отслеживания начала пакета и асинхронными входами сброса остальных n-1 D-триггеров отслеживания начала пакета. Линия подачи пакета данных соединена с синхронным Входом данных первого D-триггера данных. Линия подачи сигнала тактирования соединена с входами импульсного сигнала тактирования каждого из n D-триггеров данных, а также с первым входом двухвходового элемента управления И. Линия подачи сигнала начала коммутации соединена с асинхронным входом сброса асинхронного RS-триггера управления, а линия подачи сигнала начала пакета данных соединена с асинхронным входом установки асинхронного RS-триггера управления. Прямой выход данных первого D-триггера данных соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера данных, а также с первым входом первого двухвходового элемента И, прямой выход данных второго D-триггера данных соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера данных, а также с первым входом второго двухвходового элемента И, и так далее, синхронный вход данных n-го D-триггера данных соединен с прямым выходом данных (n-1)-го D-триггера данных, прямой выход данных n-го D-триггера данных соединен с первым входом n-го двухвходового элемента И. Выходы всех двухвходовых элементов И соединены и подключены к первому входу двухвходового выходного ключевого элемента И, выход которого соединен с выходной линией данных. Синхронный вход данных первого D-триггера отслеживания начала пакета заземлен. Прямой выход данных первого D-триггера отслеживания начала пакета соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера отслеживания начала пакета, а также со вторым входом, первого двухвходового элемента И, прямой выход данных второго D-триггера отслеживания начала пакета соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера отслеживания начала пакета, а также со вторым входом второго двухвходового элемента И, и так далее, синхронный вход данных n-го D-триггера отслеживания начала пакета соединен с прямым выходом данных (n-1)-го D-триггера отслеживания начала пакета, прямой выход данных n-го D-триггера отслеживания начала пакета соединен со вторым входом n-го двухвходового элемента И. Прямой выход данных асинхронного RS-триггера управления соединен со вторым входом двухвходового элемента управления И, его выход соединен с входами импульсного сигнала тактирования всех D-триггеров отслеживания начала пакета. Инверсный выход данных асинхронного RS-триггера управления соединен со вторым входом двухвходового выходного ключевого элемента И.
Предлагаемое устройство изображено на фиг.1.
Устройство синхронизации для систем параллельной пространственной коммутации состоит из n D-триггеров данных 6.1, 6.2,
, 6.i,, 6.n, образующих n-разрядный синхронный сдвиговый регистр данных 13. Каждый из n D-триггеров данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n имеет асинхронный вход сброса R, вход импульсного сигнала тактирования CLK, синхронный вход данных D и прямой выход данных Q. Устройство также состоит из n D-триггеров отслеживания начала пакета 9.1, 9.2, , 9.i, , 9.n, образующих n-разрядный синхронный сдвиговый регистр отслеживания начала пакета 15. Каждый из n D-триггеров отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n имеет асинхронные входы установки S и сброса R, вход импульсного сигнала тактирования CLK, синхронный вход данных D и прямой выход данных Q. В состав устройства входят n двухвходовых элементов И 7.1, 7.2,, 7.i,, 7.n, образующих блок ключей 14, двухвходовой выходной ключевой элемент И 8 и двухвходовой элемент управления И 11, а также асинхронный RS-триггер управления 10, имеющий асинхронный вход S установки триггера в единичное состояние, асинхронный вход R сброса триггера в нулевое состояние, а также прямой выход данных Q и инверсный выход данных 
.
Линия 1 подачи сигнала сброса соединена с асинхронными входами сброса R каждого из n D-триггеров данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n n-разрядного синхронного сдвигового регистра данных 13, асинхронным входом установки S первого D-триггера отслеживания начала пакета 9.1 и асинхронными входами сброса R остальных n-1 D-триггеров отслеживания начала пакета 9.2,, 9.i,, 9.n n-разрядного синхронного сдвигового регистра отслеживания начала пакета 15. Линия 2 подачи пакета данных соединена с синхронным входом данных D первого D-триггера данных 6.1 n-разрядного синхронного сдвигового регистра данных 13. Линия 3 подачи сигнала тактирования соединена с входами импульсного сигнала тактирования CLK каждого из n D-триггеров данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n n-разрядного синхронного сдвигового регистра данных 13, а также с первым входом двухвходового элемента управления И 11. Линия 4 подачи сигнала начала коммутации соединена с асинхронным входом сброса R асинхронного RS-триггера управления 10, а линия 5 подачи сигнала начала пакета данных соединена с асинхронным входом установки S асинхронного RS-триггера управления 10.
Прямой выход данных Q первого D-триггера данных 6.1 соединен с синхронным входом данных D следующего D-триггера данных 6.2, а также с первым входом первого двухвходового элемента И 7.1 блока ключей 14, прямой выход данных Q второго D-триггера данных 6.2 соединен с синхронным входом данных D следующего D-триггера данных 6.3, а также с первым входом второго двухвходового элемента И 7.2 блока ключей 14 и так далее, прямой выход данных Q (n-1)-го D-триггера данных 6.n-1 соединен с синхронным входом данных D n-го D-триггера данных 6.n, а также с первым входом (n-1)-го двухвходового элемента И 7.n-1 блока ключей 14, прямой выход данных Q n-го D-триггера данных 6.n соединен только с первым входом n-го двухвходового элемента И 7.n блока ключей 14. Таким образом, соединенные D-триггеры данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n, образуют n-разрядный синхронный сдвиговый регистр данных 13, сдвиг данных в котором, производится импульсным сигналом тактирования CLK, а выход каждого разряда этого регистра образован соответствующим прямым выходом данных Q соответствующего D-триггера данных 6.i и соединен с первым входом соответствующего двухвходового элемента И 7.i блока ключей 14. Выходы всех двухвходовых элементов И 7.1, 7.2,, 7.i,, 7.n блока ключей 14 соединены между собой и имеют высокоимпедансное состояние по выходу (состояние высокого внутреннего сопротивления или так называемое «третье состояние») и подключены к первому входу двухвходового выходного ключевого элемента И 8, выход двухвходового ключевого элемента И 8 соединен с выходной линией данных 12.
Синхронный вход данных D первого D-триггера отслеживания начала пакета 9.1 n-разрядного синхронного сдвигового регистра отслеживания начала пакета 15 не используется, и на него подают уровень логического нуля (заземлен). Прямой выход данных Q первого D-триггера отслеживания начала пакета 9.1 соединен с синхронным входом данных D следующего D-триггера отслеживания начала пакета 9.2, а также со вторым входом первого двухвходового элемента И 7.1 блока ключей 14, прямой выход данных Q второго D-триггера отслеживания начала пакета 9.2 соединен с синхронным входом данных D следующего D-триггера отслеживания начала пакета 9.3, а также со вторым входом второго двухвходового элемента И 7.2 блока ключей 14 и так далее, прямой выход данных Q (n-1)-го D-триггера отслеживания начала пакета 9.n-1 соединен с синхронным входом данных D n-го D-триггера отслеживания начала пакета 9.n, а также со вторым входом (n-1)-го двухвходового элемента И 7.n-1 блока ключей 14, прямой выход данных Q n-го D-триггера отслеживания начала пакета 9.n соединен только со вторым входом n-го двухвходового элемента И 7.n блока ключей 14. Таким образом, соединенные D-триггеры отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n, образуют n-разрядный синхронный сдвиговый регистр отслеживания начала пакета 15, сдвиг данных в котором, производится импульсным сигналом тактирования CLK, а выход каждого разряда этого регистра образован соответствующим прямым выходом данных Q соответствующего D-триггера отслеживания начала пакета 9.i и соединен со вторым входом соответствующего двухвходового элемента И 7.i блока ключей 14.
Прямой выход данных Q асинхронного RS-триггера управления 10 соединен со вторым входом двухвходового элемента управления И 11, выход двухвходового элемента управления И 11 соединен с входами импульсного сигнала тактирования CLK всех D-триггеров отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n n-разрядного синхронного сдвигового регистра отслеживания начала пакета 15. Инверсный выход данных Q асинхронного RS-триггера управления 10 соединен со вторым входом двухвходового выходного ключевого элемента И 8.
Устройство синхронизации для систем параллельной пространственной коммутации работает следующим образом.
На линию 1 подачи сигнала сброса подается сигнал, который сбрасывает все D-триггеры данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n, D-триггеры отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n, переводя их в нулевое состояние по прямым выходам данных Q, за исключением D-триггера отслеживания начала пакета 9.1, который устанавливается в единичное состояние по прямому выходу данных Q. Сигнал сброса следует подавать одновременно с сигналом начала пакета данных.
Одновременно с сигналом сброса, в момент начала передачи данных, на линию 5 подачи сигнала начала пакета данных подается сигнал, который поступает на асинхронный вход S установки асинхронного RS-триггера управления 10, переводя его в единичное состояние по прямому выходу данных Q. С прямого выхода данных Q асинхронного RS-триггера управления 10 значение логической единицы подается на второй вход двухвходового элемент И 11, разрешая тем самым подачу сигнала тактирования с линии 3 подачи сигнала тактирования на D-триггеры отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n.
По линии 2 подачи пакета данных на входы D-триггеров данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n подаются данные, начиная с заголовка информационного пакета. При этом производится тактирование сдвига, которое осуществляется подачей сигнала тактирования на линию 3 подачи сигнала тактирования. Таким образом, после первого такта сигнала тактирования в D-триггер данных 6.1 будет записан первый бит пакета данных, в D-триггеры данных 6.2,, 6.i,,6.n - нули, в D-триггер отслеживания начала пакета 9.1 будет записана единица, в остальные D-триггеры отслеживания начала пакета 9.2,, 9.i,, 9.n - нули.
Далее на линию 2 подачи пакета данных, побитно подаются данные, которые под воздействием импульсного сигнала тактирования заполняют D-триггеры данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n. Одновременно с последовательным заполнением D-триггеры данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n данными, поступающими по линии 2 подачи пакета данных, происходит и поразрядный сдвиг единицы в D-триггерах отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n, причем эта единица единственная, сдвигаемая D-триггерами отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n, показывает начало пакета данных в D-триггерах данных 6.1, 6.2,, 6.i,, 6.n.
В момент начала коммутации, когда система коммутации будет готова к началу процесса установления соединения, на линию 4 подачи сигнала начала коммутации, подается логическая единица, которая, поступая на асинхронный вход сброса R асинхронного RS-триггера управления 10, переводит его в нулевое состояние по прямому выходу данных Q и единичное состояние по инверсному выходу данных Q. Логический нуль с прямого выхода данных Q асинхронного RS-триггера управления 10 подается на второй вход двухвходового элемента управления И 11, запрещая дальнейшую подачу сигнала тактирования на входы импульсного сигнала тактирования CLK D-триггеров отслеживания начала пакета 9.1, 9.2,, 9.i,, 9.n, тем самым, прекращая сдвиг единственной, хранящейся в них единицы, показывающей начало пакета данных. Логическая единица, поступая с инверсного выхода данных Q асинхронного RS-триггера управления 10 на второй вход двухвходового выходного ключевого элемента И 8, разрешает передачу на выходную линию данных 12 начала пакета данных с соответствующего D-триггера данных 6.i, через вход соответствующего двухвходового элемента 7.i, на другой вход которого подается логическая единица с выхода соответствующего D-триггера отслеживания начала пакета 9.i.
Далее, пакет данных под воздействием сигнала тактирования, подающегося на линию 3 подачи сигнала тактирования, и вызывающего побитный сдвиг данных, побитно передается с прямого выхода данных Q соответствующего D-триггера данных 6.i через соответствующий двухвходовой элемент И 7.i и двухвходовой выходной ключевой элемент И 8 на выходную линию данных 12.
Таким образом, осуществляется задержка последовательно передающегося пакета данных с отслеживанием его начала до момента, когда система коммутации будет готова к осуществлению процесса соединения. Это позволяет не допустить потери части данных и увеличить быстродействие на этапе коммутации в сравнении с буферными запоминающими устройствами.
Устройство синхронизации для систем параллельной пространственной коммутации, состоящее из n D-триггеров данных, образующих n-разрядный синхронный сдвиговый регистр данных, из n D-триггеров отслеживания начала пакета, образующих n-разрядный синхронный сдвиговый регистр отслеживания начала пакета, n двухвходовых элементов И, образующих блок ключей, двухвходовой выходной ключевой элемент И, двухвходовой элемент управления И, асинхронный RS-триггер управления, линия подачи сигнала сброса соединена с асинхронными входами сброса каждого из n D-триггеров данных, асинхронным входом установки первого D-триггера отслеживания начала пакета и асинхронными входами сброса остальных n-1 D-триггеров отслеживания начала пакета, линия подачи пакета данных соединена с синхронным входом данных первого D-триггера данных, линия подачи сигнала тактирования соединена с входами импульсного сигнала тактирования каждого из n D-триггеров данных, а также с первым входом двухвходового элемента управления И, линия подачи сигнала начала коммутации соединена с асинхронным входом сброса асинхронного RS-триггера управления, а линия подачи сигнала начала пакета данных соединена с асинхронным входом установки асинхронного RS-триггера управления, прямой выход данных первого D-триггера данных соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера данных, а также с первым входом первого двухвходового элемента И, прямой выход данных второго D-триггера данных соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера данных, а также с первым входом второго двухвходового элемента И, синхронный вход данных n-го D-триггера данных соединен с прямым выходом данных (n-1)-го D-триггера данных, прямой выход данных n-го D-триггера данных соединен с первым входом n-го двухвходового элемента И, выходы всех двухвходовых элементов И соединены и подключены к первому входу двухвходового выходного ключевого элемента И, выход которого соединен с выходной линией данных, синхронный вход данных первого D-триггера отслеживания начала пакета заземлен, прямой выход данных первого D-триггера отслеживания начала пакета соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера отслеживания начала пакета, а также со вторым входом первого двухвходового элемента И, прямой выход данных второго D-триггера отслеживания начала пакета соединен с синхронным входом данных следующего D-триггера отслеживания начала пакета, а также со вторым входом второго двухвходового элемента И, синхронный вход данных n-го D-триггера отслеживания начала пакета соединен с прямым выходом данных (n-1)-го D-триггера отслеживания начала пакета, прямой выход данных n-го D-триггера отслеживания начала пакета соединен со вторым входом n-го двухвходового элемента И, прямой выход данных асинхронного RS-триггера управления соединен со вторым входом двухвходового элемента управления И, его выход соединен с входами импульсного сигнала тактирования всех D-триггеров отслеживания начала пакета, инверсный выход данных асинхронного RS-триггера управления соединен со вторым входом двухвходового выходного ключевого элемента И.
