Микропрограммное устройство управления с исправлением ошибок Советский патент 1982 года по МПК G06F9/22 G06F11/16 

(5) МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ С ИСПРАВЛЕНИЕМ ОШИБОК

. . 1

I Изобретение относится к вычислительной технике, а .именно к устройствам программного и микропрограммного управления повышенной надежности.

Известно устройство для обработки нарушений работы вычислительных машин, управляемых микропрограммами, содержащее память микропрограмм, регистр адреса, регистр микрокоманд, запоминающий регистр адреса повтора, счетчик адреса, схема управления возвратом, устройство отработки данных, схема контроля и схема передачи.

При считывании из памяти адреса некоторых микрокоманд запоминаются точки возврата на регистр адреса повтора. Повторное считывание и выполнение микропрограммы с точки возврата производится при обнаружении ошибки схемо1, контроля. Классификация выявленной ошибки как постоянной производится после фиксированного числа повторений одинаково для. всех повторяемых участков Li 1

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изменения числа повторов различных микрокоманд с целью достижения максимальной исправляющей способности каждого отдельного повторяемого участка. Кроме того, в устройстве не предусматривается исправление случай10ных ошибок, пропущенных схемой контроля ,

Известен также микропрограммный процессор с восстановлением при сбоях, содержащий арифметикологический

15 блок, блок управления, блок регист ров, память микрокоманд, регистры адреса и микрокоманд, ОЗУ, блок контроля, счетчик сбоев, регистр адреса повтора, входную и выходную магист20рали , группы элементов И 2 .

Недостатком устройства является .то, что при обнаружении ошибки производится повторное выполнение ошибоч398ной микрокоманды. Число повторений при ошибке определяется разрядностью счетчика сбоев и не изменяется при п реходе от микрокоманды к микрокоманде, исходя из реального времени обработки на их выполнение. При этом сбои, длительность которых превышает время повторных выполнений микрокоманд, фиксируются как отказы. Наличие в ряде случаев резерва времени, в течение которого можно было бы устранить влияние обнаруженных блоком контроля сбоев, а также исправит и необнаруженные сбои в данном устройстве не используется. Наиболее близким к предлагаемому технимескиму решению является микропрограммное устройство с исправление ошибок, содержащее память микропрограмм, регистр адреса, регистр микрокоманд, регистр адреса повтора, ассо циативная память, блок отсчета времени, блок контроля, четыре группы элементов И, триггер и два элемента И 31. В отличие от рассмотренных выше устройств в прототипе в качестве кри терия различения сбоя от отказа используется безошибочное выполнение участка микропрограммы хотя бы один раз не на заданном числе повторов, а на заданном промежутке времени. При этом максимально используется резерв времени, который остается для ряда участков микропрограмм после фиксированного числа повторов этих участков с тем, чтобы увеличить число пов торных вычислений и уменьшить вероят ность ложной интерпретации сбоя или отказа. Однако при этом исправляются лишь те ошибки, которые были обнаружены блоком контроля, несмотря на то что результатами сбоя может быть зна чительное число ошибок в ходе выпол нения, микропрограмм (например ложные переходы на новые участки микропрограмм ), которые пропускаются аппаратурой контроля. Увеличение обнаруживающей способности схем контроля известными методами потребует значительных аппаратурных затрат и не дает эффективного решения. 8 то же время на участках реализуемых микропрограмм присутствует значительное число цикличебких фра|- ментов из одной и более микрокоманд, выполняемых многократно. Время ис полнения любого циклического фра|- мента, проявляемое как задержка в реализации охватывающего данный цикл участка, можно использовать для устранения необнаруженных блоком контроля ошибок путем повторного выполнения участка.микропрограммы с пос ледней точки возврата. Поскольку такое решение не потребует введения аппаратурной избыточности, то более целесообразным представляется использование для увеличения числа исправляемых случайных ошибок принудительного перезапуска микропрограк мы при попадании в цикл без соответствующего увеличения контрольного оборудования. Кроме того, в качестве недостатка ; прототипа следует отметить утрату устройством способности к восстановлению при ошибочном считывании из ассоциативной памяти промежутка времени для конкретного участка, в течение которого может быть исправлена ошибка . Цель изобретения - повышение надежности путем увеличения количества исправляемых случайных ошибок. Поставленная цель достигается тем, что в микропрограммное устройство управления с исправлением ошибок, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, регистр адреса повтора, блок ассоциативной памяти, информационный регистр, первый и второй блоки сверток по модулю два, счетчик времени, генератор импульсов четыре блока элементов И, два элемента И и первый элемент НЕ, причем выход блока памят ти микрокоманд соединен с входом регистра микрокоманд, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков элементов И и входом первого блока свертки по модулю два, выход второго блока элементов И соединен с входом регистра адреса повтора , выход которого соединен с первым входом третьего блока элементов И, выходы первого и третьего блоков элементов И соединены соответстзенно с первым и вторым входами регистра адреса, выход которого соединен с входом блока памяти микрокоманд и. входом блока ассоциативной памяти, выход блока ассоциативной памяти соединен с входом информационного регистра, первый выход которого соединен с первым входом четвертого блока элементов И и входом второго блока свертки по, модулю два, второй выход информационного регистра соединен с первыми входами первого и вт рого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока свертки по модулю два, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с вторым входом четвертого блока элементов И и первым управляющим входом счетчика времени, выход генератора импульсов и четвертого блока элементов И соединены- соответственно со счетным и вторым уп- равляющим входами счетчика времени, выход которого является выходом устройства и через первый элемент НЕ соединен с вторым входом третьего блока элементов И, введены третий эл мент И, элемент ИЛИ и второй элемент НЕ, п|&ичем третий выход информационного регистра соединен с первым входом элемента ИЛИ и через второй элемент НЕ с первым входом третьего эле мента И, выход которого соединен с вторым входом первого блока элементов И, пербый и второй выходы первого блока свертки по модулю два сое динены соответственно с вторыми входами третьего элемента И и элемен та ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом третьего блока элемен тов И, второй выход информационного регистра соединен С вторым входом второго блока элементов И. На чертеже, приведена схема микропрограммного устройства управления с исправлением ошибок. В его состав входят блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 микрокоманд, регистр 3 адреса, блок ассоциативной памяти, информационный регис 5, регистр 6 адреса повтора, блоки элементов И, элементы И 11-13 элемент ИЛИ 1, первый 15 и второй 16 блоки сверток по модулю два, первый 17 и второй 18 элементы НЕ, счетчик 19 времени и генератор 20 импульсов. Блок 1 памяти микрокоманд предназначен для хранения рабочих микропрограмм, предварительно разбитых на повторяемые участки. Блок k ассоциативной памяти хранит допустимые инте валы времени обработки каждого из участков, выбираемые из нее на инфор мационный регистр 5 по признаку адреса последней микрокоманды повторяемого участка и заносимые в счетчик 19 времени как начальная установка по информационным входам. Устройство работает следующим образом. Перед записью в память микрокоманд на каждом повторяемом участке выделяют циклические фрагменты (из одной или нескольких микрокоманд) и в местах зацикливания вместо связей к ранее пройденным микрокомандам предусматривают переход к специально введенной микрокоманде, указывающей на циклический характер микропрограммы и позволяющей перейти к микрокоманде, адрес которой указан в регистре 6 адреса повтора. Независимо от числа циклов вводят одну дополнительную микрокоманду на всю микропрограмму и при формировании на регистре 3 адреса номера (или адресаj этой микрокоманды на выходе регистра 5 вырабатывается сигнал об исполнении цикла, позволяющий использовать в качестве адреса следующей микрокоманды содержимое регистра 6 адреса повтора. Сигналы на выходах блока 15 и 1б соответствуют безошибочной работе блока 1 памяти микрокоманд и правильному считыванию из блока k ассоциативной памяти кода интервала времени. При ошибке в работе блока 1 памяти микрокоманд и неправильном считывании кода допустимого времени обработки участка из блока k ассоциативной памяти на выходах блоков 15 и 16 вырабатываются соответственно сигналы наличия ошибки в работе блоков 1 и 4. .Перед началом выполнения очередного участка микропрограммы (параллельно выполнению последней микрокоманды предыдущего участка ) на выходе информационного регистра 5 блока ассоциативной памяти появляется сигнал считывания, свидетельствующий о наличии на выходе информации допустимого времени обработки участ ; ка. При правильном считывании времени обработки участка из блока k ассоциативной памяти (сигнал на выходе блока 16 ) производится передача адреса начала повторных вычислений на регистр 6 адреса повтора и начальная установка счетчика 19 времени на отсчет интервала времени, характерного для данного участка. Если в момент перехода к очередному участку микропрограммы интервал

времени из блока ассоциативной памяти считан неверно (.сигнал на выходе блока 16 ), то в счетчике 19 времени .подачей сигнала на установочный вход счетчика устанавливается минимальный резерв времени обработки, характерный для микропрограммы и используемый в качестве начальной установки, а в регистре 6 адреса повтора записывается адрес точки возврата. При установке минимального (постоянного для всей микропрограммы) резерва времени устройство не теряет способности к восстановлению и гфи обнаружении ошибки повторяемые вычисления проводятся в пределах этого времени.

При реализации рабочей микропрограммы адрес очередной микрокоманды поступает из регистра 2 микрокоманд на регистр 3 адреса только при отсутствии ошибки в блоке 1 и отсутствии режима циклического повтора, о чем свидетельствуег единичный сигнал на выходе 13 элемента И.

При обнаружении ошибки в процессе выполнения участка микропрограммы (сигнал на выходе блока 15)t если не исчерпан запас времени на участок, производится перезапуск микоопрограм Мы с начала участка. Адрес налача участка передается на регистр 3 адреса /:з регистра 6 адреса повтора.

Повторные выполнения прекращаются при безошибочном исполнении y4acT ка микропрограммы от начала до конца, либо при появлении сигнала об окочании запаса времени на втором выходе счегиика 19 времени. Сигнал отказа зарабатывается в устройстве при окон ча :и1-1 запаса времени на участок при переполнении счетчика 19 времени.

Б случае попадания в циклы(наличие сигнала на аыходе регистра 5 ) даже при отсутствии сигнала об ошибке произаодится перезапуск микропрогоаммы с начала участка. Повторное выполнение микропрограммы с последней точки повтора позволяет возобновить результат. Если до попядания s цикл блоком 15 была зафиксирована ошибка, то в известных устройствах зто приводило к непраеиль ной реализации микропрограмьйи. Принудительный возврат S начало участкапо содеря имому регистра 6 при попадаHHVi в цикл позволяет в предлагаемом устройстве исправить случайную ошибку ( без ее обнаружения ) путем обновления результата.

Кроме того, что дифференцированный учет резервов времени различных участков позволяет изменять допустимое число повторов при переходе от участка к участку, установка счетчика 19 времени в устройстве на фиксированный для микропрограммы интервал в периоды ошибочной работы блока k ассоциативной памяти обеспечивает сохранение за устройством восстанавливающих свойств и увеличивает число исправляемых случайных ошибок, а введение принудительного перезапуска пр попадании в цикл дает возможность исгфавить ошибки, пропущенные блоком контроля и тем самым повысить надежность устройства.

При этом увеличение надежности достигается в устройстве практически без дополнительных затрат оборудования , которые сводятся к введению средств распознавания циклического режима в ассоциативной памяти. Замедление 8 выполнении участка микропрограммы из-за принудительных повторов определяется числом микрокоманд, выполняемых однократно от начала участка до вхождения в цикл, и является н незначительным по сравнению с допустимым временем обработки участка.

Значительный эффект предлагаемое устройство может дать при использовании его для целей программного и микропрограммного логического управления в реальном времени. В си стемах логического управления при наличии большого процента логических условий ожидания ( циклов из одной микрокоманды и в связи с инерционностью объектов управления имеется значительный резерв времени, который может быть использован для исправления ошибок с помощью предлагаемого технического решения. Формула изoбpeteния Микропрограммное устройство управления с исправлением ошибок, содерм(ащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, регистр адреса повтора, блок ассоциативной памяти, информационный регистр, первый и второй блоки сверток по модулю двз, счетчик времени, генератор импульсов, четыре бло- .

ка элементов И, два элемента И и первый элемент НЕ, причем выход блока памяти микрокоманд соединен с входом регистра микрокоманд, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков элементов И и входом первого блока свертки по модулю два, выход второго блока элементов И соединен с входом регистра адреса повтора, выход которого соединен с первымВХОДОМ третьего блока элементов И, выходы первого и третьего блоков элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами регистра адреса, выход которого соединен с входом блока памяти микрокоманд и входом блока ассоциативной памяти, выход блока ассоциативной памяти соединен с входом информационного регистра, первый выход которого соединен с первым входо четвертого блока элементов И и входо второго блока свертки по модулю два, второй выход информационного регистра соединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока свертки по модулю два, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с вторым входом четвертого блока элементов И и первым управляющим входом счетчика времени, выход генератора импульсов и четвертого блока элементов И соединены соответственно со счетным и вторым управляющим входами счетчика времени, выход которого является вы; ходом устройства и через первый элемент НЕ соединен с вторым входом третьего блока элементов И, о т личающееся тем, что, с целью повышения надежности, в устройство введены третий элемент И, элемент ИЛИ и второй элемент НЕ, причем третий выход информационного регистра соединен с первым входом элемента ИЛИ и через второй элемент НЕ с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого блока элементов И, первый и второй выходы первого блока свертки по модулю два нены соответственно с вторыми входами третьего элемента И и элемента ИЛИ)выход которого соединен с третьим входом третьего блока элементов И, второй выход информационного ре-, гистра соединен с вторым входом второго блока элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции ff 2065898, кл, G Об F П/00, опублик. 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 70806, кл. G Об F 11/00, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР

№ , -кл. G 06 F 9/1, 1978 (прототип) .

16

-В

Id

отказ