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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Ultra-Hochgeschwindigkeits-Paralleldaten-Fusionssystem zur wesentlich
verbesserten Datensammlung, unterscheidenden Verarbeitung und Verteilung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
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Diese Erfindung schafft ein Hochgeschwindigkeits-Datensammel-
und Verteilungssystem mit einer Mehrzahl von Knoten und wird gekennzeichnet dadurch,
daß besagtes
System aufweist:
Eine Mehrzahl von parallelen Datenübermittlungswegen,
die besagte Knoten in einem unbegrenzten Ring, der dafür eingerichtet
ist, Mehrfach-Datenströme
zu bewältigen,
verbinden;
Unterscheidungseinrichtungen bei jedem Knoten verbunden
mit besagten parallelen Datenübermittlungswegen
um zwischen verschiedenen Arten von Daten, die in besagten Mehrfach-Datenströmen eingebettet
sind, zu unterscheiden;
Einrichtungen an jedem Knoten, die
mit besagten Unterscheidungseinrichtungen verbunden sind, um selektiv,
mit im Wesentlichen Echtzeitgeschwindigkeit, jeglichen Bereich der
Daten mit jeglichem anderen Bereich der Daten an jeglichem der Knoten
des Systems zusammenzufügen;
einen
Takt- und Schlitz (slot)-Signalerzeuger, der an alle besagten Knoten
zum Erzeugen eines Schlitzsignales für jeden Knoten angeschlossen
ist und der mit jedem Knoten jeweilig verbunden ist, um die Zeitvorgabe
für jeden
Knoten zu steuern.
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Das System der Erfindung kann weiter
dadurch gekennzeichnet werden, daß besagte Unterscheidungseinrichtungen
Datensortiereinrichtungen an jedem Knoten aufweisen, um Daten auf
einer ausgewählten
oder mehreren der folgenden Grundlagen zu sortieren:
(a) Quellknotenadresse;
(b)
Bestimmungsknotenadresse; und
(c) einem ausgewählten Muster,
das in den Daten in besagten Mehrfachdatenströmen enthalten ist.
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Das System der Erfindung kann weiter
dadurch gekennzeichnet werden, daß jeder besagter Mehrzahl von
Knoten aufweist:
eine Eingangsverbindungseinrichtung, die mit
dem Ausgangsende der einen besagter Mehrzahl von parallelen Datenwegabschnitten,
die besagtem Knoten vorausgehen, verbunden ist;
eine Multiplexer-Einrichtung
mit parallelen Eingängen
und Ausgängen;
eine
Mehrzahl von Knotenparalleldatenwegen, die zwischen besagtem Eingangsverbinder
und besagtem Multiplexer verbunden sind;
eine zweite Mehrzahl
von Knotenparalleldatenwegen, die besagte Einrichtungen zum selektiven
Verbinden mit besagtem Multiplexer verbinden;
einen Ausgangsverbinder;
eine
dritte Mehrzahl von Knotenparalleldatenwegen, die besagte Multiplexer-Paralielausgänge mit
besagtem Ausgangsverbinder verbinden;
wobei besagter Ausgangsverbinder
mit dem Eingangsende der nächsten
nachfolgenden Mehrzahl von parallelen Ringdatenwegabschnitten, die
besagtem Knoten folgen, verbunden ist.
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Das System kann weiter dadurch gekennzeichnet
werden, daß:
Jeder
Knoten weiter aufweist:
einen Empfänger-FIFO-Pufferspeicher um
Nachrichten in bitparalleler Art zu speichern,
eine Adressenvergleicherschaltung,
die mit besagter Eingangsverbindungseinrichtung verbunden ist, um festzustellen,
falls eine knotenspezifische eingehende Nachricht auf besagten abschnittsweisen
Paralleldatenwegen an den Knoten adressiert ist, und zu veranlassen,
daß besagte
eingehende knotenspezifische Nachricht in dem Empfänger-FIFO-Pufferspeicher
gespeichert wird.
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Das System kann alternativ weiter
dadurch gekennzeichnet sein, daß
Jeder
Knoten weiter aufweist:
eine exklusive Quellenanpaßschaltung,
die mit besagter Eingangsverbindungseinrichtung verbunden ist zum
Erzeugen eines exklusiven Quellensignales, falls der Knoten sich
in einem exklusiven Quellenmodus befindet, und ein Feld für eine eingehende
Nachrichtenquelle mit einem örtlichen
Speicherregister, das die Adresse des gewünschten Senders enthält, aufweist,
und, wenn eine Passung erzielt wird, veranlaßt, daß besagte eingehende Nachricht
in besagtem Empfänger-FIFO-Pufferspeicher gespeichert
wird.
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Das System der Erfindung kann weiter
dadurch gekennzeichnet sein, daß jeder
Knoten aufweist:
eine Mustervergleicherschaltung, die mit besagter Eingangsverbindungseinrichtung
verbunden ist, aufweisend einen Speicher mit zwei Eingängen, der Speicherstellen
hat, die in einem vorgegebenen Muster vor-zugewiesen sind, und
auf
den Empfang einer eingehenden Nachricht hin, die ein entsprechendes
Bitmuster hat, was veranlaßt, daß besagte
Nachricht in besagtem Empfänger-FIFO-Pufferspeicher
gespeichert wird.
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Das System der Erfindung kann weiter
gekennzeichnet sein durch ein Mehrstufen-Sicherheitssystem, das
aufweist:
einen Empfänger-FIFO-Pufferspeicher,
eine Mustervergleicherschaltung, die einen Nur-Lesespeicher aufweist,
zum Speichern eines vorbestimmten Musters von Datenbits, und Vergleichen
von eingehenden Nachrichten mit besagtem vorbestimmten Muster, und
auf das Passen besagten Musters, Speichern einer Nachricht in besagtem
Empfänger-FIFO-Pufferspeicher.
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Das System der vorliegenden Erfindung kann
eine Hochgeschwindigkeits-Knoten-zu-Knoten-Bitübertragungsrate von 3,24 Gbit/s
liefern. Eine Änderung
der Datenquelle braucht nicht durchgeführt zu werden, und es ist schnittstellenfähig mit
mannigfachen Datenquellen und Prozessoren. Die Verteilung der Daten
kann zu mannigfachen Arten von Workstations stattfinden und, wie
zwischen Knoten, kann völlige
Unterscheidung und Auswahl herrschen. Das System ist an mannigfache
digitale Formate anpaßbar
(MIL STD 1553, SCSI, VME, HSD usw.). Das System ist in der Lage,
klein, von geringem Gewicht, transportabel, flexibel, widerstandsfähig, anpaßbar zu
sein und in der Lage, mannigfache Stufen von klassifizierten Daten
zu handhaben als auch mit Echtzeitdaten verlinkte Daten anzunehmen.
Eine Verminderung der Bandbreitenanforderungen zur Workstation kann
vorliegen. Darüber
hinaus müssen Daten
für einen
Knoten mit unbekanntem oder kodiertem Ziel nur einmal gesendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN:
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Die obigen und andere Gegenstände, Vorteile
und Merkmale der Erfindung werden deutlicher, wenn sie mit der folgenden
Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden,
in denen:
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1 eine
schematische Erläuterung
eines Hochgeschwindigkeits-Ring-Datenübertragungssystems, das die
Erfindung enthält,
ist.
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2 ein
Blockdiagramm, das die Verbindung von Hauptbestandteilen der Knoten
untereinander erläutert,
ist, und
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3 ein
ins Einzelne gehendes Blockdiagramm einer bevorzugten Knoten-Ausführungsform ist.
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INS EINZELNE
GEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 wird
ein Ringknoten-Datenerfassungs- und -Verteilungs-System als eine
Mehrzahl von Knoten N1, N2, N3 ... NN aufweisend
erläutert, wobei
es einen für
jede digitale Quelle und/oder Datenprozessor gibt, die durch eine
Mehrzahl von parallelen Ringdatenweg-Abschnitten untereinander verbunden
sind, die die Knoten in einem endlosen Ring verbinden, und eine
Quelle für
einen Systemtakt und Schlitz identifizieren die Ringsignale zu jedem
Knoten.
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Ein Paar von Signalen, der Takt und
sein Komplement, wie durch den Takt- und Schlitz-Erzeuger 30 erzeugt,
werden zu jedem Knoten verteilt, um die genaue Zeit, um eine Nachricht
(aufgebaut aus parallelen Signalwegen) zu verschieben, dem nächsten Knoten
im Ring anzuzeigen. Diese Taktsignale treten mit einer Frequenz,
die gleich der ist, mit der Nachrichten auf dem Ring verschoben
werden, auf. Das charakteristische Paar von Signalen (Takt und Komplement)
wird benutzt um die Rauschfestigkeit zu erhöhen. Die Differenz zwischen
diesen beiden Signalen wird benutzt, um die lokalen Taktsignale
auf jeder Knotenkarte zu erzeugen. Jegliches Rauschen, das zwischen
der zentralen Taktquelle und dem Knotenkartenziel aufgenommen wird,
ist wahrscheinlich bei beiden Signalen vorhanden und wird daher
weggemittelt wenn die Differenz genommen wird. Die Binärpegel,
die auf den Taktleitungen verwendet werden sind die selben, die
in normaler ECL (emitter coupled logic) benutzt werden, obwohl Galliumarsenid-Schaltungen
vorzugsweise benutzt werden.
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Das Schlitz-Signal wird auch mittels
der zentralen Quelle 30 in einer ähnlichen Weise zu der des Taktsignals
verteilt. Die Zeitasymmetrie-Parameter sind jedoch nicht annähernd so
kritisch wie diejenigen für
das Taktsignal. Das Schlitzsignal zeigt der Knotenkarte an, daß jegliche
Nachricht, die sich in ihrem Übertrager
befindet, beim nächsten
Auftreten des Taktsignals auf den Ring verschoben werden kann. Das
Schlitzsignal wird durch Teilen der Taktfrequenz durch die Anzahl
der Knoten auf dem Ring erzeugt. Die Takt- und Schlitzsignal-Leiter
CSC zu allen Knoten sind von gleicher Länge. Somit fügen alle Knoten
auf dem Ring ihre Nachrichten zu genau der gleichen Zeit ein. An
Taktsignalkanten die nicht auftreten wenn das Schlitzsignal aktiv
ist, überprüfen alle
Knoten eingehende Nachrichten die aus anderen Knoten auf dem Ring
stammen.
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Wie in 1 gezeigt,
kann Knoten 1 über
einen Gerätetreiber
DD an die Workstation 1 angeschlossen sein, und, zur gleichen
Zeit, über
einen Datenleser 15 an das Herunterladen aus einer Quelle,
die MIL STD 1553-Datenformat benutzt. Knoten 2 kann an
eine oder mehrere Digitaldatenquellen 17 über seinen
Datenleser 18 angekoppelt sein und zur gleichen Zeit Daten über den
Gerätetreiber
DD2 an die Workstation 19 liefern. In ähnlicher Weise kann Knoten 3 über den
Gerätetreiber
DD3 an die Workstation 20 angekoppelt sein und über einen
Datenleser 21 an eine Ferndatenverbindung 22 über eine Funkverbindung,
eine Infrarotverbindung, ein Glasfaserkabel oder normale Kupferleiter.
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Die Knoten 1, 2, 3 ...
N sind, s. 2, durch eine
Mehrzahl von Ringdatenwegabschnitten DPS1, DPS2, DPS3 ... DPSN verbunden. Die Datenwegabschnitte DPS1,
DPS2, DPS3 ... DPSN werden durch mehrfache
parallele Wege, die im Einzelnen in 3 gezeigt
sind (Daten 0:127 (128 Datenleitungen bezeichnet DATEN 0 bis DATEN
127), Ziel 0:5, Quelle 0:5, Steuerung 0:3, Muster 0:17) gebildet
für eine
Gesamtheit von 162 parallelen Wegen. Zusätzlich werden die Knoten unter
Verwendung von Takt und Komplement-Takt-Signalen aus dem Takt- und
Schlitzgenerator 30 synchronisiert. Wie schematisch in 2 dargestellt, weist jeder
Knoten einen Eingangsverbinder IPC1 und einen Ausgangsverbinder
OPC1 auf. Eine Mehrzahl von Knoten-Paralleldatenwegabschnitten NPDS1
für Knoten 1 und
NPDS2 für
Knoten 2, und die übrigen
Knoten haben entsprechende Knoten-Paralleldatenwege. Die Knoten-Paralleldatenwegabschnitte
sind mit dem Eingang als ein Eingang des Knotenspeicherregisters
und Multiplexers 31 und auch mit der lokalen Verarbeitungsschaltung 32 (mit
mehr Einzelheiten in 3 gezeigt)
des Knotens verbunden. Die lokalen VME-Schnittstelle und VME-Verbinder
sind über
lokale Datenverarbeitungsschaltungen 32 als ein zweiter
Eingang an Speicherregister und Multiplexer 31 angekoppelt.
Eine zweite Mehrzahl von Knoten-Paralleldatenwegen 2NPDS1 koppelt
den Knotenprozessor 32-1 an den Knotenspeichermultiplexer 31-1 an.
Schließlich
koppelt eine dritte Mehrzahl von Knoten-Paralleldatenwegen 3NPDS1
den Ausgang der Knoten-Speicher- und Multiplexer-Einheit 31 an
den Ausgangsverbinder OPC2 an.
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Wie-früher bemerkt, ist jeder der
Prozessoren durch einen Gerätetreiber
mit dem Knoten verbunden. Dank dieser Architektur können Ultrahochgeschwindigkeits-Knoten-zu-Knoten-Datenübertragungen
(bis zu 1.600 MByte/s) ohne Änderungen
an den Datenquellen oder dem lokalen Prozessor erzielt werden. Die
Verteilung von Daten aus verschiedenen und mehrfachen Arten von
Workstations kann leicht erreicht werden mit völliger Unterscheidung und Auswahl
zwischen den Stationen. Mehrere digitale Formate können in
einem kleinen leichten transportablen Ring-Datenverarbeitungsnetzwerk
untergebracht werden. Darüber
hinaus kann das System mehrere Stufen von klassifizierten Daten
bewältigen
sowie mit Echtzeitdaten verlinkte Daten annehmen. Jeder Knoten ist,
s. 3, die größere Einzelheiten
der Knotenschaltung zeigt, mit einem Eingangsverbinder IPC und einem
Ausgangsverbinder OPC durch physische Datenwege, die Daten (128 parallele
Wege), Ziel (6 parallele Wege) Quelle (6 parallele
Wege), Steuerung (4 parallele Wege) und Muster (18 parallele
Wege) umfassen, verbunden. Diese Knoten-Datenwegabschnitte entsprechen
den parallelen Ringdatenwegabschnitten auf einer Eins-zu-Eins-Basis
und verbinden alle Knoten in einem unbegrenzten Ring. Jeder Knoten
ist versehen mit oder ihm ist zugewiesen ein Zeitschlitz aus dem
Takt- und Schlitzgenerator 30, der einer lokalen Taktverteilschaltung 40 zur Verfügung gestellt
wird. Die hohe Ring-Verschiebungsfrequenz macht die Benutzung eines
Präzisions-Taktverteilsystems
unabdingbar. Die Ringtaktsignale und die Schlitzinformationssignale
werden durch die lokale Taktverteilschaltung 40 empfangen und
an die Steuerung 41 geliefert. Der Steuerblock 41 stellt
die Logikschaltung zur Verfügung,
die das Funktionieren des Ringes verwirklicht. Vorgänge wie das
Lesen und Schreiben von Nachrichten an den Ring, Festlegen eines
zu lesenden Musters und Ändern
der Empfangs-Moden werden durch die Steuereinheit 41 gesteuert.
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Die Signale auf den Knoten-Paralleldatenwegabschnitten
werden an den 4K-Ring-Nachrichten-Empfänger-FIFO-Puffer 43 gekoppelt.
Die Zielsignale werden an den Adressenvergleicher 44 gekoppelt.
Die Logikschaltung des Adressenvergleichers 44 stellt fest,
ob eine eingehende Nachricht, die auf dem Einwärts-Verbinder IPC1 vorhanden
ist, über den
Adressen-Modus gesendet wurde, und falls ja, ob sie an diesen speziellen
Knoten adressiert war. Wenn sie an diesen speziellen Knoten adressiert
ist, wird ein Signal erzeugt, um die Steuerlogik 41 anzuweisen,
die Nachricht in den Empfänger-FIFO-Puffer 43 zu
kopieren.
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Ein Knoten auf dem Ring kann alle
Nachrichten, die nicht von einem bestimmten Knoten, wie er durch
seine Adresse festgelegt ist, gesendet wurden, ausschließen. Der
Ausschluß-Quellen-Vergleicher 45 stellt
fest, ob der lokale Knoten sich in dem Ausschluß-Quellen-Modus befindet und
vergleicht, falls ja, das Quellenfeld der eingehenden Nachricht
mit einem lokalen Register, das die Adresse des gewünschten
Absenders enthält.
Falls eine Passung auftritt und die anderen Bedingungen um die Nachricht
zu empfangen erfüllt
sind, wird ein Signal erzeugt, um die Steuerlogik 41 anzuweisen,
die Nachricht in den Empfänger-FIFO-Puffer 43 zu
kopieren. Bemerke, daß der
Ausschluß-Quellen-Vergleicher 44 nur
an den Quellensatz von Paralleldatenwegen in den Knoten-Paralledatenwegabschnitten
angeschlossen ist. Muster-Vergleicher 46 besteht aus einem
256 zu 1-Bit-Speicher mit zwei Eingängen. Dieser Speicher wird
durch den lokalen Knotenhostprozessor über die VME-Busschnittstelle 51 adressiert und
durch das Musterfeld der eingehenden Nachricht. Den 262.144 Plätzen in
dem obigen Speicher wird eine a-priori-Bedeutung zugewiesen, die
hier als das Muster bezeichnet wird. Wenn der lokale Host daran
interessiert ist, Nachrichten, die einem vorgegebenen Muster entsprechen,
zu empfangen, schreibt er eine binäre Ziffer 1 in den
Speicherplatz mit der gleichen Adresse. Auf den Empfang einer eingehenden
Nachricht hin wird das Musterfeld benutzt, um den Speicher zu lesen.
Wenn das Ergebnis dieser Auslesung eine binäre 1-Stelle ist, dann wird
ein Signal erzeugt, um die Steuerlogik 41 anzuweisen, die
Nachricht in den Empfänge-FIFO-Puffer 43 zu
kopieren. Dieser Speicher ist auch durch den lokalen Host lesbar,
so daß er
für Prüfzwecke
feststellen kann, welche Muster gegenwärtig zum Empfang ermächtigt sind.
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Mehrstufige Netzwerksicherheit wird
durch Verwirklichen eines Teiles des obigen Speichers mit zwei Eingängen in
einer Nur-Lese-Technik geschaffen. Nur Knoten, die Nachrichten unter
bevorzugten Mustern empfangen dürfen
hätten
eine Ziffer 1 in den entsprechenden ROM-Plätzen gespeichert.
Die Anzahl der Sicherheits-Stufen, die unter diesem Verfahren angeboten
wird, ist nur durch die Anzahl von Speicherstellen, die in einem
Nur-Lese-Speicher verwirklicht sind, begrenzt.
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Unter Bezugnahme auf den Empfänger-FIFO-Pufferspeicher 43 wird
dieser First-in-first-out-Speicher benutzt um die sehr hohe Nachrichtenempfangsgeschwindigkeit,
die ein Knoten erfährt,
an die langsamere Geschwindigkeit anzupassen, womit Nachrichten
an den Host übertragen
werden können.
Dieser Puffer 43 kann mit Nachrichten bei der höchsten Eingangsgeschwindigkeit von
Nachrichten aus dem Ring beschrieben werden. Nachrichten werden
in dem Puffer 43 in bitparalleler Weise gespeichert, und
die gesamte Nachricht wir aus dem Einwärts-Verbinder IPC1 kopiert.
Nachrichten werden aus dem Speicher 43 durch den Host völlig asynchron
in Bezug auf den obigen Vorgang ausgelesen. Lese- und Schreibsignale
sowie Taktsignale werden den Empfänger und Sender-FIFO-Speichern durch
den Steuerlogikblock 41 zur Verfügung gestellt.
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Nachrichten aus dem Knoten werden
im Sende-FIFO-Puffer 53 gespeichert. Der Sende-FIFO-Puffer 53.
puffert Nachrichten, die für
den Ring bestimmt sind. Die Bandbreite der VME-Schnittstelle zum
Host wird besser genutzt durch Benutzung dieses Puffers. Der Host
sendet Nachrichten an den FIFO-Puffer 53 unter Verwendung
des VME-Bus-Block-Übermittlungsmodus,
was die Zeit, die für
die Übermittlung
erforderlich ist, minimiert. Die Benutzung dieses FIFO-Puffers 53 ermöglicht auch, daß die Übertragung
von Nachrichten völlig
asynchron zu den Ringtakt- und Schlitzsignalen ist, was auch eine
schnellere Übertragung
erlaubt. Eine weitere Mehrzahl von Knoten-Datenwegabschnitten 2NPDS,
die in der Anzahl auf einer Eins-zu-Eins-Basis NPDS entspricht,
koppelt den Sende-FIFO-Speicher 53 an das Speicherregister
und Multiplexer 31. Das Speicherregister und Multiplexer
enthält
, die nötige Ein-Nachrichten-Speicherung
um die synchrone parallele Ringfunktion zu verwirklichen. Beim Auftreten
der Anstiegskante eines zentral erzeugten Präzisionstaktsignales aus dem
lokalen Taktverteilknoten 40 wird die an der Eingangsseite
des nachrichten-breiten Registers vorhandene Nachricht an die Ausgangsseite übermittelt.
Die Eingabe wird entweder aus dem Einwärts-Verbinder IPC1 und den
Knoten-Paralleldatenwegabschnitten, oder aus den Knoten-Paralleldatenwegabschnitten
2NPDS aus dem Sende-FIFO-Puffer genommen, in Abhängigkeit von dem Zustand des
Schlitzsignals aus der lokalen Taktverteilschaltung 40.
Das Schlitzsignal zeigt allen Knoten an, wann es für sie Zeit
ist, Nachrichten auf dem Ring zu plazieren.
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Die VME-Busschnittstelle 51 stellt
eine Industriestandardschnittstelle zwischen dem Ring und dem lokalen
Host zur Verfügung,
sei es eine Workstation, ein Datenleser oder andere Ausrüstung. Die Verwirklichung
liefert 32-Bit Daten und Adreßwege sowie
vektorisierte Interrupts um den Host von Knoten-Vorgängen zu
unterrichten. Durch das Benutzen dieser Schnittstelle 51 erscheint
der Ringknoten dem Host als ein Bereich seines Speichadreßraumes.
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Die lokale Taktverteilschaltung 40 koppelt
die hohe Ringverschiebefrequenz aus der Präzisionstaktschaltung an den
Knoten. Die Ringtaktsignale werden an die Ringverschiebeelemente
des Registermultiplexerblocks 31 mit einer Gesamtabweichung (skew)
von weniger als einer ns geliefert. Dies wird durch das Benutzen
von Galliumarsenid- integrierter Schaltungstechnik erreicht.
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Somit ist eine -hochgeschwindigkeits-geschlitzte
Ringarchitektur für
Ultrahochgeschwindigkeits-Knoten-zu-Knoten-Datenübertragung (bis zu 1.600 MByte/s)
gezeigt und beschrieben worden. Sie erfordert keine Abänderungen
an Datenquellen die an das System leicht über Schnittstellen angeschlossen
werden, unter Benutzung normaler Schnittstellenschaltungen. Daten
werden an mehrere Arten von Workstationen verteilt und werden von
mehreren Arten von Datenquellen erhalten. Das System ermöglicht völlige Unterscheidung
und Auswahl zwischen Knoten und ist gerüstet für zahlreiche digitale Formate
(„MIL
STD", „Navy AVI-craft"). Es ist klein,
leicht und transportabel und kann mehrere Stufen von klassifizierten
Daten behandeln, sowie Daten, die mit Echtzeitdaten verlinkt sind,
annehmen.
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Während
eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, wird erkannt werden,
daß andere
Abwandlungen und Anpassungen davon dem Fachmann leicht ersichtlich
werden werden.