Анализ функциональной структуры и синтез дискретных устройств: Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Теория дискретных устройств». Часть IV, страница 7

В общем случае при построении резервированного устройства с избыточностью k и использовании ВО, реализующего функцию , в нем исправляются k — r ошибок типа 1 ® 0 и r — 1 ошибок типа 0 ® 1, а характеристики надежности следующие:

При достаточно высокой надежности логических блоков р₀ и p₁ выбор большого k позволяет получить высокую надежность логической части избыточной структуры. В этом случае надежность структуры в целом будет определяться и ограничиваться надежностью восстанавливающего органа. Если дискретное устройство резервируется целиком (см. рисунок 1), структура содержит только один ВО. Поэтому следует обратить особое внимание на повышение надежности ВО (например, резервированием его внутренних элементов). Очевидно, что надежность ВО должна быть, по крайней мере, не ниже надежности остальной части избыточной структуры.

При поблочном резервировании (см. рисунок 3) избыточная структура содержит большое число ВО. Поэтому влияние ВО на общую надежность устройства увеличивается. Для повышения надежности возможна установка вместо одного k одинаковых восстанавливающих органов ВО (рисунок 6).

Рисунок 6 —  Схема   избыточной структуры с несколькими восстанавливающими органами

Каждый из ВО имеет k входов (в данном случае k = 2), на которые поступают сигналы с выходов всех логических блоков. Выходной сигнал с каждого ВО подается только на один соответствующий логический блок последующего уровня схемы. Повреждение ВО для последующего уровня схемы эквивалентно повреждению следующего за ВО логического блока и поэтому избыточная структура остается работоспособной при повреждениях одного или нескольких ВО в зависимости от выбранного значения k. Однако, и в этом случае остается проблема повышения надежности ВО, выход которого является выходом всего устройства [ВО (3)].

На рисунке 7 приведен фрагмент избыточной структуры, в которой вместо одного устанавливают k = 3 восстанавливающих органа, реализующих мажоритарную функцию .

Рисунок 7 — Схема троированной

структуры

Такая структура получила название троированной. Она находит широкое применение при построении надежных вычислительных и логических устройств. Структура не отказывает при любых повреждениях одного из k = 3 одинаковых логических блоков и одного из k = 3 одинаковых восстанавливающих органа.

1.2 Надежные комбинационные схемы

Рассмотрим вопросы повышения надежности комбинационных схем, построенных на функциональных логических элементах (ЛЭ). Во внутреннюю структуру ЛЭ входят отдельные детали: транзисторы, диоды, резисторы и т. д. Повреждение какой-либо детали может изменить логическую функцию, реализуемую ЛЭ. Очевидно, что надежность ЛЭ может быть повышена последовательным или параллельным соединением входящих в его структуру деталей.

Применение резервированных позволяет просто строить надежные логические схемы: достаточно в неизбыточной схеме каждый ЛЭ заменить его резервированной модификацией. В этом случае можно добиться существенного увеличения надежности относительно отказов деталей внутренней структуры ЛЭ, но обрывы соединений между входами и выходами элементов схемы будут приводить к выходу ее из строя. В то же время следует отметить, что вероятность указанных обрывов в современных устройствах остается довольно высокой, так как обрывы связаны с некачественной пайкой и нарушением контакта в механических разъемах. Число же соединений в схемах, как правило, очень велико.

Влияние обрывов на правильную работу схемы исключается в комбинационных схемах с многократными связями. В них каждый ЛЭ выполняет логические операции над тождественными копиями входных сигналов, которые поступают по пучкам входных связей.