Контрольно-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов

П НИЕ ОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Респубпик(22) Заявлено 08.07,72(21) 1792940 06 Р 15/16,6 Р 11/ОО5 К 10/00 с присоединени (23) Приоритет- (43)Опубликова (4 б) Дата опуб заявкиГасударстееннмй камете Савета Менеетраа СССР ее делам наеаретеней н аткрмтнй(54) КОНТРОЛЬНО КОММУТИРУЮ ЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЕРВИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСО области цифровой втоматики .и мооздании вычислиной надежности. Изобретение относится к вычислительной техники и жет быть использовано при тельных комплексов повыше Известно устройство 1, содержащее функ. циональные секции, на которые разбивается каждая цифровая вычислительная машина (ЦВМ), причем информационные, адресные и 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 в 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 сек.цни усложняет контрольно-коммутирующее устройство, снижает его надежность, лишает возможности использования избыточной информации ЦВМ для повышения достоверности тв контроля.Известно устройство, содержащее резервные узлы, блоки кодового н логического контроля и блок управления, дополнительные ключевые элементы и входные и контрольные адан.тивные магистральные элементы, .подключаю. И щие информационные выходы всех резервных узлов к блоку кодового контроля, выход которого подключен к входу блока управления, а. выходы блока управления соединены с управ.ляющими входами ключевых и всех адаптивных, магистральных элементов 2).Недостаток такого устройства состоит в том,что задача контроля решается аппаратно, что снижает достоверность определения неисправноймашины.В известных устройствах в тех случаях, ког да исчерпан порог мажорирования, достовер3ность 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 контроль. но-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов, содержащее блок коммутации, блок фиксации ошибю, блок фиксации неопределенности и блок управления коммутацией, соединеннце с арифметическим устройством и устройством управления соответствующих М вычислительных ма.шин 13.Недостатком этого контрольно-коммутирующего устройства является низкая достоверность и надежность определения и отключения неисправной вычислительной машины, что вызывается, прежде всего, значительной сложностью его аппаратурц, 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 вцчислительной машины.Это достигается тем, что контрольно-коммутирующее устройство содержит блок сигналов коммутации и блок предварительной фик.сации ошибки, причем входы блока управления коммутацией подключены к выходам со.ответствующего устройства управления каждой из М - 1 вычислительных машин, а вы.ходы - ." к соответствующим входам блока предварительной фиксации ошибки, блока фиксащйи ошибки и блока фиксации неопределенности, другие входы блоков предварительной ик. сации ошибки и фиксации неопределенности пОдключены к выходам арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, другие входы бло. ка фиксации ошибки подключены к выходам блоков предварительной фиксации ошибки соответствующих пар М - 1 вычислительных машин, ,вцход арифметического устройства и устройст. ва управления соответствующей вычислительной машины, а выходы блока фиксации ошибки подключены ко входам устройства управления соответствующей вычислительной машины, и входу блока сигналов коммутации, другие входц которого подключены к выходам устройства управления, а вцход - 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 4коммутацией, шину 7 сигналов управления, входные и выходные шины 8 обмена сигналами, информационные выходные шины 9 арифметического устройства вычислительной машины, шины 1 О 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 ; - информационный сигнал одного канала выдачи информации 1-,й ВМ;80 - сигнал операции выдачи контрольного слова;80 - сигнал операции выдачи информации 15 из ВМ во внешнее устройство;а (,СХ.1) - единичное состояние пускового органа ВМ; (.,5,.л 1), соответствующее пребыванию ВМ в рабочем состоянии;8 ко - сигнал сбоя ВМ 1, выработанный в1-й ВМ;8 ю - сигнал сбоя 1-Й ВМ;8 к;. (т) - сигнал сбоя 1-й ВМ, зафиксированный на триггере памяти;р - разряд контрольного ыова, соответствукнцнй признаку несовпадения информации 1-й ВМ с информацией 4-й ВМ;Ф;. - разряд контрольного слова, соответствующий признаку несовпадения информации 1-й ВМ с информацией 4-й и А.й ВМ;А щ - признак совместной работы в вычислительном комплексе только 1-й и -й ВМ;Ах - признак совместной работы в вычислительном комплексе 1-й, ф-й и Х-й ВМ;А, - признак совместной работы в комплексе только ВМ; и какой-либо другой ВМ;8;ы - сигнал неопределенности в комплексе;8 к. - . сигнал коммутации.Кое., Крь, Кр - кодовые слова результата анализа в первой, второй и третьей ВМ имеющейся в них избыточной информации с целью контроля достоверности ее работы;4 О Клю, Клас, Кзес - текущие контрольныеслова, являющиеся результатом принятого решения о состояниях, соответственно, первой, второй и третьей ВМ: разрядам текущего контрольного слова поставлены в соответствии признаки фяз фея ф 3Ккю, Ккь КзкА - кодовые слова, содержащиеся в ячейках оперативного запоминающего устройства и представляющие собой информацию о предыстории поведения ВМ (например, признаки выхода скорости изменения ю параметров за допускаемую зону, результатытестовых и диагностических проверок и т.п., результатов, программных и алгоритмических оособов контроля);8 е, 8 ам . 8 к;. - контрольные сигналы саппаратуры встроенного контроля устройства ф первой, второй н третьей ВМ (6 - число контролируемых. аппаратно устройств и блоков).Блок 1 коммугацин представляет собой на,бор унравляемнх.сигналом 8 к; вентилей, информационные входы которых соединены с вц- ,9 ходами арифметического устройства ВМ, покоторым поступает информация, предназначенная для выдачи во внешние устройства.Блок сигналов коммутации 2 предназначен для выработки сигнала 8;, подаваемого иа управляющий вход блока 1 коммутации на основании входных сигналов 8 ма;, поступающих с выхода устройства управления ВМ, н сигналов 8 к, (Г), 8; поступающих с выходов блока 3 фиксации ошибок и блока 4 фиксации, неопределенности. Выработка сигнала осуществляется в соответствии со следующим выраже- нием Зх; = а; Ьж СВ,;(т) м Зю(т. О Блок 3 фиксации ошибки предназначен для выработки сигнала 8 ы;, подаваемого по шинам 7 на вход устройства 11 управления ВМ и сигнала 8 к; (Г), подаваемого на вход блока сигналов коммутации, на основании входных сигналов ж, 80, подаваемых по шинам 7 с выходов устройства 11, управления ВМ, сигнала А;а, подаваемого по шинам 9 с выхода арифметического устройства 12 ВМ, и сигналов 8 м;.а, 8 А, подаваемых по шинам 8 с выходов блока 5 предварительной фиксации ошибок других ВМ комплекса. Выработка выходных сигналов 8 а и 8 ж (т) блока 3 фиксации ошибки осуществляется по следующему выражению: ф,а.н а=и 4 диБабу-ф(5 аУ%р. М 6,)Осб 1 мальф)ф"4 ла ф 4 ф 15 20 2 блока 3 Фиксации ошибок других ВМ комнлек. са.Выходными сигналами являются сигналы у;4, подаваемые с выходов арнфметическо. го устройства 12 ВМ, сигнал 8 о 1, подаваемый с выхода устройства 11 управления ВМ, и сиг. налы А 1 Н, подаваемые с выходов блока управления коммутацией.Выработка предварительных сигналов ошибок 8 г,; осуществляется по следующему ал. горитму:ф,МВа,Г,; =ДфА 4,Л +1+1 й) Блок управления коммутацией 6 ие является новым по сравнению с известным. Он предназначен для выработки признаков состояния комплекса А;, А;, А.;, А;4 а и других, поступающих в остальные блоки устройства и служащих для управления их работой.Выработка признаков осуществляется на ос. нованнн сигналов а 1,. а; а а 4 а, поступающих по шинам 10 и 7 с выходов устройств а 11 управления ВМ ком плекса по ал горитмам: Аа = с афа 1 а+1аф 4+ь аамь" фи А = а, аа а, а 4 а, а а,где Ф 4 Ф ЛБлок 4 фиксации неопределенности предназначен для выработки сигнала неопределеннос- тИ 8(г), подаваемого на вход блока 2 сигиа лов коммутации на основании входных сигналов пиподаваемых по шинам 9 с выхода ариф метического устройства 12, сигналов А, Ам, подаваемых с выходов блока 6 управления коммутацией и, в отличии от известного устройства, сигнала 8 О, подаваемого с выхода устройства 1 управления.Выработка сигнала осуществляется по сле.дующему выражению:4=И6," 5 о, Рц А;ч, 4 Ф 1. ЫФ, й 01Выходом является сигнал 8, (т), который запоминается на триггересброс. триггера осуществляется сигналом А;.Блок 5 предварительной фиксации ошибки является принципиально новым н предназначен для выработки сигналов ошибок 8 аюу; других (например, 1-й) ВМ и подаваемых иа вход Работа контрольно-ком мути рующе го устройства осуществляется следующим образом.Перед каждой выдачей: результатов вычислений во внешние устройства вычислительныемашины, работающие в резервированном вычислительном комплексе над решением одних атех же задач, осуществляют обмен информацией по межмашинным каналам связи с последующим сравнением по программе этой инфор 40 мацин между собой, в результате этого (а также благодаря использованию других программных, аппаратных и алгоритмических средствконтроля) каждая ВМ выбирает контрольноеслово, каждому разряду которого савятся всоответствии признаки несовпадения йнформации чч. Фмь, у; .и др. Затем по команде8 Опрограммы нз арифметического устройства 12 контрольное слово по шинам 8 выдаетсялибо в блоки 3 фиксации ошибок и блоки 5предварительной фиксация ошибок, если числоЙ ВМ в комплексе равно трем или более трех,что автоматически указывается признаками ААц, вырабатыв 9 емыми в блоке 6 управлениякоммутацией, либо в блоке 3 фиксации ошибок,если число ВМ равно двум, что указываетсяпризнаками А и А;,Если соответствующий сигнал р Или р;присутствует, то в блоке 3 фиксации ошибок(илн блоке 4 фиксации неопределенности) кирабатываются соответствующие сигналы 8,8.щ нли 8.; (Ф). Одновременно в других, например Л-м н ф-м блоке 5 предварительной фикса-Чтобы выявить этот факт и, тем самым, исключить принятие неверного решения, в аппаратной части каждого контрольно-коммутиьо ции ошибок вырабатываются аналогичные сигНЗЛЫ ОшибОК ДВННОИ ВМ Ьсб, Яс 6 КОТО.рые поступают в блок 3 фиксации оцибокданной-й ВМ, благодаря чему достоверностьвыработки сигналов ошибки данной-й ВМувеличивается. Действительно, если сигналошибки по информации данной ВМ из-занарушения выработки контрольной информации не будет сформирован, сигнал ошибки ;данной ВМ будет выработан на основе сигнаЛОВ Ьс 1 д И сбР,ПОСтунаЮщИХ ИЗ бЛОКОВ 5предварительной фиксации ошибок А-й и 4;йВМ. На основе сигнала ошибки ,д или Ь. (г)в блокесигналов коммутации вырабатывается сигнал блокировки, который запрещает всоответствии с выражением (1) выработку сигнала 5,(т). 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 ВМи перевода ее в режим диагностики; Однако,если характер неисправности в ВМ таков, чтореакции устройства 11 управления ВМ на сигнал 5.к, не наступит и в следующем шагепрограммы по команде аког произойдет выдачаинформации К, из арифметического устройства 12 ВМ во внешние устройства, то выдача 2 зинформации во внешние устройства черезблок 1 коммутации не произойдет, так как сигнал 3 выработан не будет,Сйгнал З,д в устройстве 11 управления ВМосуществляет снятие признака а, благодарячему в блоке 6 управления коммутацией про- зоисходит автоматическая перестройка .признаков Ад А аз и т.д. и, следовательно, всегО .контрольно-коммутирующего устройства, Данное контрольно-коммутирующее устройство притрех ВМ в вычислительном комплексе представ- зляет собой прсстае устройство и, в целях повы.шенин надежности, включается в состав каждой ВМ.Взаимосвязь предложенного устройства сдругими устройствами резервированного комплекса представлена иа фиг, 2, где в качестве 4 гпримера представлены связи контрольно-коммутирующего устройства в трехмашинном цифровом вычислительном комплексе.В результате обмена по программе ииформаиней Квъ Кгея, Кзм (ПереД выДачей ее во 4внешние устройства) по межмашинным каналам связи (фиг, 2) каждаяВМ будет содержать в своем оперативном запоминающем устройстве 13 параметры, выработанные во всехВМ (КвКгл., Кзвг) Путем сравнения этойинформации определяется неисправная ВМ и в 56соответствующий разряд Ктм. (Кгткс., Кзткс)заносится признак рг, (гзрзг) при совместной работе трех ВМ, либо Рз (багз Фз, рзг) при совместной работе двух ВМ.Естественно, что в процессе такого программного анализа возможны сбои и получение неверного результата анализа, т,е. слова КРп (Кгч,.КЗР)руюпего устройства осуществляется вьбот. ка са налов сбоя не только собственной ВМ (налример, Я,р), но и всех других ВМ (например, 5 сог, 5 зз) с последующим формированием окончательных исполнительных сигналов Ьс и Ь, (Или хг, сьг и Ькз сиз 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 Кткс, (Кгткс, Кзгсс) типа сложная тревога (О -1), т,е, в слове Кткс ложно появится единица, то это не окажет воздействие на выработку исполнительных сигналов Ьсг, Ькз. Ь.г, Ьыз. двугих ВМ, а в данной ВМ ложно формируются эти исполнительные сигналы Ьс и 8,з, 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 они 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 использу. ет другую имеющуюся в ВМ и комплексе в целом избыточную информацию с целью выработки контрольного слова Кткс 1 Кгт, Кзтс) 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 Ккя Кгхя Кзяд Эта информация формируется на опросе сигналов состояния 8 св, Зхгв, 8 кзв аппаратуры ВМ, содержащей встроенный контроль, на основе проводимых периодически в процессе вычисле. ний текстовых и более глубоких (в отдельных режимах) диагностических проверок, на основе анализа характера изменения вычисляемых параметров и т,д, Йолучениая таким образом информация в виде слова Ккл (Кгнк, Кзк) 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 Кткс (Кгтс., Кзгкс.) не только в ситуациях, когда в комплексе находится несколько работающих ВМ, ио 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, профилактик, ремонтов и т.д.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 фиксапнп неопределенности н 4 лок управления коммутацией, соединенные с арифметическим устройством и усгройством управления соответствующих М вычислительных машин, отличающееся тем, что, с целью новы. щения достоверности и надежности определения н отключения неисправной вычислительной машины, оно содержит блок сигналов коммутации и блок предварительной фиксации ошибки, причем входы блока управления коммутацией подключены к выходам" соответсчвующего устройства управления каждой нз Мвычислительных машин,.а выходы - к еютветствующим входам блока предварительной фнксации ошибки, блоха фиксации ошибки и блока фиксации неопределенности, другие входы блоков предварительной фиксации ошибки и фиксации неопределенности подключены к выходам у арифметического устройства и устройства уп.равления соответствующей вычислительной ма.шины, другие входы блока фиксации ошибки. подключены к выходам блоков предваритель.ной фиксации ошибки соответствующих пар М - 1 вычислительных машин, выход арифме тического устройства и устройства управлениясоответствующей 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.ф Источники информации, принятые во внима.ние при экспертизе:1, Авторское свидетельство СССР308430,кл. б 66 Г 36; 1970.2; Авторское свидетельство СССР320812,кл. б 66 Р 11/ОО, 1969.3, Авторское свидетельство СССР222745,кл. (з Об Г %46, 1967.608162 5 (гз.л) кв ахттфе Ф-л) Вм Составитель Р. ЛобТехред О, ЛуговаяТираж 82 В овета Министров ССоткрытнЯкая наб., д. 4/5д, ул. Проектная, 4 ЦНИИПИ Госуда 3035, М Филиал ППП венного комитета С лам изобретениЯ н квэ, Ж.35, Раушс Патент, г. Ужгоро Редактор Н. РазумоЗаказ 2802/33 ов Корректор С. Век Подписное