Самокорректирующееся дискретное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 716 30 РЕТЕНИЯ ОПИСАН ТВУ МУ СВИДЕТ ТО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ. СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1348816, кл. 6 05 В 23/02, 1986.Щербаков П.С. Самокорректирующиеся дискретные устройства - М,: Машиностроение, 1975, с. 78, рис. 31,(54) САМОКОРРЕКТИРУЮЩЕЕСЯ ДИСКРЕТНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к вычислитель-. ной технике и мажет использоваться для повышения надежности комбинационных дискретных устройств,Известен многофункциональный логический модуль, содержащий с первого по третий логические блоки, элемент НЕ; блок преобразования, с первого по третий элементы неравнозначности, мажоритарный элемент, элемент И. вход синхронизации, выход, настроечные входы, информациайные входы, выходы блока преобразования, входы задания вида преобразования. Информационные входы подключены к входам .логических блоков, выходы которых подключены к первым, входам элементов неравноз- начности, соединенных своими вторыми входами с выходами блока преобразований. Выходы элементов нергвнозначности подключены к входам мажоритарного элемента, выход которого подключен к первому: входу элемента И, соединенного своим вторым входом с выходом элемента НЕ, На(505 6 06 Е 11/14/ 11/18(57) Изобретениной технике и мповышения наддискретных устповышение надество содержитлогический блокный логическийкорректор, элемености достигаетстода информаци6 табл. е относится к вычислитель- ожет быть использованодля ежности комбинационных ройств. Цель изобретения - жн ости устройства. Устрой- исходный комбинационный избыточный комбинационблок, дешифратор ошибки, нт ИЛИ, Повышение надежя за счет использования меонного резервирования, 2 ил. строечные входы подключены к первому, второму и третьему. входам блока преобразований, четвертый, пятый, шестой входы которого подключены к входам блока преобразований.Недостатком устройства является низкая надежность его работы, так как корректируются только одиночные ошибки,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, использующее для повышения надежности избыточное кодирование и содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, блок вычисления 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 управляющимпервым входом корректора, ин 1716521Формационные входы которого подключены к выходу исходного комбинационного логического блока, а выход является выходом устройства.Недостатком устройства является низкая надежность в работе при осуществлении коррекции ошибок большей кратности (вследствие резкого увеличения сложности резервного оборудования).Целью изобретения является повышениенадежности устройства при осуществлении коррекции ошибок любой кратности в разрядах исходного комбинационного логического блока,Поставленная цель достигается тем, чтов устройство, содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блок, блок вычисления синдрома, дешифратор ошибки икорректор, входы устройства соединены свходами исходного комбинационного логического блока и входами избыточного комбинационного логического блока, информационные выходы которого подключены к входам блока вычисления синдрома,выходы которого подключены к входам дешифратора ошибки, выход которого соединен с управляющим первым входом корректора, информационные входы которого подключены к выходу исходного комбинационного логического блока, а выходявляется выходом устройства, введен многовходовый элемент ИЛИ, входы которого соединены с соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логического блока, а выход подключен к второму управляющему 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 входамиисходного комбинационного логическогоблока 1 и входами избыточного комбинационного логического блока 2, информационные выходы которого подключены к входам дешифратора 3 ошибки, выходы которогосоединены с управляющими первыми входами корректора 4, информационные входы которого подключены к выходам исходного комбинационного логического блока 1, а выходы являются выходами устройства. Входы логического элемента ИЛИ 5 соединены с5 10 20 30 40 50 55 соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логиче-ского блока 2, выход подключен к второмууправляющему входу корректора 4, информационные выходы исходного комбинационного логического блока 1 соединены свходами дешифратора 3 ошибки.В предлагаемом устройстве реализованпринцип информационного резервирования, позволяющий корректировать ошибкилюбой кратности на выходах исходногокомбинационного логического блока и обнаружить ошибки заданной кратности вконтрольных разрядах (на выходах избыточного комбинационного логического блока),Выигрыш в надежности предлагаемогоустройства, по сравнению с прототипом, достигается за счет уменьшения сложности(по числу двух входовых логических элементов) резервного оборудования, (так каксложность оборудования предназначенногодля обнаружения ошибки заданной кратности значительно меньше сложности оборудования, используемого для коррекции ошибокбольшой кратности). Если ошибка в конт;рольных разрядах не превышает заданнойкратности, то это не приводит к формированию единичных значений в разрядах вектора ошибок, т.е. исключается влияниенеисправного избыточного комбинационного логического блока на работоспособность исходного комбинационного .логического блока.Предлагаемый принцип кодирования,реализованный в рассматриваемом устрой-,стве, заключается в следующем.Рассмотрим функциональную моделькомбинационного дискретного устройства,содержащую а-входов и й-выходов,На вход дискретного устройства можетбить подано /Х-возможных х-входныхвоздействий,Комбинация значений выходных сигна 5 лов дискретного устройства образует выходной набор У ф Яу 1, уз.ук). На выходедискретного устройства может быть получено множество 1 М" 2 -всех возможных выходкных наборов.Определение 1, Два выходных набора%=1 (у. у 2 ук) и У=Чу 1, у., ук) будемсчитать прямым и обратным, если одноименные выходные сигналы в данных наборах имеют противоположные значения.Например, для прямого выходного набора101 трехвыходного дискретного устройства,обратным выходным набором является комбинация 010,Определение 2. функцию Ур= 1 д(У 1,уг у), описывающую взаимное отношение между выходными сигналами прямого иобратного выходных наборов, будем называть определяющей функцией. Для рассмотренных комбинаций прямого иобратного выходных наборов определяю- .щая функция имеет вид У ууу (у 1 у 2, уз)Анализ выбранной математической модели позволил выявить следующие ее свойства.Свойство 1. Множество выходных наборов 1 У может быть описано 8=2 определяющими функциями.Свойство 2. Множество выходных воздействий Х включает й=,2 подмножеств .входных воздействий Х 11, 1 ХгАХИ, каждое из которых обеспечивает истинность соответствующей определяющей функции.Так как аргументы определяющих функций между собой находятся в строгом соответствии, то зная истинное значение(соответствующее логической. единице илилогическому нулю) одного из аргументов,можно определить. значения всех других выходных сигналов для данного выходного набора, Для того, чтобы иметь такуювозможность, разобьем множество )Х надва подмножестваХ 1 иХтаких, что:У 1=ЦХ)=1; У 1=ЦХи) -О. 50Свойство 3, Любой выходной набор дискретного устройства может быть представлен в виде;У = (Х,хд),(1)где Х б й; Й=(Х 1, Х 2, Хь); 55Х 1 Е М, М-(Х 1, Хц).Операция посимвольного сложения повоб 2 разрешенного выходного набора с выходным набором, имеющим ошибку, образует вектор ошибкиЕ=Уе О+У ,где У - выходной набор, имеющий ошиб.ку.Так как значение выходного набора У фопределяется в соответствии с выражением 45(1), то формально вектор ошибки можнопредставить в видеЬ-(хь Х, У ф).Из полученного выражения следует, чтокоррекция выходного набора может быть выполнена, если осуществить кодирование выходного набора по Х 1 и Х подмножествомвходных наборов.Утверждение 1, Минимальное количество дополнительных разрядов, необходимых:55для формирования вектора ошибки Еь исправляющего К-кратную ошибку, определяется выражением г- К, где г - числодополнительных разрядов. Действительно, для задания выходногонабора У =1(Хь Х 1) необходимо использовать д 1 ва подключателя входных наборовИ=2 и М=2.Тогда минимальное число символов, спомощью которых можно осуществить передачу М+М сообщений, равног=0922 + 1 ОЯ 22 К,Таким образом; любая К-кратная ошибка на выходе дискретного устройства можетбыть скорректирована при условии отсутствия ошибки в проверочных разрядах,Для того, чтобы повысить вероятностьбезотказной работы дискретного устройства,резервированного предлагаемым методом,необходимо кодовые слова, подаваемые спроверочных разрядов, разнести на расстояние б=.таад+ 1, где ьад - кРатность ошибки,обнаруживаемой в проверочных разрядах.С целью уменьшения числа проверочных разрядов, вводимых для обеспеченияданного условия, целесообразно ограничиться обнаружением одиночной ошибки.Данное ограничение является вполнеоправданным, если на каждом проверочномразряде реализуются независимые логические функции, т.е. возникновение дефекта визбыточном комбинационном логическомблоке не приводит к размножению ошибкина его выходах.Исходный комбинационный логическийблок 1 представляет собой комбинационноетрехвыходное дискретное устройство, реализованное в известном устройстве, и выполняющее на каждом выходе логическиефункции соответственно:У 1=а 1 агаз ча 1 агаз ча 1 агазча 1 агаз ча 1 агазчча 1 агаз;уг=а 1 агаз ча 1 агаз ч а 1 агаз ч а 1 агаз;уз=а 1 агаз ча 1 агаз ч а 1 агаз ч а 1 агаз.Истинность для рассматриваемого исходного комбинационного логического блока представлена в табл. 1.В соответствии со свойством 2 множествоХ 1 включает четыре подмножествавходных воздействий 1 Х 1, Х 211 1 Хз 1 Х 4,каждое из которых порождает соответствующую определяющую функцию:Ч(х ЕХ 1) - : б(У 1,уг,уЗ).ч(х 1Хг) - г(У 1,уг,уз);Ч(х е Хз) - тз(у 11 уг,уз)Ч(х ЕХ 4) ф т 4(У 1 еугзуз).Из анализа табл. 1 следует, что каждоеподмножество включает следующие входные воздействия: Х 1=(х 1); Хг=(х 8,хв,хт);ХЗ(х 2,хз, х 4); Х 4=(х 8),Кроме того, множество 1 Х включает дваподмножества Х-(х 1,хг,хз,хб,хт,х 8) и ХпИзбыточный комбинационный логический блок 2 предназначен для формирования логических сигналов в проверочныхразрядах относительно имеющихся подмножеств входных воздействий, 5В общем случае подмножества Х 1, Х 2,Хз, Х 4 могут быть закодированы на двух контрольных разрядах г 1 и Г 2, но для того, чтобывыполнить условие обнаружения одиночнойошибки добавим третий контрольный разряд гз, Результаты кодирования занесем втабл, 2, из которой следует, что:г 1=Х 2 Ч Ха; г 2= Хз ЧХ 4; гз= Х 2 Ч Хз,Используя табл, 1, находим, что Х 2=а 2 азЧЧа 1 а 2 аз, аХ,Г=а 1 а 2 аз. 15В этом случае в первом контрольномразряде реализуется логическая функцияг 1-а 2 аз у аз(а 1 а 2 ч а 1 а 2),которая может быть выполнена на базедвухвходовых логических элементов И, 20ИЛИ, НЕ.Аналогичным образом построены логические функции, реализуемые на втором итретьем контрольных разрядах избыточного комбинационного логического блока, которые имеют вид:г 2=ХЗ Ч Х 4=а 1 а 2 Ч а 2 аз;Гз=Х 2 ч Хз=а 1 а 2 Ч а 1 а 2 Ч а 1 а 2 аз У а 1 а 2 аз,Формирование логического сигнала вчетвертом контрольном разряде г 4 осуществляется с помощью логического элементаИЛИ 5, В этом случае г 4=1(Хи)= 1(х 4 Чх 5)Дешифратор 3 ошибки предназначендля формирования сигналов в разрядах г 1,г 22, гз вектора ошибки относительно выходнь 1 х сигналов у 1, у 2, уз исходного комбинационного логического блока 1 и выходныхсигналов в контрольных разрядах г 1, г 2, гзизбыточного комбинационного логическогоблока 2. 40Для дискретного устройства, содержащего К-выходов, каждому х 1-входному воздействию соответствует смежный класс2 -векторов, содержащий 2 -ошибочныхвекторов, 45Так как вектор ошибки Ек(Х 1)=Ек(Хи). токоличество ошибочных векторов можетбыть ограничено числом 2 - 1/2.кВ табл. 3-6 представлены четыре смежных класса выходных векторов рассматриваемого устройства для х бХ 1,Учитывая единичные значения сигналовв разрядах вектора ошибки для всех возможных У 1и х 1, принадлежащих Х 1, Х 2, Хз,Х 4 подмножеством входных воздействий 55(см. табл, 3-6), проведя аналитические преобразования, получим логические функции,реализуемые на выходах дешифратора 3ошибки (в разрядах вектора ошибки):г 1=г 2 у 1(г 1 гз ч г 1 гз) чу 1 г 2(Г гз ч г 1 ГЗ); г 2=Г 1 у 2(Г 2 ГЗ Ч Г 2 ГЗ) Ч у 2 Г 1(Г 2 ГЗ Ч Г 2 ГЗ);гз=г 2 уз(г 1 гз ч г 1 гз) ч узг 2(г 1 г 3 ч г 1 гз) (2)Корректор 4 (фиг, 2) предназначен дляокончательного формирования в .тораошибки и осуществления коррекции ошибкина выходах исходного логического блока.Формирование значения логическогосигнала в каждом разряде вектора ошибкиосуществляется с помощью элементов 1618 неравнозначности соответственно.В этом случае значение сигнала в разряде вектора ошибки, определяется выраже 1нием: г=гОг 4,На элементах 19 - 21 неравнозначностипроисходит коррекция ошибки выходныхсигналов исходного комбинационного логического блока 1,Устройство работает следующим образом.В исправном состоянии устройство реализует логические функции в соответствиис табл. 1. В разрядах вектора ошибки формируются сигналы, соответствующие логическому нулю.Рассмотрим работу устройства в режиме коррекции, например, при подаче вход-.ного набора х 1, порождающего выходнойнабор У=111. Пусть, в результате возникновения дефекта для данного входного воздействия,.получен выходной набор У=001,имеющий ошибку, В этом случае в проверочных разрядах г 1, г 2, гз, г 4 присутствуют сИгналы. соответствующие логическому нулю,Используя систему уравнений (2) находим,что г 1=1 (так как ггу 1 г 1 гз) порождает логическую единицу), г 2=1 (так как г 1 у 2 Г 2 гз) порож- .дают логическую единицу). гз= 0 (так какг 2 узг 1 гз О, так как уз= 0),Так как значение г 4=0, то сигналы г 1,г 2, гз на элементах 1.6 - 18 не инвертируются,Сигналы г 1 и г 2, поступающие на элементы 19 и 20 неравнозначности, обеспечивают коррекцию сигналов у 1 и у 2.На выходеустройства получаем скорректированноезначение выходного набора Ук = 111, .Аналогичным образом устройство работает при подаче других входных воздействий и наличии ошибок другой кратности.Возникновение одниночной ошибки в проверочных разрядах г 1, 12, гз не приводит формированию единичных значений в разряде вектора ошибки.Для самокорректирующегося дискретного устройства, реализующего метод вычисления синдрома, сложность декодирующего устройства составляетОс- Рс,5907110Для предлагаемого устройства вероятность безотказной работы оценивается ьыражением5 Рм=РдезРлб+3 Рбз(1-Рб)+3 Рб(1-Рб)" ++(1 - Рб) ХРк +4 РК (1 - РКВ (4)где Рк - вероятность безотказной работы по одному выходу кодирующего устройства.Средняя сложность кодирующего устройст ва по одному выходу составляет семь двухвходовых элементов, т.е, Рк=Рлэ,ббРдеРлэПодставляя полученные значения выражение (4), определяем вероятность отказа 15 для предлагаемого способа Ом=1- -Рм=б,6875 10 РС=РодРс д Сз Рб (1 - Рб) =з-)+ЗРб(1-Рб) + (1-Рб) , (3)где Рб - вероятность безотказной работы по 20 одному информационному выходу дискретного устройства;Рс - вероятность безотказной работы декодирующего устройства;Род - веРоЯтность безотказной Работы 2 кодирующего устройства.Примем среднюю сложность исходного устройства по одному выходу, равной двенадцати двухкодовым логическим элемента,м. 30Если принять интенсивность отказа о. ного двухвходового элемента А =, 0,110:1, то его вероятность безотказной работы часО 1 ОР О.1О.1 1 ОТогда вероятность безотказной р 2)боты ПО ОДНОМУ ВЫХОДУ СОСтаВЛЯЕт Рб=РлэСоответственно Рс=Рлэ , Минимизи 121рованную сложность кодирующего устройства определяем, используя выражение (2) 403-код (КО-п)4=3 блэгде 0=2 т+1=7, п=12 общее число разрядов.В этом случае Ркод=РлэзбПри минимизированной сложности кодирующего устройства возникновение в 45 нем дефекта приводит к появлению ошибки кратности большей трех,Подставляя полученные значения в вы- . ражение(3), определяем вероятность отказа Ос.)., 4 к) " " -к+ Сп-к)с 2 )ОЯ 2 и - кСк+ (п - К) +4 К=121 лэ.При использовании предлагаемого метода сложность декодирующего устройства составляет).дек.п= )и)Ск+ и + 4 К=66 лэВероятность безотказной работы дискретного устройства, резервированного на метод вычисления синдром с коррекцией трехкратной ошибки, оценивается выраже- нием Формула изобретения Самокорректирующееся дискретное устройство, содержащее исходный комбинационный логический блок, избыточный комбинационный логический блох, блок вычисления 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 вычисления синдрома, выходы которого подключены к входам синдрома дешифратора ошибки, выход которого соединен с управляющим первым входом корректора, информационные входы которого подключены. к выходам исходного комбинационного логического блока, а выход является выходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введен многовходовый элемент ИЛИ, входы которого соединены с соответствующими контрольными выходами избыточного комбинационного логического блока, а выход подключен к второму управляющему входу корректора, информационные выходы исходного комбинационного логического блока соединены с входами эталонных сигналов дешифратора ошибки.17165521 ктор. М актор С.Лисина каз 614 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина зв оставител ехред М.М Яавло гентал