Резервированная вычислительная система
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении вычислительных систем повышенной надежности. Сущность изобретения состоит в формировании и сравнении сигнатур потока команд и/или/ данной пары взаимопроверяемых вычислительных блоков. Резервированная вычислительная система содержит три вычислительных блока 1,2,3, три блока вывода 4,5,6, два блока памяти 7,8, три блока ввода 9,10,11, коммутатор 12, регистр 13, два элемента ИЛИ 14,15, триггер 16, два элемента И 17,18, два элемента задержки 19,20. Каждый вычислительный блок содержит блок контроля 21, содержащий многоканальный сигнатурный анализатор 22, первый и второй триггеры 23,24, элемент И 25 и обеспечивающий проверку функционирования пары вычислительных блоков в каждом такте контроля. Такт контроля соответствует времени выполнения в вычислительном блоке отдельного программного модуля. На взаимопроверяемые вычислительные блоки назначаются одинаковые программные модули. Контроль осуществляется путем формирования в каждом такте контроля двух сигнатур каждой пары вычислительных блоков. Результат сложения по модулю два этих двух сигнатур при правильной работе пары вычислительных блоков равен нулю, а в случае появления неисправности, приводящей к нарушению правильной работы, равен единице. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. 1 табл.
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении вычислительных систем повышенной надежности.
Известно резервированное устройство, содержащее два основных и S резервных блоков, блок контроля, выходной блок, позволяющее при несовпадении выходных сигналов основных блоков подключать взамен отказавшего блока исправный из резерва. Недостатком этого устройства является большое количество ненагруженного резервного оборудования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой вычислительной системе является резервированная вычислительная система, содержащая резервированные процессоры, коммутаторы вывода информации, модули памяти, устройство для управления реконфигурацией вычислительной системы, коммутаторы вывода информации и блок сравнения. Контроль функционирования системы обеспечивается параллельной работы пары процессоров в течение такта контроля путем сравнения конечных результатов. Обнаружение отказавшего процессора осуществляется путем анализа параллельной работы следующей пары процессоров [1] Недостатком такой системы является невозможность обнаружения нарушений правильности функционирования процессоров вычислительной системы, которые не влияют на конечные результаты работы выполняемых программ за время такта контроля. Программы, выполняемые на процессорах, могут быть связаны с обработкой массивов информации, могут предполагать вычисление промежуточных результатов, которые используются другими процессорами. В этом случае неисправность процессора не всегда повлечет за собой искажение конечного результата работы выполняемой программы. Целью изобретения является повышение достоверности контроля функционирования резервированной вычислительной системы. Достигается это тем, что в резервированную вычислительную систему, содержащую первый, второй и третий резервируемые процессоры, первый, второй и третий коммутаторы вывода информации, первый и второй модули памяти, первый, второй и третий коммутаторы ввода информации, четвертый коммутатор ввода информации, введены регистр на триггерах со счетными входами, первый и второй элементы ИЛИ, триггер со счетным входом, первый и второй элемент И, первый и второй элемент задержки, причем каждый процессор включает в свой состав узел контроля, содержащий многоканальный сигнатурный анализатор, первый и второй RS-триггеры, третий элемент И. Первый и второй управляющие входы узла контроля подключены соответственно к S-входам первого и второго RS-триггера, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И, выход третьего элемента И подключен к выходу уведомления узла контроля, третий управляющий вход узла контроля подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и многоканального сигнатурного анализатора, четвертый и пятый управляющие входы узла контроля соединены соответственно с синхровходом и управляющим входом многоканального сигнатурного анализатора. Информационные входы и выходы многоканального сигнатурного анализатора объединены в двунаправленную информационную шину узла контроля, выходы уведомления узлов контроля первого, второго, третьего процессоров подключены соответственно к первому, второму, третьему входам второго элемента ИЛИ и к первому, второму, третьему входам управления четвертого коммутатора вывода информации. Информационный выход четвертого коммутатора вывода информации подключен к счетным входам триггеров регистра, выходы которого соединены с входами первого элемента ИЛИ. Выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу первого элемента И, выход второго элемента ИЛИ подключен к входу первого элемента задержки, к входу счетного триггера и синхровходу регистра на триггерах со счетными входами. Инверсный выход триггера со счетным входом подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки. Выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого является выходом сигнала об ошибке и подключен к входу второго элемента задержки. Выход второго элемента задержки подключен к входу сброса регистра на триггерах со счетными входами. Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом показывает, что заявляемая система отличается наличием новых элементов и связей между ними. Таким образом, заявляемая вычислительная система соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что введенные в устройство элементы вычислительной техники широко известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемую вычислительную систему, последняя приобретает дополнительное свойство обнаруживать нарушения правиль- ности функционирования, которые не приводят к искажению конечного результата работы выполняемых программ. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". На фиг. 1 приведена структурная схема резервированной вычислительной системы; на фиг. 2 структурная схема узла контроля одного процессора; на фиг. 3 схема многоканального сигнатурного анализатора; на фиг. 4, 5 алгоритм управления контролем и реконфигурацией резервированной вычислительной системы; на фиг. 6 временные диаграммы работы средств контроля резервированной вычислительной системы. Резервированная вычислительная система содержит первый 1, второй 2 и третий 3 процессоры, первый 4, второй 5 и третий 6 коммутаторы вывода информации, первый 7 и второй 8 модули памяти, первый 9, второй 10 и третий 11 коммутаторы ввода информации, четвертый коммутатор 12 вывода информации, регистр на триггерах со счетными входами 13, первый элемент ИЛИ 14, второй элемент ИЛИ 15, триггер со счетным входом 16, первый элемент И 17, второй элемент И 18, первый и второй элементы задержки 19, 20, причем каждый процессор содержит узел контроля 21. Узел контроля 21 (фиг. 2) содержит многоканальный сигнатурный анализатор 22, первый и второй RS-триггеры 23, 24, третий элемент И 25. Первый, второй, третий, четвертый и пятый управляющие входы 26, 27, 28, 29, 30 узла контроля являются выходами формирователя управляющих сигналов процессора, по которым подаются сигналы начала такта контроля данного процессора пары, окончания такта контроля данного процессора пары, сброса, синхронизации, управления выдачей данных многоканального сигнатурного анализатора. Двунаправленная шина узла контроля 31 является внутренней шиной данных и команд процессора. Многоканальный сигнатурный анализатор 22 (фиг. 3) содержит регистр сдвига, состоящий из n двухтактных триггеров 32, n сумматоров по модулю два 33 и n шинных формирователей 34, каждый из которых включает в свой состав два элемента И 35, 36. Первый, второй, третий информационные входы четвертого коммутатора вывода информации 12 соединены соответственно с информационными выходами первого 1, второго 2, третьего 3 процессоров, информационные выходы первого 1, второго 2, третьего 3 процессоров подключены соответственно к информационным входам первого 4, второго 5, третьего 6 коммутаторов вывода информации, первые информационные выходы которых соединены с информационными входами первого 7 модуля памяти. Вторые информационные выходы первого 4, второго 5, третьего 6 коммутаторов вывода информации соединены с информационным входом второго 8 модуля памяти, информационный выход первого 7 модуля памяти подключен к первым информационным входам первого 9, второго 10, третьего 11 коммутаторов ввода информации, информационный выход второго модуля памяти подключен ко вторым информационным входам первого 9, второго 10, третьего 11 коммутаторов ввода информации, неинформационные выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого 1, второго 2, третьего 3 процессоров. Первый 26 и второй 27 управляющие входы узла контроля 21 подключены соответственно к S-входам первого 23 и второго 24 RS-триггера, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего 25 элемента И, выход которого подключен к выходу уведомления узла контроля, третий 28 управляющий вход узла контроля подключен к входам сброса первого 23, второго 24 RS'-триггеров и многоканального сигнатурного анализатора 22, четвертый 29 и пятый 30 управляющие входы узла контроля соединены соответственно с синхровходом и управляющим входом многоканального сигнатурного анализатора 22, двунаправленная шина узла контроля 31 подключена к внутренней шине данных и команд процессора, выходы уведомления узлов контроля первого 1, второго 2, третьего 3 процессоров подключены соответственно к первому, второму, третьему входам второго элемента ИЛИ 15 и к первому, второму, третьему входам управления четвертого коммутатора вывода информации 12, информационный выход которого подключен к счетным входам триггеров регистра 13. Выходы регистра на триггерах со счетными входами 13 соединены с входами первого элемента ИЛИ 14, выходы которого подключены к первому входу первого элемента И 17, выход второго элемента ИЛИ 15 подключен к входу первого элемента задержки 19 к входу счетного триггера 16 и синхровходу регистра на триггерах со счетными входами 13. Выход первого элемента задержки 19 и инверсный выход счетного триггера 16 соединены соответственно с первым и вторым входом второго элемента И 18, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 17. Выход первого элемента И 17 является выходом сигнала об ошибке Q и подключен к входу второго элемента задержки 20 и к входу прерывания первого 1, второго 2, третьего 3 процессоров, выход второго элемента задержки 20 соединен с входом сброса регистра на триггерах со счетными входами 13. В сигнатурном анализаторе 22 первые входы сумматоров по модулю два 33 подключены к выходам элементов И 36 соответствующих шинных формирователей 34, выходы сумматоров по модулю два 33 соединены с информационными входами соответствующих триггеров 32. Информа- ционный выход каждого i-го триггера 32 подключен ко второму входу (i + 1)-го сумматора 33. Кроме этого, к остальным входам первого сумматора 33 подключены выходы триггера 32 в соответствии с заданным характеристическим полиномом. Выходы триггеров 32 подключены к первым входам элементов И 35 соответствующих шинных формирователей 34. Выходы элементов И 35 соединены соответственно с прямыми входами элементов И 36 и подключены к двунаправленной шине узла контроля 31. Инверсный вход элемента И 36 соединен со вторым входом элемента И 35 соответствующего шинного формирователя и подключен к управляющему входу узла контроля 30. Шинный формирователь 34 работает следующим образом. По единичному значению сигнала на управляющем входе 30 сигнал с первого входа элемента И 35 через элемент И 35 поступает на линию двунаправленной шины 31. По нулевому значению сигнала на управляющем входе 30 имеет место передача сигнала с линии двунаправленной шины 31 на выход элемента И 36. Шинным формирователем двунаправленной шины 31 может являться микросхема серии К569АП26. Контроль правильности функционирования резервированной вычислительной системы заключается в следующем. Программа разбивается на функционально законченные программные модули (ПМ). Время выполнения вычислительной системы задачи разбивается на N тактов контроля. Такт контроля соответствует времени выполнения в процессоре отдельного ПМ. На выполнение каждого ПМ назначается один канал обработки, который представляет собой либо пару параллельно работающих процессоров (полный канал обработки), либо один процессор (неполный канал обработки). В начале каждого такта контроля происходит назначение ПМ на канал обработки из очереди и загрузка процессоров. Во время выполнения программного модуля парой процессоров с внутренней шины данных каждого из них формируется сигнатура команд и (или) данных. Это позволяет по окончании выполнения программного модуля парой процессоров выявить наличие отказа или сбоя одного из процессоров путем сравнения полученных сигнатур. В случае несовпадения полученных сигнатур осуществляется повторный счет данного программного модуля той же парой процессоров. Если при повторном счете произошло совпадение сформированных сигнатур, то делается вывод о возникновении слоя в предыдущем такте контроля. Если при повторном счете вновь произошло несовпадение сигнатур, то в следующем такте путем анализа параллельной работы следующей пары процессоров определяется какой из процессоров отказал. Если в третьем такте контроля сигнатуры не совпали, то отказал тот процессор, который работал в этой и в предыдущей паре. Если же сигнатуры совпали, то отказал процессор, который работал в предыдущей паре. Варианты назначения процессоров в пары для контроля представлены в таблице. Работа резервированной вычислительной системы может быть представлена в виде алгоритма (фиг. 4). Сущность реализации алгоритма заключается в выполнении следующих действий. Символ 1. Выполняются процедуры начальной нагрузки вычислительной системы. Символ 2. Выполняется процедура назначения на контроль пары процессоров, которая формирует вектор




















Формула изобретения
1. РЕЗЕРВИРОВАННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая три вычислительных блока, каждый из которых подключен информационным выходом и группой управляющих выходов соответственно к информационному входу и управляющим входам соответствующих блоков контроля, три блока ввода, три блока вывода, отличающаяся тем, что в систему введены два блока памяти, регистр, два элемента ИЛИ, два элемента И, триггер, два элемента задержки и коммутатор, подключенный первым, вторым и третьим управляющими входами к соответствующим входам первого элемента ИЛИ и входам соответствующих блоков контроля, первым, вторым и третьим информационными входами к информационным выходам соответствующих вычислительных блоков и информационным входам соответствующих блоков ввода, каждый из которых соединен первым и вторым выходами с информационными входами соответственно первого и второго блоков памяти, подключенных выходами соответственно к первому и второму информационным входам каждого блока ввода, связанного выходом с информационным входом соответствующего вычислительного блока, подключенных входами прерывания к выходу первого элемента И и через первый элемент задержки к входу обнуления регистра, соединенного информационным входом с выходом коммутатора, входом разрешения записи с выходом первого элемента ИЛИ, со счетным входом триггера и через второй элемент задержки с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к инверсному выходу триггера, а выходом к первому входу первого элемента И, связанного вторым входом с выходом второго элемента ИЛИ, подключенного входами к соответствующим разрядным выходам регистра. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок контроля включает сигнатурный анализатор, два триггера и элемент И, выход которого является выходом блока, информационный вход, синхронизирующий и управляющий входы сигнатурного анализатора являются соответственно информационным входом, первым и вторым управляющими входами блока, входы сброса триггеров и сигнатурного анализатора являются третьим управляющим входом блока, единичные входы первого и второго триггеров являются соответственно четвертым и пятым управляющими входами блока, прямые выходы триггеров подключены соответственно к первому и второму входам элемента И.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7