Аппаратурные средства функционального диагностирования узлов и блоков. Основные принципы построения.

При построении аппаратных средств функционального диагностирования в состав узла или устройства вводится избыточная аппаратура, которая функционирует одновременно с основной аппаратурой. Сигналы, возникающие в процессе функционирования основной и контрольной аппаратуры, сопоставляются по определенным законам. В результате такого сопоставления вырабатывается информация о правильности функционирования контролируемого узла (устройства). В качестве избыточной аппаратуры в простейшем случае используется копия проверяемого узла (так называемая структурная избыточность), а также и простейшее контрольное соотношение в виде сравнения двух одинаковых наборов кодов. В общем случае используются более простые контрольные устройства, зато усложняются способы получения контрольных соотношений.Математической моделью функционального узла является конечный автомат, который описывается системой

гдеX, Y ~ множества входных и выходных сигналов;S — множество внутренних состояний; δ[a(t),x(t)] - функция переходов, показывающая состояниеa(t + 1) , в которое переходит автомат из состоянияа (t) под воздействием входного сигналаx(t); λ[a(t) ,x(t)] - функция выходов, определяющая выходy(t +.1) по состояниюa(t) и входуx(t) в момент времениt; a₀ — начальное состояние. Контрольное устройство также может быть представлено в виде конечного автоматаQ_K, заданного системой

гдеХ_к, Y_K — множества входных и выходных сигналов;S — множество внутренних состояний; δ_K [b(t), x(t)], λ_K[b(t), x(t)] — функции, имеющие тот же смысл, что и функции автоматаQ; б₀ — начальное состояние.

Схема функционального узла (устройства) с аппаратным контролем показана на рис. 16, а, гдеОА — основной автомат;КА — контрольный автомат;УС — узел сопоставления; ε — сигнал ошибки.

Для диагностирования процессов функционирования основного и контрольного автоматов применяют методы сопоставления: 1) внутренних состояний и переходов; 2) выходных слов и входных слов.

Первому методу отвечает дублирование, мажорирование, а также контроль по запрещенным кодовым комбинациям. К нему относят также методы избыточного кодирования операций по модулю, контроль хранения и передач информации избыточными кодами.

Второй метод используют преимущественно для контроля управляющих устройств, счетчиков и др.

Избыточное кодирование основывается на введении во входную, обрабатываемую и выходную информации дополнительных символов, которые вместе с основными образуют коды, обладающие свойствами обнаружения (исправления ошибок). Общая схема такого контроля показана на рис. 16, б, гдеУК -узел кодирования;УД — узел декодирования;УОКК — узел обработки контрольных кодов;УС - узел сопоставления; с — сигнал ошибок.

Кодовые методы контроля.

Аппаратные методы функционального диагностирования почти всегда основаны на применении так называемых избыточных или корректирующих кодов. Они называются корректирующими независимо от того, предназначены ли они для автоматического исправления ошибок или только для их обнаружения. В корректирующих кодах лишь некоторая часть возможных кодовых комбинаций используется для отображения передаваемой или обрабатываемой информации. Остальные же комбинации являются запрещенными и их появление свидетельствует о наличии ошибки.

Коды чисел разделяются на равномерные и неравномерные. В равномерных кодах все комбинации содержат одинаковое количество знаков, в неравномерных количество знаков может быть разным.

Избыточные или корректирующие коды могут быть блочными и непрерывными. Блочные коды представляют последовательности групп, состоящих из нескольких знаков. Кодирование или декодирование производится над каждой группой (блоком) в отдельности. В непрерывных кодах избыточные знаки перемежаются с информационными знаками.

Блочные равномерные корректирующие коды разделяют на систематические и несистематические. Систематический n-значный код всегда содержит постоянное количествоm информационных иk контрольных знаков, причем контрольные знаки занимают одни и те же позиции во всех кодовых комбинациях. В несистематическом коде знаки закодированного числа или слова разделить на информационные и контрольные невозможно. Основными характеристиками корректирующих кодов являются избыточность и корректирующая способность.

Избыточность кода определяется как k = n - m, а относительная избыточностьk/m.

Корректирующая способность количественно может быть определена вероятностью обнаружения или исправления ошибок различных типов. Корректирующая способность кода связана с понятием минимального кодового расстояния. Кодовым расстоянием d между двумя словами называется число разрядов, в которых символы слов не совпадают. Если длина словаn, то кодовое расстояние может принимать значение от 1 доn. Минимальным кодовым расстоянием d мин данного кода называется минимальное расстояние между двумя любыми словами в этом коде. Если имеется хотя бы одна пара слов, отличающихся только в одном разряде, то минимальное расстояние данного кода равно 1.

Для обнаружения ошибок кратности t требуется код с минимальным кодовым расстояниемd =t+1, а для исправления таких ошибок код сd = 2t+1. Для диагностирования устройств в ЭВМ получили распространение следующие типы кодов: код с проверкой на четность, код Хэмминга, итеративные коды, равновесные, коды в остатках, циклические коды.