Многоканальное резервированное устройство

 

Использование: в аДаптйЬйых резервированных системах с любым количеством 2 резервйруемйх блоков. Сущно бть : устройство устойчиво к отказам отдельных своих звеньев и содержит: п резервируемых блоков (1), п элементов задержки (3). п элементов неравнозначности (4), h элементов И (6), п индикаторов (7). п блоков селекции длительности (16). восстанавливающий орган

сОюз сОветских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Республик (я)5 Н 05 К 10/00

fOCYQAPCTBEHHblA KOMMTET по изоБРетсниям и откРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2 t) 4886779/24 (22) 29.11,90 (46) 30.0 (.92. Бюл. М28

; (72) С.О.Уласевйч (66) Авторское свидетельство СССР

М 496660, кл. G 06 F 11/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

: М 1149264, кл. G 06 F 11/18, 1983. (54) МНОГдКАНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВИРОВАЙНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование; в аДаптивных резервированных системах с любым количеством 3 1751870 А1

2 резер(вйруе(мйх блоков. Сущнбсть. устройство устойчиво к отказ(ам ото(ельных своих звеньев и содержит: л резервируе(мых блоков (1), о элементов задержки (3). л элементов неравнозначности (4). и элементов И(6), ri индикаторов (7), и блоков селекции длительности (16). восстанавливающий орган (11), выход(1.2), 2 выхода(17, 18) блока селекции длительности 16. вход (19) блокиоовки блока селекции длительности 16. 1-3-4-16, 17-6-11-4; 17-.11-12. 17-6. 1-6, 18-19, 18-7. а

1751870 ты ИЛИ, двоичный реверсивный счетчик. 25 ключен к выходу. элемента НЕРАВНОЗНЛЧ-, пороговыйэлемент. - НОСТЬ данного канала, прямой выход

Каждый блок контроля и индикации в соединен с собственным входом блокировсвою ойередь содержит элемент НЕРАВ- . ки и входом индикатора данного канала, а

НОЗНАЧНОСТЬ; элемент НЕ, элемент за-.. инверсный выход — с соответствующим входержки, элемент И, дифференцирующие 30 дом управления восстанавливающего оргэ: на и с вторым входом элемента И того же канала.

На фиг.1 представлена функционзлвная схема устройства: на фиг.2 — 4 — диаграммы элементы, триггер и элемент индикации.Недостатком данного устройства является низкая надежность в виде его сложности, неприспособленности к возможным

: отказам его блоков контроля и индикации и 35 отдельных составляющих звеньев его порогового элемента. а также неспособности соего работы. Устройство содержит резервируемые блоки 1t,...,1 ; в каждом канале элементы

НЕ 2, элементы 3 задержки, элементы НЕдержать в своем составе четное число резервируемых блоков, ... РАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, триггеры 5, элемен- Когда данное устройство будет содер- 40 ты И 6. индикаторы 7. элементы ИЛИ 8, жать.в своем составе. четное число резерви- элементы 9 задержки, элементы И 10, восруемых блоков. то по. мере их отказов станавливающий орган 11 с выходом 12, совозникнет неоднозначность в определении держащий элементы И 13!,...,И 13,, ИЛИ значения выходного сигнала устройства с 14>,.... ИЛИ.44 . ИЛИ 15, а также содержит помощью его порогового элемента. Возник- 45 блоки 16 селекции длительности, каждйй из нвт такая ситуация в ходе работы устройст- которых включает элемент HE 2, триггер 5, ва, когда количество отказавших его элемент ИЛИ 8, элемент 9 задержки, эле"рвзервируемых блоков станет равййм коли- .. мент И 10. честву оставшихся исправных блоков. В . Используемый в Составе предлагаемого этом случае информация на выходе ревер- 50 устройства восстанавливающий орган 11 сивного счетчика, являющаяся признаком и реализует мажоритарную функцию Мл2(2 из количественным выражением прежде всего n) и описываются логическим выраженйем половины отказавших блоков, становится и таковой для половины оставшихся исправ ленных блоков, создавая при этомдля поро- 65 гового элемента неоднозначность в определений значения выходного сигнала после момента совпадения значений выходйых сигналов одной половины исправных и второй половины неисправных блоков на где п — количество каналов устройства;

Изобретение относится к автоматике и момент расхождения поровну значений вычислительной технике и может найти при- этих выходных сигналов нэ противоположменение в резервированных системах уп- ные. рз вления. В виду того, что реверсивный счетчик

Известноэдаптивноерезервированное 5 данного устройства фиксирует только отустройство, содержащее блоки адаптации, казы или сбои резервируемых блоков, инрезервированные блокй, восстанавливаю- .формация о количестве которых жестко . щий орган,.триггеры, элементы сравнения. используется пороговым элементом для опсохраняющее работоспособность до (n-2) ределения значения выходногосигнала устоткэзавших блоков (и — число резервных 10 ройствз, то отказы его блоков контроля и блоков).. - ..: .индикации недопустимы.

Недостатком известного устройства Пороговый элемент данного устройства являются ограниченные функциональные является достаточно сложным, исходя из возможности.обусловленныетем,чтоус- его функций и количества входов. Он по . тройство не имеет разрешающей способ- 15 сложности соизмерим с остальнйм резервности на выявлейие отказов и сбоев ным оборудованием устройства и являетсяотказавшего канала и в случае сбоев не про- неприспособленным к возможным отказам изводит автоматического включения в рабо- отдельных составляющих его звеньев; что ту этого канала после восстановления его также снижает надежность устройства. работоспособности..: 20 Цель изобретения - повышение нздежНаиболее близким к предлагаемому яв- ности устройства. ляется адаптивное резервированное уст- . Поставленнаяцельдостигаетсятем,что ройство. содержащее резервированные - в каждый канал предлагаемого устройства блоки,блокиконтроляииндикации,элемен- введен блок селекции, вход которого под1751870

15 менты 3 задержки, время задержки каждого

20 из них определяется суммой времен прохож25 (3), 30

55

l,jen;

xI xJ — информационные, входы восстанавливающего органа 11;

qi — входы управления восстанавливающего органа 11, Так. для резервированного устройства, содержащего четыре (n = 4) резервируемых блока 11,...,1л, логическое выражение, описывающее его восстанавливающий орган

11, имеет вид (2):

2 01х1(х2чхзчх4)чц2х2(х1чхзчх4) v ч цзхз(х1чх2чх4)чц4х4(х1чх2чхз ) (2) Для восстанавливающего органа 11, описываемого логическим выражением (1) и используемого в составе предлагаемого устройства, характерно то, что в случае отказа

l-ro канала из п каналов устройства отключаются логические элементы ИЛИ этого восстанавливающего органа 11, являющиеся частью общего количества m его элементов и реализующие логическое выражение (3): и связанные логикой работы прежде всего с этим отказавшим i-ым каналом устройства.

В последующем отказы таких отключенных элементов ИЛИ не будут влиять на работу восстанавливаЬщего органа 11 и в целом на работу устройства, что свидетельствует о приспособленности восстанавливающего органа 11 к отказам отдельных его элементов и в целом о приспособленности устройства к отказам отдельных элементов восстанавливающего органа 11.

Устройство работает следующим образом.

B начальный момент включения устройства в работу на входах его элементов

НЕРАВНОЗНАЧНОСТИ 4 присутствуют нулевые сигналы, приводящие к появлению и на выходах этих элементов нулевых сигналов. В блоках 16 селекции триггеры 5 установятся в нулевые состояния с помощью единичных сигналов с выходов элементов

Н Е 2, поступающих на сбросовые входы этих триггеров 5, Блоки селекции 16 единичными сигналами со своих инверсных выходов откроют элементы И 6, Сигналы с выходов резервируемых блоков 11,...,1 поступят на вторые входы элементов И6, пройдут через них на информационные входы восстанавливающего органа 11, который

50 определит значение сигнала на выходе 12 устройства.

Элементы 3 задержки при этом необходимы в каждом канале устройства для исключения срабатывания триггеров 5 блоков

16 селекции, в период изменения значений выходных сигналов резервируемых блоков

11,".,1„, т.е, для исключения нарушения правильности работы всего устройства. Иначе говоря, элементы 3 задержки необходимы для согласования времени прохождения сигналов с выходов резервируемых блоков

11,...,1п на одни входы элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4 с временем прохождения этих же сигналов через элементы И 6, восстанавливающий орган 11 на вторые входы элементов Н Е РАВ Н ОЗ НАЧ НОСТЬ 4. Исходя из этой функции, возложенной на эледения сигнала от одного резервируемого блока 1 через элемент И 6, восстанавливающий орган 11 на второй вход элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4.

Для селекции сбоев от отказов резервируемых блоков 11...„1> данное устройство имеет в своем составе блоки селекции 16.

Так, для случая сбоя резервируемого блока 1i на фиг.2 представлена временная диаграмма, отражающая процесс работы блока селекции 16 и элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, И6 одного канала устройства, где t — продолжительность времени, в течение которого значение выходного сигнала резервируемого блока 1 должно оставаться одним и тем же; тг — время сбоя резервируемого блока 1, t2, t4, t6, to, 1» — время задержки элементов HE 2, НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, И 6, элементов ИЛИ 8, задержки

9 соответственно.

Устройство для случая сбоя резервируемого блока 1 работает следующим образом.

Если произойдет сбой резервируемого блока 1,. то на время этого сбоя на выходе элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4 появится сигнал единичного значения. который поступит на один вход блока 16 селекции, а именно на следующие входы его элементов: на один вход элемента И 10. на вход элемента 9 задержки и через элемент ИЛИ 8 пройдет на вход элемента НЕ 2, который снимет высокий потенциал с входа сброса триггера

5, Единичный сигнал длительностью времени сбоя t

10 на вход установки в единичное состояние триггера 5, если время задержки 110 элементом 10 этого сигнала будет равняться или превышать максимально допустимое время

1751870

СбОЯ тсб.макс, НО ПЯИ ЭТОМ буДЕТ ЭнаЧИТЕЛЬНО меньше минимальной продолжительности времени t» ».

Для случая отказа типа const 0 резервируемого блока 1» на фиг,3 представлена временная диаграмма, отражающая процесс работы одного канала устройства, где to— продолжительность времени, в течение которого значение выходного сигнала резервируемого блока 1i должно оставаться одним и тем же; to — время от момента несовпадения до момента совпадения значения выходного сигнала резервируемого блока 1i со значением выходного сигнала восстанавливающего органа 11 (всего устройства) вследствие отказа блока 1», t2, tq, ts, ts, to, t9, t1o — время задержки элементов HE

2, НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, триггеров 5, И

6, ИЛИ 8, элементов 9 задер>кки, И 10 соответственно; r — длительность единичного сигнала на выходе элемента И 10, Устройство для случая отказа резервируемого блока 1i работает следу»ощим обра зом.

Если произойдет отказ резервируемого блока 1i, который проявится на промежуток времени to, то на выходе элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4 на это же время т„появится единичный сигнал, который поступит на один вход блока 16 селекции, а именно на следу»ощие входы его элементов; на один вход элемента И 10, на вход элемента 10 задер>кки и через элемент ИЛИ 8 пройдет на вход элемента НЕ 2, который снимает высокий потенциал с выхода сброса триггера 5, Если длительность единичного сигнала элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, равная времени to, превысит время t1o задержки элемента 10 задержки на время, равное т, то на выходе элемента И 10 появится сигнал единичного значения с длительностью r, который вызовет переход триггера 5 в единичное состояние, Триггер 5 при эт»»м своим инверсным выходом закроет элемент И 6, обеспечивая этим самым непрохождение сигнала с отказавшего резервируемого блока 1i через этот элемент И 6 на соответствующий.вход восстанавливающего органа 11.

Триггер 5 с прямого выхода передаст сигнал на элемент 7 индикации, который выдаст информацию об отказе соответствующего резервируемого блока 1i, Высокий потенциал с прямого выхода триггера 5 через элемент ИЛИ 8 поступит на вход элемента HE 2 с целью исключения возврата данного триггера в нулевое состояние, когда на выходе элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4 появится нулевой сигнал.

Аналогичную функцию выполняет связь выхода элемента задержки 9 с входом элемента ИЛИ 8.

Для обеспечения надежного перехода триггера 5 в единичное состояние длительность единичного сигнала на выходе элемента И 10, определяемая разностью между временем to и временем tg элемента 9 задержки, должна быть или равняться минимальной длительности тми»» импульса, обеспечивающего надежное срабатывание триггера 5, т.е. для нормальной работы устройства должно выполняться неравенство

10 (о t9) +Тмин

35

Т = (Тп — С9).

Промежуток времени Т, определяемый продолжительностью прежде всего смены значений выходных сигналов восстанавлинающего органа 11 и продолжительностью допустимой смены значений выходных сигналов отказавшего блока 1i вследствие проявлений его неисправности от момента совпадения до момента несовпадения значения ныходного сигнала этого отказавшего

45 блока 1» со значением выходного сигнала восстанавливающего органа 11, незначителен и отказ в течение него какого-то другого блока 1 устройства маловероятен.

Исходя из особенностей работы устройства для случаев сбоя резервируемых блоКОН 11„...1а ВрЕМя ЗадЕр>ККИ tg ЭЛЕМЕНТОВ 9 задержки блоков 16 селекции должно отвечать следующему неравенству:

t9 сб.»»акс.

Исходя из условия обеспечения надежного срабатывания триггеров 5 блоков 16 селекции, определяемого неравенством (то - »9) — 4»»и»»

Если в случае отказа (-го блока 1 будет

to tg, Т.Е. to tc5,ìàêñ ИЛИ (to т9) (ми»» то переброса триггера 5 с целью закрытия элемента И 6 для исключения непрохожде20 ния через него сигнала с выхода отказавшего блока 1i на соответствующий вход порогового элемента 11 не будет, Но переброс триггера 5 обязательно произойдет через небольшой промежуток времени Т, т.е. герез такой проме>куток време»1и, когда вследствие отказа блока 1i сразу возникнет ситуация несовпадения значения ныходного сигнала отказавшего блока 1i со значением выходного сигнала восстанавливающего органа 11 в течение времени to, равного времени to, В этом случае длительность т выходного сигнала элемента И 10 будет максимальной и будет определяться выражением

1751870

10 т9 < тп мин.

Таким образом, для всех возможных условий работы устройства времени задержки

t9 элементов 9 задержки должно отвечать следующему неравенству: тп мин » tg тсбмакс.

Исходя из приведенных особенностей работы одного канала предлагаемого устройства, следует в целом отметить особенности его работы.

По ходу отказов резервируемых блоков

11,...,1п триггеры 5 блоков 16 селекции своими инверсными выходами закрывают элементы И 6, обеспечивая этим самым непрохождение сигналов с ряда отказавших блоков 1 на соответствующие информационные входы восстанавливающего органа 11. Также триггеры 5 своими инверсными выходами закрывают пути прохождения сигналов с выходов элементов

ИЛИ 141,...,ИЛИ 14п восстанавливающего органа 11 через его же элементы И 131„„,И

13п, ИЛИ 15 на выход 12. Элементы ИЛИ

14,..., ИЛИ 14п связаны прежде всего логикой работы с соответствующими резервируемыми блоками 11...„1п, Так, в случае отказа резервируемого блока 1i инверсным выходом триггера 5 блока селекции 16 i-го канала устройства закрывается элемент И 13 восстанавливающего органа 11, через который уже не пройдет сигнал с выхода его элемента ИЛИ 14ь B ходе дальнейшей работы устройства отказ элемента ИЛИ 14; не будет влиять на работу восстанавливающего органа 11 и в целом на работу устройства, что свидетельствует о повышении надежности работы устройства.

Исходя из таких особенностей работы восстанавливающего органа 11, его общее количество m условных стандартных логиче- 4 ских элементов, участвующих в определении значения выходного сигнала устройства, уменьшается по ходу увеличения числа k отказов каналов устройства.

Определив в качестве логических элементов, необходимых для построения восстанавливающего органа 11, условные стандартные логические элементы И, ИЛИ на три входа (i = 3) и с коэффициентом (0 =

1) разветвления по выходу, построены гра. 5 фики зависимости m = f(n, k), представленные на фиг.4.

Процесс уменьшения общего количества rn условных стандартных логических элементов восстанавливающего органа 11;

30 устройств

50 1;,...,1п или их каналов контроля и селекции.

Предлагаемое устройство сохраняет рабо. тоспособность до (n - 2) отказавших резергде 1п мин > то > 01, время задержки tg элементов 9 задержки блоков 16 селекции должно быть значительно меньше времени t> мин, т.е, должно отвечать следующему неравенству: участвующих в определении значения выходного сигнала устройства, за счет отключения отдельных его логических элементов

ИЛИ по мере увеличения числа k отказов каналов устройс .. ва свидетельствует о повышении надежности восстанавливающ го органа и в целом устройства.

В ходе работы предлагаемого устройства, помимо отказов резервируемых блоков

1,...,1п, допустимы отказы каналов контроля и селекции, включающих элементы 3 задержки, НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 4, И 6 блоки 16 селекции, индикаторы 7, Для исключения нарушения достоверности формируемого значения выходного сигнала восстанавливающим органом 11 количество

) отказов каналов контроля и селекции должно находиться B определенном сочетании с количеством i отказов резервируемых блоков 11„,,1п, Так, количеством I отказов резервируемых блоков 1>,..Д1» связано следующим образом с количеством J допустимых отказов каналов контроля и селекции; для п =4

1) если i =О, то j =-0,1,2;

2) если I = 1, то j = 0,1;

3) если =- 2, то j = О, для и 5,.

1) если i = 0,1, то j = 0 1 2Ä...(n -2) = I;

2) если (n - 2) > i «2, то J = 0,1:

3) если I = (n - 2), то j = О, Такая особенность работы предлагаемого устройства, свидетельствует о повышении его надежности.

В связи с отмеченными особенностями работы предлагаемое устройство может содержать в своем составе как четное, так и нечетное число резервируемых блоков

11,...,1п, что очень важно при построении на основе структурного резервирования высоконадежных устройств оптиМальных по числу каналов с целью обеспечения этим самым допустимого максимума надежности этих

Исходя прежде всего из логики работы восстанавливающего органа 11, в предлагаемом устройстве допустим поток одиночных отказов или сбоев резервируемых блоков вируемых блоков 11„,,1п или их каналов контроля и селекции.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет введения в него новых связей и блоков селекции в отличие от известных устройств проще по составу, обладает приспособленностью к возможным отказам его

1751870

12 элементов его восстанавливающего органа, а также обладает возможностью содержать в своем любое число резервируемых блоков, что повышает его надежность, Формула изобретения

Многоканальное резервированное устройство, содержащее восстанавливающий орган и в каждом канале — резервируемый блок, элемент задержки, элемент неравнозначности, индикатор и элемент И, причем в каждом канале выход элемента И соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего органа, первый вход — с выходом резервируемого блока и через элемент задержки — с первым входом элемента неравнозначности, второй вход которого подключен к выходу восстанавливающего органа, являющемуся выходом уст5 ройства, о тл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в каждый канал введен блок селекции длительности,информационный вход которого подключен к выходу элемента неравнозна10 чености данного канала, прямой выход соединен с собственным входом блокировки и с входом индикатора данного канала, а инверсный выход- с соответствующим входом управления восстанавливающего органа и с

15 вторым входом элемента И того же канала, 1751870

Фив4

Составитель С.Улвсевич

Техред M.Mîðråíòàë Корректор М,Демчик

Редактор Э.Слиган

Заказ 2698 Тираж, . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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