Многоканальное резервированное устройство

СОЮЗ СОВЕТСНИХС 0 ЦИДЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЫЙ КОМИТЕТРЕТЕНИЙ И ГОСУД АРСТ 8 ЕНПО ЛА НАА АОТ,АН" ЕН О(протот ВАО го, соедин рез ключ с ва, первые И всех раз выходной ш первые вхо всех разря выходной ш вторые вхо геров всех гДЕ М ИЗОБ ОтНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н АВТОВОНОНУ ОВНДЕТТПВОТВ 535446/18-246.01.83,0.08.84. Бюл. В 32.ИАЖуков н Л.ИАШапиро21.374.32(088.8)Авторское свидетельство СС21, кл, Н 05 К 10/00, 1980.Авторское свидетельство СССРвке В 3316761/24,05 К 10/00, 1981 ип),(54)(57) 1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее вкаждом разряде по числу каналовэлементы неразнозначности, первыетриггеры и резервируемые блоки, выход каждого из которых соединен вкаждом разряде с соответствующиминформационным входом мажоритарногоэлемента и с первым входом элементанеравнозначности, второй вход которого подключен к выходу резервируемого блока последующего канала,выход мажоритарного элемента каждого разряда соединен с первым входом первого элемента И, с соответствующим входом блока свертки помодулю 2 и со входом первого инвертора, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен черезвторой инвертор со вторым входомпервого элемента И, с выходом элемента совпадения, первый вход которого соединен с выходом блока сверткии по модулю 2, а остальные входы -с соответствующими входами первогоэлемента ИЛИ и с выходами соответствующих первых триггеров, входысброса которых соединены с шинойсброса, выходы первого и второго ЯО 1111263 А 5 К 10/00; С 06 Г 11/20 элементов И каждого разряда подключены к соответствующим входам второго элемента ИЛИ, выход которогосоединен с соответствующей первойвыходной шиной устройства, втораявыходная шина которого соединенас выходом первого элемента ИЛИ,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,:с целью уменьшения мощности,.потребляемой устройством, оно содержитблок управления и в каждом разрядепервый элемент задержки, ключ, второй триггер, третий и четвертый элементы И и в каждом канале - пятыйэлемент И, выход которого соединенс входом установки соответствующего первого триггера, его первыйвход - с выходом соответствуюиегоэлемента неравнозначности, а второйвход в каждом разряде - с управляющим входом мажоритарного элемента и выходом первого элементазадержки, вход которого соединен суправляющим входом ключа и выходомвторого триггера, первые входыустановки и сброса котороГо соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, второй вход сброса - с шиной сброса,шины питания резервируемых блоковкаждого канала, начиная со второны в каждом разряде чешиной питания устройствходы третьих элементов ядов соединены с первой ной блока управления, ы четвертых элементов И ов соединены со второй ной блока управления, ы установки вторых тр разрядов соединены с1111263 третьей выходной шиной блока управления, вторые входы третьих и четвертых элементов И каждого разряда соединены с соответствующими выходными шинами блока управления, третьи входы четвертых элементов И в каждом разряде соединены с выходами первых элементов ИЛИ, выход блока свертки по модулю 2 соединен с йервой входной шиной блока управления, выходы элементов совпадения соединены с соответствующими входными шинами блока управления.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е,е с я тем, что блок уп" равления содержит генератор импульсовформирователь импульсов, распределитель сигналов, третий триггер, третий элемент ИЛИ, шестой, седьмой и восьмой элементы И, третий и четвертый инверторы, второй и третий элементы задержки, выход генератора импульсов соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с первым входом распределителя сигналов и входом второго элемента задержки, а второй Изобретение относится к вычисли.тельной технике и может быть использовано в управляющих вычислительныхмашинах повышенной надежности.5Известно устройство включениярезервированного оборудования, вкотором для повышения надежностиприменяется трехкратное резервирование с подключением резервируемыхблоков к мажоритарному элементу.Устройство содержит элемент ИЛИ ив каждом канале резервируемый блок,подключенный через мажоритарныйэлемент к соответствующему ключу,элемент неравнозначности, элемент И,триггер и элемент ИЛИ, причем выход резервируемого блока каждогоканала соединен с первым входомэлемента неравнозначности, второй вход которого подключен к выходу резервируемого блока (о+1)-го ка. нала, а третий вход - к выходу элемента И, первый вход которого со. вход - с выходом третьего триггера, вход сброса которого соединен со вторым входом распредельгеля сигналов и выходом третьего инвертора, а вход установки . - с выходом седьмого элемента И, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а второй вход - с выходом четвертого инвертора, выход второго элемента задержки соединен с первым выходом блока и со вторым входом третьего элемента задержки, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен со вторым . выходом блока, вход четвертого инвертора соединен с выходом третьего элемента ИЛИ и с третьим выходомблока, выходы распределителя сиг- "налов соединены с соответствующимиостальными выходами блока, а входформирователя импульсов соединен совходом третьего инвертора, вторымвходом восьмого элемента И и с первым входом блока, входы третьегоэлемента ИЛИ соединены с соответствующими остальными входами блока. 2единен с соответствующим входомэлемента И (и+1)-го канала и выходом триггера (тих+1)-го канала, авторой вход - с выходом триггера0+1)-го канала и соответствующимвходом элемента И (+1)-го канала,при том выход элемента неравнозначности каждого канала подключенко входу триггера, другой вход которого соединен с шиной сброса, авыход через элемент ИЛИ - с входомсоответствующего ключа и соответствующим входом общего элементаИЛИ, выход которого подключен к общей шине. Другие входы элементовИЛИ всех каналов соединены с управляющими шинами11,Однако зто устройство недостаточно надежно вследствие того, что придвух отказах резервируемых блоковустройство выходит из строя.Наиболее близким к изобретениюявляется многоканапьное резервированное устройство, содержащее вкаждом разряде по числу каналовэлементы неравнозначности, первыетриггеры и резервируемые блоки,выход каждого из которых соединен 5в каждом разрядес соответствующиминформационным входом мажоритарного 25 45 элемента и с первым входом элементанеравнозначности, второй вход которого подключен к выходу резервируемого10 блока последующего канала, а выход - ко входу триггера, выход мажоритарного элемента каждого рязряда соединен с первым входом первого элемента И, с соответствующим входом15блока свертки по мопчлю 2 и с входом первого инвертора, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен через второй инвер тор со вторым входом первого элемента И и с выходом элемента совпадения, первый вход которого соединен с выходом блока свертки по модулю 2, а остальные входы - с соответствующими входами первого элемента ИЛИ и с выходами соответствующих первых триггеров, входы сброса . которых соединены с шиной сброса, выходы первого и второго элементов И 30 каждого разряда подключены к соответствующим входам второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с соответствующей первой выходной шиной устройства, вторая выходная ши-на которого соединена с выходом.первого элемента ИЛИ. В данном устройстве повышение надежности обеспечивается за счет осуществления контроля информации, вьявления ошибки, 40 возникающей в случае появления отказов двух резервируемых блоков в одном из разрядов, и коррекции ошибок 23.Недостатком устройства является большое. потребление мощности питанияЦель изобретения - уменьшение мощ ности, потребляемой устройством.Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное резерви рованное устройство, содержащее в каждом разряде по числу каналов элементы неравнозначностп, первые триггеры и резервируемые блоки, выход каждого из которых соединен в каждом разряде с соответствующим информационным входом мажоритарного элемента и с первым входом элемента неравнозначности, второй ход каторого подключен к выходу резервируемого блока последующего канала,выход мажоритарного элемента каждогоразряда соединен с первым входомпервого элемента И, с соответствующимвходом блока свертки по модулю 2 исо входом первого инвертора, выходкоторого соединен с первым входомвторого элемента И, второй вход которого соединен через второй инвертор со вторым входом первого элемента И, с выходом элемента совпадения, первый вход которого соединен с выходом блока свертки по модулю 2, а остальные входы - с соответствующими входами первого элемента ИЛИ и с выходами соответствующих первых триггеров, входы сбросакоторых соединены с шиной сброса,выходы первого и второго элементов Икаждого разряда подключены к соответствующим входам второго элемента ИЛИ, выход которого соединен ссоответствующей первой выходнойшиной устройства, вторая выходнаяшина которого соединена с выходомпервого элемента ИЛИ, введены блокуправления, и в каждый разряд - первый элемент задержки, ключ, второйтриггер, третий и четвертый элементы И и в каждый канал - пятыйэлемент И, выход которого соединенс входом установки соответствующего первого триггера, его первь 1 йвход - с выходом. соответствующегоэлемента неравнозначности, а второйвход в кажпом разряде - с упранляющиьвходом мажоритарного элемента и выходом первого элемента задержки,вход которого соединен с управляющимвходом ключа и выходом второго триггера, первые входы установки и сброса которого соединены соответственнос выходами третьего и четвертогоэлементов И, второй вход сброса -с шиной сброса, шины питания резервируемых блоков каждого канала, начиная со второго, соединены в каждом разряде через ключ с шиной питания устройства, первые входы третьихэлементов И всех разрядов соединеныс первой выходной шиной блока управления первые входы четвертых элементов И всех разрядов соединены совторой выходной шиной блока управле"ния, вторые входы установки вторыхтриггеров всех разрядов соединеныс третьей выходной шиной блока управления, вторые входы третьих и40 Многоканальное резервированное устройство .содержит в каждом разряде по числу каналов резервируемые блока 1-3 (4-6, 7-9), элементы не- равнозначности 10-12 (13-15, 16-18), пятые элементы И 19-21 (22-24, 25-27) и первые триггеры 28-30 (31-33, 34"36), входы сброса которых подключены к шине сброса 37, а такжемажоритарный элемент 38 (39 40),первый элемент ИЛИ 41 (42,43), выходкоторого соединен со второй выходной шиной устройства 44 (45,46), элемент совпадения 47 (48,49), первыйинвертор 50 (51,52), первый элемент И 53 (54,55), второй элементИ 56 (57,58), второй инвертор 59(60,61)., второй элемент ИЛИ 62(63,64) выход которого соединен спервой выходной шиной устройства65 (66, 67), третий элемент И 68(72,73), второй триггер 74 (75,76), первый элемент задержки 77(78,79), ключ 80 (81,82), через который шины питания резервируемыхблоков 2,3 (5,6; 8,9) соединен.ыс шиной питания устройства 83.Кроме того, устройство содержитблок 84 свертки по модулю 2 и блокуправления 85, состоящий из генератора импульсов 86, шестого элементаИ 87, распределителя сигналов 88(реализованного, например, в видерегистра сдвига с начальной установкой состояния 1000), второго 89 итретьего 90 элементов задержки,формирователя импульсов 91, седьмого элемента И 92, третьего триггера 93, третьего 94 и четвертого 95инверторов, третьего элемента ИЛИ96 и восьмого элемента И 97, причемвыход второго элемента задержки 89соединен с первым выходом 98 блокауправления 85 и со входом третьегоэлемента задержки 90, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И 97, выход которогосоединен со вторым выходом 99 блока управления 85. Вход четвертогоинвертора 95 соединен с выходомтретьего элемента ИЛИ 96 и с третьимвыходом 100 блока управления 85.Первый, второй и третий выходы, распределителя сигналов 88 соединенысоответственно с выходами 101-103блока управления 85, Вход формирователя импульсов 91 соединен свходом третьего инвертора 94, вторымвходом восьмого элемента И 97 и спервым входом 104. блока управления85, входы третьего элемента ИЛИ 95соединенц с соответствующими входами105-107 блока управления 85. Выходформирователя импульсов 91 соединенс первым входом седьмого элементаИ 92, второй вход которого подклю7 11Ъ. чен к выходу четвертого инвертора 95, а выход - ко входу установки третьего триггера 93. Вход сброса триггера 93 соединен.с выходом третьего инвертора 94 и вторым входом распределителя сигналов 88, а выход подключен ко второму входу шестого элемента И 87, В каждом разряде резервируемые блоки 1-3 (4-6, 7-9) . подключены к первым и вторым входам элементов неравнозначности 10-12 (13-15, 16-18) и к информационным входам мажоритарного элемента 38 (39-40), Выход элементов неравнозначности 10-12 (13-15, 16-18) соединены с первыми входами пятых элемен. тов И 19-21 (22-24, 25-27), выходы которых подключены ко входам установки триггеров 28-30 (31-33, 34- Зб), выходы которых подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ 41 (42,43) и первым трем входам элемента совпадения 47 (48,49). Выход мажоритарного элемента 38 (39,40) подключен через первый инвертор 50 (51,52) к первому входу второго элемента И 56 (57, 58) и непосредственно к первому входу первого элемента И 53 (54,55). Выход элемента совпадения 47 (48, 49) соединен через второй инвертор 59 (60,61) со вторым входом первого элемента И 53 (54,55), со вто.рым входом второго элемента И 56 (57,58) и со входом 106 (106, 107) блока управления 85, Выходы первого 53 (54,55) и второго 56 (57,58) элементов И подключены ко входам второго элемента ИЛИ 62 (63,64). Управляющий вход мажоритарного элемента 38.(39,40) соединен со вторы- ми входами пятых элементов И 19-21 (22-24, 25-27) и выходом первого элемента задержки 77 (78,79), вход которого подключен к управляющему входу ключа 80 (.81,82) и к выходу второго триггера 74 (75,76). Первый вход установки второго триггера 74 (75,76) соединен с выходом третьего элемента И 68 (69,70), первый вход сброса - с выходом четвертого элемента И 71 (72,73), вторые входы установки вторых триггеров 74-76 соединены с третьим выходом 100 блока управления 85. Первые вхбды третьих элементов И 68-70 соединены между собой и с первым выходом 98 блока управления 85, а первые входы четвертых элементов И 71-73 соеди 1163 1 О 15 входом 104 блока управления 85. Устройство работает следующим обзависит только от значения сигналана выходе соответствующего одногорезервируемого блока 1,4,7. Навыходах первых элементов ИЛИ .41-43 40 соединенных с выходными шинами 44-46выдаются сигналы "0", свидетельст-,вующие об отсутствии ошибок в разрядах. Одновременно на выходе блока 84 свертки по модулю 2 выдается 45 сигнал "0", свидетельствующий о соответствии значения разряда четности 20 25 30 35 50 5 иены между собой и со вторым выходом 99 блока управления 85. Вторые входы третьего 68 (69,70) ичетвертого 71 (72,73) элементов Исоединены между собой и с выходом101 (102, 103) блока управления 85,а третий вход Четвертого элементаИ 71 (72,73) соединен с выходом первого элемента ИЛИ 41 (4,43), Входыблока 84 свертки по модулю 2 подключены к выходам соответствующихмажоритарных элементов 38-40, а выход соединен с четвертыми входами элементов совпадения 47-49 и первым разом В начальный момент все триггеры 28-36, 74-76 и 93 находятся в сброщенном состоянии, в которое онипредварительно устанавливаются сигналом с шины сброса 37. При этомсигналы с выходов триггеров.74-76закрывают элементы И 19-27 и ключи80-82, в результате чего отключаются от питания резервируемые блоки 2,3,5,6,8,9 и сигналы неравенства, которые могут возникнуть на выходах элементов неравнозначности 10 -18, не проходят через закрытые элементы И 19-27 на входы триггеров 28-36. Кроме того,мажоритарные элементы 38-40 по сигналам с выходов соответствующих триггеров 74-76 включаются таким образом, что значение сигналов на их выходах с четностью информационных разрядов, т.еоб отсутствии ошибок на выходах мажоритарных элементов 38-40.Этот сигнал поступает на четвертые входы элементов совпадения 47-49,на выходе которых образуется сигнал"0", который, проходя через инверторы 59-61, открывает элементы И 5355 и информация с выходов мажоритарных элементов 38-40 через открытыеэлементы И 53-55 и через элементыИЛИ 62-64 поступает на выходные шины устройства 65-67,111 26 15 При отказе одного из резервируемых блоков, например, блока 4, с выхода мажоритарного элемента 39 на вход блока 84 свертки по модулю 2 поступает неверная информация, в ре зультате чего на в.,ссоде этого блокагустанавливается сигнал 1 . Это переключение значения сигнала на выходе блока 84 с "О" на "1" приводит к формированию импульса на выходе10 формирователя импульсов 91. Импульсный сигнал с выхода формирователя импульсов 91, пройдя через открытый элемент И 92, опрокидывается триггер 93 в состояние, при котором открывается элемент И 87, и импульсы с выхода генератора импульсов 86 начинают поступать в распределитель сигналов 88 и на вход элемента задержки 89, В результате поступле ния на вход распределителя сигналов 88 первого импульса на его первом выходе появляется сигнал "1", поступающий на входы элементов И 68 и 71. Через время задержки, несколько большее, чем время установки разрешающего сигнала на определенном выходе распределителя 88, с выходов элемента задержки 89 на первый вход элемента И 68 поступает импульс, 30 который, пройдя на первый вход установки триггера 74, устанавливает его в состояние, при котором открывается ключ 80 и на резервируемые блоки 2 и 3 подается питание. Кроме тога, сигнал разрешения через время задержки, достаточное для срабатывания резервируемых блоков после включения питания, обеспечиваемое элементов задержки 77, открывает 40 элементы И 19-21 и включает мажоритарный элемент 38 в режим мажорирования. Так как блоки 1-3 функционируют нормально, то на выходе блока 84 свертки по модулю 2 изменения 45 сигнала не происходит и элемент И 97 остается открытым. В результате этого через время задержки, достаточное для срабатывания блока, свертки 84 по модулю 2, им пульс с выхода элемента задержки 90 проходит через открытые элементы И 97 и 71 и сбрасывает триггер 74 в начальное состояние. При этом55 закрывается ключ 80, элементы И 19 - 21 и мажоритарный эле 38 проходят в начальный режим. 3,1 ОВторой импульс с генератора импульсов 86, пройдя открытый элементИ 87 переводит распределитель сигналов 88 в следующее состояние, прикотором сигнал разрешения появитсяна выходе, соединенном с выходнойшиной 102 блока управления 85 и откроет элементы И 69 и 72. Кроме того, импульс с выхода элемента И 87поступает на вход элемента задержки89 и через время задержки, пройдячерез открытый элемент И 69, устанавливает триггер 75 в состояние,при котором открывается ключ 81, ичерез время, обеспечиваемое элементом задержки 78, открываются элементы И 22-24, и мажоритарный элемент.39 переходит в состояние мажорирования. В результате этого на выходеэлементов неравнозначности 13 и 15.появляются сигналы несравнения, таккак блок 4 отказал. Зти сигналы устанавливают триггеры 31 и 33 в состояние "1", в результате чего на выходеэлемента ИЛИ 42 появляется сигнал"1", свидетельствующий о наличииотказа в данном разряде,Кроме того, сигнал на выходе мажоритарного элемента 39 изменяетсяна "Верный" и на выходе блока 84свертки по модулю 2 образуется сигнал"О", который закрывает элемент И 97.В результате этого импульс с выходаэлемента задержки 9 О не проходитна вход элемента И 72, и триггер75 сохраняет состояние, при которомподается питание на резервируемыеблоки 5 и 6, Одновременно с этимсигнал "О" с выхода блока свертки 84по модулю 2, пройдя через инвертор94, сбрасывает триггер 93 в состояние, при котором закрывается элементИ 87, и сбрасывает распределительсигналов 88 в первоначальное состояние,Если при дальнейшей работе произойдет отказ еще одного из резервируемых блоков, например блока 7, то устройство будет работать аналогично тому, что было рассмотрено до отказаблока 4, последовательно проверяяработоспособность разрядов.Однако в этом случае сброса триггера 75 не произойдет, так как сигнал "Ошибка" с выхода элемента ИЛИ42 закрывает элемент И 72. Окончательным состояние устройства в этомслучае будет установка триггеров75 и 76 в положение, при котором от12 1111463нал " 1" с выхода элемента ИЛИ 96 поступает на вторые входы установкивторых триггеров 74-76, в результатечего они устанавливаются в состояние,5 при котором все резервируемые блоки1-9 оказываются включенными.Уменьшение потребляемой мощностипитания в предлагаемом устройствепо сравнению с прототипом при сохра 10 нении аналогичных исправляющих ошибоксвойств обеспечивается за счет того,что в начальном состоянии питаниеподается только на один резервируе-.мый блок из 11 в каждом разряде, а в15 дальнейшем питание на все резервируемые блоки разряда подается толькопри появлении отказа какого-либо резервируемого блока данного разрядаили двух отказах в любом разряде.20 25 30 35 40 крыты ключи 81 и 82 и питание подается на резервируемые блоки 1-9,При возникновении отказа второгоиз резервируемых блоков в разряде,Например блока 5, с выхода элементанеравнозначности 14 выдается сигнал"1", который, пройдя через открытыйэлемент И 28, устанавливает триггер32 в состояние "1". Таким образом,все триггеры 31-33 оказываются всостоянии 1Кроме того, отказ двух резервируемых браков 4 и 5 приводит к появлению ошибочной информации на выходе мажоритарного элемента 39, врезультате чего на выходе блока 84свертки по модулю 2 устанавливаетсясигнал "1". Этот сигнал поступаетна четвертые входы элементов совпадения 47-49, на входы формирователяимпульсов 91 и элемента И 97, Таккак на всех четырех входах элемента11 11совпадения 48 оказывается сигнал 1то на его выходе также формируетсясигнал " 1 " , который открывает элемент И 5 7 , при этом закрывается элемент И 54 . Ошибочная информация , измен енная н а правильную с помощьюинвертора 5 1, с выхода мажорит арного элемента 3 9 проходит через элемент 5 7 ,Таким об разом происходит ис правление ошибки и н а выходной шине 66информация будет правильной при отказе двух резервируемых блоков водном разряде .Кроме того , сигнал с выхода элемента совпадения 4 8 проходит черезэлемент ИЛИ 96 и второй инв ертор9 5 н а вход элемента И 9 2 и закрываетего . В результате этого импульсс выхода формирователя импульсов 9 1н е проходит н а вход триггера 9 3 . Сиг Запоминающее устройство (ЗУ) на интегральных схемах на основе структуры прототипа с числом каналов резервирования, равным трем 1 характеризуется потребляемой мощностью питания, равной приблизительно 46 Вт, а реализация ЗУ на основе изобретения обеспечивает снижение потребляемой мощности до 16 Вт при аналогичных остальных параметрах ЗУ, Появление отказа в одном из разрядов предлагаемого устройства приводит к увеличению потребляемой мощности приблизительно на 2 Вт.В функциональном модуле ЗУ с объемом памяти 16 К слов, разрядностью 16, вероятностью безотказной работы Р (г.) = 0,8 за 1000 ч работы, в предлагаемом устройстве потребляемая мощность питания при трехкратном резервировании приблизительно в 3 раза меньше, чем в прототипе.Жщщв Заказ 6328/44 тееж 782 Полянское айземан ППП Патент., т.унгород,.уд.Проектная, 4