3 Исследование самопроверяемой избыточной схемы сак

3.1 Анализ работы САК

Рисунок 12 – Входные воздействия без ошибок

3.2 Режим исследования

Рисунок 13 – Микропрограмма ошибок (бегущая единица)

Без компаратора

При исследовании работы схемы были выявлены следующие возможные ситуации:

1. система выдаёт корректный результат, если в данных в Б1 или Б2 произошла ошибка нечётной кратности любого типа;

2. система выдаёт некорректные данные в случаях отказов в восстанавливающем органе, а именно:

- отказ типа «обрыв» в Н1 и Н2(если он не будет замаскирован передаваемыми данными);

- отказ любого типа в D6(аналогично);

3. ошибки двойной кратности в блоках не распознаются в СК1 и СК2, что может привести к выдаче неверных данных. Это ошибка метода контроля, свойственная контролю по чётности/нечётности;

4. отказ в СК1 и СК2 типа «обрыв» будет приводить к пропусканию по каналу передачи на выход схемы как верных, так и неверных данных. А отказ типа «земля» - может запретить выдачу верных.

С компаратором

При исследовании работы схемы были выявлены следующие возможные ситуации, когда поведение схемы отличается от поведения схемы без мажоритарного органа:

1. ошибка в одном из блоков приводит к отказу системы;

2. система позволяет отследить ситуацию, когда происходит ошибка двойной кратности в одном из блоков, с выдачей соответствующего сигнала о необходимости дополнительного тестирования блоков COM, СК1 и СК2;

3. отказы на СК1 и СК2, а также отказ типа «земля» на выходе СОМ будут замечены схемой контроля и также будет выдан сигнал о необходимости дополнительного тестирования блоков COM, СК1 и СК2;

4. отказ КС1 типа «обрыв» обнаруживается схемой и требует дополнительной проверки – 3Сh. Отказ типа «единица» в схеме КС2 приводит к отказу системы, что может повлечь за собой отказ от выдачи верных данных;

5. при отказе типа «обрыв» выхода компаратора схема будет функционировать в режиме схемы без мажоритарного органа.

3.3 Режим локализации ошибок

Рисунок 14 – ошибка блока СК2 «земля»

Рисунок 15 – ошибка в элементе D6(х1х1хххх)

При исследовании схемы были обнаружены следующие ошибки:

• «земля» на выходе схемы контроля СК3;

• Ошибка типа «обрыв» в двух битах блока D6.

Вывод:

Схема САК на основе регистра и дешифратора и схема дублирующего АЛУ имеют общие недостатки, а именно: ошибка в схеме может быть не обнаружена в случае, если она совпала со значением выхода проверяемого элемента (ошибки маскирования), а также если отказал выход, отвечающий за выдачу результата проверки, так как корректность его работы ничем не контролируется. В обоих случаях может произойти выдача неверных данных из схемы, а также в случае отказа типа «обрыв» выходов схемы при её корректной работе пользователь всё время будет получать сигнал о неисправности.

В схеме на основе регистра и дешифратора в качестве контролирующей аппаратуры используются комбинационные схемы. Подобные схемы контроля удобны для контролируемых элементов с простой логикой работы и хорошо подходят для контроля схем памяти в случаях, когда для нормального функционирования системы, в состав которой данная память входит, не критично, что данные с малой долей вероятности могут быть переданы неверно.

Контроль регистра в схеме осуществляется методом контроля по чётности, а дешифратора – на основе логики его работы. Оба метода реализованы так, что не позволяют обнаруживать ошибки двойной кратности в группе, что является одним из основных недостатков схемы.

На примере схемы САК дублирующего АЛУ была рассмотрена схема с дублированием. Данный тип схем наиболее хорошо подходит для контроля элементов со сложной логикой работы, где построение комбинационных схем для проверки требует соизмеримых с контролируемой аппаратурой аппаратурных затрат. Помимо этого для построения подобной комбинационной схемы контроля необходимо дополнительная разработка алгоритмов её функционирования. Сейчас большинство относительно сложных элементов доступно в виде интегральных схем, поэтому схемы дублирующих элементов достаточно просты в реализации.

В рассмотренной схеме проверка осуществляется путём сравнения на слое логических элементов результатов работы двух одинаковых блоков при поступлении на них одинаковых входных данных. Недостатком такой работы является невозможность при помощи сравнения выявить ошибку, произошедшую в одном и том же бите в обоих блоках, но вероятность подобной ошибки крайне мала.

Обе рассмотренные выше схемы имеют общий существенный недостаток – при отказе одного из блоков и корректном функционировании второго данные со второго получить невозможно, так как нет возможности определения отказавшего блока. В связи с этим данные схемы подходят для использования в системах, где есть необходимость обнаружения ошибки, и приостановка работы устройства в связи с её выявлением не является критичной. Однако для некоторых систем существует необходимость непрерывности вычислений (чаще всего это системы реального времени), где остановка работы в связи с получением сигнала отказа какого-либо узла может привести к непоправимым последствиям. Для решения этой проблемы используются самоконтролируемые схемы.

Самоконтролируемая избыточная схема позволяет при отказе одного из блоков получить результат с работоспособного. Отказ системы фиксируется только в случае отказа всех дублирующих блоков. Слабым местом такой схемы является восстанавливающий орган, позволяющий получить результат с рабочего элемента. Отказы в нём схемой не контролируются, и на выходе в результате могут быть получены неверные данные. Также при выходе из строя одной из схем контроля данный отказ не будет определён, что может также привести к выдаче неверных данных.

Для решения вышеперечисленных проблем в схему дополнительно вводится мажоритарный орган, который позволяет сравнить результаты на выходах проверяемых блоков с результатами работы схем контроля и сделать заключение о корректности их работы. Данная схема имеет более высокую надёжность, но вместе с тем не позволяет выдавать верный результат при неисправности одного из проверяемых блоков, одной из схем контроля или при неисправности компаратора.

Каждая из рассмотренных выше схем имеет свои преимущества и недостатки. Выбор схемы контроля для какого-либо узла или элемента вычислительной системы зависит от соизмеримости сложностей контролируемой и контролирующей аппаратуры и от критичности к получению неверных данных или к приостановке вычислительного процесса.