SU1716521A1 - Самокорректирующеес дискретное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  повышени  надежности комбинационных дискретных устройств. Цель изобретени  - повышение надежности устройства. Устройство содержит исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, дешифратор ошибки, корректор, элемент ИЛИ. Повышение надежности достигаетс  за счет использовани  метода информационного резервировани . 2 ил. 6 табл.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может использоватьс  дл  повышени  надежности комбинационных дискретных устройств.

Известен многофункциональный логический модуль, содержащий с первого по третий логические блоки, элемент НЕ, блок преобразовани , с первого по третий элементы неравнозначности, мажоритарный элемент, элемент И, вход синхронизации, выход, настроечные входы, информационные входы, выходы блока преобразовани , входы задани  вида преобразовани . Информационные входы подключены к входам логических блоков, выходы которых подключены к первым входам элементов неравнозначности , соединенных своими вторыми входами с выходами блока преобразований. Выходы элементов неравнозначности подключены к входам мажоритарного элемента , выход которого подключен к первому входу элемента И, соединенного своим вторым входом с выходом элемента НЕ. Настроечные входы подключены к первому, второму и третьему входам блока преобразований , четвертый, п тый, шестой входы которого подключены к входам блока преобразований .

Недостатком устройства  вл етс  низка  надежность его работы, так как корректируютс  только одиночные ошибки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство, использующее дл  повышени  надежности избыточное кодирование и содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, блок вычислени  синдрома, дешифратор ошибки и корректор. Входы устройства соединены с входами исходного комбинационного логического блока и входами избыточного комбинационного логического блока , информационные выходы которого подключены к входам дешифратора ошибки, выход которого соединен с управл ющим первым входом корректора, инСП

с

СХ

ел ю

формационные входы которого подключены к выходу исходного комбинационного логического блока, а выход  вл етс  выходом устройства.

Недостатком устройства  вл етс  низ- ка  надежность в работе при осуществлении коррекции ошибок большей кратности (вследствие резкого увеличени  сложности резервного оборудовани ).

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности устройства при осуществлении коррекции ошибок любой кратности в разр дах исходного комбинационного логического блока.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, блок вычислени  синдрома, дешифратор ошибки и корректор, входы устройства соединены с входами исходного комбинационного логического блока и входами избыточного комбинационного логического блока, информационные выходы которого подключены к входам блока вычислени  синдрома, выходы которого подключены к входам дешифратора ошибки, выход которого соеди- нен с управл ющим первым входом корректора, информационные входы которого подключены к выходу исходного ком- бинационного логического блока, а выход  вл етс  выходом устройства, введен мно- говходовый элемент ИЛИ, входы которого соединены с соответствующими контрольными выходами избыточного комбинацион- кого логического блока, а выход подключен к второму управл ющему входу корректора, информационные выходы исходного комбинационного логического блока соединены с входами дешифратора ошибки.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - схема корректора.

Устройство содержит (фиг. 1): исходный комбинационный логический блок 1, избыточный комбинационный логический блок 2, дешифратор 3 ошибки, корректор 4, элемент ИЛИ 5. Корректор 4 (фиг. 2) содержит элементы 16-21 неравнозначности.

Входы устройства соединены с входами исходного комбинационного логического блока 1 и входами избыточного комбинационного логического блока 2, информационные выходы которого подключены к входам дешифратора 3 ошибки, выходы которого соединены с управл ющими первыми вхо- дами корректора 4, информационные входы которого подключены к выходам исходного комбинационного логического блока 1, а выходы  вл ютс  выходами устройства. Входы логического элемента ИЛИ 5 соединены с

соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логического блока 2, выход подключен к второму управл ющему входу корректора 4, информационные выходы исходного комбинационного логического блока 1 соединены с входами дешифратора 3 ошибки.

В предлагаемом устройстве реализован принцип информационного резервировани , позвол ющий корректировать ошибки любой кратности на выходах исходного комбинационного логического блока и обнаружить ошибки заданной кратности в контрольных разр дах (на выходах избыточного комбинационного логического блока ).

Выигрыш в надежности предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом, достигаетс  за счет уменьшени  Сложности (по числу двух входовых логических элементов ) резервного оборудовани , (так как сложность оборудовани  предназначенного дл  обнаружени  ошибки заданной кратности значительно меньше сложности оборудовани , используемого дл  коррекции ошибок большой кратности). Если ошибка в контрольных разр дах не превышает заданной кратности, то это не приводит к формированию единичных значений в разр дах вектора ошибок, т.е. исключаетс  вли ние неисправного избыточного комбинационного логического блока на работоспособность исходного комбинационного логического блока.

Предлагаемый принцип кодировани , реализованный в рассматриваемом устройстве , заключаетс  в следующем.

Рассмотрим функциональную модель комбинационного дискретного устройства, содержащую гп-входов и k-выходов.

На вход дискретного устройства может быть подано /Х/-возможных xi-входных воздействий.

Комбинаци  значений выходных сигналов дискретного устройства образует выходной набор V Ј- f Kyi, У2,..., yk). На выходе дискретного устройства может быть получено множество/Yfc 2 -всех возможных выходных наборов.

Определение .1. Два выходных набора i(yi. и,..., yk) и (yi, у2,..., yk) будем считать пр мым и обратным, если одноименные выходные сигналы в данных наборах имеют противоположные значени . Например, дл  пр мого выходного набора 101 трехвыходного дискретного устройства, обратным выходным набором  вл етс  комбинаци  010.

Определение 2. Функцию f 0(yi, У2ytc); описывающую взаимное отношение между выходными сигналами пр мого и обратного выходных наборов, будем называть определ ющей функцией. Дл  рассмотренных комбинаций пр мого и обратного выходных наборов определ юща  функци  имеет вид Y у2, уз).

Анализ выбранной математической модели позволил вы вить следующие ее свойства:

Свойство 1. Множество выходных наборов У может быть описано определ ющими функци ми.

Свойство 2. Множество выходных воздействий X включает подмножеств входных воздействий iXil, IXal,....-)Хм1, каждое из которых обеспечивает истинность соответствующей определ ющей функции.

Так как аргументы определ ющих функций между собой наход тс  в строгом соответствии , to зна  истинное значение (соответствующее логической единице или логическому нулю) одного из аргументов, можно определить значени  всех других выходных сигналов дл  данного выходного набора . Дл  того, чтобы иметь такую возможность, разобьем множество |х| на два подмножества |XiJ и|Хц| таких, что: (Xt)(Xn)0.

Свойство 3. Любой выходкой набор дискретного устройства может быть представ лен в виде:

Yf f (Xi,Xfl,(1) где Xf6 N, , X2XN};

Xje M, , Xn}.

Операци  посимвольного сложени  по mod2 разрешенного выходного набора с выходным набором, имеющим ошибку, образует вектор ошибки

©Y| ,

где Y| - выходной набор, имеющий ошибку .

Так как значение выходного набора У Ј определ етс  в соответствии с выражением (1), то формально вектор ошибки можно представить в виде

Ek f(Xi, Xj, Yf ).

Из полученного выражени  следует, что коррекци  выходного набора может быть выполнена , если осуществить кодирование выходного набора по |Х|) и |Xj| подмножеством входных наборов.

Утверждение 1. Минимальное количество дополнительных разр дов, необходимых дл  формировани  вектора ошибки Ek, исправл ющего К-кратную ошибку, определ етс  выражением г К, где г - число дополнительных разр дов.

Действительно, дл  задани  выходного набора Y| f(Xi, Xj) необходимо использовать два подключател  входных наборов .

Тогда минимальное число символов, с помощью которых можно осуществить передачу N+M сообщений, равно Hog22K 1+log22 K. Таким образом, люба  К-кратна  ошиб- ка На выходе дискретного устройства может быть скорректирована при условии отсутстви  ошибки в проверочных разр дах.

Дл  того, чтобы повысить веро тность безотказной работы дискретного устройства, резервированного предлагаемым методом, необходимо кодовые слова, подаваемые с проверочных разр дов, разнести на рассто ние d 1зар+ 1, где 1эад - кратность ошибки, обнаруживаемой в проверочных разр дах. С целью уменьшени  числа проверочных разр дов, вводимых дл  обеспечени  данного услови , целесообразно ограничитьс  обнаружением одиночной ошибки.

Данное ограничение  вл етс  вполне оправданным, если на каждом проверочном разр де реализуютс  независимые логические функции, т.е. возникновение дефекта в избыточном комбинационном логическом блоке не приводит к размножению ошибки на его выходах.

Исходный комбинационный логический блок 1 представл ет собой комбинационное трехвыходное дискретное устройство, реализованное в известном устройстве, и вы- полн ющее на каждом выходе логические функции соответственно:

yiHh 32§з V3i§2a3vaia2a 3V 313232 V313233V va 1агаз;

y2 ai3233vaia2a3V3i32a3V §13233; уз-31а2азуа v зтагаз у 313233. Истинность дл  рассматриваемого исходного комбинационного логического блока представлена в табл. 1.

В соответствии со свойством 2 множе- ство |Х1 ьключает четыре подмножества входных воздействий |Xi|, 1X2), Хз|, РЦ, каждое из которых порождает соответствующую определ ющую функцию:

v(xieXi)(yi.y2.y3);

v(xieX2) -э-т2(у1,у2,уз);

V(xieX3)(yi,y2,y3),

V(XieX4) (yi,y2iy3).

Из анализа табл. 1 следует, что каждое

подмножество включает следующие входные воздействи : Xi {xi}; Х2(х5.хб,х7};

,ХЗ,Х4}: Х4(Х8К

Кроме того, множество Х| включает два подмножества Х|-{х1,х2,хз,хб,х7,х8} и Xir- {x4,xs}, дл  которых у 1 f i(Xi)1 и у i(Xn)0.

Избыточный комбинационный логический блок 2 предназначен дл  формировани  логических сигналов в проверочных разр дах относительно имеющихс  подмножеств входных воздействий.

В общем случае подмножества Xi, X2, Хз, Х4 могут быть закодированы на двух контрольных разр дах п и пг, но дл  того, чтобы выполнить условие обнаружени  одиночной ошибки добавим третий контрольный раз- р д гз. Результаты кодировани  занесем в табл. 2, из которой следует, что:

VXo; Г2 Хз VX гз Х2 V Хз.

Использу  табл. 1, находим, что Vaia233. аХ,а1Э2аз.

В этом случае в первом контрольном разр де реализуетс  логическа  функци  уаз(а1а2У ai32), котора  может быть выполнена на базе двухвходовых логических элементов И, ИЛИ. НЕ.

Аналогичным образом построены логические функции, реализуемые на втором и третьем контрольных разр дах избыточного комбинационного логического блока, ко- торые имеют вид:

V v а2§з;

У V 3132 V 313233 V 313233.

Формировэние логического сигнэла в четвертом контрольном рэзр де гз осущест- вл етс  с помощью логического элементэ ИЛИ 5. В этом случзе (Xii) f(x4 Vxs)

Дешифратор 3 ошибки предназначен дл  формировани  сигналов в разр дах zi, 22, 23 вектора ошибки относительно выход- ных сигналов yi, y2, уз исходного комбинационного логического блока 1 и выходных сигналов в контрольных разр дах п, Г2, гз избыточного комбинационного логического блокэ2.

Дл  дискретного устройстве, содержэ- щего К-выходов, кэждому xi-входному воздействию соответствует смежный клзсс 2 -векторов, содержэщий 2 -ошибочных векторов.

Так как вектор ошибки Ек(Х|)Ёк(Хц). то количество ошибочных векторов может быть ограничено числом 2к-1/2.

В табл. 3-6 представлены четыре смежных класса выходных векторов рассмзтри- ваемого устройства дл  xi бХь

Учитыва  единичные значени  сигналов в рэзр дах вектора ошибки дл  всех возможных Ys и xi, принадлежащих Xi, X2. Хз, подмножеством входных воздействий (см. табл. 3-6).. провед  аналитические преобразовани , получим логические функции, реализуемые на выходах дешифратора 3 ошибки (в разр дах вектора ошибки);

(пгз v пгз) vyir2(rV3 спгЗ);

(Г2ГЗ V Г2ГЗ) V У2П(Г2ГЗ V Г2Гз); (П ГЗ V П ГЗ) V узГ2(г1 гЗ V П Гз).(2)

Корректор 4 (фиг. 2) предназначен дл  окончательного формировани  ошибки и осуществлени  коррекции ошибки на выходах исходного логического блока.

Формирование значени  логического сигнала в каждом разр де вектора ошибки осуществл етс  с помощью элементов 16- 18 неравнозначности соответственно.

В этом случае значение сигнала в разр де вектора ошибки, определ етс  выражением: 2| 2| @Г4.

На элементах 19-21 неравнозначности происходит коррекци  ошибки выходных сигналов исходного комбинационного логического блока 1.

Устройство работает следующим образом .

В исправном состо нии устройство реализует логические функции в соответствии с табл. 1. В разр дзх вектора ошибки формируютс  сигналы, соответствующие логическому нулю.

Рассмотрим работу устройства в режиме коррекции, например, при подаче вход-: ного набора xi, порождающего выходной набор . Пусть, в результате возникновени  дефекта дл  данного входного воздействи , получен выходной набор , имеющий ошибку. В этом случае в проверочных разр дах п, га. гз, Г4 присутствуют сигналы , соответствующие логическому нулю. Использу  систему уравнений (2) находим, что (так как ггушгз) порождает логическую единицу). (так как 1у2Г2 з) порождают логическую единицу). 23 0 (так как 2узг1Гз- -0, так как уз 0).

Так как значение , то сигналы ZL 22, 23 на элементах 16-18 не инвертируютс .

Сигнэлы 21 и Z2, поступающие на элементы 19 и 20 неравнозначности, обеспечивают коррекцию сигналов У1 и у2.На выходе устройства получаем скорректированное значение выходного набора Y 111. .

Аналогичным образом устройство рэ- ботзет при подэче других входных воздействий и наличии ошибок другой кратности.

Возникновение одниночной ошибки в проверочных разр дах п, Г2, гз не приводит формированию единичных значений в рзз- р де векторэ ошибки.

Дл  сзмокорректирующегос  дискретного устройства, реализующего метод вычислени  синдрома, сложность декодирующего устройства составл ет

(),ii Ск +(п-К) +4К 121Лэ.

При использовании предлагаемого метода сложность декодирующего устройства составл ет

Цек.п (п-1) Ј Ск + п +

1 1. .

Веро тность безотказной работы дискретного устройства, резервированного на метод вычислени  синдром с коррекцией трехкратной ошибки, оцениваетс  выражением

Рс РкодРс Ј Сз|Рб3 |(1-Рб) - 1 0

РкодРС Рб3+ЗРб2(1-Рб)+

+ ЗРб(1-Рб)2+ (1-Рб)3. (3) где Ре - веро тность безотказной работы по одному информационному выходу дискретного устройства;

Рс - веро тность безотказной работы декодирующего устройства;

Ркод - веро тность безотказной работы кодирующего устройства.:

Примем среднюю сложность исходного устройства по одному выходу, равной двенадцати двухкодовым логическим элементам .

Если прин ть интенсивность отказа одного двухвходового элемента А 0,1-КГ5

--, то его веро тность безотказной работы час-f

равна .

Тогда веро тность безотказной работы по одному выходу составл ет .

Соответственно Рс Рлэ121. Минимизированную сложность кодирующего устройства определ ем, использу  выражение (2)

1.код(Ш-п). где , общее число разр дов.

В этом случае Ркод Рлэ36.

При минимизированной сложности кодирующего устройства возникновение в нем дефекта приводит к по влению ошибки кратности большей трех.

Подставл   полученные значени  в выражение (3), определ ем веро тность отказа Qc,

,5907M(T4.

Дл  предлагаемого устройства веро тность безотказной работы оцениваетс  выражением .п(Рб3+ЗРб2(1-Рб)+ЗРб(1-Рб) +

+ (1-РбГрЛ4Рк3(1-Рк),(4)

где РК веро тность безотказной работы по одному выходу кодирующего устройства. Средн   сложность кодирующего устройст- 0 ва по одному выходу составл ет семь двух- входовых элементов, т.е. .

Pr-D 66

Подставл   полученные значени  выражение (4). определ ем веро тность отказа 5 дл  предлагаемого способа ,6875-1(Г5.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0 Самокорректирующеес  дискретное устройство , содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, блок вычислени  синдрома, дешифратор ошибки и

   5 корректор, входы устройства соединены с входами исходного комбинационного логического блока и входами избыточного комбинационного логического блока, информационные выходы которого подключе0 ны к входам блока вычислени  синдрома,

   выходы которого подключены к входам синдрома дешифратора ошибки, выход которого соединен с управл ющим первым входом корректора, информационные входы кото5 рого подключены к выходам исходного комбинационного логического блока, а выход  вл етс  выходом устройства, отличающеес  тем. что, с целью повышени  надежности устройства, в него введен мно0 говходовый элемент ИЛИ, входы которого соединены с соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логического блока, а выход подключен к второму управл ющему входу корректора,

   5 информационные выходы исходного комбинационного логического блока соединены с входами эталонных сигналов дешифратора ошибки.

   fll&fat tta

   /По.&л.и-цл &

   /ПаЈл.ъе,чА 3

   /ПаЛица Ј

   /71еь1Гли#а. &

   /rtafauttA 6

   а г

   IB

   17

   71k.

   10

   11

   П

   3 - fa

   19

   e

   20

   Щ &2

   ft з

   21