JPH0125096B2

JPH0125096B2 -

Info

Publication number: JPH0125096B2
Application number: JP53115032A
Authority: JP
Inventors: Koobaa Ruudorufu
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-19
Publication date: 1989-05-16
Also published as: DE2742035A1; FR2403600B1; GB1597333A; FR2403600A1; IT1098541B; NL7809481A; CA1121015A; IT7827598A0; JPS5456743A; BE870595A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は計算機システムにおいて、一群の各
個計算機が、少なくとも２個のバスシステム、す
なわち番地および制御バス、および少なくとも１
本のデータバスから成る所のシステムバスを経
て、制御計算機に結合可能である如き計算機シス
テムに関する。

かかる形式の計算機システムは公知である（西
ドイツ国特許出願公開第2546202号公報）。この計
算機システムにおいて制御計算機は次のようにし
てデータを分配する。すなわち、制御計算機はそ
れぞれ１つの各個計算機の作動結果を順次にシス
テムバスに与え、しかして残余の各個計算機中に
は、どれだけの各個計算機が結果を必要とするか
に無関係に書込むのである。従つて全データ交換
に対し分配されるべき作動結果に等しい交換サイ
クルが必要である。

冒頭に述べた形式の計算機システムの能率は、
各個計算機間の情報交換の時間に大きく関係す
る。その際の目標はできるだけ短い交換時間を得
ることにある。

多くの処理されるべき問題において、限られた
近隣結合、すなわち隣接する基本課題間の情報交
換のみが必要であるということがある。冒頭に述
べた形式の計算機システムにおける取扱いに対
し、制限された間隔で互いに配置された各個計算
機間のみの交換が必要であることが重要である。
計算機システムの各個計算機間の限られた近隣結
合は現場計算者に公知である（例えばG.H.
Barnes、R.M.Brown、M.Kato、D.J.Kuck、D.
L.Slotnick、R.A.Stokesの“ILLIAC第４コンピ
ユータ”IEEE Trans.on Comp.、巻Ｃ−17、第
８冊1968年８月号参照）。ここで各個計算機は相
互に固く結合される、すなわち各々の各個計算機
は４個の隣接計算機と結合される。しかしこの固
い結合は余り適合しない問題の際にのみ有利であ
る。例えば高次の供給の際、或は不規則な結合の
際がそうであるように、結合が計算機構成と一致
しない問題の際はデータ交換を著しく複雑、緩慢
にし、之により長い交換時間をとるようになる。

この発明の目的は冒頭に述べた形式の計算機シ
ステムにおいて、限られた近隣結合を、交換相の
短縮に利用できるシステムを得ることにある。こ
の目的を達成するためこの発明によれば、番地バ
ス、データバスおよび制御バスからなるシステム
バスの一方の端に制御計算機が接続され、該シス
テムバスに直列に複数のバススイツチが配置さ
れ、各バイスイツチの間に各個計算機が接続され
た計算機システムにおいて、前記バススイツチ
は、各個計算機または制御計算機の指示により番
地バスおよびデータバスを切断する回路手段と、
制御バスの制御線に接続され次段のバスに信号を
出力する信号伝達回路手段と、信号伝達回路手段
からの信号により番地バスおよびデータバスのデ
ータ流通方向を変更する回路手段とから成り、制
御バスの制御線は、その一端において制御計算機
に接続され、各バススイツチの信号伝達回路手段
を相互に直列に接続し、各バススイツチの間にお
いて各個計算機と接続され、これによりデータバ
スおよび番地バスのデータの流通方向を規定する
信号が制御計算機側（上流）から各バススイツチ
側（下流）に一方向に伝達され、制御計算機はデ
ータ流通方向を規定する第１のレベルの信号を制
御線に出力し、各個計算機のうちデータ伝送を行
う１台の各個計算機がデータ流通方向を規定する
第２のレベルの信号を制御線に出力し、これによ
り当該各個計算機から下流側のバススイツチの流
通方向が第１のレベルで指示される方向から第２
のレベルで指示される方向に変更され、したがつ
て各個計算機から番地バスおよびデータバスに出
力されたデータが放射状に伝達される如くするの
である。

この計算機システムにより、固定的の或は不規
則の結合を持つ問題の際、全バススイツチが閉結
され、全各個計算機の間の結果を交換することが
できる。限られた近接結合を持つ問題の場合、シ
ステムバスはバススイツチの遮断により多くの区
間に分割することができ、その区間内でデータ交
換は、それぞれデータ交換計算機に制御されて同
時に、かつ相互に無関係に行うことができる。

この並列な交換により多くの問題の際交換時間
は著しく短縮することができる。

この発明の有利な実施形は、各個計算機のそれ
ぞれ２個の隣接の接続箇所の間で、システムバス
にバススイツチを配置するように構成するのであ
る。

他の有利な実施形は、各第２の接続箇所におい
て、それぞれデータ交換計算機が接続される特徴
をもつ。

次にこの発明を図示実施例について説明する。

第１図は計算機構成の線図、第２図は２次元の
格子状網、第３図はリニアダイヤグラム、第４図
はバススイツチ或は他のバススイツチの実施例、
第５図は２分岐バスドライバの実施形、第６図は
第４図のバススイツチの制御ロジツク、第７図は
第４図のバススイツチに対する選択ロジツク、第
８図は第４図のバススイツチに対する解放ロジツ
ク、第９図は隣接するバススイツチの布線に対す
る実施例、第１０図は方向切替えの原理に対する
実施例を示す。

第１図においてシステムバス１に箇所m₁〜m₆
において、各個計算機M₁乃至M₆が接続される。
２個の隣接する接続箇所m_iおよびm_i+1の間におい
て、それぞれバススイツチS_iがシステムバス中に
配置される。それにより５個のバススイツチS₁乃
至S₅が存在する。バススイツチによりシステムバ
スは、区間a₁乃至a₆に分割される。更にデータ交
換計算機ATR₁，ATR₂，ATR₃が接続される。
システムバスは左方が制御計算機STRに開口す
る。右側に向かつてシステムが進むものと考える
ことができる。殊にかかる計算機システムはマイ
クロプロセツサモジユールによつて構成される。

第１図の計算機システムの、具体的な構成の説
明に入る前に、第２図および第３図について、こ
こに示した計算機構成において、交換巾が処理さ
れる問題の結合巾にいかに適合され得るかを示
す。その際データ交換の時間への、結合方法の影
響を、１例について検討する。例として第２図に
示すように２次元の問題構造を基礎に置く。かか
る構造は定微分の方法による偏微分方程式の解法
の際に現れ、例えば電界計算或は天気予報の際応
用される。この場合データ交換は、直接隣接する
格子網の点の間においてのみ必要である。第２図
において網点ｉの例が強調され、この網点はその
４個の直ぐ隣ｉ−１、ｉ−ｎ、ｉ＋１、ｉ＋ｎと
のみデータが交換される。問題をここに示された
リニヤの計算機構造に図解する。例えば各個計算
機がそれぞれ１個の格子網点を取扱つている所の
第１図によつて図解すれば、所定のバンド巾内の
みでデータ交換が必要なようにできる。格子網点
ｉに所属する各個計算機からその結果は、点ｉ−
ｎ、ｉ−１、ｉ＋１、ｉ＋ｎに分布された各個計
算機に与えられねばならない。すなわちバンド巾
は2n＋１である。１次元にプロジエクトされた
事態を第３図に示す。

この発明による計算機システムはこの問題に有
利に適合し、システムバスを長さ2n＋１の区間
に分割する。分割のためバススイツチが役立つ。
これら区間内でそれぞれ中心の各個計算機の結果
が分配される。次のステツプにおいてシステムバ
スの区間は１個のバススイツチだけシフトされ、
結果は今や区間中央に存在する各個計算機に分配
され、以下同様にされる。全区間において同時に
交換されるので、n²の結果を分配するために、２
つのｎ＋１の交換ステツプが必要なのみである。
従つて１群の格子網点／バンド巾の比に等しい係
数だけ、データ交換相の短縮が与えられる。格子
点数10⁴でバンド巾が201に相当する所の、ｎ＝
100による２次元の問題において、交換ステツプ
の数は格子網点の数のほぼ1/50だけ短縮される。
この発明の計算機システムはこの例にのみ限定さ
れるので無く、他の問題構造にも立派に適用でき
ることを指摘して置く。

第４図にバススイツチの特に具合の良い実施形
を示す。この実施形は、それが同時に他のバスス
イツチとしても使用できるように構成される。第
４図によりバススイツチは、選択ロジツクSSL、
解放ロジツクSEL、システムバス中に接続された
２個の２分岐バスドライバBD１、或はBD２、
それに所属の制御ロジツクBC１或はBC２、およ
び動作様式切替スイツチＳから成り、その際上記
BD１はデータバス中に、BD２は番地バス中に
接続される。動作様式切替スイツチＳを経て２つ
の動作様式の間の切替えが可能であり、その際一
方の動作様式（之をＡと呼ぶ）においては、バス
スイツチ状態は解放ロジツクSELにより決定さ
れ、すなわち制御計算機により番地指定され、制
御される。他方の動作様式（之をＢと呼ぶ）にお
いては、動作状態はENABLE入力を経て確定さ
れ、この入力は同じ仕方で構成された他のバスス
イツチのENABLED出力と接続可能であり、之
によりバススイツチは他方のものの動作状態を引
受けることができる。

ENABLED出力と動作様式切替器Ｓとの間に、
開放コレクタ出力を持つドライバ５０がなお接続
され、之は多くのバススイツチの複数の
ENABLED出力の結線されたアンド結合を可能
にする。

第５図に同じに構成された双方向の２個のバス
ドライバBD１或はBD２が示される。之は４ビ
ツト並列の２個の２分岐バスドライバSAB８２
１６から成る所の１バイトのビツト並列の伝送の
ためのバスドライバを取扱う（シーメンス株式会
社、1976／77年“データブツク”システムSAB
８０８０マイクロプロセツサ素子の説明を参照）。
ここで、および以下において、素子の入力および
出力は上記文献のように記号をつけてある。共通
の入力と接続された両素子の入力を経て、
バスドライバは阻止することができる。バスドラ
イバの共通の入力に集合された入力を
経て、データ流れの方向が確定される。上記の文
献に詳細が示してある。端子DI、DO或はDBは
文献の入力DI₀乃至DI₃，DO₀乃至DO₃或はDB₀乃
至DB₃を代表している。

第６図に制御ロジツクBC１或はBC２の構造を
詳細に示す。それぞれ２個の入力を持つ３個のア
ンド回路８１，８２，８３に対し素子７４０８、
オア回路８４に対し素子７４２７、インバータ８
５，８６に対し素子７４０４、しかして３個の入
力を持つナンド回路８７に対しシーメンス社の開
放コレクタを持つ素子７４２２が適当である。
（上記データブツクの“デイジタル接続”を参
照）。入力DIR CTRL１或は２と接続された入力
DIR CTRLIN１を経て、前者の方向が決定可能
である。この入力は一方においてインバータ８５
を経てナンド回路８７およびアンド回路８１の入
力と接続され、他方においてアンド回路８３のそ
れぞれ入力と直結される。そのため所属の２分岐
バスドライバの入力と接続された所の出力７
０２との、上記入力の直接接続が存在する。入力
enable１或は２は一方において動作様式切替器の
出力５３と、他方においてアンド回路８３の第２
入力、並びに回路８７の第２入力と接続され、ま
たオア回路８４の入力と反転して接続される。入
力enable１の主課題は、一方においてオア回路８
４の出力と、他方において２分岐バスドライバ
BD１或はBD２の入力と接続されるべき出力
７０１を経て、バスドライバを阻止し或は自由に
することにある。該当するバスドライバが制御ロ
ジツクBC１，BC２の入力enable１或は２を経
て、自由にされたとき、方向情報が次のバススイ
ツチに中継されることができる。この情報は入力
DIR CTRL IN１或は２（第４図参照）を経て、
バススイツチに与えられる。制御ロジツクの入力
DISLはアンド回路８２の第２入力と接続され、
入力DISR１或は２はアンド回路８１の入力と接
続される。これらアンド回路の出力はオア回路８
４の第２或は第３入力と接続される。アンド回路
８２の一方の入力は、インバータ８６を経て、ナ
ンド回路８７の第３入力と、しかしてアンド回路
８２の第２入力は、ナンド回路の第１入力と接続
される。バスドライバBD１或は２は、入力
DISR１或は２或はDISLを経て、右或は左へのデ
ータ流れ方向に対して選択的に阻止することがで
きる。アンド回路８３の出力はバススイツチの出
力DISR OUT１或は２を形成する。ノア回路８
７の出力はバススイツチの出力DIR CTRL
OUT１或は２を形成する。

第７図にスイツチ選択ロジツクSSLを詳細に示
す。並置された２個の４ビツト比較器８１，８２
（上記“デイジタル接続”の123および124頁の素
子７４８５）を使用する。そこに示す比較器８２
の入力２（Ａ＜Ｂ）、３（Ａ＝Ｂ）或は４（Ａ＞
Ｂ）は、比較器８１の対応する出力７（Ａ＜Ｂ）、
６（Ａ＝Ｂ）或は５（Ａ＞Ｂ）と並列に接続され
る。４ビツト端子Ａ或はＢは、上記文献における
端子A₀乃至A₃或はB₀乃至B₃に相当する。両比較
器８１，８２の端子Ａは、番地バスと接続される
べきバイト端子を形成する。両比較器の４ビツト
端子Ｂは並列に、プルアツプ抵抗を持つ８重コー
ダスイツチ８３と接続される。比較器８１の入力
３（Ａ＝Ｂ）は抵抗８４を経て、ロジツク“１”
に対応する所の給電電圧と接続され、それに対し
比較器８２の出力６（Ａ＝Ｂ）は、選択された解
放ロジツクSELの入力と接続される。線図的に示
すコーダスイツチ８３により、バススイツチは固
定のスイツチ番号を備えることができる。入力Ａ
を経て与えられた番号がスイツチ番号と一致する
場合、出力６（Ａ＝Ｂ）はロジツク“１”にされ
る。

第８図に解放ロジツクSELを詳細に示す。之は
それぞれ２個の入力を持つ４個のオア回路９１乃
至９４、それぞれ３個の入力を持つアンド回路９
５，９６、Ｄフリツプフロツプ９７およびインバ
ータ９８を包含する。選択された入力はインバー
タ９８を経てオア回路９１の入力と接続される。
このオア回路の出力は一方において、アンド回路
９５および９６のそれぞれの入力と接続される。
アンド回路９５の出力はＤフリツプフロツプ９７
の入力Ｄと、アンド回路９６の出力は入力Ｔ（９
７は上記文献“デイジタル接続”190〜191頁の素
子７４７４であり、その入力、出力と同じ記号を
用いた）と接続される。このフリツプフロツプの
入力Ｒはバススイツチの入力と接続され
る。フリツプフロツプの入力Ｓは継続的にロジツ
ク“１”に置かれる。出力Ｑはオア回路９４の入
力、バススイツチの出力EN RIGHT OUTおよ
びEN LEFT OUTと接続される（第４図参照）。
オア回路９４の出力は解放ロジツクの出力を形成
し、この出力は動作様式切替器の入力５１と接続
され、この切替器の他方の入力５２はバススイツ
チの入力と接続される。バススイツチの入力
SHIFT は一方においてアンド回路９６
の第２入力と、およびオア回路９３の入力と接続
される。類似にバススイツチの入力
LEFTはアンド回路９６の第３入力およびオア回
路９２の入力と接続される。入力
はオア回路９４の第２入力と、入力
SELECT はオア回路９１の第２入力と、
しかして入力EN LEFT INはオア回路９２の第
２入力と接続される。オア回９２の出力はアンド
回路９５の第２入力と、オア回路９３の出力は同
じく９５の第３入力と接続される。マーキングフ
リツプフロツプとして役立つ所のＤフリツプフロ
ツプは、３個の異なる信号によつてセツトされ
る：バススイツチを選択する場合（“１”を選
択）、へのパルスによりこのフリ
ツプフロツプはロジツク“０”にセツトされる、
すなわち出力Ｑは“０”にある。
LEFTへのパルスによりフリツプフロツプは、入
力EN LEFT INの状態により充電され、
SHIFT のパルスの際は、オア回路９３
の入力と接続された入力SHIFT RIGHT INの
状態により充電される。ここで述べたSHIFT
LEFT或はSHIFT RIGHTによる有利な接続は、
一度分割されたバス区間の簡単なシフトを、
SHIFT 或はへのパル
ス印加によつて可能にする意義を持ち、之により
計算器システムが、第２図および第３図で述べた
如き問題構造に特に有利に応用可能である。

入力Ｓがロジツク“０”
に置かれた場合、ロジツクの出力に、フリツプフ
ロツプの出力Ｑにおけるそのときどきの２進値が
存在する。その際出力が“０”に置かれたとき、
バススイツチは遮断される。その他の場合にはス
イツチは開放される。入力
MODEがロジツク“１”に置かれた場合、出力
もこの値にあり、このことはバススイツチが閉じ
たことを意味する。従つて大きな時間損失無し
に、区間に分割されたシステムバスと、直通され
たシステムバスとの間を切替えることができる。
入力を経てマーキングフリツプフロツプ
を基本状態Ｑ＝“１”にリセツトすることができ
る。その際マーキングフリツプフロツプの意義は
下記の通りである：バススイツチは“マークされ
た”のであり、之は動作モードの“選択モード”
の際は中断されるべきである。このマーキングは
既述のように３種の形式で行うことができる。し
かしバススイツチは入力
に“１”が印加された場合、閉結されたままであ
る。之により制御計算器から情報が、更にシステ
ム中に存在する全計算機、データ交換計算機およ
びバススイツチにも送出される。従つてバススイ
ツチのマーキングの際の順序は任意である。之に
反してバススイツチが直ちに遮断されたとすれ
ば、このスイツチの後ろに存在するすべての要素
は、制御計算機によりもはや応動させることがで
きないであろう。すなわちまず、後続路に存在す
るバススイツチを遮断しなければならない。入力
SELECTION が“０”に置かれた場合、
システムバスはマークされた箇所で切断される。

分割されたシステムバスによるデータ交換の
間、制御計算機から総ての、或は後続路に存在す
る若干の成分に、例えばデータ交換計算機中のプ
ログラムを変更するため、アクセスすることが一
時的に短時間必要である。そのため分割された、
および直通されたシステムバスの間の時間節約の
切替えが、フリツプフロツプの補助により簡単な
仕方で実現できる。

第９図に隣接するバススイツチの接続関係を示
す。入力、出力は、小星印でマークしてある。３
個の全入力DISR１，２及びDISLは接地される。
スイツチS₁₀₂が左の端スイツチであり、或はスイ
ツチS₁₀₃が右の端スイツチである場合に同じこと
が通用する。両スイツチの残りの入力、出力、す
なわち小星印でマークしない入力、出力の結線
は、第９図から自然に与えられる。

第１０図に、計算機システムのデータバス１２
５上の４個のバススイツチS₁₂₁乃至S₁₂₄を示す。
この図により方向切替えを説明する。２個の隣接
するバススイツチの間にそれぞれ、情報の源Q₁
乃至Q₃として各個計算機或はデータ交換計算機
が、データバスに接続される。バススイツチは第
４図に示されるように構成されるが、制御ロジツ
クBC１或はBC２が、それぞれドライバおよび抵
抗を持つ所の、簡易化された特別に示すロジツク
により置換された点が異なる。この簡易化された
ロジツクの作用は、第６図の入力DISR１或は
２、DISL DIR CTRL IN１或は２を“０”に
置き、しかして入力enable１或は２を“１”に置
くとき、第６図のロジツクと一致する。それぞれ
２個の隣接する接続箇所の間に、開放コレクタ出
力を持つドライバが制御線DIR CTRL中に配置
され、更にこれら区間の各々は抵抗を経て、給電
電圧に接続可能である。ドライバは参照数字１３
１乃至１３４を持ち、抵抗は参照数字１３５乃至
１３８を備える。各源は出力９１，９２或は９３
を持ち、之は制御線DIR CTRLと接続される。
この出力は、源が送信するとき、すなわち各個計
算機或は交換計算機がデータを送出するとき、
“０”に置かれる。２路バスドライバBD２に対
し、付加的に同一に構成された装置が制御線を備
え、それに源を接続することができる。

第１０図の装置により方向切替えの原理が実現
され、之は下記の解釈から出発する。各バス区間
において各交換サイクルにおいて各バスシステム
に対し、１個の送信している源のみが与えられ
る。この源は制御および番地バスに対しては制御
計算機或は交換計算機であり、データバスに対し
ては所定の各個計算機であり得る。これらの源は
バス区間の残りの要素に情報を送信し、このこと
はバスドライバを源の方向に接続しなければなら
ないことを意味する。

方向切替えの原理は両バスシステムに対し同じ
である：従つて第１０図にはデータバスシステム
のみを示す。バスドライバ方向は第１０図により
制御線DIR CTRLを経て制御される。どの源か
らも送信が無い場合、源は“１”にあり、之は抵
抗によつて行われる。之によりドライバは右の方
向に接続される。或る源が情報を送信する場合、
制御線の所属の区間に“０”を印加する。この値
は源の左方に存在するドライバに報知され、之に
よりドライバはその方向を左に反転する。之によ
り源はその情報を放射状に送信することができ
る。

続いてデータ交換計算機の機能について説明す
る。システムバスが区間に分割されたとき、この
区間は自動的に計算機システムであり、しかして
自動的の区間内で結果の分配を行う所の“中央”
の計算機が必要である。その際之は下記の２つの
課題を満足すべきである。

(1) データが伝送されるべきデータ路の接続、 (2) この路を経てのデータの伝送このことは原則的に適当にプログラミングされ
た計算機によつて行うことができる。しかし既に
この目的に対し割当てられたデータ交換計算機が
提案され、この発明の計算機システムに対しても
適当である。

【図面の簡単な説明】

第１図は計算機構成の線図、第２図は２次元の
格子網、第３図はリニアダイヤグラム、第４図は
バススイツチ或は他のバススイツチの実施例、第
５図は２分岐バスドライバの実施形、第６図は第
４図のバススイツチの制御ロジツク、第７図は第
４図のバススイツチに対する選択ロジツク、第８
図は第４図のバススイツチに対する解放ロジツ
ク、第９図は隣接するバススイツチの結線に対す
る実施例、第１０図は方向切替えの原理に対する
実施例である。１，２……システムバス、８１，８２……４ビ
ツト比較器、８３……８重コーダスイツチ、９７
……Ｄフリツプフロツプ、a₁〜a₆……区間、
ATR₁〜ATR₃……データ交換計算機、BC１，
BC２……制御ロジツク、BD１，BD２……バス
ドライバ、M₁〜M₆……各個計算機、Q₁〜Q₃…
…データ源、Ｓ……動作様式切替スイツチ、S₁〜
S₂₀……バススイツチ、S₁₀₁〜S₁₀₄，S₁₂₁〜S₁₂₄…
…バススイツチ、SEL……解放ロジツク、SSL…
…選択ロジツク、STR……制御計算機。

Claims

【特許請求の範囲】

１番地バス、データバスおよび制御バスからな
るシステムバスの一方の端に制御計算機が接続さ
れ、該システムバスに直列に複数のバススイツチ
が配置され、各バイスイツチの間に各個計算機が
接続された計算機システムにおいて、前記バスス
イツチは、各個計算機または制御計算機の指示に
より番地バスおよびデータバスを切断する回路手
段と、制御バスの制御線（DIR CTRL）に接続
され次段のバスに信号を出力する信号伝達回路手
段と、信号伝達回路手段からの信号により番地バ
スおよびデータバスのデータ流通方向を変更する
回路手段とから成り、制御バスの制御線（DIR
CTRL）は、その一端において制御計算機に接続
され、各バススイツチの信号伝達回路手段を相互
に直列に接続し、各バススイツチの間において各
個計算機と接続され、これによりデータバスおよ
び番地バスのデータの流通方向を規定する信号が
制御計算機側（上流）から各バススイツチ側（下
流）に一方向に伝達され、制御計算機はデータ流
通方向を規定する第１のレベル(1)の信号を制御線
に出力し、各個計算機のうちデータ伝送を行う１
台の各個計算機がデータ流通方向を規定する第２
のレベル（０）の信号を制御線に出力し、これに
より当該各個計算機から下流側のバススイツチの
流通方向が第１のレベルで指示される方向から第
２のレベルで指示される方向に変更され、したが
つて各個計算機から番地バスおよびデータバスに
出力されたデータが放射状に伝達されることを特
徴とする計算機システム。