Самопроверяемые схемы контроля.

Для обнаружения неисправностей самих контрольных устройств используется два способа —один состоит в периодическом тестировании с помощью разрабатываемых для этой цели тестов, второй —в применении самопроверяемых схем контроля (ССК).

Схема контроля (СК) называется самопроверяемой,если она обнаруживает неисправности контролируемого устройства и свои собственные. В отличие от обычных ССК имеет два выходаf1 иf2.

Схема контроля с двумя выходами f1 иf2 называетсяполностью самопроверяемой,если она обладает следующими свойствами: а) самотестируемости —все неисправности ее из заданного класса проявляются на выходах /iи/г в виде пар сигналов со значениями 00или 11хотя бы на один из рабочих наборов при исправном объекте диагностирования; б) защищенности от неисправностей —каждая неисправность ССК проявляется в виде пары сигналов 00или 10.

Для реализации этих свойств требуется независимая разделенная реализация функции f1 иf2.

Схемы контроля по четности байтового регистра (рис. 17,a) включают, по существу, две схемы контроля по четности. Первая реализует функцию

При правильной работе выходной сигнал ССК всегда равен 01или 10,при ошибке в одной из групп появляются значения 00 или 11.

Поскольку входная информация обычно обеспечивает все множества входных кодов, то на обе схемы поступает полное множество тестовых на наборов, что обязательно приведет к oбнаружению ошибки в самой схеме контроля.

Другой пример ССК для дешифратора показан на рис. 17,б.При отсутствии ошибки на выходе дешифратора и в самой схеме контроля выходные сигналы ССК принимают значения 01или 10.При неисправном дешифраторе выход будет,00,а при неисправности схемы контроля11.

Для объединения сигналов с выходов ССК для выработки общего сигнала ошибки применяют самопроверяемые схемы сжатия (рис. 18).Если на одном из входов схемы сжатия сигналы f1иf2 принимают значения 00или 11,то сигнал на выходе будет свидетельствовать о наличии ошибки.

Контроль по модулю

Это один из наиболее распространенных видов аппаратурного оперативного контроля ЦВМ, при использовании которого любое устройство машины может контролироваться совершенно независимой схемой, использующей контрольные символы, являющиеся остатками от деления данных чисел на некоторый модуль. Контроль по модулю основывается на следующих принципах.

Из теории чисел известно, что любое число можно записать в виде тождества

(Асравнимо или тождественно с остаткомraмодуляq),которое устанавливает следующее соотношение между числамиА,raиq:

где А —любое контролируемоеn-разрядное число; q -модуль или делитель;t -частное;ra —остаток от деления числаА на модуль q(контрольный код числаA);А, q, tиra —целые числа.

Необходимо отметить, что под raздесь подразумевается наименьший остаток (наименьший вычет числаАпоmodq) . В связи с этим контроль по модулю иногда называютконтролем по наименьшим вычетам.Величина модуля qограничена в некоторых пределах: q = 2, 3, ...,s(контроль при q = 1не имеет смысла, так как все остатки от деления чисел на единицу равны нулю) .Верхняя граница модуля ограничивается соображениями надежности схем контроля, так как при увеличении модуля увеличиваются затраты оборудования на их реализацию. Остатокra может иметь значения в пределах 0 <=ra <= q — 1.Чтобы система контроля могла различать нулевые коды (например, при отсутствии информации из ЗУ),выгоднее оперировать со значениемra,лежащим в пределах 1 <= ra <=q.

При реализации контроля по модулю каждому контролируемому n-разрядному числуАпридается ещеmдополнительных разрядов, в которые записывается контрольный код, т.е. величина остаткаra от деленияАнаmodq,по которому осуществляется контроль, причем должно выполняться условие m <п.В противном случае из-за большого объема контрольного оборудования надежность системы снижается.

Для контроля используются соотношения:

т.е. сумма (произведение) сравнима с суммой (произведением) остатков этих же чисел по одному и тому же модулю.

Различают два вида контроля по модулю: числовой и цифровой. В общем случае контрольный код /д как функцию числа Аможно представить в виде тождества

Можно рассматривать два значения этой функции. Первое значение fi(A) = Аи контрольный кодraсвязаны с числомА тождеством (2),т.е. в этом случае имеем числовой контроль. Второе значение функцииfi (А)можно представить следующим образом:

где ai, —цифры числаА.В этом случае имеем цифровой контроль.

Таким образом, при числовом контроле по модулю контрольным кодом числа является остаток от деления самого числа Анаmodq,т.е. справедливы тождества (3)и (4).При цифровом контроле по модулю контрольный код числа представляет собой сумму цифр этого числа по некоторому модулю. При этом контроле тождества (3)и (4)приq = p(например, цифровой контроль поmod 2)выполняются с дополнительным условием, заключающимся в том, что при контроле арифметических операций необходимо учитывать значения всех переносов, возникающих при сложении двух чисел, что усложняет и затрудняет цифровой контроль арифметических операций. Переносы необходимо учитывать и при других соотношениях между qир (p —основные системы счисления), кроме двух частных случаев, когда q = =р — 1и q =р +1. В частном случае приq = рзначение функцииfi (А)можно представить как

Следовательно, для двоичной системы тождество (6)приводит к контролю по четности или нечетности единиц в двоичном коде числаА.Значение контрольного кода при контроле на четность равно сумме цифр данного числа поmod 2. Этот контроль требует наличия одного дополнительного разряда; он широко распространен для контроля хранения и пересылок чисел в ЦВМ.

Устройство оперативного контроля по модулю арифметических и логических операций состоит из следующих основных узлов: схемы свертки, арифметического устройства контрольных кодов (АУКК) и схемы сравнения. Схема свертки предназначена для формирования контрольных кодов. Схемы свертки по принципу построения можно разделить на два типа: с последовательным переносом сигнала образования остатка и пирамидальные (многоярусные).

Принципы технической реализации схем свертки определяются системой элементов, принятой при построении устройства контроля. Требования, предъявляемые к схемам свертки:

возможно меньшее время образования контрольного кода, что уменьшает влияние контроля на время выполнения операций в ЦВМ;

возможна меньшая нагрузка на триггеры или другие элементы, входящие в состав контролируемого оборудования.

АУКК предназначено для вычисления контрольных кодов результатов диагностируемых операций по известным контрольным кодам операндов. Логика pa6оты АУКК и принципы его технической реализации определяются требованиям к устройству контроля ЦВМ, методике выполнения контролируемых операций в арифметическом устройстве машин (АУ),методикой организации вычислительного процесса в ЦВМ и др.

Схема сравнения предназначена для выработки сигнала обнаружения ошибки при несовпадении контрольного кода результата контролируемой операции выполненной ЦВМ, с контрольным кодом результата этой же операции, вычисленным АУКК.