13.2 Проблема синтеза надёжных схем из ненадёжных элементов

Рассмотренные ранее методы синтеза схем ЦА исходят из задачи наиболее экономного расходования элементов, как ЗЭ так и ЛЭ. По самому определению наиболее экономной схемы она должна обладать тем свойством, что выход из строя любого её элемента вызывает выход из строя всей схемы в целом, потому что, если в схеме есть элементы, которые могут исключить, не нарушая работы схемы, то такая схема не будет минимальной по числу элементов, использованных при её построении.

Различают 2 вида неисправностей ЦА. Неисправность первого вида – отказ, состоит в том, что начиная с некоторого момента времени и во все последующие моменты времени элемент перестаёт функционировать или функционирует неверно. Второй вид неисправности – это мгновенная самоустраняющаяся неисправность, называемаясбоем. наступление сбоя означает, что элемент не сработал или неправильно сработал в течение одного такта работы автомата, но возникшая таким образом неисправность вовсе не должна сохраняться на протяжении последующих тактов.

Современные сложные электронные ЦА состоят из многих тысяч ЛЭ и ЗЭ, требования к надёжности их работы очень высоки (вероятность сбоя ЦА должно быть ), вероятность сбоя отдельных элементов. В ряде случаев требования к надежности элементов оказываются практически невыполнимыми, и тогда возникает проблема построения высоконадёжных схем из относительно ненадёжных элементов.

Методы на которых основано решение этой проблемы, сводятся к дублированию одних элементов другими, к многократному повторению, к автоматическому контролю и к исправлению работы отдельных участков схемы или всей схемы в целом.

Наиболее распространёнными является дублирование. Способ дублирования ЦА сводится к замене одного автомата двумя одинаковыми автоматами, выходы которых в процессе функционирования дублируемых автоматов постоянно сравниваются с помощью специальнойсхемы сравнения. Дублирование не учитывает внутреннюю структуру ЦА; с его помощью обнаруживаются ошибки любой кратности, возникающие на выходах одного из дублируемых устройств, а также ошибок, возникающие на выходах двух устройств одновременно, приводящие к появлению неодинаковых векторов выходов дублируемых устройств.

Недостаткидублирования:

• большая структурная избыточность требующая усвоения оборудования.

Пример: Продублировать ЦА А, имеющий три выходных канала .

Состояние выходов продублированного устройства можно представить в виде матрицыGпри контроле:

,линейный групповой код

а так называемая функция декодирования имеет вид:

Дублирование можно осуществить не пространственным, а временным путём, то есть производить многократную прогонку входного слова через один и тот же ЦА и принимать в качестве верных лишь достаточно часто повторяющиеся результаты.

Другой распространённый метод – мажорирование. Мажорирование позволяет вырабатывать правильный выходной сигнал при наличии неисправностей в ЦА и определять место их появления с точностью до указания номеров неправильно работающих устройств. Мажорирование требует для своей организации использования нечётного числа устройств, работающих параллельно. Выработка правильного выходного сигнала устройства осуществляетсямажоритарным ЛЭ. Для определения номеров неправильно работающих устройств необходимо дополнительно иметь специальный элемент анализа (ЭА).

Пример: Выполнить мажорирование для ЦА с одним выходом.

			f
0	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	0	0	1
0	1	0	0	0	1	0
0	1	1	1	1	0	0
1	0	0	0	1	0	0
1	0	1	1	0	1	0
1	1	0	1	0	0	1
1	1	1	1	0	0	0

f– выход устройства,- выходы элемента анализа.

для ЭА:

Недостатокметода – большая структурная избыточность.

С целью увеличения надёжности ЦА употребляются также специальные методы кодирования, позволяющие автоматически обнаруживать и даже исправлять ошибки, получающиеся в результате сбоев.

В большинстве современных ЦА информация делится на слова, имеющие определённую длину. Добавляя в коды этих слов новые разряды, и использовать их для хранения информации, позволяющей обнаруживать и исправлять ошибки в коде, возникающие в результате сбоев. Такие удлинённые коды являются избыточными, то есть они содержат большее число разрядов, чем необходимо для представления имеющейся информации.

Различают избыточные коды с обнаружением ошибоки избыточные кодыс исправлением ошибок(самокорректирующиеся коды).

Простейший избыточный код – код с проверкой на чётность. Такой код получают путём добавления к слову одного контрольного разряда, в который записывают 0 или 1 с тем, чтобы число 1 в полученной кодовой комбинации было нечётным. Если, например, исходное слово А=10101100, то в коде с проверкой на чётность оно будет представлено какA`=101011001. Если А=10101101, тоA`=101011010.

Таким образом любая ошибка нечётной кратности обнаруживается этим кодом.

К кодам с исправлением ошибок относятся коды Хэмминга, предназначенные для исправления одной ошибки или обнаружения двух и исправления одной ошибки. (см. К.Г.Самофалов ЭЦВМ стр.466).