УСТРОЙСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ РАЗНОПРИОРИТЕТНЫХ ЗАПРОСОВ АБОНЕНТОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
DEVICE FOR SERVICING DIFFERENT-PRIORITY REQUESTS OF SUBSCRIBERS OF COMPUTER SYSTEM

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах обмена данными и локальных вычислительных сетях (ЛВС).
Известно устройство обслуживания запросов пользователей вычислительной системы, содержащее N≥2 абонентских блоков, счетчик, элемент И, генератор тактовых импульсов, делитель, N-входовый элемент ИЛИ-НЕ, мультиплексор и инвертор (см. ав. св. СССР №№2140666, G06F 9/46, 1999, бюл. №30).
Недостатком данного устройства является относительно невысокая надежность и большое время обслуживания сложных запросов, обусловленные большим количеством взаимоувязанных элементов, входящих в его состав.
Известно устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы (см. патент РФ №2186420, G06F 9/46, 2002, бюл. №21), содержащее N≥2 абонентских блоков, генератор тактовых импульсов, первый и второй N-входовые элементы И-НЕ, первый и второй шифраторы приоритетов, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ и селектор-мультиплексор.
Однако данное устройство имеет относительно низкую вероятность своевременного обслуживания абонентов в условиях непрерывной динамики смены состояний разноприоритетных запросов и с учетом влияющих факторов - устройство не позволяет динамически корректировать максимальное время ожидания обслуживания запросов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (прототипом) является устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы (см. патент РФ №2296361, G06F 9/46, 2007, бюл. №9), содержащее N≥2 идентичных абонентских блоков, генератор тактовых импульсов, N≥2 идентичных абонентских контроллеров времени, первый и второй N-входовые элементы И-НЕ, первый и второй шифраторы приоритетов, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ, селектор-мультиплексор и главный контроллер времени ожидания. При этом J-разрядный, где , выход селектора-мультиплексора является J-разрядным выходом «Код подлежащего обслуживанию абонента» устройства, выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовым входам каждого из N абонентских блоков, запросные входы и K-разрядные входы «Код максимального времени ожидания» каждого из N абонентских блоков, где K≥2 - разрядность кода максимального времени ожидания обслуживания запросов, являются соответствующими N запросными входами и N K-разрядными входами «Код максимального времени ожидания» устройства. Входы «Обнуление» каждого из N абонентских блоков являются соответствующими входами «Обнуление» устройства, каждый из N входов первого и второго N-входовых элементов И-НЕ подключены к соответствующим N инверсным входам соответственно первого и второго шифраторов приоритетов. Инверсные выходы первого и второго N-входовых элементов И-НЕ подключены соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ, первый вход которого является опросным входом устройства. Выход элемента И-НЕ подключен к инверсному разрешающему входу селектора-мультиплексора и является разрешающим выходом устройства, управляющий вход селектора-мультиплексора подключен к второму входу элемента ИЛИ, каждый из J инверсных выходов первого и второго шифраторов приоритетов подключены к соответствующим J первичным входам и соответствующим J вторичным входам селектора-мультиплексора. При этом n-й, где n=1, 2, …, N, инверсный вход первого шифратора приоритетов подключен к первому сигнальному выходу ((N+1)-n)-го абонентского контроллера времени, n-й инверсный вход второго шифратора приоритетов подключен к второму сигнальному выходу ((N+1)-n)-го абонентского контроллера времени. Первый и второй сигнальные выходы n-го абонентского блока подключены соответственно к первому и второму сигнальным входам n-го абонентского контроллера времени. Причем K-разрядный корректирующий вход n-го абонентского блока соединен с K-разрядным проверочным входом n-го абонентского контроллера времени и подключен к n-му, где n=1, 2, …, N, K-разрядному выходу главного контроллера времени ожидания, N K-разрядных входов которого являются соответствующими N K-разрядными входами «Коррекция максимального времени ожидания» устройства.
В прототипе реализуется возможность повышения вероятности своевременного обслуживания пользователей в условиях, присущих реальному процессу функционирования систем обмена данными и локальных вычислительных сетей - в условиях непрерывной динамики смены состояний разноприоритетных запросов и с учетом влияющих факторов. Достоинством прототипа является его способность своевременно предоставлять пользователям ресурс вычислительной системы, с учетом, как динамики управляющих воздействий или внешних факторов, так и изменяющихся во времени текущих требований абонентов, на основе динамически корректируемых значений (границ) максимального времени ожидания обслуживания для каждого конкретного запроса.
Однако прототип имеет недостаток - относительно низкую надежность и устойчивость функционирования системы, когда в динамике работы реальной вычислительной системы количество единовременно поступающих заявок на обслуживание может плавно изменяться под влиянием управляющих воздействий (текущих запросов) абонентов или внешних факторов, создавая потенциальную угрозу блокировки (коллапса) процесса обслуживания, Иными словами, в прототипе нет возможности идентифицировать и верифицировать граничные и аварийные (катастрофичные) состояния системы при обслуживании абонентов, состояния, характерные для аварийного, критического положения параметров надежности и устойчивости процесса функционирования вычислительной системы, когда присутствуют плавные и незначительные вариации внешних условий и управляющих воздействий (таких как объем потока заявок на обслуживание), имеющих место в реальных вычислительных системах. Это связано с тем, что устройство-прототип не позволяет осуществлять идентификацию, верификацию и априорное предупреждение об аварийных (катастрофичных) условиях реализации процесса обслуживания большого количества разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы. Это исключает применение прототипа для надежного, устойчивого, своевременного и динамического обслуживания абонентов в реальных условиях, когда есть угроза достижения критического (на границе возможностей обслуживания) количества единовременных сигналов запросов в очереди первого либо второго порядка при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.
Игнорирование особенностей дрейфа параметров надежности и устойчивости процесса функционирования вычислительной системы при плавных и незначительных вариациях количества сигналов запросов очень опасно. Вопросами идентификации и верификации возможных катастрофических состояний объекта занимается раздел математической теории, называемый теорией катастроф [1-3]. Данная теория посвящена скачкообразным изменениям состояний реализуемого процесса, возникающим в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий и управляющих воздействий. Катастрофы в рамках функционирования управляемой вычислительной системы могут выступать в виде неожиданных перегрузок коммутационных устройств, резких перепадов пропускной способности каналов, скачкообразного изменения параметров среды распространения сигнала и т.п. Например, с целью осуществления динамического управления процессом обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы, оператор или системный администратор формирует (координирует) управляющие воздействия, рассчитанные на определенную пропускную способность, на потенциальную производительность системы. Однако, во время функционирования системы происходит плавный дрейф параметров внешней среды (например, изменение количества единовременных запросов абонентов, плавный, но неуклонный рост объема единовременных, почти одновременных заявок на обслуживание), который в непредвиденный момент времени способен привести к скачкообразному изменению состояния показателей производительности, а как следствие - к потере надежности и устойчивости функционирования вычислительной системы в целом. Адекватная технология управления процессом обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы должна предусматривать способность осуществлять идентификацию и верификацию граничных и аварийных (катастрофичных) состояний, должна быть способна предсказать возможное катастрофическое состояние системы, давая тем самым оператору (системному администратору) возможность избежать состояний, характерных для аварийного, критического положения параметров надежности и устойчивости вычислительной системы. Не учет плавного изменения внешних параметров и управляющих воздействий на систему, на первый взгляд, облегчает задачу ситуационного управления ею, однако резко снижает степень адекватности оперативной реакции системы на возможные скачкообразные изменения ее состояния при плавных изменениях параметров внешних и внутренних воздействий.
Под «обслуживанием» понимается совокупность действий вычислительной системы, включающая выборку запроса из очереди, выделение ему ресурса, а также проведение завершающих операций. Запрос - посылка сигнала, инициирующего ответ. Входное сообщение, содержащее требование к системе на выделение ресурса.
Под «приоритетом» понимается число, предписанное задаче, процессу или операции, определяющее очередность их выполнения или обслуживания. Чем меньше число, тем выше уровень приоритета.
Под «состоянием разноприоритетных запросов» понимается набор значений параметров, характеризующих эти запросы (их приоритет и максимальное время ожидания обслуживания для каждого запроса) в конкретный момент времени.
ож n
Под «максимальным временем ожидания» обслуживания запроса понимается максимальное время нахождения запроса в очереди на обслуживание второго или первого порядка. Код максимального времени ожидания обслуживания запроса Т от конкретного абонента (где n=1, 2, …, N - соответствующий номер приоритета n-го абонента, а N - общее число абонентов), запоминается, затем формируется сигнал запроса и из таких сигналов запросов формируется очередь второго порядка в соответствии с номерами приоритетов абонентов. Запросы из очереди второго порядка, достигшие максимального времени ожидания, переносят в очередь первого порядка на позиции, соответствующие номерам их приоритетов.
Под «граничным (аварийным, катастрофичным, критическим) состоянием» понимается состояние вычислительной системы, когда есть угроза достижения на входах устройства такого количества единовременных сигналов запросов, которое приближается или соответствует границе возможностей системы по обслуживанию, граничным значениям производительности, превысить которые - значит вызвать блокировку (коллапс) процесса обслуживания.
такт
Под «количеством единовременных сигналов запросов в очереди» понимается количество m, где m=1, 2, …, М, сигналов запросов, поступающих (почти одновременно) за минимальную единицу времени (например, секунду), задаваемую в виде тактов функционирования устройства (t, t+1, t+2, …, T) с помощью генератора тактовых импульсов, входящего в общую структурную схему.
Целью заявленного технического решения является создание устройства, способного обеспечивать повышение надежности и устойчивости функционирования вычислительной системы, способного обеспечивать обслуживание разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы и производить идентификацию и верификацию граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий (количества единовременно поступающих заявок на обслуживание). С учетом этого, требуется создать устройство, способное своевременно оповещать (предупреждать) пользователя (оператора, системного администратора) вычислительной системы об ее возможном аварийном состоянии, на основе полученных данных идентификации и верификации.
Указанная цель достигается тем, что в известное устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы, содержащее N≥2 идентичных абонентских блоков, генератор тактовых импульсов, N≥2 идентичных абонентских контроллеров времени, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ, селектор-мультиплексор, первый и второй N-входовые элементы И-НЕ, первый и второй шифраторы приоритетов и главный контроллер времени ожидания, дополнительно включены блок анализа катастроф, предназначенный для осуществления процедур идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы, и блок управления, предназначенный для формирования управляющей кодовой последовательности, последовательности пороговых значений количества единовременных запросов абонентов вычислительной системы, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение оператора (системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы. При этом J-разрядный, где , выход селектора-мультиплексора является J-разрядным выходом «Код подлежащего обслуживанию абонента» устройства, запросные входы и K-разрядные входы «Код максимального времени ожидания» каждого из N абонентских блоков, где K≥2 - разрядность кода максимального времени ожидания обслуживания запросов, являются соответствующими N запросными входами и N K-разрядными входами «Код максимального времени ожидания» устройства, входы «Обнуление» каждого из N абонентских блоков являются соответствующими входами «Обнуление» устройства. Управляющий вход селектора-мультиплексора подключен к второму входу элемента ИЛИ. Каждый из J инверсных выходов первого и второго шифраторов приоритетов подключены к соответствующим J первичным входам и соответствующим J вторичным входам селектора-мультиплексора. Первый и второй сигнальные выходы n-го абонентского блока подключены соответственно к первому и второму сигнальным входам n-го абонентского контроллера времени. Причем K-разрядный корректирующий вход n-го абонентского блока соединен с K-разрядным проверочным входом n-го абонентского контроллера времени и подключен к n-му, где n=1, 2, …, N, K-разрядному выходу главного контроллера времени ожидания, N K-разрядных входов которого являются соответствующими N K-разрядными входами «Коррекция максимального времени ожидания» устройства. Инверсные выходы первого и второго N-входовых элементов И-НЕ подключены соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ, первый вход которого является опросным входом устройства, выход элемента И-НЕ подключен к инверсному разрешающему входу селектора-мультиплексора и является разрешающим выходом устройства. Причем выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовым входам каждого из N абонентских блоков, тактовому входу блока анализа катастроф и тактовому входу блока управления. При этом n-й, где n=1, 2, …, N, первичный управляющий вход блока анализа катастроф подключен к первому сигнальному выходу ((N+1)-n)-го абонентского контроллера времени, n-й вторичный управляющий вход блока анализа катастроф подключен к второму сигнальному выходу ((N+1)-n)-го абонентского контроллера времени. Каждый из N входов первого N-входового элемента И-НЕ подключен к соответствующим N инверсным входам первого шифратора приоритетов и к соответствующим N первичным управляющим выходам блока анализа катастроф, каждый из N входов второго N-входового элемента И-НЕ подключен к соответствующим N инверсным входам второго шифратора приоритетов и к соответствующим N вторичным управляющим выходам блока анализа катастроф. Проверочный вход блока анализа катастроф соединен с выходом блока управления, управляющий вход которого является входом «Ввод управления» устройства, предупредительный выход блока анализа катастроф является выходом «Угроза катастрофы» устройства.
Блок анализа катастроф состоит из центрального оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), N исполнительных ОЗУ, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), элемента итерационного сравнения, элемента сравнения, промежуточного ОЗУ, промежуточного элемента И и элемента И, причем N первичных управляющих входов центрального ОЗУ являются соответствующими N первичными управляющими входами блока анализа катастроф, N вторичных управляющих входов центрального ОЗУ являются соответствующими N вторичными управляющими входами блока анализа катастроф, N первичных управляющих выходов центрального ОЗУ являются соответствующими N первичными управляющими выходами блока анализа катастроф, а N вторичных управляющих выходов центрального ОЗУ являются соответствующими N вторичными управляющими выходами блока анализа катастроф. Тактовый вход центрального ОЗУ подключен к тактовому входу ПЗУ и является тактовым входом блока анализа катастроф, n-й исполнительный выход центрального ОЗУ, где n=1, 2, …, N, подключен к входу n-го исполнительного ОЗУ. Входы N исполнительных ОЗУ объединены и подключены к первому входу элемента итерационного сравнения и второму входу элемента сравнения, выходы N исполнительных ОЗУ объединены и подключены к второму входу элемента итерационного сравнения. Выход ПЗУ соединен с первым входом элемента сравнения, выход элемента итерационного сравнения подключен к входу промежуточного ОЗУ и второму входу промежуточного элемента И, первый вход которого соединен с выходом промежуточного ОЗУ. Выход промежуточного элемента И подключен к выходу элемента сравнения и первому входу элемента И, второй вход которого соединен с проверочным входом ПЗУ и является проверочным входом блока анализа катастроф. Выход элемента И соединен со считывающим входом центрального ОЗУ и является предупредительным выходом блока анализа катастроф и выходом «Угроза катастрофы» устройства.
Блок управления состоит из проверочного ОЗУ и счетчика. Тактовый выход счетчика подключен к тактовому входу проверочного ОЗУ, сбрасывающий выход которого подключен к сбрасывающему входу счетчика, тактовый вход которого является тактовым входом блока управления. Проверочный выход проверочного ОЗУ является выходом блока управления. Управляющий вход проверочного ОЗУ является управляющим входом блока управления и входом «Ввод управления» устройства.
Принцип создания предлагаемого управляемого устройства обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы основан на известных результатах исследований в области теории катастроф, изложенных в работах [1-5]. Анализ данных работ позволяет сформировать математически корректный алгоритм идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний, характерных для аварийного, критического положения параметров надежности и устойчивости вычислительной системы, для ситуации, способной проявиться при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.
Таким образом, в рамках управляемого обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы, решается задача априорного оценивания и сравнения значений количества единовременных запросов этих абонентов. С точки зрения физической интерпретации, это процесс априорного статистического анализа плавных и незначительных изменений внешних условий и управляющих воздействий на вычислительную систему с возможностью оповещения (предупреждения) пользователя (оператора, системного администратора) вычислительной системы о потенциальных катастрофических последствиях в ее поведении, которые на первый взгляд не видны и практически никогда не учитываются при реализации алгоритмов управления обслуживанием.
При данном подхода к обслуживанию разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы, возможно представление динамики изменения состояния данной системы при плавных и незначительных вариациях внешних условий и управляющих воздействий, в виде динамики изменения на входах устройства количества единовременных сигналов запросов. Анализ результатов работ [1-5] позволяет предусмотреть в устройстве возможность идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.
Математическая формализация физических параметров внешних условий и управляющих воздействий, влияющих на поведение системы, может быть представлена посредством статистического определения на входах устройства соответствующих значений количества единовременных сигналов запросов в очереди (первого либо второго порядка), поступающих от n-го абонента, где n=1, 2, …, N.
n
Количество m, где m=1, 2, …, М единовременных запросов от n-го абонента (m) определяется возможностями системы по обслуживанию, граничным значениям производительности, и может составлять, например, от 1 (одного) до 10 (десяти).
N
Общее количество таких значений равно M и данные значения представляют собой множество:
N
n
где каждый n-й элемент множества, кроме M(t+1), является подмножеством M и имеет физический смысл превышения порога возможностей системы по обслуживанию и, как следствие, высокой вероятности перехода процесса обслуживания абонентов в аварийное (катастрофичное) состояние на следующем такте (t+1) функционирования устройства.
Очевидно, что для решения задачи априорного оценивания и сравнения значений объема потока заявок на обслуживание (количества единовременных запросов) при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, необходимо проводить текущий пошаговый мониторинг, осуществлять идентификацию и верификацию граничных и аварийных (катастрофичных) состояний вычислительной системы.
n
n
Идентификация граничных и аварийных (катастрофичных) состояний вычислительной системы производится путем потактового априорного оценивания и сравнения значений каждого n-го из m элементов множества M с целью определения наличия или отсутствия возможного превышения этими значениями допустимого порога, определяемого выражением:
n
n
n
где M - допустимое значение количества единовременных запросов n-го абонента в очереди первого и второго порядка, при превышении которого, система с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофичное) состояние из любого другого состояния. Превышение, на одном из последующих (t+1) тактов обслуживания, любым m-ым из М элементов множества M данного порога, характеризует начало плавного изменения параметров внешних условий и управляющих воздействий.
n
n
n
n
Верификация граничных и аварийных (катастрофичных) состояний вычислительной системы представляет собой независимый от идентификации процесс., характеризует превышение значения любого m-го из М элементов множества M на данном t-ом такте обслуживания над значением этого же элемента на следующем (t+1)-ом такте и производится путем априорного оценивания значений каждого m-го из М элементов множества M на t-ом такте обслуживания и сравнения полученного значения с оценочным значением этого же элемента на следующем (t+1)-ом такте в соответствии с выражением:
Физический смысл процесса верификации заключается в выявлении тенденции изменения параметров внешних условий и управляющих воздействий (объема потока заявок на обслуживание - количества единовременных запросов) в сторону граничного и аварийного (катастрофичного) состояния вычислительной системы.
В обоих случаях априорного оценивания и сравнения значений количества единовременных запросов, как при осуществлении процесса идентификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы, когда идентифицировано событие
так и при осуществлении процесса верификации, когда подтверждена тенденция изменения параметров внешних условий и управляющих воздействий в сторону граничного и аварийного (катастрофичного) состояния системы
пользователь (оператор, системный администратор), осуществляющий управление процессом обслуживания разноприоритетных запросов абонентов, должен быть оповещен (предупрежден) о возможном аварийном состоянии вычислительной системы.
Если пользователь (оператор, системный администратор) не способен повлиять на нежелательное изменение параметров внешних условий и управляющих воздействий (количества единовременных запросов) или нуждается, например, для проверки в критичных условиях, в получении именно граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы, процесс обслуживания будет осуществляться без коррекции количества единовременных запросов или пороговых значений этого количества.
Если пользователь (оператор, системный администратор) способен повлиять на нежелательное изменение параметров внешних условий и управляющих воздействий (количества единовременных запросов) и процесс обслуживания разноприоритетных запросов абонентов осуществляется в рамках динамического оптимального управления вычислительной системой, когда аварийные состояния этой системы недопустимы, на основе полученных данных идентификации и верификации происходит внешняя коррекция количества единовременных запросов или их пороговых значений с целью не допустить аварийного (катастрофичного) скачкообразного изменения состояний вычислительной системы при малых возмущениях [2].
Примеры, иллюстрирующие аналогичные, с точки зрения теории катастроф, операции предотвращения потери устойчивости и надежности сложных управляемых систем при плавных изменениях внешних условий, приведены в [1] и [2], здесь представлены алгоритмы анализа структурной устойчивости объектов и оценки критических точек (точек Морса) в процессе функционирования системы, характеризующих локальные максимумы и минимумы устойчивого (не катастрофичного) поведения объекта при плавных изменениях внешних условий.
Анализ выражений (1)-(5) позволяет сделать вывод о технической возможности реализации процесса обслуживания разноприоритетных запросов абонентов и процессов идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний вычислительной системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий.
Благодаря новой совокупности существенных признаков, за счет введения блока анализа катастроф, предназначенного для осуществления процедур идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы, и блока управления, предназначенного для формирования управляющей кодовой последовательности, последовательности пороговых значений количества единовременных запросов абонентов вычислительной системы, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение оператора (системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы, в заявленном устройстве достигается возможность обеспечивать повышение надежности и устойчивости функционирования вычислительной системы, обеспечивать обслуживание разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы и производить идентификацию и верификацию граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий (количества единовременно поступающих заявок на обслуживание), а также возможность своевременно оповещать (предупреждать) пользователя (оператора, системного администратора) вычислительной системы об ее возможном аварийном состоянии, на основе полученных данных идентификации и верификации.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - структурная схема устройства обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы;
на фиг. 2 - структурная схема блока анализа катастроф;
на фиг. 3 - структурная схема блока управления;
на фиг. 4 - структурная схема n-го  абонентского блока;
на фиг. 5 - структурная схема n-го  абонентского контроллера времени;
на фиг. 6 - структурная схема главного контроллера времени ожидания;
на фиг. 7 - структура вычислительной системы;
на фиг. 8 - размещение сигналов запросов в очереди второго порядка;
на фиг. 9 - порядок переноса запросов из очереди второго порядка в очередь первого порядка.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
J
1
J
1
J
1
J
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
1
N
1
N
1
N
n
(N+1)-n
(N+1)-n
n
(N+1)-n
(N+1)-n
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы, изображенное на фиг. 1, состоит из N≥2 идентичных абонентских блоков 1-1 (АБ), генератора тактовых импульсов 2, N≥2 идентичных абонентских контроллеров времени 3-3, элемента ИЛИ 4, элемента И-НЕ 5, селектора-мультиплексора 6, первого 7 и второго 10 N-входовых элементов И-НЕ, первого 8 и второго 9 шифраторов приоритетов, главного контроллера времени ожидания 11, блока анализа катастроф 12 и блока управления 13. При этом J-разрядный, где , выход 65 селектора-мультиплексора 6 является J-разрядным выходом «Код подлежащего обслуживанию абонента» устройства, запросные входы 011-011 и K-разрядные входы «Код максимального времени ожидания» 012-012 каждого из N абонентских блоков 1-1, где K≥2 - разрядность кода максимального времени ожидания обслуживания запросов, являются соответствующими N запросными входами и N K-разрядными входами «Код максимального времени ожидания» устройства, входы «Обнуление» 013-013 каждого из N абонентских блоков 1-1 являются соответствующими N входами «Обнуление» устройства. Управляющий вход 64 селектора-мультиплексора 6 подключен к второму входу 42 элемента ИЛИ 4. Каждый из J инверсных выходов (соответственно 82-82 и 92-92) первого 8 и второго 9 шифраторов приоритетов подключены к соответствующим J первичным входам 62-62 и соответствующим J вторичным входам 63-63 селектора-мультиплексора 6. Первый 015 и второй 016 сигнальные выходы n-го абонентского блока 1 подключены соответственно к первому 31 и второму 32 сигнальным входам n-го абонентского контроллера времени 3. Причем K-разрядный корректирующий вход 017 n-го абонентского блока 1 соединен с K-разрядным проверочным входом 33 n-го абонентского контроллера времени 3 и подключен к n-му, где n=1, 2, …, N, K-разрядному выходу 112 главного контроллера времени ожидания 11, N K-разрядных входов 111-111 которого являются соответствующими N K-разрядными входами «Коррекция максимального времени ожидания» устройства. При этом выход 21 генератора тактовых импульсов 2 подключен к тактовым входам 014-014 каждого из N абонентских блоков 1-1, тактовому входу 126 блока анализа катастроф 12 и тактовому входу 132 блока управления 13. Причем n-й, где n=1, 2, …, N, первичный управляющий вход 121 блока анализа катастроф 12 подключен к первому сигнальному выходу 34 ((N+1)-n)-го абонентского контроллера времени 3, n-й вторичный управляющий вход 122 блока анализа катастроф 12 подключен к второму сигнальному выходу 35 ((N+1)-n)-го абонентского контроллера времени 3. Каждый из N входов 71-71 первого N-входового элемента И-НЕ 7 подключен к соответствующим N инверсным входам 81-81 первого шифратора приоритетов 8 и к соответствующим N первичным управляющим выходам 123-123 блока анализа катастроф 12, каждый из N входов 101-101 второго N-входового элемента И-НЕ 10 подключен к соответствующим N инверсным входам 91-91 второго шифратора приоритетов 9 и к соответствующим N вторичным управляющим выходам 124-124 блока анализа катастроф 12. Инверсные выходы первого 7 и второго 10 iV-входовых элементов И-НЕ (соответственно 72 и 102) подключены соответственно к второму 42 и первому 41 входам элемента ИЛИ 4, выход 43 которого подключен к второму входу 52 элемента И-НЕ 5, первый вход 51 которого является опросным входом устройства, выход 53 элемента И-НЕ 5 подключен к инверсному разрешающему входу 61 селектора-мультиплексора 6 и является разрешающим выходом устройства. Проверочный вход 125 блока анализа катастроф 12 соединен с выходом 133 блока управления 13, управляющий вход 131 которого является входом «Ввод управления» устройства, предупредительный выход 127 блока анализа катастроф 12 является выходом «Угроза катастрофы» устройства.
Число «N, (N≥2)» (абонентских блоков, входов, выходов и т.п.) определяется в соответствии с возможным количеством абонентов вычислительной системы и, как правило, составляет от 2 (двух) до 50 (пятидесяти).
Число «K, (K≥2)» характеризует разрядность кода максимального времени ожидания обслуживания запросов абонентов и, как правило, составляет от 2 (двух) до 10 (десяти).
Число «М (М≥0)» характеризует возможное количество единовременных запросов абонента вычислительной системы и, как правило, составляет от 1 (одного) до 10 (десяти).
Блок анализа катастроф 12 предназначен для осуществления процедур идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
n
n
1
N
1
N
Блок анализа катастроф 12 (фиг. 2) состоит из центрального ОЗУ 12.0, N исполнительных ОЗУ 12.1-12.1, ПЗУ 12.2, элемента итерационного сравнения 12.3, элемента сравнения 12.4, промежуточного ОЗУ 12.5, промежуточного элемента И 12.6 и элемента И 12.7, причем N первичных управляющих входов 12.0-1-12.0-1 центрального ОЗУ 12.0 являются соответствующими N первичными управляющими входами 121-121 блока анализа катастроф 12, N вторичных управляющих входов 12.0-2-12.0-2 центрального ОЗУ 12.0 являются соответствующими N вторичными управляющими входами 122-122 блока анализа катастроф 12, N первичных управляющих выходов 12.0-3-12.0-3 центрального ОЗУ 12.0 являются соответствующими N первичными управляющими выходами 123-123 блока анализа катастроф 12, а N вторичных управляющих выходов 12.0-4-12.0-4 центрального ОЗУ 12.0 являются соответствующими N вторичными управляющими выходами 124-124 блока анализа катастроф 12. Тактовый вход 12.0-5 центрального ОЗУ 12.0 подключен к тактовому входу 12.2-1 ПЗУ 12.2 и является тактовым входом 126 блока анализа катастроф 12, n-й исполнительный выход 12.0-4 центрального ОЗУ 12.0, где n=1, 2, …, N, подключен к входу n-го исполнительного ОЗУ 12.1. Входы N исполнительных ОЗУ 12.1-12.1 объединены и подключены к первому входу 12.3-1 элемента итерационного сравнения 12.3 и второму входу 12.4-2 элемента сравнения 12.4, выходы N исполнительных ОЗУ 12.1-12.1 объединены и подключены к второму входу 12.3-2 элемента итерационного сравнения 12.3. Выход ПЗУ 12.2 соединен с первым входом 12.4-1 элемента сравнения 12.4, выход элемента итерационного сравнения 12.3 подключен к входу промежуточного ОЗУ 12.5 и второму входу 12.6-2 промежуточного элемента И 12.6, первый вход 12.6-1 которого соединен с выходом промежуточного ОЗУ 12.5. Выход промежуточного элемента И 12.6 подключен к выходу элемента сравнения 12.4 и первому входу 12.7-1 элемента И 12.7, второй вход 12.7-2 которого соединен с проверочным входом 12.2-2 ПЗУ 12.2 и является проверочным входом 125 блока анализа катастроф 12. Выход элемента И 12.7 соединен со считывающим входом 12.0-6 центрального ОЗУ 12.0 и является предупредительным выходом 127 блока анализа катастроф 12 и выходом «Угроза катастрофы» устройства.
Центральное ОЗУ 12.0 блока анализа катастроф 12 предназначено для записи, хранения, считывания с исполнительных выходов в двоичном коде значений количества сигналов запросов для проверки (идентификации и верификации) и считывания с первичных и вторичных управляющих выходов сигналов запросов для формирования из них очереди первого и второго порядка соответственно. Центральное ОЗУ 12.0 может быть технически реализовано на основе высокоскоростного ОЗУ серии 155 (например, К155РУ2), как показано в [Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. - 352 с., С. 164-166, рис. 1.121].
1
N
1
N
Исполнительные ОЗУ 12.1-12.1 блока анализа катастроф 12 идентичны и предназначены для записи, хранения и считывания в двоичном коде из ячеек памяти значения m (количества единовременных запросов конкретного абонента) из множества М (допустимое значение количества единовременных запросов конкретного абонента) на t-ом (предыдущем) такте функционирования устройства. Исполнительные ОЗУ 12.1-12.1 могут быть технически реализованы на базе типового динамического ОЗУ, описанного в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995, - 248 с., С. 194-196, рис. 6.9(a)].
n
Постоянное запоминающее устройство 12.2 блока анализа катастроф 12 предназначено для предварительной записи, хранения и считывания в двоичном коде из ячеек памяти на первый вход элемента сравнения 12.4 заранее записанного допустимого значения (порога) количества единовременных запросов M для каждого из n-го из N абонентов, позволяющего определить наличие или отсутствие возможного превышения этого допустимого порога в соответствии с выражением (2). Техническая реализация ПЗУ 12.2 возможна по аналогии с двухвходовым репрограммируемым ПЗУ, описанным в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995, - 248 с., С. 199-205, рис. 6.12].
n
n
Элемент итерационного сравнения 12.3 блока анализа катастроф 12 предназначен для последовательного (потактового) априорного оценивания и сравнения значений каждого m-го из М элементов множества M на данном t-ом такте функционирования устройства со значением этого же элемента на следующем (t+1)-ом такте в соответствии с выражением (3). Элемент итерационного сравнения 12.3 может быть реализован технически на базе серийно выпускаемого цифрового узла сравнения (цифрового компаратора), как показано в [Гусев B.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 149-152, рис. 5.19].
n
Элемент сравнения 12.4 блока анализа катастроф 12 предназначен для последовательного (потактового) априорного оценивания и сравнения заранее записанного допустимого значения (порога) количества единовременных запросов M для каждого из n-го из N абонентов с реальными значениями количества единовременных запросов, с целью определения наличия или отсутствия возможного превышения этими значениями допустимого порога в соответствии с выражением (2). Элемент сравнения 12.4 представляет собой цифровой узел сравнения (цифровой компаратор), описанный в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 149-152, рис. 5.19].
Промежуточное ОЗУ 12.5 блока анализа катастроф 12 предназначено для записи, промежуточного хранения и считывания в двоичном коде логического нуля или логической единицы, характеризующих полученный на t-ом такте результат идентификации и верификации. Промежуточное ОЗУ 12.5 может быть реализовано на базе динамического ОЗУ, описанного в литературе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 194-196, рис. 6.9(а)].
Промежуточный элемент И 12.6 блока анализа катастроф 12 предназначен для сравнения полученного результата идентификации и верификации (логический нуль или логическая единица) на t-ом такте функционирования с результатом идентификации и верификации (логический нуль или логическая единица), полученным на (t+1)-ом такте функционирования устройства. Частный случай технической реализации промежуточного элемента И 12.6 описан в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. -СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 13-14, рис. 1.2].
Элемент И 12.7 блока анализа катастроф 12 предназначен для подтверждения (собственно верификации) выявленной тенденции изменения параметров внешних условий и управляющих воздействий (объема потока заявок на обслуживание - количества единовременных запросов) в сторону граничного и аварийного (катастрофичного) состояния вычислительной системы, а также для реализации процедуры оповещения пользователя (оператора, системного администратора) о возможном катастрофическом состоянии. Элемент И 12.7 может быть технически реализован на основе типового логического элемента И, описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 13-14, рис. 1.2].
N
n
Блок управления 13 предназначен для формирования управляющей кодовой последовательности, состоящей из элементов множества M (см. выражение (1), где M - допустимое значение количества единовременных запросов n-то абонента), при превышении значений которого система с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофичное) состояние из любого другого состояния, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы.
Блок управления 13 (фиг. 3) состоит из проверочного ОЗУ 13.0 и счетчика 13.1. Тактовый выход 13.1-1 счетчика 13.1 подключен к тактовому входу 13.0-2 проверочного ОЗУ 13.0, сбрасывающий выход 13.0-3 которого подключен к сбрасывающему входу 13.1-3 счетчика 13.1, тактовый вход 13.1-2 которого является тактовым входом 132 блока управления 13. Проверочный выход 13.0-4 проверочного ОЗУ 13.0 является выходом 133 блока управления 13. Управляющий вход 13.0-1 проверочного ОЗУ 13.0 является управляющим входом 131 блока управления 13 и входом «Ввод управления» устройства.
Проверочное ОЗУ 13.0 блока управления 13 предназначено для записи, хранения и считывания в двоичном коде последовательности допустимых (пороговых) значений количества единовременных запросов абонентов, а также записи логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы. Техническая реализация проверочного ОЗУ 13.0 возможна на базе типового динамического ОЗУ, описанного в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 194-196, рис. 6.9(а)].
Счетчик 13.1 блока управления 13 предназначен для определения моментов начала считывания в двоичном коде вновь введенных управляющих воздействий - новых допустимых (пороговых) значений количества единовременных запросов абонентов, а также моментов начала считывания логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы. Описание работы и схема такого счетчика известны и приведены, например, в работе [Мальцев П.П., Долидзе Н.С. и др. Цифровые интегральные микросхемы: справочник. - М.: Радио и связь, 1994, С. 64-65].
1
N
n
n
n
n
n
n
Абонентские блоки (АБ) 1-1, входящие в общую структурную схему, идентичны и предназначены для контроля поступления сигналов запросов, контроля оставшегося времени ожидания, а также выработки управляющих сигналов по истечении времени ожидания для каждого запроса. Структура абонентского блока (например, n-го АБ) 1, где n=1, 2, …, N, известна, детально описана в прототипе (см. патент РФ №2296361 «Устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы» G06F 9/46, 27.03.2007, бюл. №9, фиг. 4) и проиллюстрирована на фиг. 4 данного описания. Абонентский блок (например, n-й АБ) 1, содержит счетчик 1.1, инвертор 1.2, трехвходовый элемент И 1.3 и корректирующий регистр 1.4 (см. фиг. 4).
Генератор тактовых импульсов 2, входящий в общую структурную схему, предназначен для выработки синхронизирующей последовательности импульсов. Техническая реализация генератора тактовых импульсов 2 возможна на базе серийно выпускаемого генератора тактовых импульсов, описанного в работе [Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. - 352 с., С. 50-53].
1
N
n
n
n
n
Абонентские контроллеры времени (АКВ) 3-3, входящие в общую структурную схему, идентичны и предназначены для дешифровки, дополнительного сравнения и контроля K-разрядного кода, обуславливающего значение (границы) максимального времени ожидания обслуживания для каждого запроса конкретного абонента. Структура абонентского контроллера времени (например, n-го АКВ) 3, где n=1, 2, …, N, известна, детально описана в прототипе (см. патент РФ №2296361 «Устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы» G06F 9/46, 27.03.2007, бюл. №9, фиг. 2) и изображена на фиг. 5 данного описания. Абонентский контроллер времени (например, n-й АКВ) 3, содержит (см. фиг. 5) дешифратор корректированного кода максимального времени ожидания 3.1 и регистр сравнения-коррекции максимального времени ожидания 3.2.
Элемент ИЛИ 4, входящий в общую структурную схему, предназначен для объединения выходных сигналов определенного логического уровня, поступающих с выходов первого 7 и второго 10 N-входовых элементов И-НЕ. Элемент ИЛИ 4 может быть технически реализован на базе серийно выпускаемого элемента ИЛИ, подробно описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 24-26, рис. 1.7].
Элемент И-НЕ 5, входящий в общую структурную схему, предназначен для выработки сигналов низкого либо высокого логического уровня и соответственно разрешения либо запрещения трансляции данных селектору-мультиплексору 6. Элемент И-НЕ 5 может быть технически реализован на основе серийно выпускаемого элемента И-НЕ, как показано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 26-28, рис. 1.9(a)].
1
J
1
J
Селектор-мультиплексор 6, входящий в общую структурную схему, предназначен для коммутации либо J первичных 62-62 либо J вторичных 63-63 входов селектора-мультиплексора 6 на его J-разрядный выход 65. Частный случай технической реализации селектора-мультиплексора 6 описан в [Мальцев П.П., Долидзе Н.С. и др. Цифровые интегральные микросхемы: справочник. - М.: Радио и связь, 1994. С. 34-35].
Первый 7 и второй 10 N-входовые элементы И-НЕ, входящие в общую структурную схему, аналогичны по структуре и принципу действия, предназначены для установления высокого уровня выходного сигнала при наличии в очереди (соответственно первого и второго порядка) хотя бы одного сигнала запроса. Первый 7 и второй 10 N-входовые элементы И-НЕ могут быть технически реализованы на основе серийно выпускаемого многовходового элемента И-НЕ, как показано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. - 248 с., С. 26-28, рис. 1.9(б)].
Первый 8 и второй 9 шифраторы приоритетов, входящие в общую структурную схему, аналогичны по структуре и принципу действия, предназначены для преобразования сигнала низкого уровня на одном из их входов в двоичный код на выходе, причем преобразование осуществляется с учетом приоритетов сигналов, соответствующих номерам входов. Первый 8 и второй 9 шифраторы приоритетов могут быть технически реализованы на базе серийно выпускаемых шифраторов, как показано в [Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. -М.: Радио и связь, 1987. - 352 с., С. 147-148].
Главный контроллер времени ожидания 11, входящий в общую структурную схему, предназначен для динамической коррекции значений (границ) максимального времени ожидания обслуживания для каждого запроса любого из N абонентов вычислительной системы. Структура главного контроллера времени ожидания 11 известна, детально описана в прототипе (см. патент РФ №2296361 «Устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы» G06F 9/46, 27.03.2007, бюл. №9, фиг. 3) и изображена на фиг. 6 данного описания. Главный контроллер времени ожидания 11 содержит (см. фиг. 6) регистрирующий элемент времени ожидания 11.1 и элемент хранения нового значения времени ожидания 11.2.
Устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы работает следующим образом.
Известно [1-5], что с точки зрения обеспечения надежности и устойчивости функционирования вычислительной системы, с точки зрения реализации процедур анализа и предупреждения о возможной блокировке (коллапсе) процесса обслуживания, существует возможность, в рамках обеспечения обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы, производить идентификацию и верификацию граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий (количества единовременно поступающих заявок на обслуживание). Эта возможность реализуется на основе принципа динамического (потактового) контроля значений (границ) количества единовременно поступающих заявок на обслуживание с использованием методов теории катастроф.
Очевидно, что при обработке запросов при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, объективно изменяются во времени не только количество единовременно поступающих заявок на обслуживание, но и текущие требования пользователя (оператора, системного администратора) к необходимости оповещения (предупреждения) о возможном аварийном состоянии вычислительной системы. В данных условиях, когда плавное изменение параметров может привести к скачкообразному изменению состояния показателей производительности, затруднено надежное и устойчивое функционирования вычислительной системы, которое напрямую зависит от динамики внутренних и внешних воздействий (количества единовременно поступающих заявок на обслуживание), обусловленных конкретной ситуацией.
Анализ работ [1-5], посвященных алгоритмам и принципам реализации методов теории катастроф в задачах анализа процесса функционирования сложных технических систем, позволяет сделать вывод о возможности осуществления надежного и устойчивого функционирования вычислительной системы на основе технической реализации процедур идентификации и верификации возможных граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы в условиях непрерывной динамики плавного изменения интенсивности запросов (количества единовременно поступающих заявок на обслуживание).
Построение устройства обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы на основе предложенного принципа работы позволяет получить преимущество перед прототипом, обеспечивая повышение надежности и устойчивости функционирования реальной вычислительной системы, когда в динамике функционирования данной системы количество единовременно поступающих заявок на обслуживание может плавно изменяться под влиянием управляющих воздействий (текущих запросов) абонентов или внешних факторов, создавая потенциальную угрозу блокировки (коллапса) процесса обслуживания.
Техническая реализация принципа динамического (потактового) контроля значений (границ) количества единовременно поступающих заявок на обслуживание с использованием методов теории катастроф в заявленном устройстве осуществлена путем введения внешнего динамического управления значением допустимого количества единовременных запросов абонентов, при превышении значений которого система с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофичное) состояние из любого другого состояния (в заявленном устройстве - вход «Ввод управления» устройства и блок управления 13), путем введения внешнего динамического управления формированием сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы (в заявленном устройстве - вход «Ввод управления» устройства и блок управления 13) и введения идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы, а также формирования сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы (в заявленном устройстве реализованы в рамках блока анализа катастроф 12).
1
N
1
N
1
N
1
N
С учетом этого, в заявленном устройстве, наряду с коррекцией (управлением) временем ожидания, осуществляется реализация идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы, а также управляемое формирование значений допустимого количества единовременных запросов абонентов, обуславливающие повышение надежности и устойчивости функционирования реальной вычислительной системы. Перед началом работы устройства с его K-разрядных входов «Код максимального времени ожидания» через K-разрядные входы 012-012 абонентских блоков 1-1 на K-разрядные первичные входы 1.4-1-1.4-1 корректирующих регистров 1.4-1.4 поступают значения кода, задающие начальное максимальное время ожидания обслуживания запросов для каждого n-го  абонента.
1
N
1
N
1
N
1
N
Если в ходе обслуживания абонентов отсутствует внешнее динамическое управление временем ожидания для всех запросов всех N абонентов, на K-разрядных корректирующих входах 017-017 абонентских блоков 1-1, а значит и на K-разрядных вторичных входах 1.4-2-1.4-2 корректирующих регистров 1.4-1.4, кодовые сигналы отсутствуют.
1
N
1
N
1
1
1
K
N
1
N
K
1
K
1
N
1
N
В этом случае корректирующие регистры 1.4-1.4 абонентских блоков 1-1 (см. фиг. 4) выступают в роли транзитных узлов, идентифицируют начальные коды времени ожидания как некорректируемые и транслируют (перезаписывают) их каждый через свои K выходов (1.4-3-1.4-3)-(1.4-3-1.4-3) на соответствующие K информационных входов (D-D) соответствующих счетчиков 1.1-1.1 абонентских блоков 1-1.
1
N
Если в ходе обслуживания абонентов инициировано внешнее динамическое управление временем ожидания для любого запроса любого n-го  абонента (например, если изменились требования к своевременности обслуживания всех или конкретного запроса всех, нескольких из N или конкретного абонентов в условиях объективно изменяющихся во времени целей и задач обслуживания и с учетом влияющих факторов), с внешнего устройства в K-разрядном коде (либо с помощью человека-оператора, либо с помощью специального управляющего устройства), через N K-разрядных входов «Коррекция максимального времени ожидания» устройства на N K-разрядных входов 111-111 главного контроллера времени ожидания 11 поступают новые, дополнительно вводимые в динамике управления обслуживанием, значения максимального времени ожидания для конкретных запросов соответствующих абонентов.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Главный контроллер времени ожидания 11 технически реализуется и выполняет свои функции, как описано в прототипе (см. патент РФ №2296361 «Устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы» G06F 9/46, 27.03.2007, бюл. №9, фиг. 3), его схема изображена на фиг. 6 данного описания. Он отвечает за динамическую коррекцию значений (границ) максимального времени ожидания обслуживания для каждого запроса всех, нескольких из N или конкретного абонентов вычислительной системы. Новые, дополнительно вводимые в динамике управления обслуживанием, значения максимального времени ожидания для конкретных запросов соответствующих абонентов, в K-разрядном коде поступает через N K-разрядных входов 111-111 главного контроллера времени ожидания 11 на N K-разрядных входов 11.1-1-11.1- регистрирующего элемента времени ожидания 11.1 для контроля и регистрации (см. фиг. 6). С N K-разрядных выходов 11.1-2-11.1-2 регистрирующего элемента времени ожидания 11.1 новые значения максимального времени ожидания поступают на соответствующие N K-разрядных входов 11.2-1-11.2-1 элемента хранения нового значения времени ожидания 11.2, который записывает и хранит в K-разрядном коде эти значения до момента введения очередного управляющего воздействия, а также со своих N K-разрядных выходов 11.2-2-11.2-2, через соответствующие N K-разрядных выходов 112-112 главного контроллера времени ожидания 11 (см. фиг. 6), передает эти новые значения максимального времени ожидания на корректирующие входы 017-017 соответствующих абонентских блоков 1-1 и на проверочные входы 33-33 соответствующих абонентских контроллеров времени 3-3. При этом на K-разрядных корректирующих входах 017-017 абонентских блоков 1-1, а значит и на K-разрядных вторичных входах 1.4-2-1.4-2 корректирующих регистров 1.4-1.4 (см. фиг. 4), присутствуют K-разрядные кодовые сигналы. Корректирующие регистры 1.4-1.4 абонентских блоков 1-1 регистрируют изначальный код (поступивший с K-разрядных входов 012-012 абонентских блоков 1-1 на их K-разрядные первичные входы 1.4-1-1.4-1) и предварительно сравнивают его с вновь вводимым в динамике управления K-разрядным кодом, который поступает через корректирующие входы 017-017 абонентских блоков 1-1 на K-разрядные вторичные входы 1.4-2-1.4-2 корректирующих регистров 1.4-1.4.
n
1
n
K
n
n
n
n
n
1
n
K
n
1
K
n
n
n
n
n
n
n
n
Причем, коррекция (формирование по итогам предварительного сравнения) на K выходах 1.4-3-1.4-3 корректирующего регистра 1.4 n-го  абонентского блока 1 кода, характеризующего предварительное решение о значении максимального времени ожидания обслуживания для каждого запроса конкретного n-го абонента осуществляется следующим образом. Если на K-разрядном вторичном входе 1.4-2 корректирующего регистра 1.4 есть K-разрядный сигнал, обуславливающий новое, вводимое в динамике управления максимальное время ожидания, этот сигнал идентифицируется как приоритетный, и именно он с K выходов 1.4-3-1.4-3 корректирующего регистра 1.4 поступает на соответствующие K информационных входов (D-D) счетчика 1.1 n-го  абонентского блока 1. Если на K-разрядном вторичном входе 1.4-2 корректирующего регистра 1.4 нет K-разрядного сигнала, обуславливающего новое, вводимое в динамике управления максимальное время ожидания, то приоритетными признаются значения кода, задающего начальное максимальное время ожидания обслуживания запроса n-го  абонента и поступающего на K-разрядный первичный вход 1.4-1 корректирующего регистра 1.4 через K-разрядный вход 012 абонентского блока 1 с соответствующего n-го K-разрядного входа «Код максимального времени ожидания» устройства.
n
1
N
K
n
1
K
n
n
1
N
1
N
Таким образом, с K выходов 1.4-3-1.4-3 корректирующего регистра 1.4 поступает на соответствующие K информационных входов (D-D) счетчика 1.1 n-го  абонентского блока 1 либо изначально введенное, либо новое, вводимое в динамике управления обслуживанием, значение кода, задающие максимальное время ожидания обслуживания запроса. Тем самым обеспечивается инициализация счетчиков 1.1-1.1 АБ 1-1. Причем наименьшему времени ожидания соответствует наибольший код, являющийся дополнением до максимального числа, представимого в K-разрядном коде.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
В начальный период, когда запросы на обслуживание отсутствуют, на всех N запросных входах устройства и на соответствующих запросных входах 011-011 абонентских блоков 1-1 установлены низкие логические уровни. Трехвходовые элементы И 1.3-1.3 всех АБ закрыты, тактовые импульсы от генератора тактовых импульсов 2 через трехвходовые элементы И 1.3-1.3 на счетные входы Z счетчиков 1.1-1.1 АБ 1-1, на тактовый вход 126 блока анализа катастроф 12 и на тактовый вход 132 блока управления 13 не поступают. Со стороны вычислительного ресурса (ЭВМ, ЛВС) отсутствует сигнал об освобождении ресурса (на опросном входе устройства установлен низкий логический уровень). В ячейки памяти проверочного ОЗУ 13.0 через управляющий вход 131 блока управления 13 предварительно произведена запись в двоичном коде последовательности допустимых (пороговых) значений количества единовременных запросов абонентов, а также запись логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы. На вторых 016-016 и первых 015-015 сигнальных выходах АБ 1-1 установлены высокие логические уровни. Соответственно, на выходе 72 первого N-входового элемента И-НЕ 7 и выходе 102 второго N-входового элемента И-НЕ 10 установлены низкие логические уровни. При этом J-разрядный выход 65 селектора-мультиплексора 6 разомкнут, поскольку на его инверсном разрешающем входе 61  через элемент ИЛИ 4 и элемент И-НЕ 5 установлен высокий логический уровень. Устройство готово к работе и ожидает сигналы запросов, вырабатываемые абонентами вычислительной системы (см. фиг. 7).
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
При возникновении потребности в вычислительном ресурсе, абонентами вычислительной системы генерируются сигналы запросов, которые с соответствующим максимальным временем ожидания, поступают на устройство обслуживания запросов и помещаются в очередь второго порядка. Сигналом запроса от абонента считается сигнал высокого уровня, установленный на любом из запросных входов 011-011 соответствующего АБ 1-1. При этом, на вторых сигнальных выходах 016-016 этих АБ через инверторы 1.2-1.2 предварительно установятся сигналы низкого уровня. Совокупность предварительных сигналов низкого уровня на вторых сигнальных выходах 016-016 АБ образует предварительную очередь второго порядка. Положение сигнала запроса в предварительной очереди второго порядка определяется его начальным приоритетом: сигнал запроса, поступивший от абонента с наименьшим номером, обладает наивысшим приоритетом (см. фиг. 8). На счетные входы Z счетчиков 1.1-1.1 АБ 1-1, содержащих сигналы запросов, поступают импульсы с выхода 21 генератора тактовых импульсов 2 по цепи: тактовые входы 014-014 АБ 1-1, открытые трехвходовые элементы И 1.3-1.3 АБ 1-1. Счетчики 1.1-1.1 каждого АБ (см. фиг. 4) выполняют функцию таймеров, которые контролируют истечение допустимого времени (изначального или введенного в рамках управления) нахождения запросов в очереди второго порядка путем суммирования поступающих на их счетный вход Z тактовых импульсов и формируют сигнал переполнения на инверсных выходах  счетчиков 1.1-1.1 через установленный интервал времени, определяемый кодами начального заполнения счетчиков и частотой тактовых импульсов.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Сигналы с вторых сигнальных выходов 016-016 АБ 1-1 поступают через вторые сигнальные входы 32-32 абонентских контроллеров времени 3-3 (см. фиг. 5) на вторые сигнальные входы 3.2-2-3.2-2 регистров сравнения-коррекции максимального времени ожидания 3.2- 3.2, на вторичные проверочные входы 3.2-3-3.2-3 которых поступают в двоичном коде с вторичных проверочных выходов 3.1-3-3.1-3 дешифраторов корректированного кода максимального времени ожидания 3.1-3.1 сигналы, характеризующие новое, вводимое в процессе управления, значение (границы) максимального времени ожидания обслуживания для конкретного запроса конкретного абонента. При этом дешифраторы корректированного кода максимального времени ожидания 3.1-3.1 преобразуют K-разрядный код, обуславливающий новые, вводимые в процессе управления, значения (границы) максимального времени ожидания обслуживания для каждого запроса абонента в двоичный код и передают этот код для проверки истинности присвоения запросам места в очереди первого либо второго порядка на регистры сравнения-коррекции максимального времени ожидания 3.2-3.2.
1
N
1
N
1
N
1
N
Регистры сравнения-коррекции максимального времени ожидания 3.2-3.2 (см. фиг. 5) осуществляют дополнительную проверку (сравнение) принадлежности запроса с изначальным и вновь вводимым максимальным времени ожидания обслуживания к очереди второго порядка и формируют на своих вторых сигнальных выходах 3.2-5-3.2-5 и на вторых сигнальных выходах 35-35 абонентских контроллеров времени 3-3 сигналы низкого уровня, совокупность которых окончательно образует очередь второго порядка. Положение сигнала запроса в окончательной очереди второго порядка, так же, как и в предварительной очереди, определяется его начальным приоритетом: сигнал запроса, поступивший от абонента с наименьшим номером, обладает наивысшим приоритетом (см. фиг. 8).
1
N
1
N
1
N
1
N
В случае, если один или несколько запросов в результате создавшейся очереди достигли максимального времени ожидания или максимальное время ожидания уменьшилось в результате динамической коррекции (управления), происходит переполнение счетчиков 1.1-1.1 соответствующих АБ 1-1, формирование на их инверсных выходах переполнения , а, следовательно и формирование на первых сигнальных выходах 015-015 соответствующих АБ 1-1 сигналов низкого уровня, что соответствует процедуре динамического управления очередями - переносу запросов в очередь первого порядка на места, соответствующие их приоритетам (см. фиг. 9), в целях их дальнейшего внеочередного, по отношению к очереди второго порядка, обслуживания.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
При этом запираются соответствующие трехвходовые элементы И 1.3-1.3 (фиг. 4), запрещая поступление тактовых импульсов на счетные входы Z соответствующих счетчиков 1.1-1.1 АБ 1-1. Совокупность сигналов низкого уровня на первых сигнальных выходах 015-015 соответствующих АБ 1-1 образует предварительную очередь первого порядка. Обслуживание запросов из предварительной очереди первого порядка осуществляется с учетом их начальных приоритетов и динамической коррекции максимального времени ожидания для каждого запроса из очереди первого порядка. Сигналы с первых сигнальных выходов 015-015 АБ 1-1 поступают на первые сигнальные входы 31-31 соответствующих АКВ 3-3. В АКВ 3-3 осуществляется процедура дешифровки, дополнительного сравнения и контроля нового, вводимого в динамике управления процессом обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы, K-разрядного кода, обуславливающего новое значение (границы) максимального времени ожидания обслуживания для каждого запроса конкретного абонента в очереди приоритетов первого порядка. Аналогично процедуре дешифровки и коррекции времени ожидания для запросов из очереди второго порядка, регистры сравнения-коррекции максимального времени ожидания 3.2-3.2 АКВ 3-3 осуществляют дополнительную проверку (сравнение) принадлежности запроса с изначальным и вновь вводимым максимальным времени ожидания обслуживания к очереди первого порядка и формируют на своих первых сигнальных выходах 3.2-4-3.2-4 и на первых сигнальных выходах 34-34 абонентских контроллеров времени 3-3 сигналы низкого уровня, совокупность которых окончательно образует очередь первого порядка. Как и в случае с очередью второго порядка, положение сигнала запроса в окончательной очереди первого порядка определяется его начальным приоритетом: сигнал запроса, поступивший от абонента с наименьшим номером, обладает наивысшим приоритетом (см. фиг. 8).
1
N
1
N
1
N
1
N
Таким образом, на вторых сигнальных выходах 35-35 абонентских контроллеров времени 3-3 имеем определенное количество сигналов единовременных запросов для очереди второго порядка, а на первых сигнальных выходах 34-34 абонентских контроллеров времени 3-3 имеем некоторое количество сигналов единовременных запросов для очереди первого порядка.
1
N
1
N
1
N
1
1
N
2
2
N-1
n
n
(N+1)-n
N
N
1
Сигналы запросов для очереди второго порядка с вторых сигнальных выходов 35-35 абонентских контроллеров времени 3-3 поступают на вторичные управляющие входы 122-122 блока анализа катастроф 12, обеспечивающего идентификацию и верификацию граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий. При этом, сигнал с второго сигнального выхода 35 первого абонентского контроллера времени 3 поступает на N-й вторичный управляющий вход 122 блока анализа катастроф 12, сигнал с второго сигнального выхода 35 второго абонентского контроллера времени 3 поступает на (N-1)-й вторичный управляющий вход 122 блока анализа катастроф 12, сигнал с второго сигнального выхода 35 n-го абонентского контроллера времени 3 поступает на ((N+1)-n)-й вторичный управляющий вход 122 блока анализа катастроф 12, сигнал с второго сигнального выхода 35 N-го абонентского контроллера времени 3 поступает на первый вторичный управляющий вход 122 блока анализа катастроф 12.
1
N
1
N
1
J
n
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Указанный способ подключения вторых сигнальных выходов 35-35 абонентских контроллеров времени 3-3 (в обратном порядке) обусловлен тем, что после идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы в блоке анализа катастроф 12, сигналы в очереди второго порядка поступают на второй шифратор приоритетов 9, выходы 92-92 которого - инверсные. Это обуславливает тот факт, что для получения на выходе второго шифратора приоритетов 9 кода, соответствующего, после процедур идентификации и верификации, конкретному n-му абонентскому контроллеру времени (3) с наименьшим номером из числа тех АКВ 3-3, на вторых сигнальных выходах 35-35 которых установлены низкие логические уровни (сигналы запросов), следует подключить вторые сигнальные выходы 35-35 абонентских контроллеров времени 3-3 к вторичным управляющим входам 122-122 блока анализа катастроф 12 в обратном порядке. Зато потом, после процедур идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы, с вторичных управляющих выходов 124-12 блока анализа катастроф 12 сигналы поступают на инверсные входы 91-91 второго шифратора приоритетов 9 в обычном порядке. При этом, если в очереди второго порядка присутствует хотя бы один сигнал запроса, на выходе 102 второго N-входового элемента И-НЕ 10 установится высокий уровень.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
J
Сигналы запросов для очереди первого порядка с первых сигнальных выходов 34-34 абонентских контроллеров времени 3-3 поступают на первичные управляющие входы 121-121 блока анализа катастроф 12. Способ подключения первых сигнальных выходов 34-34 абонентских контроллеров времени 3-3 к первичным управляющим входам 121-121 блока анализа катастроф 12, как и для очереди второго порядка - в обратной последовательности, поскольку после идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы в блоке анализа катастроф 12, сигналы в очереди первого порядка поступают на первый шифратор приоритетов 8, выходы 82-82 которого - инверсные и формирование кода, соответствующего наименьшему номеру АБ и АКВ, содержащим сигнал запроса из очереди первого порядка, осуществляется первым шифратором приоритетов 8 тем же способом, что и для очереди второго порядка.
Динамическое управление значением допустимого количества единовременных запросов абонентов, идентификация и верификация граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы, а также формирование сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы, реализуется в рамках блока управления 13 и блока анализа катастроф 12 следующим образом.
N
n
Блок управления 13 (фиг. 3) предназначен для формирования управляющей кодовой последовательности, состоящей из элементов множества M (см. выражение (1), где M - допустимое значение количества единовременных запросов n-го абонента), при превышении значений которого система с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофичное) состояние из любого другого состояния, а также для формирования сигнала логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы. Блок управления 13 состоит из проверочного ОЗУ 13.0, счетчика 13.1 и может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 3. Формирование управляющей кодовой последовательности допустимых значений количества единовременных запросов и сигнала логического нуля или логической единицы производится следующим образом. С внешнего источника через вход «Ввод управления» устройства, управляющий вход 131 блока управления 13 и управляющий вход 13.0-1 в ячейки памяти проверочного ОЗУ 13.0 производится последовательная запись в двоичном коде набора допустимых (пороговых) значений количества единовременных запросов абонентов, а также запись логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы.
N
N
Отсчеты тактов работы устройства, тактов проверки (контроля) соответствия допустимых значений количества единовременных (за один такт) запросов абонентов их реальному количеству в очереди первого и второго порядка, поступают от генератора тактовых импульсов 2 через тактовый вход 132 блока управления 13 на тактовый вход 13.1-2 счетчика 13.1 и определяют, поступая с тактового выхода 13.1-1 счетчика 13.1 на тактовый вход 13.0-2 проверочного ОЗУ 13.0, момент начала последовательного считывания в двоичном коде хранящейся в проверочном ОЗУ 13.0 M - набора допустимых (пороговых) значений количества единовременных запросов абонентов через проверочный выход 13.0-4 проверочного ОЗУ 13.0 и выход 133 блока управления 13 на проверочный вход 12.2-2 ПЗУ 12.2 блока анализа катастроф 12, а также момент начала считывания хранящегося в проверочном ОЗУ 13.0 логического нуля или логической единицы. Считывание логического нуля или логической единицы также производится с проверочного выхода 13.0-4 проверочного ОЗУ 13.0 и выхода 133 блока управления 13 на второй вход 12.7-2 элемента И 12.7 блока анализа катастроф 12. Со сбрасывающего выхода 13.0-3 проверочного ОЗУ 13.0 на сбрасывающий вход 13.1-3 счетчика 13.1 в момент считывания последовательности допустимых (пороговых) значений количества единовременных запросов абонентов и логического нуля (логической единицы) поступает сигнал, сбрасывающий значения счетчика 13.1 и дающий команду счетчику 13.1 начать новый отсчет для вновь введенных управляющих воздействий (M - последовательности допустимых (пороговых) значений количества единовременных запросов абонентов) и логического нуля (логической единицы).
Блок анализа катастроф 12 предназначен для осуществления процедур идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также для выработки сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения), характеризующих соответственно отсутствие или наличие возможного катастрофического состояния системы. Блок анализа катастроф 12 может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 2. Идентификация и верификация граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также выработка сигналов логического нуля или логической единицы (сигнала предсказания и предупреждения) осуществляется в блоке 12 следующим образом.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
С первых сигнальных выходов 34-34 абонентских контроллеров времени 3-3 через первичные управляющие входы 121-121 блока анализа катастроф 12 на N первичных управляющих входов 12.0-1-12.0-1 центрального ОЗУ 12.0 поступают в двоичном коде и записываются в ячейки памяти сигналы запросов для очереди первого порядка на (t+1)-ом такте функционирования устройства (см. фиг. 2). Со вторых сигнальных выходов 35-35 абонентских контроллеров времени 3-3 через вторичные управляющие входы 122-122 блока анализа катастроф 12 на N вторичных управляющих входов 12.0-2-12.0-2 центрального ОЗУ 12.0 поступают в двоичном коде и записываются в ячейки памяти сигналы запросов для очереди второго порядка на (t+1)-ом такте функционирования устройства.
С выхода блока 2 через тактовый вход 126 блока 12 на тактовый вход 12.0-5 центрального ОЗУ 12.0 и на тактовый вход 12.2-1 ПЗУ 12.2 поступает тактовый импульс., инициируя последовательное считывание из ячеек памяти центрального ОЗУ 12.0 m из М значений количества единовременных запросов в очереди первого и второго порядка на (/+1)-ом такте функционирования, а именно тех, которые соответствуют множеству (1) и имеют физический смысл превышения порога возможностей системы по обслуживанию и, как следствие, высокой вероятности перехода процесса обслуживания абонентов в аварийное (катастрофичное) состояние.
n
n
1
N
1
N
1
N
n
n
n
n
N
n
n
Значения количества m из общего числа М единовременных запросов в очереди первого и второго порядка на (t+1)-ом такте функционирования (для каждого n-го абонента - значения количества m из общего числа M единовременных запросов в очереди первого и второго порядка) последовательно считываются с каждого n-го, где n=1, 2, …, N, исполнительных выходов из 12.0-4-12.0-4 центрального ОЗУ 12.0 на входы соответствующих n-ых исполнительных ОЗУ 12.1-12.1, а также на первый вход 12.3-1 элемента итерационного сравнения 12.3 и на второй вход 12.4-2 элемента сравнения 12.4. С выхода каждого n-го из N исполнительных ОЗУ 12.1-12.1 на второй вход 12.3-2 элемента итерационного сравнения 12.3 в двоичном коде последовательно считываются хранившиеся в ячейках памяти значения количества m из общего числа М единовременных запросов (для каждого n-го абонента - значения количества m из общего числа M единовременных запросов в очереди первого и второго порядка) на t-ом (предыдущем) такте функционирования. Кроме того, тактовый импульс., поступающий с тактового входа 126 блока 12 на тактовый вход 12.2-1 ПЗУ 12.2, инициирует считывание в двоичном коде из ячеек памяти ПЗУ 12.2 на первый вход 12.4-1 элемента сравнения 12.4 заранее записанного допустимого значения количества единовременных запросов любого n-го абонента, при превышении которого, в соответствии с выражением (2), система с большой вероятностью перейдет в аварийное (катастрофичное) состояние из любого другого состояния. На базе элемента сравнения 12.4 осуществляется процедура идентификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний вычислительной системы. Данная процедура осуществляется путем последовательного (пошагового) априорного оценивания и сравнения значений количества каждого m из общего числа М единовременных запросов в очереди первого и второго порядка (для каждого n-го абонента - значения количества m из общего числа M единовременных запросов, входящих в множество M(1)) на (t+1)-ом такте функционирования, с целью определения наличия или отсутствия для каждого абонента возможного превышения этими значениями m допустимого порога M в соответствии с выражением (2).
1
N
n
n
n
n
n
n
Таким образом, элемент сравнения 12.4 осуществляет потактовое сравнение последовательно поступающих в двоичном коде с исполнительных выходов 12.0-4-12.0-4 центрального ОЗУ 12.0 значений m (t+1), со значением M, поступившим с выхода ПЗУ 12.2. Не превышение любым n-ым (m (t+1)) значением данного порога M, характеризует не выполнение условия (4) и результат процедуры идентификации (сравнения) выражается в появлении на выходе элемента сравнения 12.4 логического нуля, который в двоичном коде поступает на первый вход 12.7-1 элемента И 12.7. Превышение любым n-ым (m (t+1)) значением данного порога M, характеризует выполнение условия (4) и начало плавного изменения параметров внешних условий и управляющих воздействий - плавного изменения в критичную, угрожающую сторону количества единовременных запросов n-го абонента в очереди первого и второго порядка, а результат процедуры идентификации (сравнения) выражается в появлении на выходе элемента сравнения 12.4 логической единицы, которая в двоичном коде поступает на первый вход 12.7-1 элемента И 12.7.
n
n
1
N
n
n
1
N
n
n
n
n
На базе элемента итерационного сравнения 12.3, промежуточного ОЗУ 12.5 и промежуточного элемента И 12.6 осуществляется процедура верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний вычислительной системы. Данная процедура осуществляется в два этапа. Первый этап осуществляется на базе элемента итерационного сравнения 12.3 путем последовательного (потактового) априорного оценивания и сравнения каждого n-го значения количества m на данном t-ом такте функционирования системы со значением количества m на следующем (t+1)-ом такте в соответствии с выражением (3). С этой целью в элементе итерационного сравнения 12.3 осуществляется потактовое сравнение последовательно и попарно поступающих в двоичном коде с выходов N исполнительных ОЗУ 12.1-12.1 значений m (t) количества единовременных запросов каждого n-го абонента в очереди первого и второго порядка на данном t-ом такте функционирования с соответствующими значениями m (t+1) количества запросов на следующем (t+1)-ом такте, поступающими с исполнительных выходов 12.0-4-12.0-4 центрального ОЗУ 12.0. Не превышение любым n-ым (m(t+1)) из значений количества единовременных запросов в очереди первого и второго порядка на (t+1)-ом такте соответствующего n-го (m (t)) из значений количества запросов на t-ом такте, характеризует не выполнение условия (5) и результат первого этапа процедуры верификации (сравнения последующего значения с предыдущим) выражается в появлении на выходе элемента итерационного сравнения 12.3 логического нуля, который в двоичном коде поступает на вход промежуточного ОЗУ 12.5 и на второй вход 12.6-2 промежуточного элемента И 12.6. Превышение любым n-ым (m (t+1)) из значений количества единовременных запросов в очереди первого и второго порядка на (t+1)-ом такте соответствующего n-го (m (t)) из значений количества запросов на t-ом такте, характеризует выполнение условия (5), имеет физический смысл выявленной тенденции повышения вероятности изменения параметров внешних условий и управляющих воздействий в сторону граничного и аварийного (катастрофичного) состояния вычислительной системы, а результат первого этапа процедуры верификации (сравнения последующего значения с предыдущим) выражается в появлении на выходе элемента итерационного сравнения 12.3 логической единицы, которая в двоичном коде поступает на вход промежуточного ОЗУ 12.5 и на второй вход 12.6-2 промежуточного элемента И 12.6.
Второй этап процедуры верификации в блоке 12 осуществляется на базе промежуточного ОЗУ 12.5 и промежуточного элемента И 12.6 путем сравнения в промежуточном элементе И 12.6 полученного на t-ом такте результата первого этапа (логический нуль или логическая единица), хранящегося в промежуточном ОЗУ 12.5 и поступающего на первый вход 12.6-1 промежуточного элемента И 12.6, с результатом первого этапа (логический нуль или логическая единица), полученным на (t+1)-ом такте функционирования и поступающим с выхода элемента итерационного сравнения 12.3 на второй вход 12.6-2 промежуточного элемента И 12.6. Физический смысл второго этапа верификации заключается в подтверждении (собственно верификации) выявленной тенденции повышения вероятности изменения параметров внешних условий и управляющих воздействий - количества единовременных запросов в очереди первого и второго порядка, в сторону граничного и аварийного (катастрофичного) состояния системы, а результат второго этапа верификации выражается в появлении на выходе промежуточного элемента И 12.6 логической единицы или логического нуля, которые в двоичном коде поступают на первый вход 12.7-1 элемента И 12.7. Если полученный на t-ом такте результат первого этапа (например, логическая единица) совпадает с результатом первого этапа (логическая единица), полученным на (t+1)-ом такте функционирования, результат второго этапа процедуры верификации выражается в появлении на выходе промежуточного элемента И 12.6 логической единицы. Если полученный на t-ом такте результат первого этапа (например, логическая единица) не совпадает с результатом первого этапа (логический нуль), полученным на (t+1)-ом такте функционирования, или полученный на t-ом такте результат первого этапа представляет собой логический нуль и совпадает с результатом первого этапа (логический нуль), полученным на (t+1)-ом такте функционирования, результат второго этапа процедуры верификации выражается в появлении на выходе промежуточного элемента И 12.6 логического нуля.
Тактовый импульс, поступающий на тактовый вход 132 блока управления 13, инициирует считывание с проверочного выхода 133 блока управления 13 через проверочный вход 125 блока анализа катастроф 12 на второй вход 12.7-2 элемента И 12.7 логического нуля или логической единицы, характеризующих соответственно запрещение или разрешение пользователя (оператора, системного администратора) на выдачу сигнала оповещения о наличии возможного катастрофического состояния вычислительной системы.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Если с проверочного входа 125 блока 12 на второй вход 12.7-2 элемента И 12.7 получена логическая единица (оповещение о возможном катастрофическом состоянии необходимо) и логическая единица получена с выхода элемента сравнения 12.4 или с выхода промежуточного элемента И 12.6, результат идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний вычислительной системы выражается в появлении на выходе элемента И 12.7 логической единицы. Логическая единица с выхода элемента И 12.7 поступает на считывающий вход 12.0-6 центрального ОЗУ 12.0 и запирает центральное ОЗУ 12.0, не позволяя идентифицированным и верифицированным сигналам запросов для очереди первого и второго порядка считываться соответственно с первичных 12.0-3-12.0-3 и вторичных 12.0-4-12.0-4 управляющих выходов центрального ОЗУ 12.0 через первичные 123-123 и вторичные 124-124 управляющие выходы блока анализа катастроф 12 (см. фиг. 1) на инверсные входы 81-81 и 91-91 первого шифратора приоритетов 8 и второго шифратора приоритетов 9 соответственно.
Кроме того, логическая единица с выхода элемента И 12.7 через предупредительный выход 127 блока 12 поступает на выход «Угроза катастрофы» устройства, являясь сигналом предсказания и предупреждения, характеризующим наличие возможного катастрофического состояния вычислительной системы и призывающим пользователя (оператора, системного администратора) произвести внешнюю коррекцию количества единовременных запросов в очереди первого и второго порядка (например, ввести временный запрет или принудительное ограничение на количество обслуживаемых запросов) или пороговых, допустимых значений количества единовременных сигналов запросов в очереди (первого и второго порядка) с целью не допустить аварийного (катастрофичного) скачкообразного изменения состояния вычислительной системы при малых возмущениях [2].
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Если с проверочного входа 125 блока 12 (см. фиг. 2) на второй вход 12.7-2 элемента И 12.7 получен логический нуль (пользователь не нуждается в оповещении о возможном катастрофическом состоянии), а с выхода элемента сравнения 12.4 или с выхода промежуточного элемента И 12.6 получен либо логический нуль, либо логическая единица, результат идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы выражается в появлении на выходе элемента И 12.7 логического нуля. Если с проверочного входа 125 блока 12 на второй вход 12.7-2 элемента И 12.7 получена логическая единица (оповещение о возможном катастрофическом состоянии необходимо), а с выхода элемента сравнения 12.4 или с выхода промежуточного элемента И 12.6 получен логический нуль, результат идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы выражается в появлении на выходе элемента И 12.7 логического нуля. Логический нуль с выхода элемента И 12.7 поступает на считывающий вход 12.0-6 центрального ОЗУ 12.0 и открывает центральное ОЗУ 12.0, позволяя идентифицированным и верифицированным сигналам запросов для очереди первого и второго порядка считываться соответственно с первичных 12.0-3-12.0-3 и вторичных 12.0-4-12.0-4 управляющих выходов центрального ОЗУ 12.0 через первичные 123-123 и вторичные 124-124 управляющие выходы блока анализа катастроф 12 (см. фиг. 1) на инверсные входы 81-81 и 91-91 первого шифратора приоритетов 8 и второго шифратора приоритетов 9 соответственно. Кроме того, логический нуль с выхода элемента И 12.7 через предупредительный выход 127 блока 12 поступает на выход «Угроза катастрофы» устройства, являясь сигналом предсказания и предупреждения, характеризующим отсутствие возможного катастрофического состояния вычислительной системы.
Таким образом, наличие на предупредительном выходе 127 блока анализа катастроф 12 и на выходе «Угроза катастрофы» устройства сигнала логической единицы служит показателем блокировки устройства, а наличие на предупредительном выходе 127 блока 12 и на выходе «Угроза катастрофы» сигнала логического нуля служит показателем разблокировки устройства обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы в целом.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
J
1
N
1
N
1
N
n
1
N
1
N
Идентифицированные и верифицированные сигналы запросов для очереди второго порядка, с вторичных управляющих выходов 12.0-4-12.0-4 центрального ОЗУ 12.0 через вторичные управляющие выходы 124-124 блока анализа катастроф 12 поступают на входы 101-101 второго N-входового элемента И-НЕ 10 и на инверсные входы 91-91 второго шифратора приоритетов 9, обеспечивающего преобразование сигналов запросов в J-разрядный код, соответствующий номеру АБ с учетом его приоритета. С учетом того, что выходы 92-92 второго шифратора приоритетов 9 инверсные, осуществлено подключение вторых сигнальных выходов 35-35 АКВ 3-3 вторичным управляющим входам 122-122 блока анализа катастроф 12 в обратном порядке, что позволяет после идентификации и верификации в блоке 12 получать на выходе второго шифратора приоритетов 9 кода, соответствующего конкретному n-му абонентскому контроллеру времени (3) с наименьшим номером из числа тех АКВ 3-3, на вторых сигнальных выходах 35-35 которых установлены низкие логические уровни (сигналы запросов). Если в очереди второго порядка присутствует хотя бы один идентифицированный и верифицированный сигнал запроса, на выходе 102 второго N-входового элемента И-НЕ 10 установится высокий уровень.
1
N
1
N
1
N
1
J
По мере освобождения вычислительного ресурса (ресурса ЭВМ, ЛВС) вырабатывается сигнал высокого уровня, который поступает на опросный вход устройства и далее, на первый вход 51 элемента И-НЕ 5. При наличии хотя бы одного идентифицированного и верифицированного сигнала запроса в очереди второго порядка, на выходе 53 элемента И-НЕ 5 установится сигнал низкого уровня, который разрешит трансляцию данных селектору-мультиплексору 6. На селективном входе 61 (входе S) селектора-мультиплексора 6 установлен низкий уровень (на первых сигнальных выходах 015-015 всех АБ и на первых сигнальных выходах 34-34 всех АКВ - высокий уровень), следовательно, на J-разрядный, где , выход 65 селектора-мультиплексора 6 и на J-разрядный выход «Код подлежащего обслуживанию абонента» устройства будет скоммутирован код, поступивший на J первичных входов 62-62 (входов A-A) селектора-мультиплексора 6 и соответствующий наименьшему номеру АБ и АКВ, содержащему идентифицированный и верифицированный сигнал запроса из очереди второго порядка.
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
После удовлетворения потребности в вычислительном ресурсе, n-й абонент снимает сигнал запроса с соответствующего n-го запросного входа устройства, с запросного входа 011 соответствующего АБ (1), и производит сброс счетчика 1.1 соответствующего АБ 1 по n-му входу «Обнуление» устройства и входу «Обнуление» 013 соответствующего АБ 1. При этом на первом и втором сигнальных выходах 015 и 016 соответствующего АБ 1, а также на первом и втором сигнальных выходах 34 и 35 соответствующего АКВ 3 будут высокие уровни.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
J
Идентифицированные и верифицированные сигналы запросов для очереди первого порядка, с первичных управляющих выходов 12.0-3-12.0-3 центрального ОЗУ 12.0 через первичные управляющие выходы 123-123 блока анализа катастроф 12 поступают на входы 71-71 первого N-входового элемента И-НЕ 7 и на инверсные входы 81-81 первого шифратора приоритетов 8. При этом формирование кода, соответствующего наименьшему номеру АБ и АКВ, содержащим идентифицированный и верифицированный сигнал запроса из очереди первого порядка, осуществляется первым шифратором приоритетов 8 тем же способом, что и для очереди второго порядка. При наличии запроса в очереди первого порядка их внеочередное, по отношению к запросам из очереди второго порядка, обслуживание обеспечивается сигналом высокого уровня на выходе 72 первого N-входового элемента И-НЕ 7, который, поступая на селективный вход 64 (вход S) селектора-мультиплексора 6, коммутирует на J-разрядный выход 65 селектора-мультиплексора 6 и на J-разрядный выход «Код подлежащего обслуживанию абонента» устройства код, поступивший на J вторичных входов 63-63 (входов B-B) селектора-мультиплексора 6 и соответствующий наименьшему номеру АБ и АКВ, содержащим идентифицированный и верифицированный сигнал запроса из очереди первого порядка. Сигнал высокого уровня на выходе 72 первого N-входового элемента И-НЕ 7 будет до тех пор, пока в очереди первого порядка есть хотя бы один запрос.
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
После освобождения ресурса, выделенного в интересах очередного запроса абонента из очереди первого порядка, каждый n-й абонент снимает сигнал запроса с запросного входа 011 соответствующего АБ (1) и производит сброс счетчика 1.1 соответствующего АБ 1 по n-му входу «Обнуление» устройства и входу «Обнуление» 013 АБ 1. Это предопределяет установление высокого уровня на выходе  счетчика 1.1 соответствующего АБ 1, что, в свою очередь, обуславливает установку на первом и втором сигнальных выходах 015 и 016 этого АБ 1, а также на первом и втором сигнальных выходах 34 и 35 соответствующего АКВ 3 высоких уровней. Это позволяет устройству после выполнения всех идентифицированных и верифицированных запросов с истекшим временем ожидания перейти к обслуживанию вновь поступивших, либо ждущих своей очереди запросов в порядке, определенном логикой работы устройства.
В итоге, на предупредительном выходе 127 блока анализа катастроф 12 и на выходе «Угроза катастрофы» устройства имеем либо сигнал логической единицы, который служит показателем блокировки устройства и указывает пользователю (оператору, системному администратору) на наличие возможного катастрофического состояния вычислительной системы, на необходимость коррекции количества запросов, либо сигнал логического нуля, который служит показателем разблокировки устройства и указывает на отсутствие тенденции к аварийному (катастрофичному) скачкообразному изменению состояния вычислительной системы при малых возмущениях. Если устройство заблокировано (на выходе «Угроза катастрофы» логическая единица), обслуживание абонентов невозможно, на J-разрядном выходе 65 селектора-мультиплексора 6 и на J-разрядном выходе «Код подлежащего обслуживанию абонента» устройства нет кода, соответствующего наименьшему номеру АБ и АКВ, содержащим идентифицированный и верифицированный сигнал запроса из очереди первого порядка. Если устройство разблокировано (на выходе «Угроза катастрофы» логический нуль), на J-разрядном выходе 65 селектора-мультиплексора 6 и на J-разрядном выходе «Код подлежащего обслуживанию абонента» устройства имеем записанный в двоичном коде номер идентифицированного и верифицированного сигнала запроса из очереди первого порядка, подлежащего обслуживанию в соответствии с логикой работы устройства в каждый из моментов времени (тактов), определяемых генератором тактовых импульсов 2.
1
N
1
N
Таким образом, в рамках обслуживания разноприоритетных запросов абонентов реальной - многофункциональной, сложной и управляемой вычислительной системы, функционирующей в условиях непрерывной динамики смены количества единовременных запросов и иных влияющих факторов, за счет реализуемых в блоке анализа катастроф 12 идентификации и верификации граничных и аварийных (катастрофичных) состояний системы при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий, а также за счет реализуемого в блоке анализа катастроф 12 и блоке управления 13 формирования сигналов предсказания и предупреждения о возможных катастрофических состояниях, осуществляется повышение надежности и устойчивости функционирования вычислительной системы. Данный результат обусловлен получением на первых 123-123 и вторых 124-124 управляющих выходах блока анализа катастроф 12 идентифицированных и верифицированных сигналов запросов в очереди соответственно первого, либо второго порядка, сформированных с учетом динамики изменения количества единовременно поступающих заявок на обслуживание, а также получением на предупреждающем выходе 127 блока анализа катастроф 12 и на выходе «Угроза катастрофы» устройства сигналов, оповещающих (предупреждающих) пользователя (оператора, системного администратора) вычислительной системы об ее возможном аварийном состоянии.
Анализ принципа работы заявленного устройства показывает очевидность того факта, что наряду с сохраненными и описанными в прототипе возможностями по повышению вероятности своевременного предоставления пользователям ресурса вычислительной системы с учетом динамики управляющих воздействий, внешних факторов и изменяющихся во времени текущих требований абонентов, устройство способно надежно и устойчиво предоставлять пользователям ресурс системы в условиях возникновения граничных и аварийных (катастрофичных) состояний при плавных изменениях параметров внешних условий и управляющих воздействий (количества единовременно поступающих заявок на обслуживание), а также оповещать (предупреждать) пользователя (оператора, системного администратора) вычислительной системы об ее возможном аварийном состоянии на основе данных идентификации и верификации.
Данное устройство обеспечивает повышение надежности и устойчивости функционирования вычислительной системы в условиях, присущих реальному процессу ее функционирования - в условиях непрерывной динамики и плавных изменений параметров внешних условий и управляющих воздействий (количества единовременно поступающих заявок на обслуживание) и с учетом влияющих факторов, что существенно расширяет область применения устройства, расширяет функциональные возможности подсистем массового обслуживания в рамках систем обмена данными и локальных вычислительных сетей, где заявленное устройство обслуживания разноприоритетных запросов абонентов вычислительной системы будет использовано.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Арнольд В.И. Теория катастроф. - М.: Наука, 1990. - 128 с.;
2. Постон Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения. Пер. с англ. - М.: Мир, 1980. - 608 с.;
3. Петров Ю.П., Петров Л.Ю. Неожиданное в математике и его связь с авариями и катастрофами последних лет. - СПб.: НИИХ СпбГУ, 1999. - 108 с.;
4. Паращук И.Б., Дьяков СВ. Математика теории катастроф применительно к задачам анализа надежности элементов сети связи. / Системы связи. Анализ. Синтез. Управление. / Под ред. проф. Постюшкова В.П. Выпуск 5. - СПб.: Изд-во «Тема», 2001. - 84 с., С. 47-49;
5. Паращук И.Б., Дьяков СВ. Перспективы оценки устойчивости телекоммуникационных сетей с использованием методов теории катастроф. // 56-я научно-техническая конференция, посвященная Дню радио. Материалы конференции. - СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001 г., С. 56-57.