Устройство для реконфигурации резервируемых блоков

(51) 5 30 ЕТЕНИЯ ПИ АВТ оительное канко, В.Г,Лйтви.Н,ТкаченкоСССР1987, Б, Основь эксгоиздат, 1988,. отка ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московское приборострструкторское бюро "Восход".плуатации ЭВМ. - М.: Энерс.118, 160-162, рис.4.17, 5.30 Изобретение относится к цифровой ивычислительной технике и может быть использовано при построении высоконадежных устройств на основе однотипныхрезервируемых блоков,/Известно устройство для контроля вйчислительных машин, содержащее два резервируемых блока (машины), элементсравнения, триггер, коммутатор, элементыИ и ИЛИ.Недостатком указанного устройства яв,ляется низкая надежность. обусловленйаяналичием лишь двух резервируемых блоков,и невозможность обеспечения работоспособности при двух отказах.Известно устройство для реконфигурации резервируемых блоков, содержащее че-.тыре резервируемых блока, пятькоммутаторов, шесть элементов сравнения,.четыре счетчика; четыре мажоритарных элемента, элементы И и ИЛИ.Недостатком указанного устройства яцляется низкая надежность, обусловленнаятем, что отказ хотя бы одного из элементов 2(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕКОНФИГУРАЦИИ РЕЗЕРВИРУЕМЫХ БЛОКОВ(57) Сущность изобретения. устройство содержит 4 резервируемых блока, 5 коммутаторов, 1 региСтр, 6 схем сравненйя, 4 счетчика, 7 элементов ИЛИ, 4 мажоритарных элемента, 5 элемейтов И и имеет 2 входа синхронизации, вьходданных и 1 выходза,3 ил,сравнения может привести к отказу всего устройства.Наиболее близким по техничес(ой сущности и достигаемому "положительномуэф- фекту является устройство, содержащее д первый-четвертый резервируемые блоки, первый и второй элементы сравнения, коммутатор, причем выход первого резервируемого блока соединен с первым входом О". первого элемента срааненйя, выход которо- СО го соединен с первьм управляющим входом О коммутатора, выходкоторого соединен с Д первым управляющим вхбдом коммутатора, выход которого является выходом данных устройства, выход второго резервируемого блока соединен с первымвторомвторогоэлемента сравнения. выход кбторого соедйнен с вторым управляющим входом коммутатора, вьход третьего резервируемого.блока соединен с вторым входом первого элемента сравнения и первым информационным входом коммутатора, выход четвертого резервируемого блока соединен с вторым входом второго элемента сравненияи вторым информационным входом комму- обусловленных ими связей необходимо дляобеспечения блокирования выходов соотНедостатком известного устройства яв- ветствующих элементов сравнения при отляется низкая надежность, обусловленная казе резервируемых блоков.тем,чтонеисправностьдвухрезервируемых 5 Введение седьмого элемента И, второблоков, выходы которых контролируются го-пятого коммутаторов обусловленных имиразличными схемами сравнения, приводит связей необходимодля обеспечения работык отказу устройства в целом, так как отсут- устройства после появления первого откаствует возмокность поиска и выбора другой завшего резервируемого блока,двухканальной работоспособной конфигу . Введение первого-четвертого мажорирации, составленной из оставшихся исправ- тарных элементов и обусловленных ими свяных резервируемых блоков. зей необходимо для определения первогоКроме того, недостатком известного ус- отказавшего резервируемого блока дажетройства является низкая достоверность при отказе одного из трех элементов сраввыдаваемой информации (низкая достовер нения, контролирующих его выходы,ность контроля), Так, если один из блоков, Введение первого-четвертого элеменконтролируемых одной схемой сравнения, тов И и обусловленных ими связей необхоотказал; то на выходе схемы сравнения по- димо для определения второго отказавшегоявится ноль, который блокирует соответст- блока.вующий вход коммутатора. Однако, если в 20 Введение пятого элемента И и обусловпроцессе дальнейшего функционирования ленных им связей необходимо для опредеоткажет и второй резервируемый блок, вы- ления состояния устройства, при которомходкоторогосоединенсдругимвходомтого отказавшими признаны три из четырех реже элемента сравнения, и информация на зервируемых блоков,выходах этих блоков совпадает(либо совпа На фиг,1 представлена функциональнаядает периодически), то в коммутаторе про- схема устройства для реконфигурации реисходит смешивание рабочей и ложной зервируемых блоков; на фиг.2 - временнаяинформаций, что приводит к выдаче на вы-, диаграмма работы устройства; на фиг,З -ход устройства неверной выходной после- вариант реализации блока синхронизациидовательности, 30 устройства.Целью изобретения является повыше- Устройство содержит первый-четверние надежности и достоверности контроля тый резервируемые блоки 1 - 4, первый коммутатор 5, регистр 6, первую-шестую схемыСущность изобретения состоит в увели- сравнения 7-12, первый-четвертый счетчичении надекности устройства и достовер ки 13 - 16, первый-седьмой элементы ИЛИности выдаваемой информации путем 17 - 23, первый-четвертый мажоритарныеобеспечения сохранения работоспособной элементы 24-27, второй-пятый коммутатоконфигурации резервируемых блоков при ры 28-31, первый-пятый элементы И. 32 - 36,любь 1 х двух отказавших до возникновения первый вход 37 синхронизации устройства,отказа в третьем из четырех блоков, блоки второй вход 38, синхронизации устройства,рования выходов элементов сравнения, осу- выход 39 данных устройства, выход 40 откаществляющих контроль резервируемых за устройства, а также генератор 41 тактоблоков, которые признаны отказавшими, а - вых имйульсов, счетчик 42 с коэффициентом. также обеспечения сохранения работоспо- пересчета, элемент 43 задержки,собности устройства при отказе одного из 45 Блок синхронизации должен формироэлементов сравнения, вать две импульсные последовательностиВведение регистра и обусловленных им (фиг,2), подаваемые на первый 37 и второйсвязей необходимо для исключения попада входы синхронизации устройства.ния на выход данных устройства ложной Устройство, когда все элементы сравнеинформации, которая появляется на выходе 50 ния исправны, работает следующим обрапервого коммутатора с момента отказа од- зом.ного из резервируемых блоков до момента . В исходном состоянии все резервируеблокирования соответствующего информа- мые блоки исправны, и допустим, на их выционного выхода пЕрвого коммутатора. ходах находятся одни нули, все счетчикиВведение третьей-шестой схем сравне 13-16 находятся в нулевом состоянии, в рения и обусловленных ими связей необходи- гистре 6 также записаны одни нули. Так какмо для обеспечения попарного контроля данные на выходах всех блоков 1 - 4 совпавыходов резервируемых блоков,дают, то на выходах всех шести схем 7-12Введение первого-четвертого счетчи- сравнения будут нули, следовательно, наков, первого-шестого элементов ИЛИ и все входы всех элементов ИЛИ поступают1756893 5 6одни нули, на выходах всех мажоритарныхческая единица, Эта единица, поступив наэлементов также будут нули, Все входы ком-первый инверсный управляющий вход коммутатора 5 открыты. Данные (нули) с выхо- мутатора 5, блокируетсоответствующий индов первого 1 - третьего 3 блоков, пройдя: формационный вход; к которому подключенчерез йоразрядное логическое сложение в 5 выход первого резервируемого блока 1, искоммутаторе 5, которое не может их иска- ключая сложение ложных данных первогозить, так все они одинаковы. поступают на " блока 1 с данными двух других исправныхинформационный вход регистра 6, в кото- блоков 2 и 3. Крометого, эта единица постурый будут записаны по заднему фронту пер- пает на прямой Н-вход первого счетчика 13,вого тактового импульса, поступившего с" 10 . разрешая его работу, По очередному тактопервого входа 37 синхронизации устройст- вому импульсу, поступившему со входа 37ва. Но так как в регистре 6 записаны однй синхронизации устройства на вход счетчинули, его состояние не изменяется (фиг.2), ка, последний переходит в очередное состоПо заднему фронту этого же тактового им- яние.пульса резервируемые блоки 1-4 выдают 15 В таком состоянии устройство находи гданные,отличные от нулевых. и если всеони ся до тех пор, пока навход "+1" счетчика непродолжают находиться в исправном состо- поступает 2 импульсов до прихода очерадянии, то изменения не происходят, и эти ного импульса свторого входа 38 синхроданные по заднему фронту очередного так- . низации устройства либо пока нетового импульса,.постуйившего с первого 20 восстанавливается отказавший блок (т,е. ввхода 37 синхронизации устройства. запи- нем происходит сбой), при этом единица насываются врегистр 6 (фиг.2). Далее устрой- выходе мажоритарногоэлемента 24 исчезаство работает аналогично до тех пор, пока в ет,одном из блоков 1-4 не происходит отказ. Для того, чтобы устрайить влияние сбоСчитают,: что время между первым и 25 ев, возникающих в резервируемых блоках,вторым отказами значительно превышает на принятие решения отом, отказал данныйвремя Т, равноеблок или нет, и проводится периодическоеобнуление счетчиков с частотой в Н раз,Т = П 2,: меньшей, чем частота (1) тактовых импуль 30 сов, поступающих с первого входа 37 синхгде П - период следствия тактовых имйуль- ронизации устройства (фиг.2 и 3),сов;, : Считают, что отказавшим признаетсяК - разрядность. счетчиков 1-4, тот блок, данные на выходе которого за пет.е. вероятность возникновения второгоот- риод следования импульсов (П 2) с второгоказа за время 1, причем тТ, прошедшее 35 входа 38 синхронизации устройства не совпосле возникновения первого, равно нулю, пали не меньше,чем в 2" тактах работы устВероятность появления одновременно 1 = 0 . ройства, причем П 2 = Н/6. Тогда за времядвух и более отказов также равна нулю. Но П 2 счетчик соответствующего резервируедопускается появление двух отказов (при .мого блока (пусть первого, фиг.2) "успеет"этом данные на выходах этих двух блоков не40 перейти в состояние 2, при котором на вы-;совпадают между" собой) одновременно ходе его К-го разряда появится единица.при наличии в устройстве одного или двух Эта единица, поступая на инверсные.й- иранее отказавших блоков. Н-входы этого же счетчика; исключает воэДопустим,отказал первый блок 1,тогда можность дальнейшего-изменения его сорез первый 17 - третий 19 элементы ИЛИ, 50 - четвертого 35 элементов Й соответственпоступят на соответствующие входы мажо- но, С этого момента устройство становится ритарных элементов 24-27 (фиг.1), выходы которых через коммутаторы 28-31 подклю"бессильным" против отказов схем сравнения типов константного йуля на выходе тех чены к прямым Ч-входам счетчиков 13 - 16 из них, которые контролируют выходы еще Однако, более двух единиц появится на вы исправных резервируемых блоков (в данходах толькО первого мажоритарного эле-ном случае это схемы 10, 11 и 12 сравнения). мента 24 (на всех трех входах), на входах Состояние первых трех схем сравнвния не остальных будет максимум одна логическая важно, так как единица с выхода счетчика 13 единица, поэтому лишь на выходе первого . поступаетна входы первого 17-третьего 19 мажоритарного элемента 24 появится логи- элементов ИЛИ, как бы подтверждая отказ данныенаеговыходеотличны отданныхна 45 стояния. Крометого, она поступает на вход выходах всех остальных резервируемых " седьмого элемента ИЛИ 23, единица с выхо- . блоков 2-4. Следовательно, на инверсных да которого отключает от прямых Н-входов выходах первой 7 - третьей 9 схем сравне- . счетчиков выходы мажоритарных злемен . ния появятся единицы; которые, пройдя че- тов, а подключает к ним выходыпервого 3250 данного блока, В случае отказа второго блока 2 единица поступает с выхода счетчика 14 на входы первого 17, четвертого 20 и пятого 21 элементов ИЛИ, при отказе же третьего 3 - на входы второго 18, четвертого 20 и шестого 22, а при отказе четвертого 4 - на входы третьего 19, пятого 21 и шестого 22 элементов ИЛИ. Далее устройство "ожидает" появление . очередного отказавшего блока. Допустим; отказал второй блок 2, тогда на выходе четвертой 10 и пятой 11 схем сравнения появляются единицы, которые через элементы ИЛИ 20 и 21 поступают на соответствующие входы элементов И 32-35 (фиг.2). Теперь единица прйсутствует на выходе не только первого элемента И 32 (онэ там появилась после отказа первого блока), но и на выходе второго элемента И 33, так как на всех трех его входах теперь единичные потенциалы.Остальные же два элемента И 34 и 35 сохраняют нули нэ своих выходах, тэк кэк на одном из входов - нуль, поступающий с выхода схемы 12 сравнения (третий 3 и четвертый 4 блоки исправны) через элемент . ИЛИ 22; Единица с оь 1 хода элемента И 33 поступает через коммутатор 29 на второй инверсный управляющий вход коммутатора 5, блокируя тем самым выход блока 2, а также на прямой Ч-оход второго счетчика 14, разрешая ему режим прямогосчета. После того, как счетчик переходит в состояние, при котором на выходе его К-го разряда появляется единица, ею блокируются четвертый 10 и пятый 11 элементы сравнения (она поступает на входы элементов ИЛИ 20 и 21), Далее устройство ожидает отказа одного из оставшихся двух блоков 3 или 4. Их состояние контролирует единственная неблокированнэя схема 12 сравнения, При отказе одного из этих блоков единица с выхода схемы 12 сравнения, пройдя через элемент ИЛИ 22, поступает на входы элементов И 34, 35, открывая последние. Единица с выходов И 34 и 35 через коммутаторы 30 и 31 поступает на прямые Ч-входы счетчиков 15 и 16. Кроме того, единица с выхода коммутатора 30 поступает на третий управляющий вход коммутатора 5, блокируя последний его выход, очередным тактовым импульсом с охода 37 о регистр 6 записываются только нули. Кроме того, теперь на всех трех входах пятого элемента И 36 присутствуююг единицы, поступающие с выходов соответствующих коммутаторов 28-30, единица с выхода элемента И 36 поступает на выход 40 отказа устройства, сигнализируя о том, что в устройстве отказало более двух резервируемых блоков. В случае же, если после отказа одногоиз блоков в устройстве возник групповойотказ последних (одновременно отказалодва или три блока), то на выходах всех зле 5 .ментов сравнения присутстоуют единицы,что приводит к их появлению на выходахвсех элементов И 32-36. Ситуация аналогична описанной, но условием при этом является то, что данные на выходах отказавших10 блоков не совпадают между собой,Устройство в условиях отказа схем сравнения работает следующим образом, Отказсхемы сравнения может быть двух видов:ложный нуль, т,е, данные на входах его не15 совпадают, а нэ инверсном выходе все равно нулевой потенциал (константный нуль); иложная единица - данные совпадают, а нэвыходе - единица (константная единица).Отказы второго аида в предлагаемом и20 известных устройствах могут привестилишь к преждевременном выдаче сигналаоб отказе устройства о целом, исключал "незамеченное" попадание на выход 39 данныхустройства ложных данных. Отказы типа25 константного нуля опаснее: такой отказ ведет к необнаружению несовпадения данныхна выходахдействительно отказавшего блока. Во всех известных устройствах появления такого отказа хотя бы в одной из схем30 сравнения приводит к выдаче ложных данных на выход данных устройства при отказехотя бы одного из блоков, контролируемыхотказавшей схемой сравнения,Рассматривают случай, когда отказ типа35 константного нуля произошел в одной изсхем сравнения в момент, когда все резервируемые блоки еще исправны. Допустим,отказала третья схема 9 сравнения. Возможны два алгоритма работы устройства в40 этом случае, Это событие обнаруживаетсяпятой 11 и шестой 12 схемами сравнения, ичетвертый мажоритарный элемент 27 на основании единичных потенциалоо, поступивших на двэ из трехего входоо, принимает45 решение об отказе четвертого блока. Послетого, как счетчик отсчитывает 2" тактов. единицы поступят на входы третьего 19, пятого21 и шестого 22 элементов ИЛИ, замаскировав тем самым отказавшую схему 9 сравнения, исключив влияние нуля с ее выхода на дальнейшую работу устройства. После обнаружения первого отказавшего блока устройство теряет способность адаптации к отказам схем сравнения, и отказ типа константного нуля в любом иэ еще не замаскированных схем сравнения может привести к выдаче ложных данных на выход 39 данных устройства.По второму алгоритму, если происходит отказ блока, неконтролируемого отказавшей схемой сравнения, то этот отказ "обходят", но после этого отказ одного из блоков кроме четвертого, контролируемых данной схемой сравнения, ведет к выдаче ложной информации на выход 39 данных устройства,Формула изобретения Устройство для реконфигурации резервируемых блоков, содержащее первый-четвертый резервируемые блоки, первую и вторую схемы сравнения, первый коммутатор, причем первый вход синхронизацииустройства соединен с синхровхоцами первого-четвертого резервируемых блоков,выходы первого-третьего резервируемых блоков соединены соответственно с первым-третьим информационными входами первого коммутатора, о т л и ч а ю.щ е е с я 20 тем, что, с целью повышения надежности устройства и достоверности результатов контроля, оно содержит регистр, третью- шестую схемы сравнения, второй-пятый коммутаторы, первый-четвертый счетчики,тый элементы И и первый-четвертйй мажоритарные элементы, выход первого резервируемого блока соединен с первыми входами первой-третьей схем сравНения,30 выходы неравенства которых соединены с первыми входами первого-третьего элементов ИЛИ соответственно, выход второго резервируемого блока соединен с вторым входом первой схемы сравнения и с первы 35 ми входами четвертой и пятой схем сравнения, выходы неравенства которы.х соединены спервыми входами четвертого и пятого элементов ИЛИ соответственно, выход третьего резервируемого блока соеди 40 нен с вторыми входами второй и четвертой схем сравнения и с первым входом шестой схемы сравнения, выход неравенства которой соединен с первым входом шестого элемента ИЛИ, выход четвертого резервируемого блока соединен с вторыми входами 45 третьей, пятой и шестой схем сравнения, выход первого элемента ИЛИ соединен с первыми входами первого и второго мажоритарных элементов и первого и второго 50 элементов И, выход второго элемента ИЛИ соединен С вторыми входами первого мажоритарного элемента и первого элемента И и с первыми входами третьего мажоритарного элемента и третьего элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен с третьи 55 первый-седьмой элементы ИЛИ, первый-пя ми входами мажоритарного элемента и первого элемента И и с первыми входами четвертого мажоритарного элемента и четвертого элемента И, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с вторыми входами второго и третьего мажоритарныхэлементов и второго и третьего элементов И, выход пятого элемента ИЛИ соединен с третьими входами второго мажоритарного элемента и второго элемента Й и вторыми входами четвертого элемента И и четвертого мажоритарного элемента, выход шестогб элемента ИЛИ соединен с третьими входами третьего и четвертого мажоритарных элементов и третьего и четвертого элементов И, выход первого мажоритарного элемента соединен с первым информационным входом второго коммутатора, выход которого соединен с прямым Ч-входом первого счетчика и первым инверсным управляющим входом первого коммутатора, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход которого является выходбм данных устройства, выход второгО мажоритарного элемента соединсн с первым информационным . входом третьего коммутатора. выход которого соединен с вторым инверсным управляющим входом первого коммутатора и с прямым Ч-входом второго счетчика, выход третьего мажоритарного элемента соединен с третьим инверсным управляющим входом первого коммутатора й с прямым Ч-входом третьего счетчика. выход четвертого мажоритарного элемейта соединен с прямым Ч-входом четвертого счетчика, выходы 1-х разрядов первого-четвертого счетчиков соединены с собственными ин-. версными В- и Ч-входами и с соответствующими входами седьмого элемента ИЛИ;: выходы 1-х разрядов первого-третьего счетчиков связаны с соответствующими входами пятого элемента И, выход которого является выходом отказа устройства, выход седьмого элемента ИЛИ соединен с управляющими входами второго-пятого коммутаторов и четвертым входом четвертого элемента И, выходы первого-четвертого элементов И соединены с вторыми информационными входами второго-пятого ком-. мутаторов соответственно, первый вход синхронизации устройства соединен с синхровходом регистра и со счетным входами первого-четвертого счетчиков, прямые В- входы которых подключены к вторбму синхровходу устройства,1756893 2 ректор М,Петрова Редактор И.Де оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 3089 ВНИИПИ Го Тир венного 113035, авитель В.Литвиненед М.Моргентал Подписноемитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССРсква, Ж,.Раушская наб., 4/5