§ 3. Взаимосвязь и взаимодействие двух машин вычислительного комплекса

Взаимные связи между машинами комплекса. Характерной особенностью сдвоенного комплекта машин (дуплекса) является наличие специальных устройств, осуществляющих переключение с одной машины на другую входных и выходных данных, передаваемых по внешним линиям связи (выходящим за пределы оперативного центра), входных данных от операторских пультов по управлению отображением и данных, поступающих на аппаратуру отображения, а также обеспечивающих связь между двумя вычислительными машинами. Взаимная связь между машинами (рис. 4.10) осуществляется с помощью двух промежуточных магнитных барабанов буферной взаимосвязи, позволяющих передавать с одной машины на другую большое количество данных. Каждая вычислительная машина может на свой барабан взаимосвязи записывать данные и считывать их, а с барабана взаимосвязи другой машины дуплекса только считывать данные.

Рис. 4.10. Схема взаимных связей между двумя машинами вычислительного комплекса AN7FSQ-7

Кроме связи через барабаны, между машинами осуществляется связь через линии взаимосвязи. Линии взаимосвязи обычно оканчиваются триггерами, состояние которых (0 или 1) устанавливается одной машиной и воспринимается другой. Таким образом, линии взаимосвязи позволяют в соответствии с программой, функционирующей в одной машине, определять, что происходит в другой машине. Эти линии служат прежде всего для синхронизации программ, действующих в каждой вычислительной машине.

Аналогично линиям взаимосвязи построены и цепи сигнализации о неисправностях машин (они также оканчиваются триггерами). Благодаря этим цепям сигналы о переполнении оперативной или буферной памяти в одной машине могут быть обнаружены программой, действующей в другой вычислительной машине. После поступления сигнала неисправности от действующей машины режим резервной машины определяется положением соответствующего переключателя на пульте оператора. Три положения переключателя соответствуют трем режимам резервной машины:

- сигнал неисправности не принимается во внимание и машина продолжает работу по своей программе;

- машина переходит на работу по тест-программе для проверки запоминающих устройств;

- машина прекращает работу по своей программе и переходит к выполнению основной программы.

Главная задача, выполняемая действующей вычислительной машиной, - работа по основной программе оперативного центра, а главная задача резервной машины - работа по вспомогательной программе, называемой программой технического обслуживания. В этом режиме резервная машина может находиться в различных состояниях: может быть выключена для ремонта (не предусмотренное графиком время обслуживания), может подвергаться профилактическому обслуживанию согласно утвержденному графику (предписанная проверка) или может оказывать помощь в обслуживании другого оборудования сектора.

Это так называемые симплексные функции действующей и резервной вычислительных машин. Кроме них, каждая машина выполняет функции, характерные для дуплексной системы, которые обеспечивают минимальный перерыв в работе оперативного центра и сам процесс переключения.

Дуплексные функции действующей вычислительной машины. Для обеспечения непрерывности работы сектора ПВО после переключения машин необходимо, чтобы еще до переключения в резервной машине имелась необходимая информация, характеризующая текущую воздушную обстановку. Часть этих данных, выработанных действующей машиной и хранящихся на дорожках ее магнитного барабана, представляет собой множество решений и результатов ручных операций, выполняемых персоналом, обслуживающим оперативный центр. При потере этих данных во время переключения возникает необходимость повторения всех предыдущих действий по принятию решений и их реализации, что приведет к снижению эффективности ПВО вследствие потери времени. Снижение эффективности будет тем больше, чем сложнее воздушная обстановка во время переключения.

Указанное снижение эффективности сводится к минимуму путем записи некоторых наиболее важных данных на дорожках барабанов как действующей, так и резервной вычислительной машины. Таким образом, обобщенная информация, характеризующая текущую воздушную обстановку, доступна для использования в машине немедленно после включения ее в режим действующей машины.

Обобщенная информация о воздушной обстановке периодически (несколько раз в минуту) группируется в соответствии с программой действующей вычислительной машины и передается в буферное запоминающее устройство резервной машины через систему взаимосвязанных промежуточных барабанов. Количество передаваемых данных ограничивается операционным временем программы, свойственным действующей машине, и емкостью барабана резервной машины. Операционное (работное) время является критическим фактором, так как программа оперативного центра составляет часть системы управления, которая работает в реальном масштабе времени, и любое увеличение работного времени понижает эффективность системы. Свободная емкость буферного барабана резервной машины ограничивается объемом программ для этой машины, записываемых на этот же барабан.

Входная и выходная информация, а также информация, подлежащая отображению, не передается в резервную машину для накапливания в качестве обобщенных данных ПВО. В результате этого произойдет потеря управления сектором на время переключения. Если это время невелико, уменьшение эффективности незначительно, поскольку входные данные вводятся сразу же после переключения, а таблицы данных для отображения выходных данных восстанавливаются в соответствии с программой машины.

Наиболее важная часть основной информации (о воздушной обстановке) передается в качестве обобщенных данных из работающей машины в резервную.

Другой дуплексной функцией действующей вычислительной машины является контроль за линиями взаимосвязи для определения момента предписанного переключения. Переключение производится тоже по программе в течение очень малого времени. Сам процесс переключения будет рассмотрен отдельно.

Дуплексные функции резервной вычислительной машины. Резервная вычислительная машина должна осуществлять программу технического обслуживания и в то же время должна быть готовой для работы по основной программе оперативного центра. В связи с этим резервная вычислительная машина должна выполнять следующие (дуплексные) функции:

- контроль за возможными сигналами о неисправности работающей машины;

- хранение основной программы оперативного центра в накопителе (на своем магнитном барабане);

- прием и хранение обобщенной информации о состоянии ПВО, накапливаемой работающей вычислительной машиной;

- выполнение команд, вводимых оператором с помощью переключателя, для контроля за операциями резервной машины;

- выработку цифровых данных для отображения состояния резервной вычислительной машины.

Только первая из этих функций (контроль за сигналами о неисправности) осуществляется схемным путем, остальные выполняются программным путем.

Сигнал о переполнении оперативной памяти, буферной памяти или арифметического устройства в действующей вычислительной машине вызывает автоматическое включение подпрограммы контроля памяти (тест-программы) в резервной вычислительной машине. В соответствии с последовательностью команд тест-программы начинается подготовка резервной машины к переключению на основной режим работы. Подготовка к переключению включает стирание всех вспомогательных программ и данных из накопителя на сердечниках и на барабане, запись вместо них на магнитном барабане резервной машины основной программы (если это необходимо) и, наконец, окончательную (полную) передачу обобщенной информации из действующей машины в резервную. По окончании приготовлений к переключению резервная машина просто ожидает, когда произойдет переключение или когда в результате вмешательства оператора восстановится нормальное резервное состояние этой машины.

Запись основной программы оперативного центра на магнитном барабане резервной машины позволяет быстро восстановить управляющие функции оперативного центра после переключения. Правильность хранения основной программы на магнитном барабане проверяется считыванием с дорожек магнитного барабана кодов команд, вводом в оперативную память, вычислением суммы двоичных чисел, хранящихся на магнитном барабане, и сравнением полученного результата с истинной суммой (также хранящейся на магнитном барабане). Если вычисленная сумма неправильна, ошибочный код исправляется путем перезаписи его с магнитной ленты. Процесс проверки и перезаписи команд программы на дорожки барабана производится автоматически, когда контрольная программа (тест-программа) стирает коды команд основной программы или когда начинается подготовка к переключению машин по сигналу неисправности из действующей машины. Эта проверка может также производиться переключениями на пульте вручную.

Дуплексные функции передачи обобщенных данных ПВО, контроль за переключениями оператора и выработка контрольных цифровых данных для отображения на индикаторе осуществляются периодически. Частота, с которой осуществляются эти функции, зависит от режима работы резервной вычислительной машины. Может быть выбран один из трех режимов. Каждый из них обеспечивает различную частоту выполнения периодических дуплескных функций с периодом от нескольких секунд до нескольких минут. Эта необходимость сочетания симплексных и дуплексных функций предъявляет жесткие требования к ручному и автоматическому управлению контрольными программами.

Управление последовательностью операций контрольных программ и выбор режима работы резервной машины осуществляются вручную. Рабочее время каждой подпрограммы указано в программе управления резервной машины, ручной или автоматический выбор длительных контрольных программ автоматически предотвращается, если выбранный режим работы резервной машины требует частого выполнения периодических дуплексных функций. Для ослабления ограничения рабочего времени в выборе контрольных программ последние составлены в виде набора отдельных подпрограмм для того, чтобы дать возможность длительным контрольным программам функционировать последовательно по частям - одна подпрограмма за данный отрезок времени.

Переключение машин дуплекса (рис. 4.11). Переключение требует передачи входных и выходных данных из действующей машины в резервную и запуска основной программы в резервной машине. Подготовка резервной машины к переключению осуществляется автоматически по сигналу неисправности действующей машины или вручную. После того как резервная машина закончит приготовления к переключению и сработает дуплексный переключатель, управление резервной машиной передается от программы управления резервной машины к пусковой или стартовой программе. Пусковая программа выполняет функцию включения в рабочий режим основной программы в резервной машине и таким образом завершает перевод этой машины из режима выполнения вспомогательных операций в действующий режим.

Рис. 4.11. Средства переключения машин вычислительного комплекса AN/SFQ-7

Может быть два режима переключения: в случае аварии и заранее предусмотренное переключение. Аварийный режим переключения осуществляется после того, как действующая вычислительная машина перестанет работать. Режим заранее предусмотренного переключения используется тогда, когда обе машины находятся в рабочем состоянии. Основное различие между этими двумя режимами заключается в различном количестве данных, которые могут быть использованы в резервной машине. Обычно на дорожках барабана резервной машины накапливаются только основные данные, характеризующие состояние ПВО. Как указывалось ранее, эти данные передаются резервной машине периодически, и количество данных, которые могут быть переданы, ограничено малым рабочим временем и небольшой емкостью накопления, отведенными для вспомогательных программ. Короче говоря, рабочее время программы не пригодно для передачи большого количества данных за каждый цикл основной программы. Однако если переключение планируется заблаговременно, то оно производится тогда, когда обе вычислительные машины работают и передача более полных данных может быть осуществлена как "одноразовый" процесс во время переключения. При этом действующая машина прекращает работу по основной программе непосредственно перед моментом переключения и передает основную информацию и информацию отображения, записанные на магнитном барабане действующей машины, на магнитный барабан резервной машины. Соответствующее согласование последовательной передачи информации между вычислительными машинами осуществляется по линиям взаимосвязи.

Ниже приводятся условия, определяющие состояние резервной вычислительной машины в момент передачи управления переключением машин пусковой программе:

- основная программа оперативного центра соответствующим образом хранится на дорожках магнитного барабана резервной вычислительной машины;

- обобщенные данные, характеризующие текущее состояние ПВО, накапливаются на одной из дорожек барабана резервной машины;

- все команды и информация, накопленные в соответствии с программой резервной машины, стираются из оперативной и буферной памяти;

- в случае аварийного переключения все ячейки, предназначенные для хранения программы, освобождаются;

- в случае заранее предусмотренного переключения информация о состоянии ПВО, передаваемая из действующей машины в резервную, накапливается на дорожках соответствующих ячеек барабана.

Для завершения процесса переключения пусковая программа должна обработать информацию о состоянии ПВО, хранящуюся в резервной вычислительной машине, с тем чтобы эта информация могла быть использована основной программой оперативного центра. Для этого пусковая программа передает подпрограмму управления основной программы оперативного центра в оперативную память резервной машины, а управление вычислительной машиной - основной программе.

Пусковая программа также осуществляет сортировку и экстраполяцию данных. В случае аварийного переключения только основная обобщенная информация может передаваться в резервную машину. Эти данные собираются из нескольких центральных ячеек ЗУ, занимающих различные дорожки барабана в действующей вычислительной машине, и группируются вместе на одной дорожке барабана резервной вычислительной машины. Пусковая программа сортирует эти данные и распределяет их на соответствующих дорожках определенных ячеек барабана резервной машины. В случае заранее предусмотренного переключения данные о состоянии ПВО накапливаются заблаговременно на соответствующих дорожках барабана резервной машины и процесс сортировки оказывается ненужным. Процесс экстраполяции, выполняемый пусковой программой, необходим для того, чтобы компенсировать время задержки в выполнении основной программы за время переключения. Этот процесс в основном сводится к экстраполяции координат целей в соответствии с последними значениями векторов скорости.

Проблема дуплексной работы заключается в том, чтобы определить, как лучше всего использовать две вычислительные машины в целях повышения надежности оперативного центра. Кроме того, важно сделать более эффективным использование вспомогательной вычислительной машины, не снижая основного требования к резервной машине - быстроты перехода к выполнению основных функций действующей машины.

Считается, что машина AN/FSQ-7 менее чувствительна к возникающим при переключении ошибкам переходного режима по сравнению со многими другими случаями применения цифровых вычислительных машин.

По мере накапливания данных, уточняющих эксплуатационные требования к машине, и улучшения техники обслуживания можно будет использовать резервную вычислительную машину для ограниченного количества операций по обработке данных или для моделирования условий боя во время тренировочных занятий. Разумеется, таксе применение должно быть согласовано с основными требованиями, которые вытекают из главного назначения резервной машины и условий ее быстрого переключения на основной режим работы.