RU2626347C1 - Majoritary module for fault-tolerant systems - Google Patents
Majoritary module for fault-tolerant systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626347C1 RU2626347C1 RU2016119224A RU2016119224A RU2626347C1 RU 2626347 C1 RU2626347 C1 RU 2626347C1 RU 2016119224 A RU2016119224 A RU 2016119224A RU 2016119224 A RU2016119224 A RU 2016119224A RU 2626347 C1 RU2626347 C1 RU 2626347C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- shift register
- elements
- majority
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/38—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
- G06F7/48—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
- G06F7/57—Arithmetic logic units [ALU], i.e. arrangements or devices for performing two or more of the operations covered by groups G06F7/483 – G06F7/556 or for performing logical operations
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/38—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
- G06F7/48—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
- G06F7/57—Arithmetic logic units [ALU], i.e. arrangements or devices for performing two or more of the operations covered by groups G06F7/483 – G06F7/556 or for performing logical operations
- G06F7/575—Basic arithmetic logic units, i.e. devices selectable to perform either addition, subtraction or one of several logical operations, using, at least partially, the same circuitry
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/20—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits characterised by logic function, e.g. AND, OR, NOR, NOT circuits
- H03K19/23—Majority or minority circuits, i.e. giving output having the state of the majority or the minority of the inputs
Landscapes
- Hardware Redundancy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.The invention relates to computer technology and can be used to build fault-tolerant automation, functional units of control systems, etc.
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.Majority modules are known (for example, RF patent 2300137, class G06F 7/38, 2007), which contain 2I elements, three-input majority elements and implement the majority function of n arguments.
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. устройство содержит 2×m+N-1 трехвходовых мажоритарных элементов, где m=0,5×(n+1),The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the well-known majority module to implement the majority function of n arguments - input binary signals includes limited functionality, because the device cannot be used in asynchronous circuits, high complexity and low speed, because the device contains 2 × m + N-1 three-input majority elements, where m = 0.5 × (n + 1),
. .
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.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is the majority module adopted as a prototype (RF patent 2533079, IPC H03K 19/23, G06F 7/57, 2014), which contains n information inputs (n = 2m + 1 , m = 1, 2, ...), the first output of the device, n AND elements, two OR elements, and the i-th information input is connected to the first input of the i-th AND element (i = 1, ..., n), which implements the majority function of n arguments.
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.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the well-known majority module to implement the majority function of n arguments - input binary signals includes limited functionality, because the device cannot be used in asynchronous circuits, high complexity and low speed, because all majority elements are grouped into three groups so that the first and second groups contain m-1 (m = 0.5 × (n + 1), n ≠ 1 is any odd natural number) of majority elements, and in each group the output the previous majority element is connected to the second input of the subsequent majority element, all elements 2I are grouped into groups so that in the i-th (i = 1 ... N) group contains m-1 elements 2I and the output of the previous element 2I is connected to the first input of the subsequent element 2I.
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.The technical result of the invention is to expand the functionality of the device due to the possibility of its use in both synchronous and asynchronous discrete circuits, reducing the complexity of the device and increasing its speed.
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.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the majority module for fault-tolerant systems containing n information inputs (n = 2m + 1, m = 1, 2, ...), the first output of the device, n elements AND, two OR elements, and the i-th information input is connected to the first input of the i-th element And, (i = 1, ..., n), the start input, the second output of the device, n + 1 delay elements, the shift register are additionally introduced, and the output of the i-th element And connected via the i-th delay element to the i-th input of the first OR element, (i = 1, ..., n), the start input is connected inen with the second inputs of all AND elements, with the first clock input and the control input of the shift register and through the (n + 1) -th delay element with the first input of the second OR element, the output of the first OR element is connected to the second clock input of the shift register, (m + 2) the output of the shift register is connected to the first output of the device and the second input of the second OR element, the output of the second OR element is connected to the second output of the device, the first input of the shift register data is connected to the logical 1 bus, the jth input of the shift register data is connected with bus "
На чертеже представлена схема устройства. Мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем содержит n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), 11-1n, n элементов И 21-2n, вход запуска 3, n+1 элементов задержки 41-4n+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 1i соединен с первым входом i-го элемента И 2i, (i=1, …, n). Выход i-го элемента И 2i соединен через i-ый элемент задержки 4i с i-ым входом первого элемента ИЛИ 5, (i=1, …, n). Вход запуска 3 соединен со вторыми входами всех элементов И 2i-2n, 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 (Qm+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 (Dj) регистра сдвига 7 соединен с шиной «логический 0», j=2, …, m+2.The drawing shows a diagram of the device. The majority module for fault-tolerant systems contains n information inputs (n = 2m + 1, m = 1, 2, ...), 1 1 -1 n , n elements And 2 1 -2 n ,
Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.
На информационные входы 11-1n подаются значения аргументов X1-Xn, n - нечетное число, n=2m+1, m=1, 2, ….The information inputs 1 1 -1 n are given the values of the arguments X 1 -X n , n is an odd number, n = 2m + 1, m = 1, 2, ....
На вход запуска 3 подается единичный импульс, который поступает:At the input of start 3 a single pulse is supplied, which is received:
- на первый тактовый вход (C1) и управляющий вход (V) регистра сдвига 7, при этом в регистр сдвига 7 записывается с входов данных D1-Dm+2 двоичное число 10…0, которое и появляется на выходах Q1-Qm+2 регистра сдвига 7;- to the first clock input (C 1 ) and control input (V) of the
- на вторые входы всех элементов И 21-2n, при этом если значение i-го аргумента Xi=1, то импульс с входа запуска 3 проходит на выход элемента И 2i, и через элемент задержки 4i с временем задержки i×Tc, (Тс - 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;- to the second inputs of all elements And 2 1 -2 n , while if the value of the i-th argument is X i = 1, then the pulse from the input of
- через (n+1)-ый элемент задержки 4n+1 со временем задержки Ти+Тили+(n+1)×Тс (Ти - время задержки в элементе И 2, Тили - время задержки в элементе ИЛИ) поступает на первый вход второго элемента ИЛИ 6 и проходит на второй выход устройства 8.- through the (n + 1) th delay element 4 n + 1 with the delay time T and + T or + (n + 1) × T s (T and is the delay time in the element And 2, T or is the delay time in the element OR) enters the first input of the second element OR 6 and passes to the second output of the
В процессе работы устройства возможны два случая:During the operation of the device, two cases are possible:
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 Qm+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.1. The number of “1” values among the argument values is at least m + 1. In this case, as soon as the 5th (m + 1) th pulse arrives at the output of the first OR element, then the signal “1” appears at the output of Q m + 2 of
2. Количество значений «1» среди значений аргументов меньше чем m+1. В этом случае на выходе Qm+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.2. The number of “1” values among the argument values is less than m + 1. In this case, the output Q m + 2 of the
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.A feature of the proposed device is that as soon as it is revealed that the value of the majority function is “1”, it immediately goes to the
Сравним характеристики обоих устройств.Compare the characteristics of both devices.
Максимальная задержка сигнала от подачи сигнала запуска на вход запуска 3 в заявленном устройствеThe maximum delay of the signal from the supply of the trigger signal to trigger
Тзаяв=Ти+2Тили+(n+1)×Tc T application = T and + 2T or + (n + 1) × T c
и растет линейно от количества аргументов.and grows linearly with the number of arguments.
Заявленный мажоритарный модуль содержит n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), 11-ln, n элементов И 21-2n, вход запуска 3, n+1 элементов задержки 41-4n+1. Первый элемент ИЛИ 5 имеет n входов. Количество разрядов регистра сдвига 7 равно (n+1)/2.The declared majority module contains n information inputs (n = 2m + 1, m = 1, 2, ...), 1 1 -l n , n elements AND 2 1 -2 n ,
Таким образом, сложность заявленного устройства растет линейно от количества аргументов.Thus, the complexity of the claimed device grows linearly from the number of arguments.
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.In the prototype, all majority elements are grouped into three groups so that the first and second groups contain m-1 (m = 0.5 × (n + 1), n ≠ 1 is any odd natural number) of majority elements, and in each group, the output of the previous majority element is connected to the second input of the subsequent majority element, all elements 2I are grouped into groups so that in the i-th (i = 1 ... N) group contains m-1 elements 2I and the output of the previous element 2I is connected to the first input of the subsequent element 2I.
В таблице приведены значения количества групп N, рассчитанные по приведенной выше формуле, в зависимости от m и n.The table shows the values of the number of groups N calculated according to the above formula, depending on m and n.
Анализ приведенных значений показывает, что в прототипе сложность и задержка растет не по линейному закону, а значительно сильнее.The analysis of the given values shows that in the prototype the complexity and delay does not grow according to a linear law, but is much stronger.
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.A comparison of the characteristics of the prototype and the claimed device shows that the claimed device has wider functionality, less complexity and greater speed and efficiency of its application increases with the number of arguments.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119224A RU2626347C1 (en) | 2016-05-18 | 2016-05-18 | Majoritary module for fault-tolerant systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119224A RU2626347C1 (en) | 2016-05-18 | 2016-05-18 | Majoritary module for fault-tolerant systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2626347C1 true RU2626347C1 (en) | 2017-07-26 |
Family
ID=59495804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016119224A RU2626347C1 (en) | 2016-05-18 | 2016-05-18 | Majoritary module for fault-tolerant systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2626347C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759700C1 (en) * | 2020-12-30 | 2021-11-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Reconfigurable majority device |
RU2812683C1 (en) * | 2023-06-15 | 2024-01-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Majority module |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1096637A1 (en) * | 1983-03-30 | 1984-06-07 | Предприятие П/Я А-3500 | Polyfunctional logic module |
US5382950A (en) * | 1990-08-14 | 1995-01-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for implementing an interrupt distribution in a multi-computer system |
US20030014683A1 (en) * | 2001-03-27 | 2003-01-16 | Deas Alexander Roger | Receiver with automatic skew compensation |
RU52287U1 (en) * | 2005-10-10 | 2006-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | MAJORITY ELEMENT "THREE OF FIVE" |
RU2294007C1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Logical transformer |
RU81016U1 (en) * | 2008-10-06 | 2009-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | MAJOR ELEMENT |
RU81019U1 (en) * | 2008-10-06 | 2009-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | MAJOR ELEMENT |
RU2533079C1 (en) * | 2013-07-09 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Majority module |
RU2580801C1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Majority module |
-
2016
- 2016-05-18 RU RU2016119224A patent/RU2626347C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1096637A1 (en) * | 1983-03-30 | 1984-06-07 | Предприятие П/Я А-3500 | Polyfunctional logic module |
US5382950A (en) * | 1990-08-14 | 1995-01-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for implementing an interrupt distribution in a multi-computer system |
US20030014683A1 (en) * | 2001-03-27 | 2003-01-16 | Deas Alexander Roger | Receiver with automatic skew compensation |
RU52287U1 (en) * | 2005-10-10 | 2006-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | MAJORITY ELEMENT "THREE OF FIVE" |
RU2294007C1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Logical transformer |
RU81016U1 (en) * | 2008-10-06 | 2009-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | MAJOR ELEMENT |
RU81019U1 (en) * | 2008-10-06 | 2009-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | MAJOR ELEMENT |
RU2533079C1 (en) * | 2013-07-09 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Majority module |
RU2580801C1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Majority module |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759700C1 (en) * | 2020-12-30 | 2021-11-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Reconfigurable majority device |
RU2812683C1 (en) * | 2023-06-15 | 2024-01-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Majority module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2647639C1 (en) | Logic converter | |
RU2626347C1 (en) | Majoritary module for fault-tolerant systems | |
RU2621281C1 (en) | Logic converter | |
RU2542916C1 (en) | Pulse selector | |
RU2629451C1 (en) | Logic converter | |
RU2703675C1 (en) | Logic converter | |
RU2300137C1 (en) | Majority module | |
RU2621376C1 (en) | Logic module | |
RU2641446C2 (en) | Logic calculator | |
RU2718209C1 (en) | Logic module | |
RU2676888C1 (en) | Logical module | |
RU2628890C1 (en) | Device for majoritary selection of signals | |
RU2757819C1 (en) | Majority module | |
RU2504826C1 (en) | Logic computer | |
RU2294558C1 (en) | Logical computing device | |
RU2758800C1 (en) | Threshold module | |
RU2689815C2 (en) | Logic transducer | |
RU2809477C1 (en) | Threshold module for implementing threshold function with single weights of arguments and threshold of three | |
RU2595958C1 (en) | Logical computing machine | |
RU2809206C1 (en) | Threshold module for implementing threshold function with single weights of arguments and threshold of three | |
RU2778678C1 (en) | Logic module | |
RU2787336C1 (en) | Threshold module | |
Jin et al. | An FPGA-based voice signal preprocessor for the real-time cross-correlation | |
RU2363035C1 (en) | Device for comparing binary numbers | |
RU2757823C1 (en) | Binary number comparing apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180519 |