Самокорректирующееся дискретное устройство

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для повышения надежности комбинационных дискретных устройств. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Устройство содержит исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, дешифратор ошибки, корректор, элемент ИЛИ. Повышение надежности достигается за счет использования метода информационного резервирования. 2 ил. 6 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 06 F 11/14/ 11/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4719355/24 (22) 14.07.89 (46) 29.02.92. Бюл. hb 8 (72) А.А. Павлов . (53) 681.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1348816, кл. G 05 В 23/02, 1986.

Щербаков П.С. Самокорректирующиеся дискретные устройства — М.: Машиностроение, 1975, с. 78. рис. 31. (54) САМОКОРРЕКТИРУЮЩЕЕСЯ ДИСКР ETHOE УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и мажет использоваться для повышения надежности комбинационных дискретных устройств.

Известен многофункциональный логический модуль, содержащий с первого по третий логические блоки, элемент НЕ; блок преобразования. с первого по третий элементы неравнозначности, -мажоритарный элемент, элемент И. вход синхронизации, выход, настроечные входы, информациай: ные входы, выходы блока преобразования, входы задания вида преобразования. Информационные входы подключены к входам .логических блоков, выходы которых подключены к первым, входам элементов неравнозначности, соединенных своими вторыми входами с выходами блока преобразований.

Выходы элементов нергвнозначности подключены к входам мажоритарного элемента. выход которого подключен к первому входу элемента И, соединенного своим вторым входом с выходом элемента НЕ. На„„ЯЦ„„1716521 Al (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для повышения надежности комбинационных дискретных устройств. Цель изобретения— повышение надежности устройства. Устройство содержит исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, дешифратор ошибки, корректор, элемент ИЛИ. Повышение надежности достигается за счет использования метода информационного резервирования. 2 ил.

6 табл. строечные входы подключены к первому, второму и третьему входам блока преобразований, четвертый, пятый, шестой входы которого подключены к входам блока преобразованийий.

Недостатком устройства является низкая надежность его работы, так как корректируются только одиночные ошибки. ИВ@

Наиболее близким по технической сущ- р ности к предлагаемому является устройства, у использующее для повышения надежности избыточное кодирование и содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, блок вычисления синдрома, дешифратор ошибки и корректор. Входы устройства соединены. с входами исходного комбинационного логического блока и входами избыточнага комбинационного логического блока, информационные выходы которого подключены к входам дешифратора ошибки, выход которого соединен с управляющим первым входом корректора, ин1716521

10

25

35

45

55 формационные входы которого подключены к выходу исходного комбинационного логического блока, а выход является выходом устройства.

Недостатком устройства является низкая надежность в работе при осуществлении коррекции ошибок большей кратности (вследствие резкого увеличения сложности резервного оборудования).

Целью изобретения является повышение надежности устройства при осуществлении коррекции ошибок любой кратности в разрядах исходного комбинационного логического блока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, блок вычисления синдрома, дешифратор ошибки и корректор, входы устройства соединены с входами исходного комбинационного логического блока и входами избыточного комбинационного логического блока, информационные выходы которого подключены к входам блока вычисления синдрома, выходы которого подключены к входам дешифратора ошибки, выход которого соединен с управляющим первым входом корректора, информационные входы которого подключены к выходу исходного комбинационного логического блока, а выход является выходом устройства, введен многовходовый элемент ИЛИ, входы которого соединены с соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логического блока, а выход подключен к второму управляющему входу корректора, информационные выходы исходного комбинационного логического блока соединены с входами дешифратора ошибки.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — схема корректора.

Устройство содержит (фиг. 1): исходный комбинационный логический блок 1, избыточный комбинационный логический блок 2, дешифратор 3 ошибки, корректор 4, элемент ИЛИ 5. Корректор 4 (фиг. 2) содержит элементы 16-21 неравнозначности, Входы устройства соединены с входами исходного комбинационного логического блока 1 и входами избыточного комбинационного логического блока 2. информационные выходы которого подключены к входам дешифратора 3 ошибки, выходы которого соединены с управляющими первыми входами корректора 4, информационные входы которого подключены к выходам исходного комбинационного логического блока 1, а выходы являются выходами устройства. Входы логического элемента ИЛИ 5 соединены с соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логиче- ского блока 2, выход подключен к второму управляющему входу корректора 4, информационные выходы исходного комбинационного логического блока 1 соединены с входами дешифратора 3 ошибки.

В предлагаемом устройстве реализован принцип информационного резервирования, позволяющий корректировать ошибки любой кратности на выходах исходного комбинационного логического блока и обнаружить ошибки заданной кратности в контрольных разрядах (на выходах избыточного комбинационного логического блока).

Выигрыш в надежности предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом, достигается за счет уменьшения сложности (по числу двух входовых логических элементов) резервного оборудования, (так как сложность оборудования предназначенного для обнаружения ошибки заданной кратности значительно меньше сложности оборудования, используемого для коррекции ошибок большой кратности). Если ошибка:в конт.рольных разрядах не превышает заданной кратности, то это не приводит к формироваwe единичных значений в разрядах вектора ошибок, т.е. исключается влияние неисправного избыточного комбинационного логического блока на работоспособность исходного комбинационного . логического блока.

Предлагаемый принцип кодирования, реализованный в рассматриваемом устрой-, стве, заключается в следующем.

Рассмотрим функциональную модель комбинационного дискретного устройства, содержащую m-входов и k-выходов, На вход дискретного устройства может бить подано /Х/-возможных xi-входных воздействий, Комбинация значений выходных сигналов дискретного. устройства образует выходной набор Y p QV>, уз...,, у ). На выходе дискретного устройства может быть получено множество/М- 2 -всех возможных выходk ных наборов.

Определение 1, Два выходных набора

Yi=f (у . у2,..., у ) и Yj=fj(y>, yz„... уТ) будем считать прямым и обратным, если одноименные выходные сигналы в данных наборах имеют противоположные значения.

Например, для прямого выходного набора

101 трехвыходного дискретного устройства, обратным выходным набором является комбинация 010.

1716521

Определение 2. Функцию Yp= f у(у1, уг,..., у ); описывающую взаимное отношение между выходными сигналами прямого и обрэтного выходных наборов, будем называть определяющей функцией. Для рас- 25 смотренных комбинаций прямого и обратного выходных наборов определяю- . щая функция имеет вид Y jp=f фу1, уг, уз);

Анализ выбранной математической модели позволил выявить следующие ее свой- ЗО ства:

Свойство 1. Множество выходных наборов ) Yl может быть описано N=2 определяющими функциями.

Свойство 2. Множество выходных воз- 35 действий Х включает N=,2 подмножеств -. входных воздействий IX>I, IXzt, ..., IXpt, каждое из которых обеспечивает истинность соответствующей определяющей функции.

Так как аргументы определяющих фун- 40 кций между собой находятся в строгом соответствии, то зная истинное значение (соответствующее логической. единице или логическому нулю) одного из аргументов, можно определить. значения всех других вы- 45 ходных сигналов для данного выходного набора. Для того, чтобы иметь такую возможность, разобьем множество )XJ на два подмножества I XI j и ) Х I таких. что:

y1=f1(XI)=1; y1=f1(XII) О. 50

Свойство 3. Любой выходной набор дискретного устройства может быть представлен в виде:

У =f (XI,XI),(1) где Хi 5 N; й=(Х1, X2,.... XN}; 55

Х1б М, IVt{XI, Хц}.

Операция посимвольного сложения по

mod2 разрешенного выходного набора с выходным набором, имеющим ошибку, образует вектор ошибки

E =Уе O+Y(*, где Y *- выходной набор, имеющий ошиб„,1

K y.

Так как значение выходного набора Y g определяется в соответствии с выражением 45 (1), то формально вектор ошибки можно. представить в виде ь- (хьх, Yf ).

Из полученного выражения следует, чтё коррекция выходного набора может быть выпол- 50

" нена, если осуществить кодирование выходного набора по Х 1 и Х подмножеством входных наборов.

Утверждение 1. Минимальное количество дополнительных разрядов, необходимых:55 для формирования вектора ошибки Еь исправляющего К-кратную ошибку, определяется выражением г- К, где г — число дополнительных разрядов.

Действительно, для задания выходного набора Уе =1(Хь XI) необходимо использовать два подключателя входных наборов

N=2 и M=2.

Тогда минимальное число символов, с помощью которых можно осуществить передачу N+M сообщений, равно г=!оцг2 + (од22 - К.

Таким образом; любая К-кратная ошибка на выходе дискретного устройства может быть скорректирована при условии отсутствия ошибки в проверочных разрядах.

Для того, чтобы повысить вероятность безотказной работы дискретного устройства, резервированного предлагаемым методом, необходимо кодовые слова, подаваемые с проверочных разрядов, разнести на расстояние d= таад+ 1, где Ь д — кратность ошибки, обнаруживаемой в проверочных разрядах.

С целью уменьшения числа проверочных разрядов, вводимых для обеспечения данного условия, целесообразно ограничиться обнаружением одиночной ошибки.

Данное ограничение является вполне оправданным, если на каждом проверочном разряде реализуются независимые логические функции, т.е. возникновение дефекта в избыточном комбинационном логическом блоке не приводит к размножению ошибки на его выходах.

Исходный комбинационный логический блок 1 представляет собой комбинационное трехвыходное дискретное устройство, реализованное в известном устройстве, и выполняющее на каждом выходе логические функции соответственно:

y1=818z83 V 818283 Ч818283 Ч 8182ЭД Ч 818283Y

Ч818283; уг=a a283 vaI8283va 8283v а>8283; уз=а182аз va I8283 v а1агаз ч а182аз.

Истинность для рассматриваемого исходного комбинационного логического блока представлена в табл. 1.

В соответствии со свойством 2 множество Х включает четыре подмножества входных воздействий )Xtl F2), fX31 (X4), каждое из которых порождает соответствующую определяющую функцию:

V(xI 6 X>) — «6 (у1,уг.уЗ);

Ч(х4 е Хг) — г(уя,уг,уз);

Ч(х е X3) — f3(yI1у2 уз)

V (xI ЕХ4) — " f4(y1,уг;уа).

Из анализа табл. 1 следует, что каждое подмножество включает следующие входные воздействия: Х1=(хф Xz=(xs,хв,хт};

XÇ (х2,хз,х4}; Х4=(х8}.

Кроме того, множество 1Х включает два подмножества Х1-(Х1,хг,x3,хв,xy,xs) и Хп

{х4,х5}, для KOTOpblx yl= ЦХ!)=1 и y<=f>(XII)=0.

1716521

Избыточный комбинационный логический блок 2 предназначен для формирования логических сигналов в проверочных разрядах относительно имеющихся подмножеств входных воздействий, 5

В общем случае подмножества Х1, Хг, Хз, Х4 могут быть закодированы на двух контрольных разрядах г1 и rz, но для того, чтобы выполнить условие обнаружения одиночной ошибки добавим третий контрольный раз- 10 ряд гз, Результаты кодирования занесем в табл, 2, из которой следует, что: г1=Хг Ч Х4; гг= Хз ЧХ4; гз= Хг V Хз.

Используя табл. 1, находим, что Xz-àzàýV

Ча1агаз, а Х =а1агаз. 15

В этом случае в первом контрольном разряде реализуется логическая функция г1-агаз у аз(а1аг ч a1az), которая может быть выполнена на базе двухвходовых логических элементов И, 20

ИЛИ, НЕ.

Аналогичным образом построены логические функции, реализуемые на втором и третьем контрольных разрядах избыточного комбинационного логического блока, ко- 25 торые имеют вид: гг=ХЗ Y X4=a1az V агаз; гз=Хг V Хз=а1аг V a1a2 V а1а2а3 Ч а1агаз.

Формирование логического сигнала в четвертом контрольном разряде r4 осущест- 30 вляется с помощью логического элемента

ИЛИ 5. В этом случае r4=f(XII)= f(x4 Чх5)

Дешифратор 3 ошибки предназначен для формирования сигналов в разрядах z1, zz za вектора ошибки относительно выход- 35 нь1х сигналов у1, yz, уз исходного комбинационного логического блока 1 и выходных сигналов в контрольных разрядах г1, rz, гз избыточного комбинационного логического блока 2. .40

Для дискретного устройства, содержащего К-выходов, каждому xI-входному воздействию соответствует смежный класс

2 -векторов, содержащий 2 -ошибочных векторов. 45

Так как вектор ошибки Ек(Х )=Ек(Хц). то количество ошибочных векторов может быть ограничено числом 2 — 1/2. к

В табл. 3-6 представлены четыре смежных класса выходных векторов рассматри- 50 ваемого устройства для xI EXI.

Учитывая единичные значения сигналов в разрядах вектора ошибки для всех возможных Y+ * и xI, принадлежащих X1, Xz, Хз, Х4 подмножеством входных воздействий 55 (см. табл. 3-6), проведя аналитические преобразования, получим логические функции, реализуемые на выходах дешифратора 3 ошибки (в разрядах вектора ошибки):

z1=r2V1(r1r3 v г1r3) чу1гг(г гз v г1r3);

22=Г1уг(ггГЗ Y ГгГЗ) Ч у2Г1(Г2ГЗ Ч Г2ГЗ); гз=ггУз(г1гз v г1гз) чузгг(г1г3 ч г1гз). (2)

Корректор 4 (фиг. 2) предназначен для окончательного формирования в ..тора ошибки и осуществления коррекции ошибки на выходах исходного логического блока.

Формирование значения логического сигнала в каждом разряде вектора ошибки осуществляется с помощью элементов 1618 неравнозначности соответственно.

В этом случае значение сигнала в разряде вектора ошибки, определяется выражеI

НИЕМ: ZI=ZI О+Г4.

На элементах 19 — 21 неравнозначности происходит коррекция ошибки выходных сигналов исходного комбинационного логического блока 1.

Устройство работает следующим образом.

В исправном состоянии устройство реализует логические функции в соответствии с табл. 1. В разрядах вектора ошибки формируются сигналы, соответствующие логическому нулю.

Рассмотрим работу устройства в режиме коррекции, например, при подаче вход-. ного набора х1, порождающего выходной набор Y=111. Пусть, в результате возникновения дефекта для данного входного воздействия,.получен выходной набор У*=001, имеющий ошибку, В этом случае в проверочных разрядах г1, гг, гз, r4 присутствуют сИгналы. соответствующие логическому нулю.

Используя систему уравнений (2) находим, что z1=1 (так как ггу1г1гз) порождает логическую единицу). z2=1 (так как г1угг2гз) порож- . дают логическую единицу). 5= О (так как ггузг1I3 .О, ТаК как уз= О).

Так как значение r4=0, то сигналы z1.

z2, z3 на элементах 1.6-18 не инвертируются, Сигналы г1 и zz, поступающие на элементы 19 и 20 неравнозначности, обеспечивают коррекцию сигналов у1 и yz.Ía выходе устройства получаем скорректированное значение выходного набора Ук = 111..

Аналогичным образом устройство работает при подаче других входных воздействий и наличии ошибок другой кратности.

Возникновение одниночной ошибки в проверочных разрядах г1, rz, гз не приводит формированию единичных значений в разряде вектора ошибки.

Для самокорректирующегося дискретного устройства, реализующего метод вычисления синдрома, сложность декодирующего устройства составляет

1716521

Ос-1 — Рс-1,59071 ° 10

Для предлагаемого устройства вероятность безотказной работы оценивается ьыражением

5 Рм=Рде .n((P) +3Р (1 — Рб)+3Рб(1 — Рб) +

+ (1 — Рб) )(РК + 4РК (1 — РК)), (4) где PK — вероятность безотказной работы по одному выходу кодирующего устройства.

Средняя сложность кодирующего устройст10 ва по одному выходу составляет семь двух7. входовых элементов, т.е, Рк=Рлэ, 66

Рдек Рлэ

Подставляя полученные значения выражение (4), определяем вероятность отказа

15 для предлагаемого способа Ом=1-Рм=б,6875 10

РС=РкодРс 7, СЗ Рб (1 — Рб) = з-)

)=о

=РкодРс (Рб +3 Рб (1 — Рб)+

+ЗРб(1-P6) + (1-P6) ), (3) где Рб - вероятность безотказной работы по 20 одному информационному выходу дискретного устройства;

Pc — вероятность безотказной работы декодирующего устройства;

Ркод — веРоЯтность безотказной Работы 25 кодирующего устройства.

Примем среднюю сложность исходного устройства по одному выходу, равной двенадцати двухкодовым логическим элементам.

Если принять интенсивность отказа од-ного двухвходового элемента А =, 0,1 10:

1, то его вероятность безотказной работы час

-О1 О равна Рлэ=е

-О.1 ° 1О

Тогда вероятность безотказной р )боты.

ПО ОДНОМУ ВЫХОДУ СОСтаВЛЯЕт Рб=Рлэ

Соответственно Рс=Рлэ1 1. Минимизи121 рованную сложность кодирующего устройства определяем, используя выражение (2) 40

Laos(KD-п)4=3блэ, где D=2 t+1=7, n=12 общее число разрядов.

В этом случае P« -=P»

36

При минимизированной сложности кодирующего устройства возникновение в 45 нем дефекта приводит к появлению ошибки кратности большей трех, Подставляя полученные значения в вы- . ражение(3), определяем вероятность отказа

Qc.

L.:> 4(6К) " (-K+ (n-К-1) f

2 1092 и — к

1=1

Ск(+ (п — К) +4К=121лэ.

При использовании предлагаемого ме; тода сложность декодирующего устройства составляет (-дел.л= (Il 1) g CK+ ll + 4К=66лэ

1=1

Вероятность безотказной работы дискретного устройства, резервированного на метод вычисления синдром с коррекцией трехкратной ошибки, оценивается выражением

Формула изобретения

Самокорректирующееся дискретное устройство, содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блох, блок вычисления синдрома, дешифратор ошибки и корректор, входы. устройства соединены с входами исходного комбинационного логического блока и входами избыточного комбинационного логического блока, информационные выходы которого подключены к входам блока вычисления синдрома, выходы которого подключены к входам синдрома дешифратора ошибки, выход которого соединен с управляющим первым входом корректора, информационные входы которого подключены. к выходам исходного комбинационного логического блока, а выход является выходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введен многовходовый элемент ИЛИ, входы которого соединены с соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логического блока, а выход подключен к второму управляющему входу корректора, информационные выходы исходного комбинационного логического блока соединены с входами эталонных сигналов дешифратора ошибки.

ЩЫ2иус2 3

Л7асЮмсуа З 1716521

Щу./ля а

17165521

Составитель А.Павлов

Техред М.Моргентал Корректор. M.Пожо

Редактор С.Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 614 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5