Метод синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації

Central procedures of the method is a choice of basic group and synthesis of structural codes on this basis as well as choice of logical functions' presentation forms. Realization of method allows it to expand quantity of forms to present information to create flexible faultless control systems that has a reconfigurated information structure, ability to adapt to the problems being solved and mistakes' models.

Efficiency of the proposed method of digital devices synthesis is substantiated by theoretical calculations' results to increase probability faultless work of shematechnical realization of up to 25%. Theoretical calculations have been confirmed by prelimenary tests results of the pilot sample of a specialized device at the Fotoprylad Research & Production Plant (Cherkassy).

Key words: reliability, faultless (reliable) work probability, number systems, information presentation form, codes synthesis, logical synthesis, information control, information correction, mathematical models of devices, programming logical array.

Пантелеева Наталия Николаевна. МЕТОД СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ ПО УСЛОВИЯМ НАДЕЖНОСТИ НА ОСНОВЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ФОРМ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05- “Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления”.- Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины, Киев, 2003.

В диссертационной работе предлагается новый подход к решению проблемы обеспечения надежности функционирования цифровых устройств и систем управления, который заключается в совместном использовании избыточного кодирования информации и аппаратной избыточности схемотехнической реализации. Работа посвящена разработке метода синтеза цифровых устройств по условиям надежности; развитию методов синтеза избыточных кодов и анализу их свойств относительно обнаружения и исправления ошибок; развитию методов минимизации и анализу возможностей использования альтернативных форм представления логических функций в синтезе цифровых устройств.

На основе обзора существующих кодовых систем выделен класс структурных кодов. Структурные коды (СК) обеспечивают высокий показатель надежности, т.к. обладают обнаруживающими и корректирующими способностями, позволяют достаточно просто выполнять арифметические операции. Для проведения анализа множества СК определены их основные и частные характеристики, введено понятие базовой группы (БГ), проведена классификация СК.

Разработан новый матрично-аналитический метод синтеза СК на основе БГ, который позволяет получать коды с новыми весовыми рядами и меньшей информационной избыточностью. Особенностью метода является: выбор начальной структурной формы с учетом требований надежности и избыточности; аналитический расчет всех характеристик кода.

Выделен новый класс СК- альтернативные СК (АСК), для которых предложены математические модели, таблицы истинности выполнения операций и варианты схемотехнических решений кодопреобразователей, устройств обнаружения и исправления ошибок. АСК на этапе синтеза позволяют оценить сложность реализации устройств и их надежность. Разработан метод коррекции информации, представленной в АСК, на основе реконфигурации, который позволяет обнаруживать и исправлять ошибки при передаче информации и при выполнении арифметико-логических операций для заданных кодов. В основу метода положены методы повышения надежности: информационная избыточность, обнаружение ошибок, временное резервирование, маскирование отказов, декодирование с исправлением ошибок.

Получил дальнейшее развитие подход использования альтернативных форм представления ЛФ в практике проектирования цифровых устройств. Расширена классификация форм представления путем введения бинарных форм, равноправных по отношению к классической, алгебраической и Рида-Мюллеровской формам. Разработаны методы минимизации для формы представления в виде полиномов Рида-Мюллера: метод с использованием специальной процедуры преобразования для поляризованой матрицы; решение задачи линейного программирования, где целевая функция и система ограничений формируются для заданного критерия минимизации. Проведена оценка эффективности использования площади ПЛМ, а именно схемотехнического усложнения (избыточности) ПЛМ2 и уменьшения площади ПЛМ1.

Все результаты исследований послужили основой для разработки нового метода синтеза цифровых устройств по условиям надежности в альтернативных структурных кодах. Суть метода: получение СК на основе базовой группы; расчет характеристик кодов; синтез математических моделей устройств; выбор логического базиса схемотехнической реализации; оценка надежности. Метод позволяет создавать гибкие отказоустойчивые системы управления, имеющие реконфигурируемую информационную структуру, адаптирующиеся к решаемым задачам и моделям ошибок. Практическая реализация метода показана на примере синтеза арифметико-логического устройства микропроцессорной системы: разработана функциональная схема; проведена оценка вероятности безотказной работы с учетом изменений статико-динамического режима работы логических элементов, обнаруживающих и корректирующих способностей альтернативных структурных кодов; проведена оптимизация структуры ПЛМ.

Эффективность предлагаемого метода синтеза цифровых устройств обоснована результатами теоретических расчетов, которые показали возможность повышения вероятности безотказной работы схемотехнической реализации до 25%. Теоретические расчеты были подтверждены результатами предварительных испытаний опытного образца специализированного вычислителя на НПК “Фотоприбор” (г.Черкассы).

Ключевые слова: надежность, вероятность безотказной работы, системы счисления, формы представления информации, синтез кодов, логический синтез, контроль информации, коррекция информации, математические модели устройств, программируемые логические матрицы.

Підписано до друку 21.07.03р. Формат 60х90 /16. Папір офсетний.

Віддруковано на різографі. Формат видання 145х215мм. Ум.друк.арк. 1,0

Тираж 100 прим.

Редакційно-видавничий відділ Черкаської академії менеджменту

18036, м.Черкаси, вул. Нечуй-Левицького, 16

Тел/факс: 8 (0472) 647-300

Размещено на Allbest.ru