Контрольно-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов

 

нет©нтv, O-ПИ Е <„, бо81„, С©юз СОветских

Соцналнстнческих

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДОЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.07,72(21) 1792940/18-24 (53) М. Кл 2

& 06 F 15/16, G- 06 F 11/00;

,Н 05 К 10/00 с присоединением заявки №вЂ”

{23) Приоритет(43) Опубликовано 25.05.78pюллeтень № 19. (4б) Дата опубликования описания1т .фб. т3.

Гасударстеенимй комитат

Совета Министров СССР ое делан иееаретеиий и аткрмтий (53) УДК 681.326.

;77 (088.8) P. Ф. Лобанов и И. И. Бармас (72) Авторы изобретения (71) Заиввтель (54) КОНТРОЛЬНОКОММУТИРУ10 ЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

РЕЗЕРВИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и автоматики .и может быть использовано при создании вычислительных комплексов повышенной надежности.

Известно устройство )1), содержащее функциональные секции, на которые разбивается каждая цифровая вычислительная машина (ЦВМ), причем информационные, адресные н управляющие шины каждой секции объединены в каждой ЦВМ через сборки в соответствующие магистральные шины, подключенные ко входам блоков сопряжения межсекционных связей всех машин, выходы блеков. сопряжения соединены с соответствующими входами функциональных секций ЦВМ, каждый блок сопряжения содержит мажориторные схемы m из и, клапан блокировки мажорирования, обходные клапаны, сборки, регистр управления со схемой выработки управляющих сигналов, каждая магистральная шина каждой машины подсоединяется к входу магистральной схемы и через клапан блокировки — к первому входу сборки, а через обходной клапан к дополнительному входу сборки, управляющие входы клапанов связаны шинами управления с соответствующими выходами схемы управления, подключенной к регистрам управления.

Основной недостаток этого. устройства сос- тоит в громоздкости и сложности аппаратуры, решающей задачу исключения пропуска ошибочной информации каждой функциональной секции.

Разделение ЦВМ на функциональные секции усложняет контрольно-коммутирующее устройство, снижает его надежность, лишает возможности использования избыточной информации ЦВМ для повышения достоверности

1g контроля.

Известно устройство, содержащее резервные узлы, блоки кодового н логического контроля и блок управления, дополнительные ключевые элементы и входные и контрольные адаптивные магистральные элементы, .подключаюИ щие информационные выходы всех резервных узлов к блоку кодового контроля, выход которого подключен к входу блока управления, а. выходы блока управления соединены с управляющими входами ключевых и всех адаптивных, магистральных элементов (21

Недостаток такого устройства состоит в том, что задача контроля решается аппаратно, что снижает достоверность определения неисправной машины.

В известных устройствах в тех случаях, ког25 да исчерпан порог мажорирования, достовер008162

3 ность определения неисправной ЦВМ резко падает и ие обеспечивается надежность выходного информационного канала даже при наличии в комплексе исправных машин.

Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является контрольно-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов, содержащее блок коммутации, блок фиксации ошибя, блок фиксации неопределенности и блок управления коммутацией, соединенные с арифметическим устройством и устройством управления соответствующих М вычислительных машин t3I.

Недостатком этого контрольно-коммутирующего устройства является низкая достовер ность и надежность определения и отключения неисправной вичислительной машины, что вызывается, прежде всего, значительной сложностью его аппаратуры, которая, в свою очередь, определяется аппаратным принципом выявления и отключения неисправной вычислительной машины и неполнотой контрольной информации о состоянии вычислительной машины {ВМ) 13).

Цель изобретения — повышение достоверности вычислений и надежности определения и отключения неисправной вычислительной ма.шины.

Это достигается тем, что контрольно-коммутирующее устройство содержит блок сигналов коммутации и блок предварительной фиксации ошибки, причем входы блока управления коммутацией подключены к выходам соответствующего устройства управления каждой из М вЂ” 1 вычислительных машин, а выходы —." к соответствующим входам блока предварительной фиксации ошибки, блока фиксащщ ошибки и блока фиксации неопределеннос ти, другие входы блоков предварительной фиксации ошибки и фиксации неопределенности подключены к выходам арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, другие входы блока фиксации ошибки подключены к выходам блоков предварительной фиксации ошибки соответствующих пар М вЂ” 1 вычислительных машин, .выход арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, а выходы блока фиксации ошибки подключены ко входам устройства управления соответствующей вычислительной машины, и входу блока сигналов коммутации, другие входы которого подключены к выходам устройства управления, а выход — к управляющему входу блока коммутации, информационный вход которого подключен к выходу арифметического устройства соответствующей вычислительной машины.

На фиг. 1 представлена структурная схема контрольно-коммутирующего устройства; иа фиг. 2 — схема связей устройства в трехмашинном цифровом вычислительном комплексе.

Контрольно-коммутирующее устройство содержит блок 1 коммутации, блок 2 сигналов коммутации; блок 3 фиксации ошибок, блок 4 фиксации неопределенности, блок 5 предварительной фиксации ошибки, блок 6 управления

4 коммутаиией, шину 7 сигналов управления, входные и выходные шины 8 обмена сигналами, информационные выходные шины 9 арифметического устройства вычислительной машины, шины 10 обмена сигналами М устройств управления, устройства !1 управления соответствующих вычислительных машин, арифметическое устройство 12, оперативное запоминающее устройство 13, выходные шины 14 контрольно-коммутирующего устройства. На фиг. 2 приведена схема связей устройства, где k; — информационный сигнал одного канала выдачи информации i-,é ВМ;

Sp < — сигнал операции выдачи контрольного слова;

S< > — сигнал операции выдачи информации

ts из ВМ во внешнее устройство; а (4..А..j) — единичное состояние пускового органа ВМ; (..$,.ë.. j), соответствующее пребыванию ВМ в рабочем состоянии;

S p- — сигнал сбоя ВМ1, выработанный в

1-й BN;

S

S,к;. (т) — сигнал сбоя i-й ВМ, зафиксированный на триггере памяти; р — разряд контрольного слова, соответствукнцнй признаку несовпадения информации

i-й ВМ с информацией 4-й ВМ; р; „ — разряд контрольного слова, соответствующий признаку несовпадения информации i-й ВМ с информацией 4-й и А,-й ВМ;

А у! — признак совместной работы в вычислительном комплексе только i-й и P,-A ВМ;

А х — признак совместной работы в вы.числительном комплексе i-й, ф-й и А,-й ВМ;

А„< — признак совместной работы в комплексе только ВМ; и какой-либо другой ВМ;

S ;g — сигнал неопределенности в комплексе;

Sat,, —. сигнал коммутации.

Кеа., Кп ь, Kqy@ — кодовые слова результата анализа в первой, второй и третьей ВМ имеющейся в них избыточной информации с целью контроля достоверности ее работы;

4в Клк, Клас, K3 — текущие контрольные слова, являющиеся результатом принятого решения о состояниях, соответственно, первой, второй и третьей ВМ: разрядам текущего контрольного слова поставлены в соответствии

IlPH3HBKH gI gg, (P> g, tP g, Ki a, К к, К к — кодовые слова, содержащиеся в . ячейках оперативного запоминающего устройства и представляющие собой информацию о предыстории поведения ВМ (например, признаки выхода скорости изменения о параметров за допускаемую зону, результаты тестовых и диагностических проверок и т.п., результатов, программных и алгоритмических способов контроля);

8»»»е, - июль. 8к;.е — контрольные сигналы с аппаратуры встроенного контроля устройства первой, второй и третьей ВМ (6 — число контролируемых. аппаратно устройств и блоков).

Блок 1 коммугацин представляет собой на.бор унравляемнх.сигналом Зк;,, вентилей, информационные входы которых соединены с вы9 ходами арифметического устройства ВМ, по которым поступает информация, предназначенная для выдачи во внешние устройства.

Блок сигналов коммутации 2 предназначен для выработки сигнала S>;, подаваемого иа управляющий вход блока 1 коммутации на основании входных сигналов Spsg;, поступающих с выхода устройства управления ВМ, н сигналов S tt; (r}, S«,, поступающих с выходов блока 3 фиксации ошибок и блока 4 фиксации. неопределенности. Выработка сигнала осуществляется в соответствии со следующим выражением

Sx; = S (S,s;() tt Sttth3. (1) Блок 3 фиксации ошибки предназначен для выработки сигнала Sw;, подаваемого по шинам 7 на вход устройства 11 управления ВМ и сигнала S

4, л-н л=и 4.и

Sàát - (S„* V %У, 4 4») V (V S„ç м бфб ф )у 2)

"4л Ф 4*!

2S блока 3 фиксации ошибок других ВМ комплекса.

Выходными сигналами являются сигналы у;4», подаваемые с выходов арифметического устройства !2 ВМ, сигнал Spi, подаваемый с выхода устройства 11 управления ВМ, н сигналы А;х», подаваемые с выходов блока управления коммутацией.

Выработка предварительных сигналов ошибок Sw,; осуществляется по следующему алгоритму: ф,»

Ва,Г,; =„ 7,Soi « ». Aj4» г Л +1+1 (4) Блок управления коммутацией 6 ие является новым по сравнению с известным. Он предназначен для выработки признаков состояния комплекса А; », А;, А.;, A;4». и других, поступающих в остальные блоки устройства и служащих для управления их работой.

Выработка признаков осуществляется на ос- новании сигналов а t,. а; ...а! ...а ...ам, пбступающих по шинам 10 и 7 с выходов устройства 11 управления ВМ комплекса по алгоритмам:

А; » = сс, «». «; «1.+ «t, «4 1".«» «»- - м, ... erat as+t... Ар P+i"- < »" «л! м

Jñ

Л„, = А,„V A.; „ ." А х. где» Ф4Ф Л

3,,.й) = («1ъ) Т S,st (5,, «1ъTSS к;)

В,, Ж =" («Оэ) 7 S st (as ®О»Тг Щ)

Блок 4 фиксации неопределенности предиазиачеи для выработки сигнала неопределенностИ S,; (г), подаваемого на вход блока 2 сигиа. лов коммутации на основании входных сигналов s!a;*, подаваемых по шинам 9 с выхода ариф* метического устройства 12, сигналов Ass,, А«, подаваемых с выходов блока 6 управления коммутацией и, в отличии от известного устройства, сигнала S0 t, подаваемого с выхода устройства !1 управления.

Выработка сигнала осуществляется по следующему выражению:

4=И

8„;-Ч $„ Р,Е А;, 4Ф1. (3)

41

Выходом является сигнал S, (Г), который запоминается на триггере„сброс. триггера осуществляется сигналом А„;.

Блок 5 предварительной фиксации ошибки является принципиально новым н предназначен для выработки сигналов ошибок S

Работа контрольно-ком мути рующе го устройства осуществляется следующим образом.

Перед каждой выдачей: результатов вычислений во внешние устройства вычислительные машины, работающие в резервированном вычис» лительном комплексе над решением одних а тех же задач, осуществляют обмен информацией по межмашинным каналам связи с последующим сравнением по программе этой инфор40 мацин между собой, в результате этого (а также благодаря использованию других программных, аппаратных и алгоритмических средств контроля) каждая ВМ выбирает контрольное слово, каждому разряду которого с авятся в соответствии признаки несовпадения йнформации у а, у; », у и др. Затем по команде

Stt < программы нз арифметического устройства 12 контрольное слово по шинам 8 выдается либо в блоки 3 фиксации ошибок и блоки 5 предварительной фиксация ошибок, если число

Й ВМ в комплексе равно трем или более трех, что автоматически указывается признаками A„ », А », вырабатываемыми в блоке 6 управления коммутацией, либо в блоке 3 фиксации ошибок, если число ВМ равно двум, что указывается признаками А > и A,à.

Если соответствующий сигнал р » Или р; присутствует, то в блоке 3 фиксации ошибок (илн блоке 4 фиксации неопределенности) кирабатываются соответствующие сигналы S, t (e), S.щ нли S.; (Ф). Одновременно в других, напри- мер k,-м н ф-as блоке 5 предварительной фикса-

608162

Чтобы выявить этот факт и, тем самым, исключить принятие неверного решения, в аппаратной части каждого контрольно-коммутиьо ции ошибок вырабатываются аналогичные сигналы Ошибок даннои ВМ S<,.z,г, $с61, кОтОрые поступают в блок 3 фиксации ошибок данной i-й ВМ, благодаря чему достоверность выработки сигналов ошибки данной i-й ВМ увеличивается. Действительно, если сигнал ошибки по информации данной ВМ из-за нарушения выработки контрольной информации не будет сформирован, сигнал ошибки $, ; данной ВМ будет выработан на основе сигналов $и; н $к.q, поступающих из блоков 5 предварительной фиксации ошибок А-й и -.й

ВМ. На основе сигнала ошибки $,2,. или S. (z) в блоке сигналов коммутации вырабатывается сигнал блокировки, который запрещает в соответствии с выражением (1) выработку сигнала Sj,{2). Одновременно сигналом из блока 3 фиксации ошибок осуществляется воздействие на устройство 11 управления ВМ с целью запрещения дальнейшей выдачи информации во внешние устройства из данной ВМ и перевода ее в режим диагностики; Однако, если характер неисправности в ВМ таков, что реакции устройства 11 управления ВМ на сигнал Sz, не наступит н в следующем шаге программы по команде $ог произойдет выдача информации К2 из арифметического устройства 12 ВМ во внешние устройства, то выдача эз информации во внешние устройства через блок 1 коммутации не произойдет, так как сигнал S > выработан не будет.

Сйгнал $, ; в устройстве 11 управления ВМ осуществляет снятие признака а, благодаря чему в блоке 6 управления коммутацией про- исходит автоматическая перестройка . признаков Адз.. А дл н т.д. н, следовательно, всего контрольно-коммутирующего устройства. Данное контрольно-коммутирующее устройство при трех ВМ в вычислительном комплексе представ- з ляет собой простое устройство и, в целях повышения надежности, включается в состав каждой ВМ.

Взаимосвязь предложенного устройства с другими устройствами резервированного комплекса представлена иа фиг. 2, где в качестве 40 примера представлены связи контрольно-коммутирующего устройства в трехмашинном цифровом вычислительном комплексе.

В результате обмена по программе информаЦней Kjha Кг® 2* Кзм (ПереД выДаче" ee ao 4З внешние устройства) по межмашннным каналам связи (фнг. 2) каждая ВМ будет содержать в своем оперативном запоминающем устройстве 13 параметры, выработанные во всех

ВМ (Кап, Кгкл, Кгк г). Путем сравнения этой. информации определяется неисправная ВМ и в 56

СООтВЕтетВуЮщкй раэряд Ki2w. (Кгткс., Кзткс) заносится признак «р»22 ((f22, чу 2) при совместной работе трех ВМ, либо у>з (ргз, i, р, 1, р, г) при совместной работе двух ВМ.

Естественно, что в процессе такого программного анализа возможны сбои и получение неверного результата анализа, т.е. слова Кп и (Кгю, КЗРИ) руюшего устройства осуществляется выработка сигналов сбоя не только собственной BM (налример, S,д ), но и всех других ВМ (например, Sc62), Sg, ) с последующим формированием окончательных исполнительных сигналов $к и Se6) (или $хг, Scü 2 и $кг, $скг соответственно), путем конъюкции сигналов сбоя данной ВМ, выработанной в других ВМ.

Если же в процессе программного анализа произойдет сбой, в результате которого будет искажение слова Кпка. {Кгткс, Кггкв) типа

«ложная тревога» (О -1), т.е. в слове К1ткс ложно появится единица, то это не окажет воздействие на выработку исполнительных сигналов $кг, $кг., S. ã, S,+ двугих ВМ, а в данной ВМ ложно формируются эти исполнительные сигналы Sw> и $,22, которые произведут необходимые переключения в соответствии с принятым алгоритмом переключения и автоматического исключения последствий сбоя без нарушения работы общего выходного канала вы- числительного комплекса. Дополнительные задержки в вычислениях, которые необходимы для реализации этого алгоритма программного анализа, не сказываются на качестве вычислительного процесса в целом, поскольку онн войдут незначительным процентом в общий процент машинного времени ВМ, затраченного на органиэацию контроля и учитываемого при расчете диспетчерской программы ВМ.

Помимо предложенного способа выявления и исправления ошибки программная часть контрольно-коммутирующего устройства использует другую имеющуюся в ВМ и комплексе в целом избыточную информацию с целью выработки контрольного слова К ткс{Кгтке:, Кгтк ) на основе содержимого ряда ячеек оперативного запоминающего устройства 13, куда заносятся результаты программного анализа хода вычислений и вырабатываемой в процессе вычислений дополнительной контрольной информации {кодовых слОв К кя, Кгхя, Кгкя), 3тв информация формируется на опросе сигналов состояния Зкщ, Зхге, Sq>® аппаратуры ВМ, содержащей встроенный контроль, на основе проводимых периодически в процессе вычислений текстовых и более глубоких (в отдельных режимах) диагностических проверок, на основе анализа характера изменения вычисляемых параметров и т.д. Гголученная таким образом информация в виде слова К кк (Кгнк, Кгк„.) анализируется по программе с учетом признаков состояния пусковых органов ВМ; с учетом наличия в работе других ВМ и с учетом результатов программного сравнения информации и других ВМ, приведенных выше.

Такая совместная обработка всей контрольной информации обеспечивает более достоверное получение текущего контрольного слова

К тки (Кгтга., Кггк ) не только в ситуациях, когда в комплексе находится несколько работающих ВМ, но и когда работают два и даже одна ВМ. В этих случаях с целью выявления места и устойчивости сбоя программа использует информацию с предыстории поведения этих ВМ, в том числе имевших место в ннх ранее ошибок, профилактяк, ремонтов и т.д.

608162

10 Технико-экономический эффект от применения данного контрольно-коммутирующего устройства заключается в том, что благодаря сочетанию программного принципа определения ошибки ВМ с использованием информации между ВМ значительно увеличивается полнота и достоверность контроля вычислений и на. дежность своевременного определения и отключения- неисправной ВМ, формула изобретения

Контрольно-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов, содержащее блок коммутации, блок фиксации ошибки, блок фиксации неопределенности н

41лок управления коммутацией, соединенные с арифметическим устройством и усгройством управления соответствующих М вычислительных машин, отличающееся тем, что, с целью новышения достоверности и надежности определения н отключения неисправной вычислительной машины, оно содержит блок сигналов коммутации н блок предварительной фиксации ошибки, причем входы блока управления коммутацией подключены к выходам" соответсч вующего устройства управления каждой нз М-1 вычислительных машин, .а выходы — к еютветствующим входам блока предварительной фиксации ошибки, блоха фиксации ошибки и блоха фиксации неопределенности, другие входы блоков предварительной фиксации ошибки и фиксации неопределенности подключены к выходам у арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, другие входы блока фиксации ошибки . нодключены к выходам блоков предварительной фиксации ошибки соответствующих пар

М вЂ” 1 вычислительных машин, выход арифме 6 тического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, а выходы блока фиксации ошибки подключены ко входам устройства управления соответствующей вычислительной машины и входу блока сиг палов коммутации, другие входы которого нодключены к выходам устройства управления, а выход — к управляющему входу блока коммутации, информационный вход которого подключен к выходу арифметического устройства соответствующей вычислительной машины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

), Авторское свидетельство СССР № 308430, кл. Q 66 F Щ16; 1970.

2; Авторское свидетельство СССР № 320812,,, кл- О 06 11@0, 1969.

3. Ажорское свидетельство СССР № 222745, кл. G Об F 15j46, 1967.

608162

3 9" -л) лг«

Зхмфе f-л) зм

1 (Составитель P. Лобанов

Техред Q. Луговая Корректор С. Шекмар

Тираж 826 Подписное

Редактор Н. Разумова

Заказ 2802 33

U,HHHllH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открьггнй l 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4