книги из ГПНТБ / Пакулов, Н. И. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ

1] одной МСС с бЗ выводами можно разместить 29разрядный счетчик (рис. 2.53).

Синтез программных датчиков. Программный датчик на УФМ можно построить в двух вариантах:

1) на базе двухтактного сдвигающего регистра, в ко­ торый предварительно записывается единица (е). Схема такого программного датчика (16-я строка табл. 2.21),

2) с использованием УФМ; строится аналогично дат чику, схема которого приведена на рис. 2.44.

MGC при использовании программного датчика пер­ вого варианта может разместить при 64 выводах 58 'раз­ рядов.

141

П р и м е ч а н и е . В таблице приаяты следующие обозначения: х^ zi —входные информационные сигналы; _ l(bi _ t) —сигнал пе­

реноса (займа) из (/—1)-го р:зряда; гс—синхронизирующий сигнал;.<?пЧ —управляющий сигнал приема числа; Qit Q«, Q3—выходные сигналы*

УФМ; х',, z \ —входные сигналы, поступающие на единичные гходы триггеров; х'0, z'0—входные сигналы, поступающие на нулевые входы триггеров

С помощью универсальной субсистемы можпб реа* лизовать основные типовые узлы ЦВМ (регистры, сум-1 маторы, счетчики, дешифраторы, программные датчики и узлы связи). В табл. 2.23 показаны возможности уни­ версальной субсистемы при подаче соответствующих управляющих сигналов на ее входы.

На рис. 2.55 представлена схема универсальной мажо­ ритарной субсистемы. Так как для реализации каждой УФМ требуется в этом случае 11 выводов, то в одной универсальной субсистеме можно разместить 5-разряд- ный узел любого типа или 15 отдельных триггеров, на что потребуется 57 выводов.

2.5.СИНТЕЗ МАЖОРИТАРНЫХ УСТРОЙСТВ ЦВМ

Этапы построения устройств ЦВМ

Процесс построения устройств ЦВМ можно разбить на следующие этапы:

1.Формулирование основных технических характери­ стик заданного устройства.

2.Анализ существующих прототипов устройства.

3.Макросинтез устройства.

4.Микросинтез устройства.

На первом этапе разрабатываются основные техни­ ческие характеристики проектируемого устройства исхо­ дя из требований, предъявляемых к ЦВМ. На основании сформулированных технических характеристик проводит­ ся анализ существующих устройств, пригодных для использования в качестве прототипов. В результате ана­ лиза существующих прототипов выбираются наиболее рациональные принципы построения заданного устрой­ ства.

На этапе макро-синтеза разрабатываются алгоритмы операций и укрупненная функциональная схема устрой­ ства. Этап микросинтеза включает в себя построение полной функциональной и принципиальной схем задан­ ного устройства.

В результате выполнения упомянутых этапов на основе определенных исходных данных должна быть построена эффективная схема проектируемого устройства. Под эф­ фективной схемой устройства будем понимать такую схе­ му, которая полностью удовлетворяет предъявленным требованиям при минимальном количестве оборудования

И З

я максимальном совмещении во времени независимых

микроопераций.

Если технические характеристики проектируемого устройства заданы, а принцип его построения известен, то выполняются только два последних этапа.

Пример построения мажоритарного устройства

Рассмотрим порядок выполнения двух последних эта­ пов синтеза на примере построения контрольного устрой­ ства ЦВМ последова гельиого действия.

Контрольное устройство предназначено для контроля достовер­ ности передачи данных от одного устройства ЦВМ к другому. Для проверки достоверности данных, передаваемых последовательным кодом, целесообразно применить контроль по модулю, так как этот метод обладает достаточно высокой эффективностью и для его реа­ лизации требуется небольшое количество оборудования. В случае контроля по модулю на передающем конце канала необходимо сфор­ мировать контрольные характеристики путем свертки данных по выбранному модулю и передать их в обратном коде совместно с ин­ формационными кодами на приемный конец. На приемном конце необходимо снова свернуть по тому же модулю информационные и контрольные коды. Если поступившие данные являются достовер­ ными, то на выходах узла свертки для каждого переданного слова должна получиться величина, равная величине модуля. В противном случае принятые данные должны быть отброшены или скорректи­ рованы известными способами.

Контроль по модулю с целью проверки достоверности передачи данных имеет смысл вводить только в том случае, когда аппаратура контроля является высоконадежной. Поэтому при проектировании аппаратуры контроля подобного типа необходимо в первую очередь обеспечить высокую надежность ее работы посредством соответст­ вующего выбора падежной системы элементов, а если этого недо­ статочно, то применением эффективного способа резервирования, по­ зволяющего заменять неисправные элементы, не прерывая работы устройства контроля. •

ное устройство контроля (т. е. устройство контроля без резерва). Рассмотрим порядок построения на базе УФМ одноканалыюго кон­ трольного утройства (КУ).

В качестве исходных данных возьмем следующие характери­

144

7) вероятность безотказной работы КУ P(t) — 1 • 10~в, /=100 ч *

Согласно исходным данным информация из каналов связи по­ ступает на устройство контроля в виде последовательного кода. Свертку поступающих данных можно осуществить с помощью сум­ матора последовательного действия с дополнительной цепью обрат­ ной связи, которая предназначена для подачи на вход сумматора очередных групп разрядов свертываемого числа с задержкой на два периода следования импульсов, если 3. В качестве линии задерж­ ки в цепи обратной связи можно применить сдвигающий регистр, который одновременно будет выполнять роль выходного регистра.

Используя изложенный порядок построения, составим для од­ ного канала КУ микропрограмму, приведенную в табл. 2.24.

Связи между операторами отмечены й микропрограмме верхни­ ми номерами, если имеет место передача управления, или точкой с запятой, если нет передачи управления соседнему справа опера­ тору. Все арифметические и логические операторы записываются в том .порядке, в каком они должны последовательно выполняться при запуске устройства. При этом пустой оператор Ло обозначает начало работы всех независимых операторов, т. е. тех операторов, которые не имеют непосредственной связи с предыдущими или по­ следующими операторами.

На основании микропрограммы, приведенной в табл. 2.24, со­ ставим логическую схему алгоритма (ЛСА), которая представляет собой строчную запись арифметических и логических операторов и определяет не только порядок выполнения операторов в зависимо­ сти от значений логических переменных, но также и порядок вы­ полнения логических условий:

146

цого оператора. В клетках этой таблицы записаны значения част­ ных функций возбуждения (qij) отдельных операторов, которые определяются но следующим правилам.

1. Если в ЛСА оператор Aj выполняется непосредственно за

оператором At, то qa = gi.

2. Если в ЛСА оператор Aj ни при каких значениях логических операторов Ph не выполняется непосредственно после выполнения

At, то функция qij= 0.

3. Если оператор Aj связан с оператором Л; определенными логическими условиями, то функция qtj представляется в виде ло­ гического произведения следующего вида:

Qu = 8t (Л V?,P2V - V Ап),

где в круглых скобках записывается дизъюнкция всех возможных

Из сформулированных правил следует, что частная функция воз­ буждения устанавливает все возможные логические связи между операторами Aj и At.

Под общей функцией возбуждения будем понимать функцию,

которая устанавливает логическую связь между всеми частными функциями возбуждения qtj, взятыми по столбцу матричной схемы алгоритма.

Так как в столбец матрицы вписаны все операторы, входящие в состав заданной ЛСА, то можно утверждать, что при этом учи­

Конечной целью синтеза заданного устройства является отыска­ ние минимальных форм общих функций возбуждения для всех опе­ раторов, входящих в состав ЛСА, и построение структурной схемы устройства.

На основании сформулированных правил составим систему ло­

На рис. 2.56 приведена структурная схема одного канала КУ, построенная согласно полученной системе равенств (2.93).

В микропрограмме заданного устройства приводится содержа­ тельное описание операторов, входящих в состав ЛСА, что дает возможность установить соответствие каждого оператора в алго­ ритме определенному функциональному узлу в устройстве. Для по­ строения принципиальной схемы КУ на базе УФМ используем схемы узлов, синтезированные в предыдущих параграфах данной главы: сумматор (рис. 2.38 и 2.45), сдвигающий регистр (рис. 2.52), триг-

Рис. 2.56. Структурная схема одноканального контрольного устрой­ ства.

гер с парафазными входами (рис. 2.28 и табл. 2.21, 16-я строка). На рис. 2.57 показана принципиальная схема одноканального КУ, по­ строенная на базе указанных узлов.

На основании опыта проектирования и рассмотренного примера

ной схемы устройства и заданных исходных данных составляются микропрограммы, в которых указывается порядок выполнения от­ дельных операторов в зависимости от логических условий.

Рис. 2.57. Функциональная схема одноканального контрольного устройства.

единиц оборудования, учитывающих с определенным ве­ сом оцениваемые качества всех элементов, входящих

всостав узла или устройства.

вL

эталонного элемента; jV, — количество элементов г-го ти­ па в узле (устройстве).

В качестве эталонного элемента, как правило, выби­ рают лучший по основным показателям элемент из всех сравниваемых узлов (устройств).

Заметим, что оценка количества оборудования узла или устройства может быть дана только по одному, на­ иболее важному для заданной ситуации качеству, напри­ мер по надежности или стоимости. В этом случае все yj, кроме одного, равны нулю.

Произведем оценку надежности и эффективности одноканального контрольного устройства, синтез которо­ го рассматривался в предыдущем параграфе. Дадим оценку двум вариантам схем КУ, реализованных на УФМ и «а системе элементов И, ИЛИ и НЕ интеграль­ ного типа. В качестве эталонного элемента возьмем УФМ. Результаты расчета надежности и эффективности для двух вариантов схем КУ приведены в табл. 2.26. Как видно из таблицы, КУ, построенное на УФМ, превосхо­ дит но эффективности КУ, построенное па элементах И, ИЛИ и НЕ, по не удовлетворяет заданному требованию по надежности. С целью повышения надежности постро­