Способ определения нарушений и исправления нарушенных кодов разрядов числа при кодировании "1 из 4"

Изобретение относится к вычислительной технике, технике связи и может быть использовано для построения вычислительных средств и средств связи в системах управления и обработки информации. Технический результат заключается в повышении достоверности передаваемой информации и снижении энергопотребления. Технический результат достигается за счет того, что в кодирующем устройстве передающей стороны канала связи информация, поступившая из источника в двоичном коде, преобразуется в код «1 из 4» с активным нулем; преобразованная информация формируется в виде массива слов, который можно представить в виде таблицы, содержащей П₁ строк (слов), каждая из которых содержит П₂ четверичных разрядов в коде «1 из 4», при этом одноименные четверичные разряды строк образуют П₂ вертикальных столбца массива; у каждого слова и вертикального столбца массива формируется контрольный код, соответственно, К_r и К_в, путем последовательного суммирования разрядов слова и вертикального столбца без учета переноса; в устройстве контроля принятая информация проверяется на соответствие коду «1 из 4» и контрольным кодам К_r и К_в; при обнаружении сбоя информация корректируется и передается в оконечное устройство. 3 ил.

 

Изобретение относится к области вычислительной техники, техники связи и может быть использовано для построения вычислительных средств и средств связи в системах с повышенной достоверностью обрабатываемых данных, низким энергопотреблением, что в значительной мере сказывается на снижении массогабаритных характеристик данных систем.

Известно отказоустойчивое устройство (патент РФ №2297036, МПК G06F 11/08, заявлено 20.05.2004, опубликовано 10.11.2005), обеспечивающее передачу информации, закодированной по способу двумерного итеративного кода, позволяющее корректировать ошибки в одном байте информации и обнаруживать их в остальных байтах.

Недостатками устройства (способа кодирования) являются недостаточная достоверность обрабатываемой и передаваемой информации и неравномерность потребления электроэнергии в процессе работы.

Наиболее близким по технической сущности прототипом к заявляемому способу является способ передачи дискретной информации (патент РФ №2239941, МПК⁷ Н03М 13/00, заявлено 19.12.2002, опубликовано 10.11.2004).

На передающем конце линии связи способ предусматривает наличие источника информации, кодирующего устройства и передатчика, а на приемном - приемника, устройства контроля (декодирующего устройства) и оконечного устройства.

Данные с источника информации поступают в кодирующее устройство, подвергаются в нем преобразованию - информационные разряды обрамляются контрольными и передатчиком транслируются в приемную часть канала.

Приемник осуществляет прием закодированной информации и передает ее в устройство контроля (декодирующее устройство).

Устройство контроля проверяет поступившую информацию на отсутствие ошибок, при их наличии осуществляет коррекцию принятой информации (устраняет ошибки) и передает ее в оконечное устройство для дальнейшей обработки. Поскольку устройство контроля не всегда обеспечивает исправление ошибок, то при отсутствии такой возможности, оно фиксирует их наличие.

Необходимо отметить, что состав передаваемой информации (количество единиц в двоичном числе) не является постоянными и величина потребляемой электроэнергии, которая напрямую зависит от состава обрабатываемой информации, должна рассчитываться на ее максимальное значение.

Способу - прототипу присущи недостатки отказоустойчивого устройства, указанного выше.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение достоверности передаваемой информации и снижение уровня потребления электроэнергии.

Это достигается тем, что в известном способе передачи дискретной информации в кодирующем устройстве передающей стороны информация, поступившая из источника в двоичном коде, преобразуется в код «1 из 4» с активным нулем. Важной особенностью системы кодирования «1 из 4» является прозрачная связь с двоичной системой, которая реализуется простыми схемами. Для наглядности приведем таблицу соответствия двух разрядов двоичной системы и системы «1 из 4» с активным нулем:

№ п/п	Двоичная система	Система «1 из 4»
1	00	0001
2	01	0010
3	10	0100
4	11	1000

Преобразованная информация формируется в виде массива слов, который можно представить в форме таблицы, содержащей П₁ строк (слов), каждая из которых содержит П₂ четверичных разрядов в коде «1 из 4», при этом одноименные четверичные разряды строк образуют П₂ вертикальных столбца массива.

У каждого слова массива формируется контрольный код (K_r) путем последовательного суммирования разрядов слова без учета переноса, а у каждого вертикального столбца аналогичным способом формируется контрольный код (K_в) одноименных вертикальных разрядов.

Подготовленный (закодированный) к передаче массив имеет вид (см. фиг.1) и в таком формате поступает на приемную часть канала передачи информации.

В устройстве контроля (декодирующем устройстве) принятая от приемника информация проверяется на соответствие коду «1 из 4» и контрольным кодам K_ri и K_вi, и при обнаружении ошибки в принятой информации определяется характер ошибки, ее местоположение в массиве.

Заключительной операцией в устройстве контроля является устранение ошибки - восстановление принятой информации.

Предлагаемый способ исправления нарушений кодов разрядов числа при кодировании «1 из 4» заключается в следующем.

Схемой контроля определяется четверичный разряд, в котором произошло нарушение кода «1 из 4». Содержимое этого разряда заменяется нулевым кодом (0001) и у полученного вспомогательного числа определяется контрольный код (K_ro и К_во), полученный последовательным суммированием разрядов числа без учета переноса.

Далее определяется разность контрольного кода исходного числа и контрольного кода вспомогательного числа:

K_r-K_ro=ΔK_r или К_в-К_во=ΔК_в

Для восстановления нарушенного кода четверичного разряда ранее установленный нулевой код в данном разряде заменяется на ΔK_r (ΔК_в).

Приведенный способ назовем «способом нулевого кода».

После восстановления нарушенного кода разряда производится проверка числа на совпадение исходного контрольного кода с контрольным кодом исправленного числа. При ΔK_r (ΔK_в)=0 операция восстановления выполнена.

Рассмотренный способ исправления кодов в одном четверичном разряде слова или столбца применим и при неоднократных ошибках в четверичных разрядах слов и столбцов. Предположим, что массив информации, поступивший в устройство контроля, содержит восемь слов и десять вертикальных столбцов и каждое слово и столбец сопровождается контрольными кодами (K_ri и К_вi), как показано на рисунке (см. фиг.2).

Каждый четверичный разряд массива (P_ij) имеет свой номер Р, где i - номер слова в массиве, a j - номер столбца. Пусть заштрихованные разряды (например, Р₂₂, P₂₄ и т.д.) не соответствуют требованиям кода «1 из 4».

Исправление кодов осуществляется в следующей последовательности этапов:

1 - корректируются слова, имеющие искажение в одном четверичном разряде (Р₄₇, P₇₂₎;

2 - корректируются столбцы, имеющие искажение в одном четверичном разряде (Р₂₅, Р₅₉);

3 - корректируется слово, имеющее после этапа 2 искажение в одном четверичном разряде (Р₅₄);

4 - корректируется столбец, имеющий после этапа 1 искажение в одном четверичном разряде (Р₂₂);

5 - корректируется слово, имеющее после этапа 4 искажение в одном четверичном разряде (Р₂₄).

Операция восстановления информации выполнена.

Рассмотренный способ исправления искажений в четверичных разрядах применим и в случаях, когда искажения не нарушают принципа кодирования «1 из 4», то есть в четверичном разряде имеет место двойная ошибка. К примеру, вместо кода 010 или вместо кода 0001 - код 0100. Способ сравнения принятого контрольного кода со сформированным при приеме будет фиксировать их несовпадение, однако неисправный четверичный разряд будет неизвестен.

Использование вертикальных столбцов массива и их контрольных кодов определяет этот разряд. И действительно, каждый четверичный разряд массива одновременно принадлежит только одному слову и только одному вертикальному столбцу этого массива. А поскольку номер вертикального столбца определяется номером четверичного разряда слова, то номер вертикального столбца, в котором не совпали контрольные коды, определит нам и номер неисправного четверичного разряда слова.

Приведенный способ определения нарушений и исправления нарушенных кодов разрядов числа при кодировании «1 из 4» в значительной мере повышает достоверность передаваемой информации.

При этом следует отметить, что способ выявляет все ошибки, но не все возможные комбинации ошибок подлежат коррекции.

Доля неисправляемых ошибок незначительна. Например, для массива из десяти слов, каждое из которых содержит сто разрядов, доля неисправляемых ошибок составляет примерно 6×10^-6.

Вариант невозможности исправления ошибки можно рассмотреть на примере. Если предположить существование ошибки в разряде Р₂₉, то восстановить информацию во втором и пятом словах невозможно.

При создании вычислительных средств и средств связи использование способа кодирования «1 из 4» по сравнению с двоичной системой кодирования при равной достоверности их функционирования снижает уровень энергопотребления в 5-5,5 раза.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 представлена структура массива слов, сформированного для передачи по линии связи.

На фиг.2 представлена, как пример, структура массива, поступившего в приемную часть линии связи.

На фиг.3 обозначены:

1 - источник информации;

2 - кодирующее устройство;

3 - передатчик;

4 - приемник;

5 - устройство контроля;

6 - оконечное устройство.

Предлагаемый способ определения и исправления нарушений при обмене информацией, существующая элементная база (микропроцессоры и контроллеры, реализованные на базовых БИС) дают возможность создания разнообразных вычислительных средств и средств связи для построения управляющих систем реального времени, одной из основных характеристик которых является высокий уровень достоверности обрабатываемой информации (исправления ошибок при передаче информации).

Способ определения нарушений и исправления нарушенных кодов разрядов числа при кодировании «1 из 4», обеспечивающий передачу информации по каналу связи, который на передающей стороне содержит источник информации, кодирующее устройство и передатчик, а на приемной - приемник, устройство контроля и оконечное устройство, при этом:
- на передающей стороне канала данные от источника информации в виде слов в двоичном коде поступают на кодирующее устройство, где проходят форматирование и далее передатчиком пересылаются по линии связи в приемную часть канала;
- на приемной стороне канала данные, поступившие на приемник, пересылаются в устройство контроля, где осуществляется проверка принятой информации на отсутствие ошибок, а при обнаружении таковых их устранение (корректировка информации) и последующая передача в оконечное устройство, отличающийся тем, что в кодирующем устройстве информация, поступившая из источника в двоичном коде, преобразуется в код «1 из 4» с активным нулем, формируется в виде массива слов, который можно представить в виде массива слов, который можно представить в форме таблицы, содержащей П₁ строк (слов), каждая из которых содержит П₂ четверичных разрядов в коде «1 из 4», при этом одноименные четверичные разряды строк образуют П₂ вертикальных столбцов массива, у каждой строки и вертикального столбца формируется контрольный код (K_r и соответственно K_в) путем последовательного суммирования четверичных разрядов строк и вертикальных столбцов без учета переноса, в устройстве контроля поступившая информация проверяется на соответствие коду «1 из 4» и контрольным кодам K_ri и К_вi и при обнаружении несоответствия (ошибки) определяется ее характер и местоположение в массиве, после чего происходит корректировка (устранение ошибки) информации способом нулевого кода, который заключается в следующем: содержимое неисправного четверичного разряда заменяется на нулевое значение (0001), формируется контрольный код (K_ro и К_во) с учетом произведенной замены, определяется разность
K_r-K_ro=ΔK_r или К_в-К_во=ΔК_в
и установленный ранее в неисправном разряде нулевой код заменяется на ΔK_r (ΔК_в).