Устройство для контроля и коммутации резервных блоков

(19) (И) 6 Г 11 10 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГосудАРст 8 енный номитет ссс ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(5 б) Авторское свидетельство СССР 546887, кл. С 06 Р 1/00,Н 05 К 1 О/00, 1976.Авторское свидетельство СССРФ 991628, кл. Н 05 К 10/00,С 06 Г 11/18, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И КОММУТАЦИИ РЕЗЕРВНЫХ БЛОКОВ(57) Изобретение относится к областивычислительной техники и автоматикии может быть использовано для построения надежных цифровых устройств.Целью изобретения является повьппениенадежности и упрощение устройства.Устройство для контроля и коммутациирезервных блоков содержит основной1 и резервные 2 блоки, контрольныеразряды 3, блоки 4;, контроля, узел1252782 1 О коцтроття 6, элемент ИИ 5, блок управлеция 7, копро.тьцые входы которого подключены через узел контроля 6 и элемент 1 Л 1 5 соответственно к ццформатцоццым ц контрольным выходам блоков контроля 4, , Устройство при ординарном потоке отказов обеспечивает исправление любых (и-)-кратных ошибок по каждому выходу при п-кратИтобретецие относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для построения надежных цифровых устройств.1 ель изобретения - повышение надежности и упрощение устройства.На фиг.1 приведена функциональная схема устройсгна; на фиг.2 - функциональная схема блока контроля; на фцг.З - функциональная схема блока управления; на фцг.4 и 5 - временные диаграммы работы блока управления. Устройство (фиг.1) содержит основной блок 1, резервные блоки 2, 15коцтрольцые разряды 3, блоки 4 (1=1,1+1) контроля, первый элемент ИЛИ 5,узел 6 контроля на (1+1) вход, блок7 управления, Устройство имеет информацттонттьттт вход 8, вход 9 начальной 20ус тэцовки, ттттформацттоцттьте выходы 1 О(1=1, с+1), контрольные входы 11 и2, контрольные выходы 13, выход 14формирователя, управляюцие выходы 15и 16, выход 17 си палов синхрониээции, выходы 18 контрольных разрядови выхл,ьт 19 сигналов отказа.Узел 6 контроля представляет собой сумматор по модулю два на %+1)вход, Кот т рольттые разряды представляют собой автоматы, реализующиефункцию Г =Г, + Г Г, гдеГ;(=1 1 с) - выходные функции основного и резервцых б токов,Блок 4, контроля (фцг.2) содержит первый 20 и второй 21 счетчики,ттервый 22 ц второй 23 элементы совпа.;ения, перттый 24 и второй 25 коммутаторы, элгмецт 26 церавцоэначцости.1 лок 4 контроля имеет ицформатион Оцые входы 18, вход 9 начальной устац 1 вки, первый 15 и второй 16 управцом речервцровациц. Кроме того, устройство позволяет увеличить число ка. тттт:тов резервирования до 16. При этом число исправляемых ошибок составляет и, а среднее время разработки на тказ по сравцеттию с, известными. устройствами увеличивается в 1,7 - 1,8 раза . 2 з. п. ф-лы, 5 ил,ляюпие входы, информационный 10 и контрольный 13 выходы.Число информационных входов 18 равно и, где п - кратность резервирования, число управляющих входов коммутаторов 24 и 25 равно ц , где а- разрядность счетчиков 20 и 21,Блок управления (БУ) содержит (фиг,З) содержит элемент ИЛИ 27,элемент НЕ 28, элементы И 29 и 30, элемент И-НЕ 31, элементы НЕ 32 и 33, элемент И 34 генератор 35 тактовых импульсов, триггер 36, элемент И-НЕ 37, элемент И 38, элементы НЕ 39 и 40, элемент И 41, элемент 42 задержки. Основная идея работы устройства основана на учете ординарности потока отказов, что позволяет существенно повысить характеристики надежности. Данная идея заложена в основу работы известного устройства, но она испоЛьзуется только при анализе отказов внутри одной группы выходов резервируемых устройств. В предлагаемом устройстве учитътвается ординарность потока отказов, образованного потоками отказов различных групп выходов резервируемых устройств. При этом полагается, что любой отказ будет обнаружен до появления следующего отказа в потоке отказов. При и- кратном резервировании устройство обеспечивает исправление (п)-кратных ошибок по каждому выходу, когда н известном устройстве обеспечивается исправление только (и)/2)+1 ошибок.Устройство работает следующим образом,Сигналом начальной установки производится установка элементов памятиблоков контроля и блока управления. При этом к ццфрмациоцному ныходу подключаются выходы основного блока. По положительному перепаду нулевого сигнала начальной установки запуска ется генератор тактовьх импульсов блока 7, оц выдает первый строб С 1 на прием информации блоками 1 и 2 и разрядом 3. Через интервал, достаточный для здн.ршения переходных про- )О цессов, блок управления анализирует состояние контрольных входов 11 и 12. Если сигналы ошибки отсутствуют, то на выходе 17 формируется сигнал синхронизации, разрешающий прием инфор- )5 мации внешним у тройством.В случае и явления откаа, который вызывает сигналы ошибки ца контрольных входах блока 7, последний формирует контрольные сигналы на 20 управляющих выходах 15 и 16. Управляющие сигналы вызывают переключение коммутатора соответствующего блока контроля. Если переключение снимает сигналы ошибки, то формируется сигнал синхронизации выдачи информации. Когда первое переключение не дало желаемгс результата, то производится блокировка выдачи первого строб; и последовательно выдаются 30 управляющие сигналы БУ. Под воздействием этих сцгцалов блоки 4 контроля перекпю каются до тех пор, покаигнал ошибки це будят снят. Длительность интервала поиска работоспособной конфигурации задается БУ,если за заданный интервал ошибка неснимается, то формируется сигнал отказа устройства.Блок 4 контроля работает следующим образом. 11 о сигналу начальнойустановки счетчик 20 устанавливаетсяв состояние нуля, д счетчик 21 в состояние и (путем параллельной записив счетчики соответствующих констант).45В результате к информационному выходу блока 4; контроля подключается выход основного блока, а к входам элемента неравцозцачности - выход основного и последнего по нумерации реэервного блока,При отсутствии отказов на контрольном выходе 13 формируется нулевой сигнал, который также блокирует элементы 22 и 23 совпадения. 55Управляющие сигналы, формируемые блоком 7 управления по отказам групп выходов, подключенных к другим блок;це црцускдн тся элементами 22ццд,)ения. При появлении ошибки, нызвдццой отказом в блоке формцро.ция одного из сигналв, подключенных к контрольному выходу элеьецты 23 и 24 разблокируются, Пусть каэ н, нзоь , н сцовцом блоке. Тогда блок 7 управления формирует единичный сигнал нд выходе 15, по которому содержимое счетчика 20 увеличивается на единицу. В результате к выходу подключается первый резервный блок. Если оцо исправно, то сигнал ошибки на выходе 13 снимается и цикл обработки входных сигналов заканчивается. В противном случае новым единичным сигналом по входу 15 содержимое счетчика 20 увеличивается нд единицу, Так продолжается до тех пор, пока це буде найдено работоспособное состояцие системы.Аналогично, при отказе резервного блока по сигналам блока 7 управления производится переключение счетчика 21 путем вычитания иэ него единицы. Переключения счетчиков 20 и 21 продолжаются,цо установки одинаковых значений нд них, в этом случае на элемент 26 нердвнозначцости подаются через коммутаторы 24 и 25 сигналы с одного и того же блока. Поэтому отказ этого блока не вызывает появления коцтрольцого сигнала ца выходе 13 блока и дальнейшие переключения сч.тчикон блокируются.Рассмотрим работу блока 7 управления. В исходном состоянии сигналом цдчдльцой установки триггер 36 устанавливается в состояние 1 , в результате разблокируется элемент И 34 и разрешается выдача стробов С цд выход 14 блока управления. Элемент И 38 блокирован цулевнм сигндлом с инверсного выхода триггерд 36. Нд фиг.4 показано распределение фронтов и периодов следования импульсов С и С 2, Длительность импульсов С выбирается достаточной дпя завершения переходных процессов в блоках 1 - 3 и элементах формирования контрольных сигналов длительность строба С 2 - достаточной для переключения коммутаторов и выработки контрольных сигналов, Интервал , выбирается достаточным для формирования сигнала синхронизации.При нормальной работе устройства блок 7 управления формирует нд щхо 12lйд 14 с траб С 1. Если сигцэпы 11 и 12 ранцы нулю при установке С 1 н цупь, та ца выходе 7 сицала синхронизации формируется сигнал низкого урания (фиг,5 ).Пусть произошел отказ н одном из блоков (фиг,5 ), подключенных к информационному выходу устройства. Тогда по спаду строба С 1 триггер 36 устанавливается н нулевое состояние, н результате блокируется элемент И 34 и разблокируется элемент И 38, Строб С 2 проходит через элементы И 38 и 29 и поступает на выход 15, тем самым формируется сигнал на первом контрольном выходе. Если переключение резервных блоков сняло ошибки на выходе устройства, то сигнал на выходе элемента ИЛИ 27 устанавливается в нуль, поэтому по спаду строба С 2 при нулевом значении сигнала С 1 ф триггер 36 устанавливается н "1", На выходе 7 формируется сигнал синхроциэацииНа фиг.5 представлена временная диаграмма работы устройства, когда для нахождения работоспособного состояния потребовалось сформировать несколько сигналон 15. В этом случае после формирования нервого сигнала 5 сигналы на контрольных входах не устанавливаются н состояние нуль, триггер 36 удержинается в состояниинуль.Строб С 1 на выходе 14 остается эаблокиронанцым, а нд выходе 15 формируется последовательность импульсовуправляющих сигналов до тех пор, пока не установятся требуемые значенияконтрольных сигналов, Далее блок работатет, как в с 1 писдции к диаграмме 5 Б,К инверсному выходу триггера ЗЬподключен элемент 42 задержки, Длительцость задержки ныбирается большей, чем длительность максимальногонремеци переключения коммутатора дпянахождении исправного устройства.Если зд заданно время работоспособное устройство це будет найдено, тоформируется си цдл отказа на выходе19.Определим нс которые характеристи -ки надежности рабаты устройства контроля и каммут,нии резервных блокови сравним их г соответствующими хардкт ристикдми известного устройстваи бдэс нс 1 а бъекта. Требованиям, предъявляемым к базовому объекту, цдибопе удовлетворяет троирананная мажоритарная структура (ТМС).Наиболее важной характеристикой сдцнинаемых устройств является вероятность безотказной работы Р. Будем считать, что все резервируемые блоки ранцонадежны по всем выходам и н роятность исправного состояния О каждого блока равна Р. Тогда для известного устройства при трехкратном резервировании К канального устрой- ства+(1 с+1) с р(1-р) (р + С(1-р)Ь ) )В данном устройстве соответствующая вероятность равна:Рс = р + С р (1-р)+Сэр(1-р) 3 Для ТМС имеемР. = (Зр - 2 р )Оценим среднее время безотказной ра боты Т; для каждого устройстваТ, = Р 5 (С) Й 1.Вычислим значения Т в предположении, что 1 с+1=17 (16 информационных и 1 контрольный разряд) р= ер Г-Е), где Ъ = 1 О 1/ч. Вычисление интегралов производится методом трапеций.Значения Т ппя известного, предлагаемого устройства и базового объекта соответственно равны: ТГ - 546 ч, Т =959 ч, Т =529 ч.Таким образом, для данного примера предлагаемое устройство позволяет увеличить среднее время разработки на отказ по сравнению с извест ными устройствами в 1,7-1,8 раза,5 25 30 35 1. Устройстно для контроля и коммутации резервных блоков, содержащее основной и резервные блоки, информационные выходы которых подключены соответственно к первым информационным входам соответствующих блоков контроля, вторые входы которых соединены с выходами контрольного разряда, вход начальной установки блоков контроля основного и резервного блоков и контрольных разрядов подклю. чен к первому входу устройства для контроля и резервных блокон, а также узел контроля, входы которого соединены с первыми выходами блоков кон 50 55 троля, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью упрощения и повьппеция 40 формула изобретения20 2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок коцтроля содержит последовательно соединенные первьгй элемент совпадения, первый счетчик импульсов и первый коммутатор, выход которого подключен к первому входу элемента неравцозначности, а также последовательно соединенные второй элемент совпадения, второй счетчик импульсов и второй коммутатор, выход которого соединен с вторым входом элемента неравнозначности, соединенного выходом с первыми входами первого и второго элементов совпадения и с кочтрольным вы- З 5 ходом блока контроля, первый выход которого соединен с выходом первого коммутатора, второй вход которого подключен к второму входу второго коммутатора и с входом блока конт роля, вход которого соединен с вторыми входами первого и второго счетчиков импульсов, а входы - с вторыми входами соответственно первого и второго элементов совпадения. 453. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок уп 25 30 надежности работы устоойства, в него введены первый элемент ИЛИ, контрольные входы которого соединеныс контрольггыми выходами блоков контроля, и блок управления, причем выход первого элемента ИЛИ соединен спервым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходомблока контроля, вход начальной устанонки подключен к первому входу уст- Оройства, первый выход блока управления соединен со стробирующими входами основного, резервных блоков иконтрольного разряда, а первый и второй управляющие выходы - с соответствующими входами блоков контроля,выходы синхронизации и контроля подключены к соответствующим выходамустройства. раидс цця содержитснератор тактовыхилцульс ов, элемент задержки, триггер,пять элементов И, три элемента И-НЕ,второй элемент ИЛИ ц четыре элемента НЕ, причем первый выход гецератора тактовых импульсов через первыйэлемент И соединен с первымн входамивторого и третьего элементов И, спервым входом первого элемента И-НЕ,а также с входом первого элементаНЕ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, кпервому входу третьего элемента И-НЕи чсрез второй элемент НЕ к второмувыходу генератора тактовых импульсовц к первому входу четвертого элемента И, соединенного вторым входом спрямым выходом триггера, а выходомс выходом блока управления, инверс-.ный выход триггера подключен к второлгу входу первого элемента И и через элелецт задержки к первому входупятого эпелецта И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И.П 1, с вторым входом третьегоэлемецта 11-1 Е, а через третий элемецт НЕ г И-входол 1 триггера и с третьим вход м второго элемента И-НЕ,выход которого соединен с выходомблока управления, выход первого элемента И-НЕ соединен с С-входом триггера, выход третьего элемецта И-НЕс Р-входс 1 л 1 триггера, Б-вход которого подключен к входу начальной установки блока управления и к входу начальной установки генератора тактовых импульсоввторой вход второго элементаИ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ ц через четвертый элементНГ с вторым входом третьего элементаИ, выход которого соединен с выходомблока управления, выход которого под.ключец к выходу второго элемента И,второй вход второго элемента ИЛИ соединен с входом блока управления,1252782 Фас едактор В.Петр Заказ 4621/4 зоба,.4/ Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,НИИПИ Госу по делам 13035, Мос