Контрольно-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов Советский патент 1978 года по МПК G06F15/16 G06F11/20 

ность определения неисправной ЦВМ резко падает и не обеспечивается надежность выходного информационного канала даже при наличии а комплексе исправных мап1ин. Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является контрольно-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов, содержащее блок коммутации, блок фиксации ошибки блок фиксации неопределенности и блок управления коммутацией, соединенные с арифметическим устройством и устройством управления соответствующих М вычислительных машин 3. Недостатком этого контрольно-коммутирующего устройства является низкая достоверность и надежность определения и отключения неисправной вычислительной машины, что вызывается, прежде всего, значительной сложностью его аппаратуры, которая, в свою очередь, определяется аппаратным принципом выявления и отключения неисправной вычислительной машины и неполнотой контрольной информации о состоянии вычислительной машины (ВМ) 3. Цель изобретения - повышение достоверности вычислений и надежности определения и отключения неисправной вычислительной машины. Это достигается тем, что контрольно-коммутирующее устройство содержит блок сигналов коммутации и блок предварительной фиксации ошибки, причем входы блока управления коммутацией подключены к выходам соответствующего устройства управления каждой из М-I )зычислительных машин, а выходы - к .соответствующим входам блока предварительной фиксации ошибки, блока фиксаадш ошибки и блока фиксации неопределениостн, другие входы блоков предварительной фиксации ошибки и фиксации иеопределенности подключены к выходам арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, другие входы бло ка фиксации ошибки подключены к выходам блоков предварительной фиксации ошибки соответствуюш.их пар М-1 вычислительиых машин, .выход арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, а выходы блока фиксации ошибки подключены ко входам устройства управления соответствующей вычислительной машины, и входу блока сигналов коммутации, другие входы которого подключены к выходам устройства управления, а выход - к управляющему входу блока коммутации, информационный вход которого подключен к выходу арифметического устройства соответствующей вычислительной машины. На фиг. I представлена структурная схема контрольно-коммутирующего устройства; на фиг. 2 - схема связей устройства в трехмашинном цифровом вычислительном комплексе. Контрольно-коммутирующее устройство содержит блок 1 коммутации, блок 2 сигнал ю коммутации, блок 3 фиксации ошибок, блок 4 фиксации неопределенности, лок 5 предварительной фиксации ошибки, блок 6 управления коммутацией, шину 7 сигналов управления, входные и выходные шины 8 обмена сигналами, информационные выходные шины 9 арифметического устройства вычислительной машины, шины 10 обмена сигналами М устройств управления, устройства 11 управления соответствующих вычислительных машин арифметическое устройство 12, оперативное запоминающее устройство 13, выходные шийы 14 контрольно-коммутирующего устройства. На фиг. 2 приведена схема связей устройства, где k,- - информационный сигнал одного канала выдачи информации i-.й ВМ; So 1 - сигнал операции выдачи контрольного слова; So 2 - сигнал операции выдачи информации из ВМ во внешнее устройство; а (.5.. x,.j) -- единичное состояние пускового органа BMi (....л., j), соответствующее пребыванию ВМ в рабочем состоянии; ofii - сигнал сбоя ВМ, выработанный в i-й ВМ; Soft - сигнал сбоя i-Й ВМ; S.fi (т) - сигнал сбоя i-й ВМ, зафиксированный на триггере памяти; ipi - разряд контрольного слова, соответствующий признаку несовпадения информации i-й ВМ с информацией 4-й ВМ; разряд контрольного слова, соответствующий признаку несовпадения информации i-й ВМ с информацией 4-и и Х-й ВМ; А14- признак совместной работы в вычислительном комплексе только i-ft и 5-й ВМ; AijBA- признак совместной работы в вы числительном комплексе i-й, -й и Х-й ВМ; Ац1 - признак совместной работы в комплексе только BMi и какой-либо другой ВМ; Sw4«) - сигнал неопределенности в комплексе;SKI.-т- сигнал коммутации. KIPA., KzpK, КЗР - кодовые слова результата анализа в первой, второй и третьей ВМ имеющейся в них избыточной информации с целью контроля достоверности ее работы; Ki««, Кат, КЗТЛА - текущие контрольные слова, являющиеся результатом принятого решения о состояниях, соответственно, первой, второй и третьей ВМ: разря.цам текущего контрольного слова поставлены в соответствии признакн ф|2з. ft2i KiK, КгкА. КЗКА - кодовые слова, содержащиеся в ячейках оперативного запоминающего устройства и представляющие собой информадик) 6 предыстории поведения ВМ. (например, признаки выхода скорости изменения параметров за допускаемую зону, результаты тестовых и диагностических проверок и т.п., результатов . программных и алгоритмических способов контроля); 5к1.в, Snie,. 8к5.в- контрольные сигналы с аппаратуры встроенного контроля устройства первой, второй и третьей ВМ в-- число контролируемых аппаратно устройств и блоков), Блок 1 коммутации представляет собой набор управляемые сигналом SKJ,, вентилей, информационные входы которых соединены с выходами арифметического устройства ВМ, по

которым поступает информация, предназначенная для выдачи во внешние. устройства.

Блок сигналов коммутации 2 предназначен для выработки сигнала , подаваемого на управляющий вход блока 1 коммутации на основаиии входных сигналов Soaai, поступающих с выхода устройства управления ВМ, я сигналов Sufi (г). S«,i., поступаюишх с выходов блока 3 фиксации ошибок и блока 4 фиксации, неопределенности. Выработка сигнала ocyinecTвляется в соответствии со следующим выражением

SKj ai-S«4S«,) 0)

Блок 3 фиксации ошибки -предназначен для выработки сигнала , подаваемого ао шинам 7 на вход устройства 11 управления ВМ н сигнала 5««(г), подаваемого на вход блока сигналов коммутации, иа основании входных сигналов Ль So, подаваемых по шинам 7 с выходов устройства 11 управления ВМ, сигнала ., подаваемого по шинам 9 с выхода арифметического устройства 12 ВМ, и сигналов 5«лл , подаваемых по шинам 8с выходов блока 5 предварительной фиксации ошибок других ВМ комплекса. Выработка выходных сигналов Sosi. и Scff; (т) блока 3 фиксации ошибки осуществляется по следующему выражению: 8св,-(5 У А/«ОУ(13,,), (2) 4i 30 где i § А, 3cfi(t) С«Ь) Т, S tf/CScfi-«ЬТ#5, )- («0)TrS,fi Caj .ft)j Блок 4 фиксации неопределенности предназначен для выработки сигнала неопределенносTrf S,i (г), подаваемого на вход блока 2 сигмалов коммутации на основании входных сигналов ф|А.подаваемых по шинам 9с выход1а MCTHMetKoro устройства 12, снгналов Aj, Atn, подаваемых с выходов блока 6 управления коммутацией н, в отлнчни от известного устройства, сигнала Sol, подаваемого с выхода устройства 11 управления. Выработка сигнала осуществляется по следующему выражению: М S,i . . (З) ,5-Ais Выходом является сигнал S«i (f), который запоминается на TpHrrepej сброс, триггера осуществляется сигналом Аи1. Блок 5 предварительной фиксации ошибки является принципиально новым и предназначен для выработки сигналов ошибок д ругих 1(напрнме{, J-й) ВМ и подаваемых на вход

блока 3 фиксации ошибок других ВМ комплекса.

Выходными сигналами являются сигналы подаваемые с выходов арифметического устройства 12 ВМ, сигнал SQI, подаваемый с выхода устройства II управления ВМ. и сигналы Aj5A , подаваемые с выходов блока управления коммутацией.

Выработка предварительных сигналов ошибок Sufji осуществляется по следующему алгоритму:.

,« ,,

4 3 i Блок управления коммутацией 6 не является новым по сравнению с известным. Он предназначен для выработки признаков состояния комплекса А;., Aji, Аи., A; и других, поступающих в остальные блоки устройства н служащих для управления их работой.

Выработка признаков осуществляется на основании сигналов и... а; ...aj ...а ...Oj, пбступающих по щинам 10 и 7 с выходов yctpoAcTва П управления ВМ комплекса по алгоритмам:

Aj

d,- oL,f... ajЛj....i,...t.Л,..лк,

л

Aj5 Л}Л} 1.-- f/ A-i--- м; А„, ...VA,H. Работа контрольно-коммутирующего устройства осуществляется следующим образом. Перед каждой выдачей результатов вычислений во внешние устройства вычислительные машины, работающие в резерв1ированном вычис лительном комплексе над решением одних Я тех же задач, осуществляют обмен ннформацией по межмашинным каналам связи с последующим сравнением по программе этой информации между собой, в результате этого (а также благодаря использованию других программных, аппаратных и алгоритмических средств контроля) каждая ВМ выбирает контрольное слово, каждому разряду которого ставятся в соответствии признаки несовпадения информации (fit., (, (Pj5 и др. Затем по команде Soi программы из арифметического устройства 12 контрольное слово по шинам 8 выдается либо в блоки 3 фиксации ошибок и блоки 5 предварительной фиксации ошибок, если число ВМ в комплексе равно трем или более трех, что автоматически указывается признаками Ai, , вырабатываемыми в блоке 6 управления коммутацией, лнбо в блоке 3 фиксации ошибок, если число ВМ равно двум, что указывается признаками Aj, и А,.;. Если соответствующий сигнал фцх Или ifj присутствует, то в блоке 3 фиксаций ошибок (или блоке 4 фиксации неопределенности) вырабатываются соответствующие сигналы Se(rj(t), Scgi или SB (f). Одновременно в других, например А,-м н блоке 5 предварительной фиксации ошибок вырабатываются аналогичные сигналы ошибок данной ВМ Sc#,,, которые поступают в блок 3 фиксации ошибок данной i-й ВМ, благодаря чему лостоверность выработки сигналов ошибки данной i-й ВМ увеличивается. Действительно, если сигнал ошибки по информации данной ВМ из-за нарушения выработки контрольной информации не будет сформирован, сигнал ошибки Scs,данной ВМ будет выработан на основе сигналов SctfjA и Sefi , поступающих из блоков 5 предварительной фиксации ошибок .-й и -.й ВМ. На основе сигнала ошибки Sefi или 5„ (г) в блоке сигналов коммутации вырабатывается сигнал блокировки, который запрещает в соответствии с выражением (I) выработку сигнала SKi(t). Одновременно сигналом из блока 3 фиксации ошибок осуществляется воздействие на устройство 11 управления ВМ с це: лью запрещения дальнейшей выдачи информации во внешние устройства из данной ВМ и перевода ее в режим диагностики. Однако, если характер неисправности в ВМ таков, что реакции устройства И управления ВМ на сигнал 5c-f.i не наступит и в следующем шаге программы по команде So; произо щет выдача информации К из арифметического устройства 12 ВМ во внешние устройства, то выдача информации во внешние устройства через блок { коммутации не произойдет, так как сигнал SKI выработан не будет.

Сигнал Sufi в устройстве 11 управления ВМ осуществляет снятие признака аj, благодаря чему в блоке 6 управления коммутацией происходит автоматическая перестройка признаков . и т.д. и, следовательно, всегб контрольно-коммутирующего устройства. Данное контрольно-коммутирующее устройство при трех ВМ в вычислительном комплексе представляет собой npctoToe устройство и, в целях повышения надежности, включается в состав каждой ВМ.

Взаимосвязь предложенного устройства с другими устройствами резервированного комплекса представлена на фиг. 2, где в качестве примера представлены связя контрольно-коммутирующего устройства в трехмашинном цифровом вычислительном комплексе.

В результате обмена по программе информацией К|вп. Кгвя. (перед выдачей ее во внешние устройства) по межмашинным каналам связи (фиг. 2) каждая-ВМ будет содержать а своем оперативном запоминающем устройстве J3 параметры, выработанные во всех ВМ (Kisn, , Кзап). Путем сравнения этой информации определяется неисправная ВМ и в соответствующий разряд KITRC (Katuc., KSTRC ) заносится признак «fиз (ф2з1. фзИ) при совместной работе трех ВМ, либо «piз (фгз, ф21, Фз1. ) при совместной работе двух ВМ. Естественно, что в процессе такого прог{ аммного анализа возможны сбои н полученне неверного результата анализа, т.е. слова Kipn (Кгрп.

КЗРП).

Чтобы выявить этот факт н, тем самым,

исключить принятие неверного решения, в аппаратной части каждого контрольно-ком мутируюи1его устройства осуществляется выработка сбоя не только собственной ВМ (например, St«ii), но и всех других ВМ (например, Sc62i, Scff3i) с последующим формированием окончательных исполнительных сигналов SKI и Sc.i. (или Sxz, Scez и Stc3, соответственно), путем конъюкции сигналов сбоя данной ВМ, выработанной в других ВМ. Если же в процессе программного анализа произойдет сбой, в результате которого будет искажение слова Кикс (Катке, Кзтко) типа «ложная трёвога (0-1), т.е. в слове KITKC ложно появится единица, то это не окажет воздействие на выработку исполнительных сигналов SKZ, Зкз, , . двугих ВМ, а в данной ВМ ложно формируются эти исполнительные сигналы SKI и . которые произведут необходимые переключения в соответствии с принятым алгоритмом переключеиия и автоматического исключения последствий сбоя без нарушения работы общего выходного канала вычислительного комплекса. Дополнительные задержки в вычислениях, которые необходимы для реализации этого алгоритма программного анализа, не сказываются на качестве вычислительного процесса в целом, поскольку они войдут незначительным процентом в общий процент машинного времени ВМ, затраченного на организацию контроля и учитываемого при расчете диспетчерской программы °ВМ.

Помимо предложеииого способа выявления и исправления ошибки программная часть контрольно-коммутирующего устройства использует другую имеющуюся в ВМ и комплексе в целом избыточную информацию с целью выработки контрольного слова KtTKcfKjTKe:, Кзтц)

на основе содержимого ряда ячеек оперативного запоминающего устройства 13, куда заносятся результаты программного анализа хода вычислений и вырабатываемой в процессе вычислений дополнительной контрольной ннф фмации (кодовых слов Кшл, Кгхя, Кзкя), Эта информация формируется на опросе сигналов состояния SKi.e, Sitze, Sna. аппаратуры ВМ,

0 содержащей встроенный контроль, на основе проводимых периодически в процессе вычислений текстовых и 0олее глубоких (в отдельных режимах) диагностических проверок, на основе анализа характера изменения вычисляемых параметров и т.д. Полученная таким образом Информация в виде слова Кжл (Кгки., Кзи) анализируется по программе с учетом призиаков состояния пусковых органов ВМ, с учетом наличия в работе других ВМ и с учетом результатов программного сравнения информации и

0 других ВМ, приведенных выше.

Такая совместная обработка всей контрольной информации обеспечивает более достоверное получение текущего контрольного слова KiTKc (Кгтхс.. Кзткс) не только в ситуациях, когда в комплексе находится несколько работающих ВМ, но и когда работают два и даже одна ВМ. В STHX случаях с целью выявления места н устойчивости сбоя программа использует информацию с предыстории поведения этих ВМ, в том числе имевших место в иих

0 ранее ошибок, профилактик, ремонтов и т.д.

Технико-экономический эффект от применения данного контрольно-коммутирующего устройства заключается в том, что благодаря сочетанию программного принципа определения ошибки ВМ с использованием информации между ВМ значительно увелнчиваётся noflHota и достоверность контроля вычислений и иа. дежность своевременного определения и отключения иеисправной ВМ.

Формула изобретения

Контрольно-коммутирующее устройство для резервированных вычислительных комплексов, содержащее блок коммутации, блок фиксаций ошибки, блок фиксация неопредеяеияости я лок управления коммутацией, соединенные с арифметнческим устрЫ{ством и устройством уп равлення соответствующих М вычислительных машин, отличающееся тем, что. с целью пое-ы щеиия достоверности и надежности определения и отключения иеисправн хб 8ыч|1слйтельной машины, оно содержит блок сигналов коммутации в блок предварительной фиксации ошибки, причем входы блока управления коммутацией подключены к выходам соответствующего устройства управления каждой йэ M-i вычислительных машин, а выходы - К4 ютветствующим входаА блока предварительной фиксации ошибки, блока фиксации ошибки и блока фиксации неопределенности, другие входы блоков предварительной фиксации ошибки и фиксации неопределенности подключены к выходам арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, другие входы блока фиксации ошибки подключены к выходам блоков предварительной фиксации ошибки соответствующих пар М-i вычислительных машин, выход арифметического устройства и устройства управления соответствующей вычислительной машины, а выходы блока фиксации ошибки подключены ко входам устройства управления соответствующей вычислительной машины и входу блока сигналов коммутации, другие входы которого подключены к выходам устройства управления, а выход - к управляющему входу блока коммутации, информационный вход которого подключен к выходу арифметического устройства соотве1 ствующей вычислительной машины.

Источники информации, принятые во внимание яри экспертизе:

. Авторское свидетельство СССР № 308430, кл. з 06 F ISyie, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 320812, кл.3 «6 F 11/00, 1969.

3.Авторское свидетельство СССР № 222745, кл. G 1 Р 15/46, 1967.