3.5. Системи автоматичного контролю
3.5.1. Види помилок і способи контролю
В процесі функціонування ЕОМ можуть виникнути несправності, які можуть привести до невірних результатів. Кожна така ситуація має бути вчасно виявлена, рішення припинене, управління передане одній з діагностичних програм. Несправності, що виникають в процесі роботи з ЕОМ, можуть бути викликані або збоями, або відмовами.
Збій - короткочасне порушення працездатності ЕОМ, що самоусувається, викликане впливом випадкових чинників (перешкодами по ланцюгами живлення, зовнішніми електромагнітними наведеннями, температурними впливами). Відмова викликана порушенням в роботі окремих елементів або цілих блоків, носить постійний стійкий характер. Для усунення відмови потрібне втручання обслуговуючого персоналу.
В даний час для цих цілей застосовуються засоби програмного, апаратного і комбінованого контролю. Суть програмного контролю пов'язана з реалізацією додаткових тестових (діагностичних) програм, тобто пов'язана з тимчасовою надмірністю. Причому окрім діагностичних тестів, які застосовуються при виконанні профілактичних робіт, можливе використання додаткових програмних модулів в тілі основної програми. Наприклад, включення в основну програму потрійних прорахунків.
Недоліки програмного контролю: збільшення часу рішення задачі, відмови виявляються завжди, а збої - ні. Досконаліший - апаратний підхід, який пов'язаний з включенням до складу ЕОМ спеціальних схем контролю. Такий контроль діє безперервно, тому виявляє будь-які види помилок.
Види апаратного контролю:
1. Контроль передач кодів при передачі кодів між окремими пристроями ЕОМ.
2. Контроль правильності роботи КС.
3. Контроль правильності функціонування процесора (виконання арифметичних і логічних операцій) називається контролем по модулю.
3.5.2. Контроль передачі кодів
Найчастіше використовують різні надлишкові двійкові коди. У них до інформаційних розрядів додається один або декілька контрольних розрядів. Простий надлишковий код має один контрольний розряд. За допомогою такого коду можна контролювати паритет інформації, яка передається.
контроль
по парності.
-
контроль по непарності.
Якщо в процесі передачі коду виникає одиночна помилка (у одному двійковому розряді), то її можна виявити, оскільки при цьому порушується парність/непарність. Але виправити не можемо, оскільки не відомий номер помилкового розряду. Для визначення залишку ділення числа на вибраний модуль (в даному випадку - 2) використовуються схеми згортки по відповідному модулю. Наприклад, 155ИП2 шукає залишок 8-розрядного двійкового коду по модулю 2. Для того, щоб виправити одиночну помилку, необхідно визначити номер розряду, в якому виникла ця помилка і виправити інформацію в ньому на протилежну.
Для вирішення такого завдання необхідно мати надлишковий код, в якому мінімальна кодова відстань dmin > 2. Мінімальна кодова відстань - число двійкових розрядів, які потрібно змінити, щоб з однієї кодової інформації отримати іншу допустиму. Звичайний не надлишковий двійковий код має dmin = 1, тобто змінюючи інформацію в будь-якому розряді коду, ми отримуємо нову дозволену комбінацію в цьому коді. Надлишковий код з одним контрольним розрядом має dmin = 2, тобто змінюючи інформацію в одному розряді ми порушуємо парність/непарність, а це недопустима комбінація. Щоб виправити помилки, треба мати код з dmin > 2. У якості коду, у котрого dmin = 3, використовують надлишковий код Хеммінга, в якому використовується декілька контрольних розрядів. Якщо ви хочете виявити помилку кратності R, то ви повинні мати код з dmin = R+1, а якщо виправити, то - dmin = 2R+1.
У коді Хеммінга є група контрольних розрядів, які розподілені серед інформаційних розрядів і займають певні місця. Кожен контрольний розряд визначає парність деякої групи розрядів коду Хеммінга. Щоб в кожне контрольне співвідношення входив лише один контрольний розряд, місця розташування контрольних розрядів дорівнюють цілій мірі двійки (1,2,4,8). Перший контрольний розряд контролює парність розрядів коду Хеммінга, двійкові номери яких мають одиницю в молодшому або в першому розряді. Наприклад, 1,3,5,7-й розряди. Другий контрольний розряд коду Хеммінга контролює парність розрядів, номери яких мають одиницю в другому розряді (2,3,6,7). Третій контрольний розряд контролює парність розрядів 4,5,6,7.
Наприклад, якщо загальне число розрядів m = 7. Тоді кількість контрольних розрядів k = [log2(m+1)] = 3. Кількість інформаційних розрядів m- k = n = 4.
|
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
ІР 2 |
ІР 3 |
ІР 2 |
КР 3 |
ІР 1 |
КР 2 |
КР 1 |
Хай на стороні, що передає, маємо 10.
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Щоб передати 10, треба обчислити контрольні розряди.
Е1 = 1 3 5 7 = 0 mod 2
0 0 1 1
Е2 = 2 3 6 7 = 0 mod 2
1 0 0 1
Е3 = 4 5 6 7 = 0 mod 2
0 1 0 1
Е3 Е2 Е1
00 0 - немає помилок.
10 1 - помилка в 5 розряді.
Хай ми прийняли:
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Е1
= 0
0
0
1 = 1 mod
2
Е2 = 1 0 0 1 = 0 mod 2 помилка в 5 розряді, інформацію
Е3 = 0 0 0 1 = 1 mod 2 міняємо на протилежну
Якщо до коду Хеммінга додати ще один контрольний розряд, який контролюватиме парність/непарність всього коду, то ми зможемо за допомогою такого коду виправляти одиночні помилки і виявляти подвійні. Контрольні співвідношення E1 можна обчислювати за допомогою схем складання по модулю 2 згідно з рис. 3.19.
Рис. 3.19 - Схема складання по модулю два
Схема, за допомогою якої можна виправляти 7-розрядний двійковий код, складається з 7-розрядного вхідного регістра, 3х КС і дешифратора (3 входи/8 виходів) (рис. 3.20).
Рис. 3.20 - Схема, за допомогою якої можна виправляти 7-розрядний двійковий код
У вхідному регістрі використовуються двотактні універсальні JR - тригери, які працюють як тригери типу Т. Інформація заноситься по RS - входах. Після занесення інформації в цей регістр визначається контрольні співвідношення Е1 - - Е3, які подаються на дешифратор. Якщо високий потенціал на нульовому виході, то немає помилок, якщо на інших виходах - помилка у відповідному розряді. За допомогою синхросигналу можна значення коду у відповідному регістрі поміняти на протилежне.