Резервированное пересчетное устройство Советский патент 1983 года по МПК H03K21/34 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной .технике и может быть применено в резервированных устройствах для осуществления счета импульсов по любому основанию, Известен резервированный делитель частоты, содержащий в каждом канале счетчик импульсов на ЭК-триггерах, схему сравнения и мажоритарный элемент 1. Этому устройству присущи следукади недостатки. Первый недостаток заключается в том, что известное устройство нерабо тоспособно в одноканальном режиме. Например, если вышли из строя . ,-в двух каналах) элементы, расположенные до мажоритарных блоков ( напри мер , выходные триггеры счетчиков, то это однозначно ведет к блокированию всех мажоритарных элементов и ка следствие - к полной рассинхронизаци счетчиков и их остановке. Второй недостаток заключается в том, что выход из строя мажоритарног элемента хотя бы в одном канале ( по его входам приводит к выходу из строя резервированной системы в целом. Например, если, мажоритарный элемент в первом канале пробит и на его входы проходит плюс напряжения питания, то это значит, что все межканальные связи ( при магистрально структуре) находятся в состоянии логической едршицы. Аналогично, если внутри мажоритарного элемента произошло короткое замыкание на отрицательную шину источника питания то вся обменная магистраль находится в состоянии логического нуля. Следо вательно, если отказ произошел хотя бы в одном канале, то это влечет за собой выход из строя всех трех каналов. Известно такзке резервированное пересчетное устройство, содержащее три канала, каждый из которых содержит входную шину, мажоритарный элемент, счетчик, DK-триггер, два элемента НЕ и элемент И-НЕ, выход которого соединен с входом Э первого раз ряда счетчика и соединен через первый элемент НЕ с входом 15 ОК-тркггера, тактовый вход которого соединен с входной шиной и тактовым входом счетчика, соответствукяцие выходы разрядовкоторого соединены с входам элемента И-НВ, входы установки в нол всех разрядов, кроме первого, соедиг нены с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с входом К первого разряда счетчика, выход мажо ритарного элемента соединен с входом второго элемента НЕ и с входом 1С .ЭК- триггера, входы мажоритарного элемента соединены с выходами ЭК триггеров всех каналов 2 . Известному устройству присущи следующие недостатки. Выход из строя ЭК- триггера в двух каналах так, что на выходах триггеров постоянно присутствует, например, высокий уровень, приводит к тому, что мажоритарные элементы блокируются во всех каналах, а это в свою очередь ведет к отказу резервированной системы в целом. Следовательно, известное устройство не может работать в одноканальном режиме. Выход из строя мажоритарного элемента хотя бы в одном канале {по его входам; приводит к выходу резервированной системы в целом. Например если входы мажоритарного элемента в первом канале закорочены на плюсовую шину питания, то вся обменная магистраль находится в состоянии логической единицы. Аналогично, если внутри мажоритарного элемента произошло короткое замыкание на минусовую шину питания, то вся обменная магистраль находится в состоянии логического нуля. Отказ лишь одного элемента, являющегося к тому же rie основным элементом пересчетной схемы (а всего лшйь элементом обмена/ , пр11водит к отказ резервированной системы в целом. Цель изобретения - повышение надежности функционирования. Для достижения поставленной цели в рез-ервированном пересчетном устройстве, содержапем три .анала, каждый из которых .содержигг входЕ ую шину, счетчик, первый ЭК-трип ер, два элемента НЕ и элемент И-НЕ, выход которого соединен с входог Э первого разряда счетчика и через первый элемент НЕ соединен с входом) первого К триггера, тактовый вход которого сое динен U входной шиной и тактовым вхо дом счетчика, соответствующие выходы разрядов которого соединены с входами элемента И-НЕ, входы установки в ноль всех разрядов, кроме первого, соединены с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с входом К первого разряда счетчика, в каждый канал введены второй JК.триггер, два элемента И и элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом второго элемента НЕ, тактовый вход и выход D второго иК -триггера соединены соответственно с тактовым входом и входом 3 первого Г7К - триггера, выходы первого и BTopot-o .TU -триггеров соединены соответственно с первьами входами первого иивторого элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами К первого и второго ЭК триггеров и соединены с вхо дамиэлемента ИЛИ, вторые входы первого и второго элементов И первого канала соединены соответствен-но с выходами первых ЭК триггеров втрр0го и третьего каналов, вторые входы первого и.второго элементов И второго канала соединены соответст венно с выходом первого DK -триггера первого канала и с выходом второго 5К-триггера третьего канала, вторые входы первого и второго элементов И третьего канала соединены соответственно с выходами вторых

DK -триггеров первого и второго каналов.

На фиг. 1 приведена электричесГкая схема одного канала резервированного пересчетчого устройства на фиг. 2 - потенциальные диаграммы работы устройства.

На фиг. 1 обозначены входная шина 1/ элементы НЕ 2 и 3, счетчик 4, элемент И-НЕ 5, 7К -триггеры 6 .и 7, выходная шина 8, входная шина 9, , выходная ишна 10, входная шина 11, элементы И li и 13 и элемент ИЛИ 14

Входная шина 1 соединена с тактовыми входами счетчика 4 и 17К-триггеРОЕ б и 7, вЕЗходы которых соединены соответств енно с выходными шинами 8 и 10 и. с первыми входами элементов И 12 и 13, вторые входы которых соединены соответственно с входными шинами 9 и 11, выходы элементов И 12 и 13 соединены соответственно с вхоЛами элемента ИЛИ 14, выход которрго.соединен с входами установки в ноль всех разрядов, кроме первого, счётчика 4 и соединен через элемент НЕ .2 с входом К первого разряда счетч:ика 4, вход Э первого разряда которого соединен с вйходом элемента И-НЕ 5 и с входом элемента НЕ 3, выход которого соединен с входами DK триггеров 6 и 7. Соответствующие выходы разрядов счетчика 4 (в данном случав инверсный выход первого разряда и прямые выходы остальных разрядов) соединены с входами элемента - И-НЕ 5.

Входные шины 9 и 11 первого канал соединены соответственно с выходными шинами 8 второго и третьего каналов, входные шины 9 и 11 второго канала соединены соответственно с выходными шинами 8 и 10 первого и третьего каналов , входные шины 9 и 11 третьего канала соединены соответственно с выходными шинами 10 первого и второг KjaHanoB.

На фиг. 2 обозначены потенциальны диаграммы 15-24 сигналов соответст венно на входной шине 1, на выходах первого, второго, третьего и четвертого разрядов счетчика 4, на выходе элемента.И-НЕ 5 и на шинах 8-11.

. Устройство имеет коэффициент пересчета ,К-15. В исходном состоянии все разряды счетчика 4 находятся в нулевом состоянии, 3К-триггеры

7 также обнулены. На :входе К первого разряда счетчика присутствуе 1ВЫСОКИЙ потенциал, создавая условия .(совместно с высоким уровнем на вхо дв 3) для работы первого разряда счетчика 4 в счетном режиме.

Работа устройства (фиг. 1) начинается с подачи счетных импульсов по шине 1. Происходит процесс заполнени счетчика. После отсчета счетчиком четырнадцатого импульсй на выходе элемента НЕ 3 появляется высокий потенциал, поступающий на J-входы триггеров 6 и 7. По заднему фронту следующего ( пятнадцатого) входного им хульса триггеры 6 и 7 устанавливаютс в единичное .состояние, посылая высокие уровни с шин В и 10 на обмен в другие каналы. Счетчик 4 по заднему фронту пятнадцатого импульса переходит в очередное (нулевое состояние.

Если каналы работают синфазно, то на выходные шины 9 и 11 (одновременно и синфазно с сигналами,на выходных шинах 8 и 10) поступают подтверж дающие сигналы в виде высоких уровней. На выходах элементов И 12 и аЗ появляются высокие уровни, подающиеся на К-входы триггеров б и7 и проходящие через элемент ИЛИ 14 без инвертирования. Высокий уровень с выхода элемента ИЛИ 14 приходит на : входы-R установки в ноль разрядов тзчетчика 4 и устанавливает старшие разряды последнего в нулевое состояние. Одновременно с установкой в нуль ста М11их разрядов счетчика на входе К первого разряда его появляется нулевой уровень.

По заднему фронту очередного .(первого) импульса, приходящего на . шину 1, первый разряд счетчика переключается в единичное состояние, а триггеры 6 и 7 - в нулевое, снимая тем caNDtJM сигналы обмена с шин b и 10. Далее процесс повторяется. Происходит процесс очередного заполнения счетчика. Описанный процесс работы устройства при синфазной работе каналов поясняется потенциальными диаграммами 15-24 (фиг. 2).

Рассмотрим случай,когда каналы по любой из случайных причин оказались расфазированы,.т..е. счетчики 4 в каналах оказались в разных положениях и имеют один относительно другого сдвиг.

Пусть,например, в первом канале по заднему фронту пятнадцатого импульса введены в единичное состояние триггеры б и 7. При этом на шинах 8 и 10 появились высокие уровни, которые были поданы во второй и третий каналы соответственно. Пусть счетчик второго канала отстает от первого, например, на четыре периода счетных импульсов, а от ггетьего канала - на восемь периодов. Спустя четыре периода счетных импульсов во втором кана ле(по заднему фронту пятнадцатого импульса взводятся триггеры б и 7. Высокий уровень подается с шин 8 и 10 второго канала на шины 9 и 11 пер вого и третьего каналов соответствен но, В первом и втором каналах орабатывают элементы И 12, распространяя высокий уровень со своих выходов через элемент ИЛИ 14 на установочные входы R старших разрядов счетчиков 4 В этот момент старшие разряды счет 4IIKOB оказываются в одинаковом нулевом состоянии. Теперь старшие разряды счетчиков 4 имеют возможность ра ботать синфазно. На входах К первых разрядов счетчиков первого и второjro каналов устанавливаются нули, .поэтому по заднему фронту 6черёдй6го счетного ш«1пульса -первые разряды сче чинов 4 оказываются:в одинаковом единичном состоянии, а триггеры б в этих каналах сбрасываются в нулевое состояние. Происходит процесс взаимной синхронизации,первого и второго каналов. Теперь эти каналы работают синфазно. Однако триггеры 7 первого и второго каналов находятся в единичном состоянии (в состоянии ожидания/. .Спустя еще четыре периода счетных импульсов в тертьем канале (по заднему фронту пятнадцатого импульса взводятся в единичное состояние триггеры 6 и 7. Высокий уровень подается с шин 8 и 10 на шины 11 первого и второго каналов, а также на первые входы элементов И 12 и 13 своего (третьего) канала. В первом.. и втором каналах срабатывают элементы И 13, а в третьем канале - элементы 12 и 13 одновременноу Далее происходит процесс взаимной синхронизации описанный для первого и второго каналов. Происходит взаимная синхронизация всех трех каналов. Счетчики всех каналов работают синфазно, а триггеры 6 и 7 сбрасываются в нулевое состояние до очереднбго момента взаимной синхронизации (один раз за цикл обращения счетчика. Описанный процесс Функционирования устройства предполагает синфазность поступления счетных импульЬов во всех каналах. Предлагаемое устройство надежнее известных. Например, если вышли из строя вто рой и третий каналы и они посылают постоянно на обмен высокие уровни на шины 9 и 11 первого канала, то это не влияет на. его работоспособность, что объясняется тем, что для того, чтобы сработали элементы И 12 и 13/необходимо, чтобы триггеры б и 7 первого канала находились в единичном состоянии. Но в этом состоянии они находятся в строгом соответствии (диаграммы 21-24 на фиг. 2/. Остальное время триггеры 6 и 7 находятся в нулевом соотоянии, Если же второй и третий каналы посылают на обмен постоянные нули, то они на элементы И 12 и 13 не воздействуют. На основании излоясенного предлагаемое устройетво может работать в одноканальном режиме, т. е. при наличии неисправностей в двух каналах. Рассмотрим теперь ситуацию, когда например, элемент И 12 второго канала вышел из строя так, что его входы оказались закороченными на шнycoвyю шину питания. В этом низкий уровень поступает на «пины 8 и 9 первого канала, но он не может помешать его работе. Все-три канала будут работать синфазно ввиду того, что второй канал имеет исправную связь с третьим каналом, а третий канал в свою очередь связан с первым. Если во втором канале такую же неисправность имеет элемент И 13 (входы его также закорочены на минусовую шину питания), то получается, что второй канал будет работать самостоятельно и он будет несинфазен с первьом и третьим. Последние же будут ра ботать синфазно, ввиду того, что между ними существует исправная связь. Проблема синфазной работг каналов резервирования пересчет..ых схем чрезвычайно важна в связи с наобходимостью в вычислительных системах производить обмен информацией для устранения и одиночных отказов. Если в каком-либо канале (напримерд во в тором / ВБшел.из строя элемент И 12(либо элемент И 13 так, что его входы закорочены с плюсовой шиной питания, то высокий уровень с его шин8 и 9 распространяется на шины В и 9 первого канала, блокируя его работу. Однако и в этом, наиболее тяжелом для предлагаемого устройства случае третий канал резервирования останется работоспособным. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известными оказывается более защищенным от воздействия указанных недостатков. Схема связей между каналами в устройстве кольцевая, а у известных- устройств - магистральная. Кольцевая схема связей более надежна чем ма рисхральная. Например, обрыв связей между первым и третьим каналами (кольцо может быть разорвано в любом другом месте ) на работоспособность резервированного устройства не влияет вообще. Разрыв кольца в двух местах приводит к изоляции одйого

какого-либо канала, но два других канала имеют между собой связь и работав) поэтому синфаэно.

Вследствие того, что предлагаемое устройство позволяет повысить надежность функционирования прибора.

в котором оно будет использоваться, представляется возможность уменьшить кратность поблочного резервирования, а также получить экономический эф-. фект за счет уменьшения кратности резервирования

/ gnjTJijnjnj jnjijr