DE2413401B2

DE2413401B2 - Einrichtung zum Synchronisieren dreier Rechner

Info

Publication number: DE2413401B2
Application number: DE2413401A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Eth Bern Kreis; Peter Muensingen Laederach
Original assignee: Hasler AG
Current assignee: Hasler AG
Priority date: 1973-03-28
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1978-06-08
Also published as: GB1462690A; NL176022B; NL7404236A; DE2413401C3; NL176022C; US3921149A; DE2413401A1; FR2223751A1; FR2223751B1; SE403323B; CH556576A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Synchronisieren dreier programmgesteuerter, mit mindestens einem Datenspeicher zusammenarbeitender Rechner, deren jeder am Ende jedes Programmabschnittes eine Synchronisierungsmeldung abgibt und beim Empfang eines Auslösesignals den nächsten Programmabschnitt startet

Bei solchen Einrichtungen sind die drei synchron *° parallel arbeitenden Rechner zur Erhöhung der Betriebssicherheit statt eines einzigen Rechners vorgesehen. Wenn am Ende eines Programmabschnittes das Ergebnis eines der Rechner nicht mit dem Ergebnis der beiden anderen übereinstimmt ist mit großer Wahr- ^ω scheinlichkeit anzunehmen, daß dieser Rechner gestört ist

Die Einrichtung kann trotz dieser Störung mit den

beiden anderen Rechnern weiterarbeiten.

Zu diesem Zwecke ist es bekannt, allen Rechnern gemeinsam eine Majoritätsschaltung zuzuordnen (US-PS 36 81 578).

Es ist auch bekannt, statt von einem abweichenden Ergebnis von einem mit erheblicher Verzögerung auftretenden Ergebnis eines der Rechner darauf zu schließen, daß dieser gestört ist. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE-AS 12 69 827) ist zu diesem Zwecke eine Zeitüberwachungsschaltung mit einer Verzögerungsvorrichtung allen Rechnern gemeinsam zugeordnet Bei dieser Einrichtung werden die Synchronisierungsmeldungen aller Rechner einem diesen gemeinsam zugeordneten UND-Tor zugeführt, das beim gleichzeitigen Auftreten der Synchronisierungsmeidungen das Auslösesignal für den nächsten Programmabschnitt abgibt

Obwohl bei diesen Einrichtungen mehrere Rechner parallel arbeiten, so daß die Betriebsfähigkeit beim Ausfall eines Rechners aufrechterhalten bleibt, kann eine Störung der allen Rechnern zum Ergebnisvergleich gemeinsamen Majoritätsschaltung bzw. der allen Rechnern gemeinsamen Zeitüberwachungsvorrichtung oder des einzigen UND-Tores zu einem Betriebsausfall der ganzen aufwendigen Einrichtung führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einem im Verhältnis zum Aufwand dreier Rechner geringfügigen zusätzlichen Aufwand zu erreichen, daß die Einrichtung bei einer Störung einer Majoritätsschaltung bzw. einer Zeitüberwachungsvorrichtung oder eines UND-Tores betriebsfähig bleibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß jeder Rechner ein Majoritätstor enthält dem die Synchronisierungsmeldungen aller Rechner zugeführt werden, und das beim Erhalt wenigstens zweier Synchronisierungsmeldungen ein Auslösesignal abgibt und daß zwischen der die Synchronisierungsmeldungen abgebenden Stelle und der die Auslösesignak empfangenden Stelle in jedem Rechner eine Verzögerungsvorrichtung liegt, deren Verzögerungszeit gleich der größten Differenz der Zeiten ist, die zwei fehlerfreie Rechner zur Ausführung eines Programmabschnittes benötigen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Einrichtung nicht nur dann ohne weiteres betriebsfähig bleibt, wenn ein Rechner ausfällt, sondern auch dann, wenn eines der drei Majoritätstore oder eine der drei Verzögerungsvorrichtungen ausfällt. Dabei ist der Aufwand zweier zusätzlicher Majoritätstore und Verzögerungsvorrichtungen verglichen mit dem Aufwand zweier zusätzlicher Rechner zur Erhöhung der Betriebssicherheit ganz unbedeutend.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschema einer Datenverarbeitungsanlage mit drei Rechnern und einem Speicher,

F i g. 2 ein Majoritätstor,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Synchronisierungseinrichtung,

F i g. 4 eine Weiterbildung der Schaltung nach F i g. 3 und

F i g. 5 eine andere Ausführungsform eines Teiles der Schaltung nach F i g. 4.

F i g. 1 zeigt die Blockschaltung einer Datenverarbeitungsanlage mit drei Rechnern RU, RV, RW, die jeder ein Leitwerk und ein Rechenwerk enthalten. Die drei

Rechner arbeiten mit einem Speicherwerk SP zusammen. Es sei angenommen, daß der Verkehr zur Außenwelt Ober ein getrenntes Ein- und Ausgabesteuerwerk E/A gehe, das an das Speieberwerk SP angeschlossen ist

Die Verbindung vom Speicherwerk SP zu den Rechnern RU, RV, R Wgeht direkt über eine Leitung A Das Arbeiten des Speicherwerkes SP kann durch bekannte Mittel, z. B. durch Paritätsprüfung gesichert werden. Die Verbindung von den Rechnern RU, RV, ÄWzum Speicherwerk SP geht über eine Majoritätsschaltung MT, die Majoritätstore M enthält, von denen in F i g. 1 nur eines dargestellt ist Es sei angenommen, daß die Übertragung zwischen den Rechnern RU, RV, R Wund dem Speicherwerk SPparallel erfolge, dann ist für jedes Bit der abertragenen Wörter eine Leitung und ein Majoritätstor vorhanden.

Ein solches bekanntes Majoritätstor M ist in F i g. 2 dargestellt Es besteht aus drei Und-Torei? und einem Oder-Tor und verknüpft die Zustände u, v, w seiner drei Eingänge nach der Funktion

ζ = uv-f- vw+ wu.

Es müssen also mindestens zwei der Eingänge im Zustand 1 sein, damit der Zustand ζ des Ausganges gleich 1 ist

F i g. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Synchronisierung der drei Rechner RU, RV, RW. Die drei Rechner sind gleich aufgebaut, deswegen wird im folgenden nur der Rechner Äi/beschrieben.

Der Rechner R t/erhält seinen Takt von einer eigenen Uhr TGU, die sein Leitwerk L WUund sein Rechenwerk R WU steuert In bekannter Weise erfolgt die Arbeit, indem das Leitwerk LWU Befehle und Informationen im Speicherwerk SP(F i g. 1) liest, die Befehle durch das Rechenwerk RWU in mehreren Schritten ausführen läßt und das Ergebnis, wenn nötig, wieder in das Speicherwerk SPeinschreibt

Am Ende der Ausführung eines jeden Befehls gibt das Leitwerk L WUein Signal »Befehlsende« an die Leitung EOI. Dieses Signal geht über ein Majoritätstor MU wieder zum Leitwerk LWU zurück. Ein von der Ausgangsleitung SMdes Majoritätstors MU ausgehendes Signal »Beginn neuer Befehl« leitet die Ausführung des nächsten Befehls ein. Dessen Bearbeitung kann also « erst beginnen, wenn von mindestens zwei der drei Rechner RU, RV, RW Signale »Befehlsende« am Majoritätstor MU eintreffen. Dies geschieht nicht notwendigerweise vollständig gleichzeitig, da die Uhren TGU, TGV, TGW der drei Rechner RU, RV, RW so unabhängig voneinander arbeiten, also Gang- und Phasenunterschiede aufweisen können. Auch geschehen wegen Laufzeitverschiedenheiten in den Rechnern RU, RV, Abgleiche Vorgänge nicht notwendigerweise in den gleichen Uhrtakten, so daß bei der Ausführung eines Befehls Abweichungen von mehreren Taktzeiten auftreten können.

Die Synchronisierung bewirkt, daß solche Verschiebungen sich im Laufe der Zeit nicht addieren, sondern nach jedem Befehl immer wieder auf höchstens eine Taktzeit herabgesetzt werden.

Um dem langsamsten Rechner noch Zeit zum Aufholen zu geben, liegen in der Leitung EOI des Rechners RUund in den entsprechenden Leitungen der Rechner ÄVund R W Verzögerungsanordnungen VZU bzw. VZV bzw. VZW. Diese leiten die Signale »Befehlsende« um einige Taktzeiten verzögert über die zugeordneten Leitungen KU bzw. /C V bzw. K W zu den an diese Leitungen angeschlossenen Eingängen aller drei Majoritätstore MU, AiVund MW. Damit trägt der bei der Ausführung des betreffenden Befehls langsamste Rechner nicht mehr zur Auslösung des Signals »Beginn neuer Befehle« auf den Leitungen SNI bei, kann jedoch die Befehlsausführung beendigen und den nächsten Befehl gleichzeitig mit den anderen beiden Rechnern beginnen. Kann er dies nicht fällt er aus dem Tritt und kann von selbst nicht wieder in Synchronismus kommen.

Die Verzögerungsanordnung VZU kann statt in der Leitung £ö/auch in der Leitung SNIangeordnet sein.

Störungen in einem der drei Rechner RU, RV, RW müssen erkannt werden, auch wenn sich Störungen in einem Rechner oder sogar sein Totalausfall wegen der Majorisierung der Ergebnisse nicht im Arbeiten der Gesamtanlage bemerkbar machen. Dies wird anhand von Fig.4 erläutert die eine detailliertere Schaltung des Rechners RU wiedergibt SP ist wieder das Speicherwerk der Anlage, MT deren Majoritätsschaltung und L WUAiS Leitwerk des Rechners RU.

Zur Erkennung von Störungen ist die Majoritätsschaltung MT derart als Kontrollschaltung ausgebildet, daß sie nicht nur die Ergebnisse der Majorisierung (wie das Tor nach F i g. 2), sondern auch auf den Leitunger. SU, SV, SW Fehiersignale abgibt Diese gehen zu den drei Rechnern, wie durch schräge Pfeile an den Leitungen SU, SV, S Wangedeutet ist In jedem Rechner werden, wie Fig.4 für den Rechner RU zeigt die Fehlersignale aller drei Rechner RU, RV, RW durch Oder-Tore OTzusammengefaßt und in einem Störregister SRU kurzfristig gespeichert Aus diesem Register werden sie durch ein Fehlerbearbeitungsprogramm ausgelesen und auf das Konfigurationsregister KRU aes Rechners übertragen. Sowohl das Störregister SRU als auch das Konfigurationsregister KRU enthält mit U, V und ^bezeichnete Zellen für den Zustand je eines der Rechner RU, RV, RW. Bei ordnungsgemäßen Arbeiten aller drei Rechner RU, RVund R W steht in jeder dieser Zellen der Digitaiwert 1 und auf den zugehörigen Ausgangsleitungen liegt ebenfalls je der Zustand 1 vor.

Vor jeden der drei Eingänge des Majoritätstores MU ist ein Und-Tor TUU, TVU bzw. TWU geschaltet Die jeweiligen ersten Eingänge sind mit den Zellen U, V bzw. W des Konfigurationsregisters KRU verbunden, die zweiten Eingänge mit den Leitungen KU, .KV bzw. KW, auf denen die Signale »Befehlsende« von den zugeordneten Rechnern RU, R Vbzw. R ^erscheinen.

Bei ordnungsgemäßem Arbeiten sind aufgrund des Zustandes 1 an den ersten Eingängen die Tore TUU, TVU und TWU für die Signale »Befehlsende« offen. Beim Auftreten von Fehlern in einem Rechner erscheint in der zugehörigen Zelle (U, V oder W) des Konfigurationsregisters KRU der Digitalwert 0, wodurch das zugeordnete Tor (TUU, TUV oder TWU) gesperrt wird.

Die dem Majoritätstor MU entsprechenden Majoritätstore MVund MWder beiden anderen Rechner RV und R W erhalten von der entsprechenden Zelle ihres Konfigurationsregisters ebenfalls den Wert 0. Alle Majoritätstore MU, MV und MW wirken damit als Und-Tore für die von den beiden nicht gestörten Rechnern kommenden Signale »Befehlsende«. Sobald diest Signale erscheinen, geben sie das Signal »Beginn neuer Befehle« ab.

Als Variante der geschilderten Einrichtung können an Stelle der Und-Tore TUU, TVU, TWU am Eingang des Majoritätstores MU drei Und-Tore PUU, PVU, PWU am Ausgang der Verzögerungsschaltung VZU angeord-

net werden (Fig.5), derart, daß die Weitergabe der Signale von den Zellen U oder V oder IV des Konfigurationsregisters KRUzu den frei Majoritätstoren MU, MV, MW gesperrt wird. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Und-Tores PUU mit einem Eingang des Majoritätstores MU, der Ausgang des Und-Tores PVU mit einem Eingang des Majoritätstores MV und der Ausgang des Und-Tores PWU mit einem Eingang des Majoritätstores MWverbunden. In entsprechender Weise sind an das Majoritätstor MU die Ausgänge der dem Und-Tor PUU entsprechenden Und-Tore in den Rechnern RVund RWangeschlossen. Diese Und-Tore sind von den der Zelle U des Konfigurationsregisters KRU entsprechenden Zellen der Konfigurationsregister der Rechner /?Vund Angesteuert Die von den Ausgängen dieser Und-Tore zum Majoritätstor MU gehenden Leitungen sind in Fig.5 mit PUVund PUW bezeichnet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Synchronisieren dreier, programmgesteuerter, mit mindestens einem Daten- s speicher zusammenarbeitender Rechner, deren jeder am Ende jedes Programmabschnittes eine Synchronisierungsmeldung abgibt und beim Empfang eines Auslösesignals den nächsten Programmabschnitt startet, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rechner (RU, RV, RW) ein Majoritätstor (MU, MV, MW) enthält, dem die Synchronisierungsmeidungen aller Rechner zugeführt werden, und das beim Erhalt wenigstens zweier Synchronisierungsmeidungen ein Auslösesignal abgibt, und daß is zwischen der die Synchronisierungsmeldungen abgebenden Stelle und der die Auslösesignale empfangenden Stelle in jedem Rechner eine Verzögerungs-Vorrichtung (VZU, VZV, VZW) liegt, deren Verzögerungszeit gleich der größten Differenz der 2!eiten ist, die zwei fehlerfreie Rechner zur Ausführung eines Programmabschnittes benötigen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rechner (z. B. RU) ein dreistelliges Konfigurationsregister (KRU) hat, dessen Stellen (U, V, W) gemäß von Kontrollschaltungen (MT) erzeugter Fehlermeldungen gestellt werden, und daß jedem Eingang jedes Majoritätstores (z. B. MU) eine Torschaltung (TUU, TVU, TWU) mit zwei Eingängen vorgeschaltet ist, von denen einer die ^x Synchronisierungsmeldungen eines der Rechner erhält und der andere mit der diesem Rechner zugeordneten Stelle des Konfigurationsregisters verbunden ist (F i g. 4).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^M zeichnet daß jeder Rechner (z. B. RU) ein dreistelliges Konfigurationsregister (KRU) hat, dessen Stellen (U, V, W) gemäß von einer der Kontrollschaltungen (MT) erzeugter Fehlermeldungen gestellt werden, und daß jeder Rechner (z.B. RU) drei *° Torschaltungen (PUU, PVU, PWU) hat und bei jeder dieser Torschaltungen ein Eingang die Synchronisierungsmeldungen dieses Rechners erhält, der andere Eingang mit einer Stelle des Konfigurationsregisters und der Ausgang mit einem Eingang des Majoritätstores des dieser Stelle des Konfigurationsregisters zugeordneten Rechners verbunden ist (F i g. 5).