Устройство для реконфигурации резервируемых блоков

Устройство для реконфигурации резервируемых блоков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения1 устройство содержит 4 резервируемых блока, 5 коммутаторов , 1 регистр. 6 схем сравнения, 4 счетчика, 7 элементов ИЛИ, 4 мажоритарных элемента, 5 элементов И и имеет 2 входа синхронизации, выход данных и 1 выход отказа. 3 ил

„„ ф „„1756893 А 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 06 F 11/18, Н 05 К 10/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! грпе1, ус е,т:

Пг,з,,«р. — . 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4866481/24 (22) 14.09.90 (46) 23.08.92. Бюл. N. 31 (71) Московское приборостроительное конструкторское бюро "Восход" (72) В.А.Ткаченко, В,С.Харченко, В.Г.Лйтвиненко, Г.H,Òèìîíüêèí, С.Н.Ткаченко и С.С,Мощицкий (56) Авторское свидетельство СССР

M 1390612, кл, G 06 F 11/16, 1987.

Каган Б.M. и Мкртумян И,Б, Основь! эксплуатации ЭВМ. — М.: Энергоиздат, 1988, с.118, 160-162, рис.4.17, 5.30. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕКОНФИГУРАЦИИ РЕЗЕРВИРУЕМЫХ БЛОКОВ (57) Сущность изобретения. устройство содержит 4 резервируемых блока, 5 коммутаторов, 1 региСтр, 6 схем сратвненйя, 4 счетчика, 7 элементов ИЛИ, 4 мажоритарных элемента, 5 элемейтов И и имеет 2 входа синхронизации, выход данных и 1 выход отказа. 3 ил, ы»

Изобретение относится к цифровой и сравнения может привести к отказу всего вычислительной технике и может быть ис- устройства. пользовано при построении высоконадеж-:- ных устройств на основе однотипных... Наиболее близким по тгехнической сущ- 2 резервируемых блоков, ности и достигаемому "положительному эф- фекту является устройство, содержащее д

Известно устройство для контроля втй- . первый-четвертый резервируемые блоки, числительных машин, содержащее два ре- первый и второй элементы сравнения, комзервируемых блока (машины), элемент мутатор, причем выход первого резервирусравнения, триггер, коммутатор, элементы емого блока соединен с первым входом О".

И и ИЛИ..: : : ." первого элемента сравненйя. выход которо- ОО

Недостатком указанного устройства яв- ro соединен с первым управляющим входом.. 43 ляется низкая надежность. обусловтленйая коммутатора, выход которого соединен с (Д наличием лишь двух резервируемых блоков, первым управляющим вхбдом коммутатора, - . и невозможность обеспенения реботоспо- выход которого. является выходом денных ) в собности пРидвУх отказах.. - УстРойства, выход втогРого РезеРвиРУехмого

Известно устройство для реконфигура- блока соединен с первым втором второго . ции резервируемых блоков, содержащее че.-. элемента сравнения. выход кбторого соедгйтыре резервируемых блока, пять нен с вторым управляющтим входом коммукоммутаторов, шесть элементов сравненияе татора, выход третьего резврвируетмого. четыре счетчика; четыре мажоритарных эле- блока соединен с вторым входом первого мента, элементы И и ИЛИ. элемента сравнения и первым информациНедостатком указанного устройства яв- онным входом коммутатора, выход четверляется низкая надежность, обусловленная того резервируемого блока соедйнен с тем, что отказ хотя бы одного из элементов вторым входом второго элемента сравнения

1756893 и вторым информационным входом комму- обусловленных ими связей необходимо для обеспечения блокирования выходов соотНедостатком известного устройства яв- ветствующих элементов сравнения при отляется низкая надежность, обусловленная казе резервируемых блоков. тем,чтонеисправностьдвухрезервируемых 5 Введение седьмого элемента И, второблоков, выходы которых контролируются го-пятого коммутаторов обусловленных ими различными схемами сравнения, приводит связей необходимодля обеспечения работы к отказу устройства в целом, так как отсут- устройства после появления первого откаствует возмо>кность поиска и выбора другой завшего резервируемого блока. двухканальной работоспособной конфигу- 10 Введение первого-четвертого мажорирации, составленной из оставшихся исправ- тарных элементов и обусловленных ими свяных резервируемых блоков. зей необходимо для определения первого

Кроме того, недостатком известного ус- отказавшего резервируемого блока даже тройства является низкая достоверность при отказе одного из трех элементов сраввыдаваемой информации (низкая достовер- 15 нения, контролирующих его выходы, ность контроля), Так, если один из блоков, Введение первого-четвертого элеменконтролируемых одной схемой сравнения, тов И и обусловленных ими связей необхоотказал; то на выходе схемы сравнения по- димо для определения второго отказавшего явится ноль, который блокирует соответст- блока. вующий вход коммутатора. Однако, если в 20 Введение пятого элемента И и обусловпроцессе дальнейшего функционирования ленных им связей необходимо для опредеоткажет и второй резервируемый блок, вы- ления состояния устройства, при котором ход которогосоединен сдругим входомтого отказавшими признаны три из четырех реже элемента сравнения, и информация нэ зервируемых блоков, выходах этих блоков совпадает(либо совпа- 25 На фиг,1 представлена функциональная дает периодически), то в коммутаторе про-. схема устройства для реконфигурации реисходит смешивание рабочей и ложной зервируемых блоков; на фиг.2 — временная информаций, что приводит к выдаче на вы-, диаграмма работы устройства; на фиг,3— ход устройства неверной выходной после- вариант реализации блока синхронизации довательности. 30 устройства

Целью изобретения является повыше- Устройство содержит первый-четверние надежности и достоверности контроля тый резервируемые блоки 1 — 4, первый коммутатор 5, регистр 6, первую-шестую схемы

Сущность изобретения состоит в увели- сравнения 7-12, первый-четвертый счетчичении наде>кности устройства и достовер- 35 ки 13 — 16, первый-седьмой элементы ИЛИ ности выдаваемой информации путем 17 — 23, первый-четвертый мажоритарные обеспечения сохранения работоспособной элементы 24-27, второй-пятый коммутатоконфигурации резервируемых блоков при ры 28-31, первый-пятый элементы И. 32 — 36, любь1х двух отказавших до возникновения первый вход 37 синхронизации устройства, отказа в третьем из четырех блоков, блоки- 40 второй вход 38, синхронизации устройстве, рования выходов элементов срэвнения, осу- выход 39 данных устройства, выход 40 откаществляющих контроль резервируемых за устройства, э также генератор 41 тактоблоков, котерые признаны отказавшими, а — вых имйульсов, счетчик 42 с коэффициентом . также обеспечения сохранения работоспо- пересчета, элемент 43 звдержки. собности устройства при отказе одного из 45 Блок синхронизации должен формироэлементов сравнения, вать две импульсные последовательности

Введение регистра и обусловленных им (фиг.2), подаваемые на первый 37 и второй связей необходимо для исключения попада- 38 входы синхронизации устройства. ния на выход данных устройства ложной Устройство, когда все элементы сравнеинформации, которая появляется на выходе 50 ния исправны, работает следующим обрапервого коммутэтора с момента отказа од- зом. ного из резервируемых блоков до момента . В исходном состоянии все резервируеблокировэния соответствующего информэ- мые блоки исправны, и допустим, на их выционного выхода пЕрвого коммутатора. ходах находятся одни нули, все счетчики

Введение третьей-шестой схем срввне- 55 13-16 находятся в нулевом состоянии, в рения и обусловленных ими связей необходи- гистре 6 также записаны одни нули. ТТак как мо для обеспечения попарного контроля данные на выходах всех блоков 1 — 4 совпавыходов резервируемых блоков. дают, то на выходах всех шести схем 7-12

Введение первого-четвертого счетчи- сравнения будут нули, следовательно, нэ ков, первого-шестого элементов ИЛИ и все входы всех элементов ИЛИ поступают

1756893

5 6 одни нули, на выходах всех мажоритарных ческая единица, Эта единица, поступив на элементов также будут нули. Все входы ком- . первый инверсный управляющий вход коммутатора 5 открыты. Данные (нули) с выхо- . мутатора5, блокируетсоответствующийиндов первого 1 — третьего 3 блоков, пройдя: формационный вход; к которому подключен через йоразрядное логическое сложение в 5 выход первого резерви)чуемого блока 1, искоммутаторе 5, которое не может их иска- ключая сложение ложных данных первого зить, так все они одинаковы. поступают на " блока 1 с даннйми двух других исправных информационный вход регистра 6, в кото- блоков 2 и3. Крометого, эта единица постурый будут записаны по заднему фронту пер- пает на прямой V-вход первого счетчика 13. вого тактового импульса, поступившего с" 10 . разрешая его работу, По очередному тактопервого входа 37 синхронизации устройст- вому импульсу, поступившему со входа 37 ва. Но так как в регистре 6 записаны однй синхронизации устройства на вход счетчинули, его состояние не изменяется (фиг.2), ка, последний переходит в очередное состоПо заднему фронту этого же тактового им- яние. пульса резервируемые блоки 1-4 выдают 15 . B таком состоянии устройство находи гданные, отличные от нулевых. и если все они ся до тех flop, пока на вход "+1" счетчика не продолжают находиться в исправном состо- поступает 2 импульсов до прихода очерадянии, то изменения не происходят, и эти ного импульса с второго входа 38 синхро. данные по заднему фронту очередного так- . низации устройства либо пока не тового импульса, .постуйившего с первого 20 восстанавливается отказавший блок (т.е. в входа 37 синхронизации устройства. запи- нем происходит сбой), при этом единица на сываются в регистр 6 (фиг.2). Далее устрой- выходе мажоритарного элемента 24 исчезаство работает аналогично до тех пор, пока в ет. одном из блоков 1-4 не происходит отказ. Для того, чтобы устрайить влияние сбоСчитают,:что время между первым и 25 ев, возникающих в резервируемых блоках, вторым отказами значительно превышает на принятие решения о том, отказал данный время Т, равное блок или нет, и проводится периодическое обнуление счетчиков с частотой в Н раз, Т = П 2, ":.. меньшей, чем частота (4) тактовых импуль30 сов, поступающих с первого входа 37 синхгде П вЂ” период следствия тактовых имйуль- ронизации устройства (фиг.2 и 3), сов;,: . - . -.. : .. Считают, что отказавшим признается

k — разрядность. счетчиков 1-4, тот блок, данные на выходе которого за пет. е. вероятность возникновения второго от- риод следования импульcов (П2) с второго каза за время t, причем t S T, прошедшее 35 входа 38 синхронизации устройства не совпосле возникновения первого, равно нулю, пали не меньше,чем в 2 тактах работы устВероятность появления одновременно t = 0 . ройства, причем П = Н/f>. Тогда за время .двух и более отказов также равна нулю. Но П2 счетчик соответствующего резервируедопускается появление двух отказов (при: .мого блока (пусть первого, фиг.2) "успеет"

- этом данные на выходах этих двух блоков не 40 перейти в состояние 2", при котором на высовпадают между" собой) одновременно ходе его К-го разряда появится единица. при наличии в устройстве одного или двух . Эта единица, поступая на инверсные R- u ранее отказавших блоков. V-входы этого же счетчика; исключает воэДопустим, отказал первый блок 1, тогда можность дальнейшего-изменения его соданныенаеговыходеотличны отданныхна 45 стояния. Кроме-,îãî, она поступает на вход выходах всех остальных резервируемых " седьмого элемента ИЛИ 23, единица с выхо- . блоков 2-4. Следовательно, на инверсных да которого отключает от прямых Н-входов выходах первой 7 — третьей 9 схем сравне- . счетчиков выходы мажоритарных элемен-. ния появятся единицы; которые, пройдя че- тов, а подключает к ним выходы первого 32 рез первый 17 — третий 19 элементы ИЛИ, 50 — четвертого 35 элементов Й соответственпоступят на соответствующие входы мажо- но, С этого момента устройство становится ритарных элементов 24-27 (фиг.1), выходы "бессильным" против отказов схем сравнекоторых через коммутаторы 28-31 подклю-:ния типов константного íjëÿ на выходе тех чены к прямым V-входам счетчиков 13 — 16. из них, которые контролируют выходы еще

Однако, более двух единиц появится на вы- 55 исправных резервируемых блоков (в данходах только первого мажоритарного эле- ном случае это схемы 10, 11 и 12 сравнения). мента 24 (на всех трех входах), на входах Состояние первых трех схем сравнения не остальных будет максимум одна логическая важно. так как единица с выхода счетчика 13 единица, поэтому лишь на выходе первого . - поступаетна входы первого17-третьего19 мажоритарного элемента 24 появится логи- элементов ИЛИ, как бы подтверждая отказ

1756893

25

40

7 данного блока, В случае отказа второго блока 2 единица поступает с выхода счетчика 14 на входы первого 17, четвертого 20 и пятого

21 элементов ИЛИ, при отказе же третьего

3 — на входы второго 18, четвертого 20 и шестого 22, а при отказе четвертого 4 — на входы третьего 19, пятого 21 и шестого 22 элементов ИЛИ.

Далее устройство "ожидает" появление . очередного отказавшего блока. Допустим; отказал второй блок 2, тогда на выходе четвертой 10 и пятой 11 схем сравнения появляются единицы, которые через элементы

ИЛИ 20 и 21 поступают на соответствующие входы элементов И 32-35 (фиг.2). Теперь единица прйсутствует на выходе не только первого элемента И 32 (онэ там появилась после отказа первого блока), но и на выходе второго элемента И 33, так как на всех трех его входах теперь единичные потенциалы.

Остальные же два элемента И 34 и 35 сохраняют нули нэ своих выходах, тэк кэк на одном из входов — нуль, поступающий с выхода схемы 12 сравнения (третий 3 и четвертый 4 блоки исправны) через элемент . ИЛИ 22; Единица с выхода элемента И 33 поступает через коммутатор 29 на второй инверсный управляющий вход коммутатора

5, блокируя тем самым выход блока 2, а также на прямой V-вход второго счетчика

14, разрешая ему режим прямого счета. После того, как счетчик переходит в состояние, при котором на выходе его К-го разряда появляется единица, ею блокируются четвертый 10 и пятый 11 элементы сравнения (она поступает на входы элементов ИЛИ 20 и 21), Далее устройство ожидает отказа одного из оставшихся двух блоков 3 или 4. Их состояние контролирует единственная неблокированная схема 12 сравнения, При отказе одного из этих блоков единица с выхода схемы 12 сравнения, пройдя через элемент ИЛИ 22, поступает на входы элементов И 34, 35, открывая последние. Единица с выходов И 34 и 35 через коммутаторы

30 и 31 поступает на прямые V-входы счетчиков 15 и 16. Кроме того, единица с выхода коммутатора 30 поступает на третий управляющий вход коммутатора 5, блокируя последний его выход, очередным тактовым импульсом с входа 37 в регистр 6 записываются только нули. Кроме того, теперь на всех трех входах пятого элемента И 36 присутствую г единицы, поступающие с выходов соответствующих коммутаторов 28-30, единица с выхода элемента И 36 поступает на выход 40 отказа устройства, сигнализируя о том, что в устройстве отказало более двух резервируемых блоков.

В случае же, если после отказа одного из блоков s устройстве возник групповой отказ последних (одновременно отказало два или три блока), то на выходах всех зле5 .ментов сравнения присутствуют единицы, что приводит к их появлению на выходах всех элементов И 32-36. Ситуация аналогична описанной, но условием при этом является то, что данные на выходах отказавших блоков не совпадают между собой.

Устройство в условиях отказа схем сравнения работает следующим образом. Отказ схемы сравнения может быть двух видов: ложный нуль, т.е. данные на входах его не совпадают, а нэ инверсном выходе все равно нулевой потенциал (константный нуль); и ложная единица — данные совпадают, а на выходе — единица (константная единица).

Отказы второго аида в предлагаемом и

20 известных устройствах могут привести лишь к преждевременном выдаче сигнала об отказе устройства в целом, исключал "незамеченное" попадание на выход 39 данных устройства ложных данных. Отказы типа константного нуля опаснее: такой отказ ведет к необнаружению несовпадения данных на выходахдействительно отказавшего блока. Во всех известных устройствах появления такого отказа хотя бы в одной из схем сравнения приводит к выдаче ложных да»ных на выход данных устройства при отказе хотя бы одного из блоков, контролируемых отказавшей схемой сравнения

Рассматривают случай, когда отказ типа константного нуля произошел в одной из схем сравнения в момент, когда все резервируемые блоки еще исправны. Допустим, отказала третья схема 9 сравнения. Возможны два алгоритма работы устройства в этом случае. Это событие обнаруживается пятой 11 и шестой 12 схемами сравнения, и четвертый мажоритарный элемент 27 на основании единичных потенциалов, поступивших на два иэ трех его входов, принимает

45 решение об отказе четвертого блока. После того, как счетчик отсчитывает 2" тактов. единицы поступят на входы третьего 19, пятого

21 и шестого 22 элементов ИЛИ, замаскировав тем самым отказавшую схему 9 сравне50 ния, исключйв влияние нуля с ее выхода на дальнейшую работу устройства. После о6наружения первого отказавшего блока устройство теряет способность адаптации к отказам схем сравнения, и отказ типа кон55 стантного нуля в любом иэ еще не замаскированных схем сравнения может привести к выдаче ложных данных на выход 39 данных устройства.

llo второму алгоритму, если происходит отказ блока, неконтролируемого отказав1756893

10 шей схемой сравнения, то этот отказ "обходят", но после этого отказ одного из блоков кроме четвертого, контролируемых данной схемой сравнения, ведет к выдаче ложной информации на выход 39 данных устрой- 5 ства, Формула изобретения

Устройство для реконфигурации резервируемых блоков. содержащее первый-четвертый резервируемые блоки, первую и вторую схемы сравнения, первый коммутатор, причем первый вход синхронизацииустройства соединен с синхровхоДами первого-четвертого резервируемых блоков, выходы первого-третьего резервируемых блоков соединены соответственно с первым-третьим информационными входами первого коммутатора, о т л и ч а ю.щ е е с я

20 тем, что, с целью повышения надежности устройства и достоверности результатов контроля, оно содержит регистр, третьюшестую схемы сравнения, второй-пять1й коммутаторы, первый-четвертый счетчики, тый элементы И и первый-четвертый мажоритарные элементы, выход первого резервируемого блока соединен с первыми входами первой-третьей схем сравнения, 30 выходы неравенства которых соединены с первыми входами первого-третьего элементов ИЛИ соответственно, выход второго резервируемого блока соединен с -вторым входом первой схемы сравнения и с первы35 ми входами четвертой и пятой схем сравнения, выходы неравенства которых соединены с первыми входами четвертого и пятого элементов ИЛИ соответственно, выход третьего резервируемого блока соеди40 нен с вторыми входами второй и четвертой схем сравнения и с первым входом шестой схемы сравнения, выход неравенства которой соединен с первым входом шестого элемента ИЛИ, выход четвертого резервируемого блока соединен с вторыми входами 45 третьей, пятой и шестой схем сравнения, выход первого элемента ИЛИ соединен с первыми входами первого и второго мажоритарных элементов и первого и второго

50 элементов И, выход второго элемента ИЛИ соединен С вторыми входами первого мажоритарного элемента и первого элемента И и с первыми входами третьего мажоритарного элемента и третьего элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен с третьи55 первый-седьмой элементы ИЛИ, первый-пя- 25 ми входами мажоритарного элемента и первого элемента И и с первыми входами четвертого мажоритарного элемента и четвертого элемента И, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с вторыми входами второго и третьего мажоритарных элементов и второго и третьего элементов И, выход пятого элемента ИЛИ соединен с третьими входами второго мажоритарного элемента и второго элемента Й и вторыми входами четвертого элемента И и четвертого мажоритарного элемента, выход шестого элемента

ИЛИ соединен с третьими входами третьего и четвертого мажоритарных элементов и третьего и четвертого элементов И, выход первого мажоритарного элемента соединен с первым информационным входом второго коммутатора, выход которого соединен с прямым V-входом первого счетчика и первым инверсным управляющим входом первого коммутатора, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход которого является выходбм данных устройства, выход второгО мажоритарного элемента соединсн с первым информационным . входом третьего коммутатора. выход которого соединен с вторым инверсным управляющим входом пераоro коммутатора и с прямым V-входом второго счетчика, выход третьего мажоритарного элемента соединен с третьим инверсным управляющим входом первого коммутатора и с прямым

V-входом третьего счетчика. выход четвертого мажоритарного элемента соединен с прямым V-входом четвертого счетчика, выходы k-x разрядов первого-четвертого счетчиков соединены с собственными ин-. версными R- u V-входами и с соответствующими входами седьмого элемента ИЛИ;: выходы k-x разрядов первого-третьего счетчиков связаны с соответствующими входами пятого элемента И, выход которого является выходом отказа устройства, выход седьмого элемента ИЛИ соединен с управляющими входами второго-пятого коммутаторов и четвертым входом четвертого элемента И, выходы первого-четвертого элементов И соединены с вторыми информационными входами второго-пятого ком-. мутаторов соответственно, первый вход синхронизации устройства соединен с синхровходом регистра и со счетным входами первого-четвертого счетчиков, прямые Rвходы которых подключены к вторбму синхровх6ду устройства.

1756893

1756893

Составитель В.Литвиненко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Ïåòðoâà

Редактор И.Дербак

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3089 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5