1.3 Факторы, влияющие на работоспособность Цифровых устройств.

Факторы, воздействующие на работоспособность ЭВМ, разделяют на

климатические, механические и радиационные.

К климатическим факторам относят: изменение температуры и

влажности окружающей среды; тепловой удар; увеличение или

уменьшение атмосферного давления; наличие движущихся потоков

пыли, песка; присутствие активных веществ в окружающей атмосфере;

наличие солнечного облучения, грибковых образований (плесень),

микроорганизмов, насекомых и грызунов; взрывоопасной и

воспламеняющейся атмосферы, дождя или брызг; присутствие в

окружающей среде озона.

К механическим факторам относят: воздействие вибрации, ударов,

линейного ускорения, акустического удара; наличие невесомости.

К радиационным факторам относят: космическую радиацию;

ядерную радиацию от реакторов, атомных двигателей; облучение

потоком гамма-фотонов, быстрыми нейтронами, бета-частицами, альфа-

частицами, протонами, дейтронами.

1.4 Риски, возникающие в процессе работы Цифровых устройств.

Задержка в элементе зависит от большого числа факторов (технологических, напряжения питания, нагрузки, линий связи) и описывается статистическими закономерностями.Обычно задается максимальное время задержки. Отсюда следует, что нельзя сравнивать задержки в двух цепях, т.к. в принципе они могут быть сколь угодно малыми. Если же известны и минимальные задержки, то сравнение возможно при определенных условиях.

Пусть длинная цепь имеет число элементов N_д, а короткая – N_к. Тогда:  , а  .

В длинной цепи сигнал будет распространяться дольше, т.е.  , если  , или  .

Задержки не только ограничивают быстродействие цепей, но и создают ложные сигналы в цепи, которые могут быть опасны при нагружении КЦ на элементы памяти. В этом случае ошибки не исчезают со временем.Такие ложные сигналы называют рисками. Различают статические и динамические риски. Статические риски возникают в случае, если при смене входных сигналов состояние выхода не должно измениться. Например: цепь реализует операцию И-НЕ (штрих Шеффера)   и предусмотрено одновременное изменение сигналов x₁ и x₂ с набора 10 на 01. Сигнал на выходе должен остаться постоянным – 1.

Рис.1.4.1 Рис.1.4.2

На рисунках 1.4.1 и 1.4.2 представлены два возможных случая соотношения между моментами переключения сигналов. На рисунке 1.4.2 показан механизм возникновения ложного сигнала. «0» – сигнал не предусмотрен логикой работы схемы и возможен статический риск сбоя. Динамический риск сбоя возникает в том случае, если в схеме предусмотрено изменение состояния выходного сигнала. При этом в силу неодновременности переключения сигналов возможно многократное переключение выходного сигнала из «0» в «1» и обратно. Первый и последний переходы совпадают с алгоритмическим.

Кардинальный способ борьбы с рисками – применение синхронных устройств (запись информации после окончания переходных процессов). УСТРАНЕНИЕ РИСКОВ СБОЯ В КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМАХ Все методы, разработанные для устранения рисков сбоя в комбинационных схемах, можно объединить в три группы: структурные, функциональные и конструктивно-технологические.

Структурные методы направлены на получение необходимых свойств реализации устройства при неизменном алгоритме его работы. Функциональные методы связаны с изменением алгоритма работы, в частности с изменением кодирования состояний входов. Конструктивно-технологические методы ориентированы на получение требуемых ограничений на уровне используемых математических моделей. Наиболее простыми для соответствующей математической модели являются структурные и функциональные методы, а наиболее сложными конструктивно-технологические, так как они часто связаны с разработкой принципиально новых видов производства интегральных цифровых схем. Структурные методы. При соседней смене входных наборов в комбинационных схемах могут быть устранены статические риски сбоя.

В общем случае одной из основных задач синтеза комбинационных схем, свободных от статических рисков сбоя и представленных в дизъюнктивных нормальных формах (ДНФ), будет отыскание таких минимальных покрытий единичных клеток ФАЛ в карте Карно импликантами (контурами на картах Карно), в которых любые соседние единичные клетки покрыты по меньшей мере одной импликантой (контуром).

Аналогично для функции, представленной в конъюнктивной нормальной форме (КНФ), необходимо найти такое минимальное покрытие нулевых клеток карты Карно, в которым любые две соседние нулевые клетки

покрыты по крайней мере одним контуром.

На рис. 1.4.3 показаны карты Карно для функций, свободных от статических рисков сбоя ^ S1, при переходах между любыми соседними единичными клетками. 

Карта Карно.

Рис.1.4.3