Мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем

Авторы патента:

H03K19/23 - мажоритарные или миноритарные схемы, т.е. в которых состояние выходного сигнала соответствует состоянию большинства или меньшинства входных сигналов соответственно

G06F7/57 - Способы и устройства для обработки данных с воздействием на порядок их расположения или на содержание обрабатываемых данных (логические схемы H03K 19/00)

Владельцы патента RU 2626347:

Козелков Олег Александрович (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возможности его использования как в синхронных, так и в асинхронных дискретных схемах, уменьшение сложности устройства и повышение его быстродействия. Мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем содержит n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), n элементов И, вход запуска, n+1 элементов задержки, первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, регистр сдвига, первый выход устройства, второй выход устройства. 1 ил., 1 табл.

Известны мажоритарные модули (например, патент РФ 2300137, кл. G06F 7/38, 2007 г.), которые содержат элементы 2И, трехвходовые мажоритарные элементы и реализуют мажоритарную функцию n аргументов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип мажоритарный модуль (патент РФ 2533079, МПК H03K 19/23, G06F 7/57, 2014 г.), который содержит n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), первый выход устройства, n элементов И, два элемента ИЛИ, причем i-ый информационный вход соединен с первым входом i-го элемента И, (i=1, …, n), реализующий мажоритарную функцию n аргументов.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного мажоритарного модуля для реализации мажоритарной функции n аргументов - входных двоичных сигналов, относятся ограниченные функциональные возможности, т.к. устройство не может быть использовано в асинхронных схемах, высокая сложность и низкое быстродействие, т.к. все мажоритарные элементы сгруппированы в три группы так, что в первой и второй группах содержится по m-1 (m=0,5×(n+1), n≠1 есть любое нечетное натуральное число) мажоритарных элементов, а в каждой группе выход предыдущего мажоритарного элемента соединен с вторым входом последующего мажоритарного элемента, все элементы 2И сгруппированы в групп так, что в i-ой (i=1…N) группе содержится m-1 элементов 2И и выход предыдущего элемента 2И соединен с первым входом последующего элемента 2И.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности его использования как в синхронных, так и в асинхронных дискретных схемах, уменьшение сложности устройства и повышение его быстродействия.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем, содержащий n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), первый выход устройства, n элементов И, два элемента ИЛИ, причем i-ый информационный вход соединен с первым входом i-го элемента И, (i=1, …, n), дополнительно введены вход запуска, второй выход устройства, n+1 элементов задержки, регистр сдвига, причем выход i-го элемента И соединен через i-ый элемент задержки с i-ым входом первого элемента ИЛИ, (i=1, …, n), вход запуска соединен со вторыми входами всех элементов И, с первым тактовым входом и управляющим входом регистра сдвига и через (n+1)-ый элемент задержки с первым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым тактовым входом регистра сдвига, (m+2)-ой выход регистра сдвига соединен с первым выходом устройства и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен со вторым выходом устройства, первый вход данных регистра сдвига соединен с шиной «логическая 1», j-ый вход данных регистра сдвига соединен с шиной «логический 0», j=2, …, m+2.

На чертеже представлена схема устройства. Мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем содержит n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), 1₁-1_n, n элементов И 2₁-2_n, вход запуска 3, n+1 элементов задержки 4₁-4_n+1, первый элемент ИЛИ 5, второй элемент ИЛИ 6, регистр сдвига 7, первый выход устройства 8, второй выход устройства 9. Элементы схемы соединены следующим образом, i-ый информационный вход 1_i соединен с первым входом i-го элемента И 2_i, (i=1, …, n). Выход i-го элемента И 2_i соединен через i-ый элемент задержки 4_i с i-ым входом первого элемента ИЛИ 5, (i=1, …, n). Вход запуска 3 соединен со вторыми входами всех элементов И 2_i-2_n, с первым тактовым входом (C₁) и управляющим входом (V) регистра сдвига 7 и через n+1-ый элемент задержки 4n+1 с первым входом второго элемента ИЛИ 6. Выход первого элемента ИЛИ 5 соединен со вторым тактовым входом (С₂) регистра сдвига 7. (m+2)-ой выход (Q_m+2) регистра сдвига 7 соединен с первым выходом 8 устройства и вторым входом второго элемента ИЛИ 6. Выход второго элемента ИЛИ 6 соединен со вторым выходом устройства 9. Первый вход данных (D₁) регистра сдвига 7 соединен с шиной «логическая 1». j-ый вход данных (D_j) регистра сдвига 7 соединен с шиной «логический 0», j=2, …, m+2.

Работает устройство следующим образом.

На информационные входы 1₁-1_n подаются значения аргументов X₁-X_n, n - нечетное число, n=2m+1, m=1, 2, ….

На вход запуска 3 подается единичный импульс, который поступает:

- на первый тактовый вход (C₁) и управляющий вход (V) регистра сдвига 7, при этом в регистр сдвига 7 записывается с входов данных D₁-D_m+2 двоичное число 10…0, которое и появляется на выходах Q₁-Q_m+2 регистра сдвига 7;

- на вторые входы всех элементов И 2₁-2_n, при этом если значение i-го аргумента X_i=1, то импульс с входа запуска 3 проходит на выход элемента И 2_i, и через элемент задержки 4_i с временем задержки i×T_c, (Т_с - время сдвига на один разряд в регистре сдвига), поступает на i-ый вход первого элемента ИЛИ 5. Сигнал с выхода первого элемента ИЛИ 5 поступает на второй тактовый вход (С₂) регистра сдвига 7, при этом происходит сдвиг содержимого регистра сдвига 7 вправо;

- через (n+1)-ый элемент задержки 4_n+1 со временем задержки Т_и+Т_или+(n+1)×Т_с (Т_и - время задержки в элементе И 2, Т_или - время задержки в элементе ИЛИ) поступает на первый вход второго элемента ИЛИ 6 и проходит на второй выход устройства 8.

В процессе работы устройства возможны два случая:

1. Количество значений «1» среди значений аргументов не менее чем m+1. В этом случае, как только поступит на выход первого элемента ИЛИ 5 (m+1)-ый импульс, то на выходе Q_m+2 регистра сдвига 7 появится сигнал «1», который поступит на первый выход устройства 8, указывая на значение мажоритарной функции, и через второй элемент ИЛИ 6 на выход 9, указывая, что результат вычисления мажоритарной функции готов.

2. Количество значений «1» среди значений аргументов меньше чем m+1. В этом случае на выходе Q_m+2 регистра сдвига 7 все время будет сигнал «0». После окончания опроса значений аргументов на первом входе второго элемента ИЛИ 6 появляется сигнал «1», который проходит на второй выход устройства 9, указывая, что результат вычисления мажоритарной функции готов и его значение «0» сформировано на первом выходе 8 устройства.

Особенностью предложенного устройства является то, что как только будет выявлено, что значение мажоритарной функции «1», то оно сразу же поступает на первый выход 8 устройства и на второй выход устройства 9, указывая, что данные готовы. Для большинства двоичных наборов время вычисления единичного значения мажоритарной функции будет меньше времени опроса всех значений аргументов. Это позволяет использовать устройство в асинхронных схемах. Т.е. заявленное устройство имеет более широкие функциональные возможности.

Сравним характеристики обоих устройств.

Максимальная задержка сигнала от подачи сигнала запуска на вход запуска 3 в заявленном устройстве

Т_заяв=Т_и+2Т_или+(n+1)×T_c

и растет линейно от количества аргументов.

Заявленный мажоритарный модуль содержит n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), 1₁-l_n, n элементов И 2₁-2_n, вход запуска 3, n+1 элементов задержки 4₁-4_n+1. Первый элемент ИЛИ 5 имеет n входов. Количество разрядов регистра сдвига 7 равно (n+1)/2.

Таким образом, сложность заявленного устройства растет линейно от количества аргументов.

В прототипе все мажоритарные элементы сгруппированы в три группы так, что в первой и второй группах содержится по m-1 (m=0,5×(n+1), n≠1 есть любое нечетное натуральное число) мажоритарных элементов, а в каждой группе выход предыдущего мажоритарного элемента соединен с вторым входом последующего мажоритарного элемента, все элементы 2И сгруппированы в групп так, что в i-й (i=1…N) группе содержится m-1 элементов 2И и выход предыдущего элемента 2И соединен с первым входом последующего элемента 2И.

В таблице приведены значения количества групп N, рассчитанные по приведенной выше формуле, в зависимости от m и n.

Анализ приведенных значений показывает, что в прототипе сложность и задержка растет не по линейному закону, а значительно сильнее.

Сравнение характеристик прототипа и заявляемого устройства показывает, что заявленное устройство имеет более широкие функциональные возможности, меньшую сложность и большее быстродействие и эффективность его применения растет с количеством аргументов.

Мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем, содержащий n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), первый выход устройства, n элементов И, два элемента ИЛИ, причем i-ый информационный вход соединен с первым входом i-го элемента И, (i=1, …, n), отличающийся тем, что дополнительно содержит вход запуска, второй выход устройства, n+1 элементов задержки, регистр сдвига, причем выход i-го элемента И соединен через i-ый элемент задержки с i-ым входом первого элемента ИЛИ, (i=1, …, n), вход запуска соединен со вторыми входами всех элементов И, с первым тактовым входом и управляющим входом регистра сдвига и через (n+1)-ый элемент задержки с первым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым тактовым входом регистра сдвига, (m+2)-ой выход регистра сдвига соединен с первым выходом устройства и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен со вторым выходом устройства, первый вход данных регистра сдвига соединен с шиной «логическая 1», j-ый вход данных регистра сдвига соединен с шиной «логический 0», j=2, …, m+2.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его сложности при реализации мажоритарной функции, дизъюнкции, конъюнкции пяти аргументов.

Мажоритарный элемент "6 и более из 11" // 2621340

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в схемотехническом упрощении, сокращении номенклатуры и числа используемых логических элементов.

Пороговый элемент троичной логики на токовых зеркалах // 2618901

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к недвоичной технике, и предназначено для создания цифровых устройств троичной логики. Техническим результатом является реализация порогового элемента троичной логики на токовых зеркалах.

Мажоритарное устройство // 2618192

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении отказо- и сбоеустойчивых радиационно-стойких самосинхронных схем.

Универсальный логический модуль // 2610678

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации простых симметричных функций и бесповторных булевых функций, зависящих от четырех переменных.

Мажоритарный модуль для систем с реконфигурацией // 2610676

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления с реконфигурацией.

Универсальный мажоритарный модуль // 2610246

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики и функциональных узлов систем управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей мажоритарного модуля за счет обеспечения реализации всех мажоритарных функций, зависящих от трех аргументов, при пяти входах модуля.

Логический модуль // 2609743

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат - уменьшение аппаратурных затрат и повышение быстродействия.

Логический преобразователь // 2602331

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом является уменьшение аппаратурных затрат и повышение быстродействия при сохранении функциональных возможностей прототипа - реализации симметричных булевых функций пяти переменных при соответствующих настройках.

Логический преобразователь // 2585725

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики и функциональных узлов систем управления. Технический результат заключается в обеспечении параллельной реализации четырех простых симметричных булевых функций, зависящих от четырех аргументов - входных двоичных сигналов.

Многофункциональный мажоритарный модуль // 2626346

Логический вычислитель // 2626345

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом изобретения является упрощение управления за счет обеспечения реализации n простых симметричных булевых функций, зависящих от n аргументов - входных двоичных сигналов, с помощью настройки на реализацию требуемой симметрической функции путем подачи на настроечные входы соответствующего двоичного кода, а также расширение функциональных возможностей за счет формирования сигнала готовности результата, что позволяет использовать логический вычислитель как в синхронных, так и в асинхронных схемах.

Настраиваемый логический модуль // 2626343

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации простых симметричных функций и пороговых булевых функций, зависящих от трех аргументов.

Арифметическое устройство // 2625528

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может применяться в составе арифметических устройств цифровых вычислительных машин. Техническим результатом является повышение точности умножения.

Полностью параметризуемая система управления электронными предупреждениями и процедурами, предназначенная для летательного аппарата // 2623281

Группа изобретений относится к системе управления предупреждениями и процедурами для летательного аппарата, способам параметризации, разработки и технического обслуживания системы управления предупреждениями и процедурами.

Способ, устройство и сервер распознавания конфиденциальной фотографии // 2622874

Изобретение относится к области распознавания конфиденциальной фотографии. Технический результат – расширение арсенала технических средств для распознавания конфиденциальной фотографии.

Логический модуль // 2621376

Логический модуль предназначен для реализации любой из пяти простых симметричных булевых функций, зависящих от пяти аргументов - входных двоичных сигналов, и может быть использован в системах цифровой вычислительной техники как средство преобразования кодов.

Логический преобразователь // 2621281

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении быстродействия.

Определение длины группы символьных данных, содержащей символ окончания // 2621000

Группа изобретений относится к области обработки текста и может быть использована для определения длины символьных данных, в состав которых входит символ окончания.

Мажоритарный элемент "4 и более из 7" // 2619197

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в радиосредствах специальной радиосвязи для высоконадежной передачи данных по радиоканалу в условиях воздействия комплекса помех.

Мажоритарный модуль "три из пяти" // 2628117

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его сложности при реализации мажоритарной функции, дизъюнкции, конъюнкции пяти аргументов. Мажоритарный модуль «три из пяти» содержит пять информационных входов 1, 2, 3, 4, 5, два настроечных входа 6, 7, выход модуля 8, мажоритарный элемент 9, первый элемент ИЛИ 10, второй элемент ИЛИ 11, третий элемент ИЛИ 12, четвертый элемент ИЛИ 13, первый элемент И 14, второй элемент И 15, третий элемент И 16, четвертый элемент И 17, пятый элемент И 18, шестой элемент И 19. 1 ил., 1 табл.