Файл: Торгашев В.А. Система остаточных классов и надежность ЦВМ.pdf

йриведут к независимым искажениям некоторых остатков чисел, хра­ нящихся в этом ЗУ. Поэтому при использовании подобных чисел в последующих вычислениях такие ошибки будут обнаружены и ис­ правлены с помощью схем защиты соответствующих устройств.

Так, при отказах элементов ПЗУ, вызвавших искажения сим­ волов считываемых команд, ошибки будут исправлены схемами защиты ОЗУ или УУ. Если же из ПЗУ считывается константа, то коррекция осуществляется в АУ.

Структурная схема защиты ЗУ для одного числового тракта приведена на рис. 3.6. В состав ее входят схема обнаружения оши­ бок СОО, реализующая операцию «ИЛИ-HE»; счетчик Счц который совместно с дешифратором ДШ формирует сигналы, поочередно от­ ключающие от дешифратора адреса символы кода адреса; счетчик Сч2, определяющий число ошибок, исправленных схемой коррекции, и m-разрядныіі регистр Рг, который вместе с вентильной схемой В формирует сигналы, обеспечивающие исключение из СОК неисправ­ ных оснований.

Iчтобы вновь вернуться к исходной СОК, необходимо с пульта оператора подать сигнал, устанавливающий регистр Р в нулевое

состояние.

В заключение коснемся вопроса' о возможности изменения мини­ мального расстояния корректирующих ^-кодов, применяемых для защиты ЗУ. Предположим, что N = p \ ... рп, причем основания СОК пронумерованы в порядке возрастания их величии, т. е. р!< р 2< —>

98

>р,п. Если в ходе выполнения некоторой программы используются только те ячейки ЗУ, адреса которых не превышают Nlp„, то мини­ мальное расстояние кода (а, следовательно, и число исправляемых отказов) можно увеличить на единицу. Для этого в схеме дешифра­ тора адреса необходимо предусмотреть возможность отключения час­ ти выходных элементов от ячеек ЗУ и от схемы обнаружения оши­ бок. Способы такого отключения могут быть различными в зависи­ мости от конкретных элементов, используемых для построения де­ шифратора адреса. Например, для отключения пороговых элементов достаточно поднять порог до величины м+1. В других схемах для достижения тех же целей можно отключить питание либо ис­ пользовать выходные элементы, имеющие один вход, на который в случае необходимости подавать нулевой сигнал.

Отключив N — Л7р,і элементов дешифратора адреса, мы умень­ шим рабочий объем ЗУ, но зато резко увеличим надежность запо­ минающего устройства. В случае необходимости можно продолжать

уменьшать объем ЗУ до величин У/рп_іР„; Л,/р„_2рп_ірп и т. д., соответственно увеличивая корректирующие возможности кода. По­ добный переход может осуществляться без вмешательства оператора при условии, что система команд машины позволяет программно изменять корректирующие возможности кодов. Очевидно, что ни один из известных способов повышения надежности вычислительных машин не обеспечивает подобной «живучести», т. е. способности вы­ полнять вычисления при наличии большого числа отказавших эле­ ментов.

3.5.УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Взадачу автора не входил подробный анализ структуры вычис­ лительных машин, работающих в системе остаточных классов. По­ этому при рассмотрении устройства управления мы не будем ка­ саться вопросов, связанных с выбором системы команд, построением

микропрограмм для операций; реализуемых в ЦВМ, и остальных этапов синтеза УУ, а выделим лишь те особенности устройства уп­ равления, специфика которых обусловлена применением корректиру­ ющих кодов в СОК.

Прежде всего к таким специфичным особенностям относится распределение всей аппаратуры УУ по числовым и адресным трак­ там. Вторая особенность построения УУ связана с изменением чис­ ла информационных и контрольных модулей в ходе выполнения про­ граммы, в результате чего микропрограммы для операций немодуль­ ного типа приходится делать достаточно гибкими, способными к мо­ дификациям.

Как уже говорилось выше, устройство управления можно рас­ сматривать как постоянное запоминающее устройство, хранящее в своей числовой части микропрограммы для всех операций, используе­ мых в ЦВМ. Начальные адреса микропрограмм задаются кодами операций, поступающими из ПЗУ. Переход от одной микрокоманды к другой в процессе выполнения микропрограммы может осуществ­ ляться различными способами, один из которых состоит в том, что каждая микрокоманда, помимо набора микроопераций, содержит и адрес следующей микрокоманды. Одновременно с выполнением те­ кущей микрокоманды этот адрес записывается в регистр кодов опе­ раций РКОП и подготавливает выборку следующей микрокоманды.

Этот способ перехода используется в тех случаях, когда требу­ ется нарушить естественный порядок следования микрокоманд (ус­ ловные и безусловные переходы). В остальных случаях считывание микрокоманд осуществляется из последовательно расположенных ячеек, и для изменения адресов используется счетчик микрокоманд, выполняющий одновременно и функции регистра адреса.

Интересно отметить, что число символов в кодах операции мо­ жет быть меньше, чем в кодах адресов микрокоманд. Поэтому при поступлении кода операции на дешифратор УУ некоторые символы адресного кода окажутся неопределенными. В этом случае необхо­ димо исключить из СОК те основания, символы которых не опреде­ лены, и, кроме того, отключить часть дешифратора подобно тому, как это описывалось в предыдущем параграфе. Выбранная в соот­ ветствии с кодом операции микрокоманда задает уже полный ад­ рес следующей микрокоманды, и, следовательно, дешифратор может даже работать в полном диапазоне представления кодов операций.

Пусть, например, коды операций представлены в СОК с осно­ ваниями 5, 7, 8, 9, где первые два модуля являются информацион­

'раммы. Тогда для сохранения корректирующих возможностей кода следует в СОК ввести еще одни модуль ps— \l. При выполнении микропрограммы используется весь объем ДШ и полная СОК. При

здесь только из-за своей простоты, хотя, безусловно, по аппаратур­ ным затратам она не относится к числу наиболее экономичных.

Для защиты устройства управления от ошибок разделим его, так же как и ЗУ, на несколько независимых блоков, число которых определяется максимальным числом адресных или числовых трактов. При этом осуществляется коррекция ошибок, возникающих в кодах операции или адресах микрокоманд, которые поступают на каждый из блоков. Коррекция производится при помощи избыточных де­ шифраторов н автономных схем контроля и коррекции, описанных в предыдущем параграфе. Остальные ошибки, возникающие в устрой­ стве управления, приводят к искажениям либо чисел, обрабатывае­ мых в АУ, либо кодов адресов, поступающих на входы ОЗУ либо ПЗУ. Если каждый блок УУ управляет только схемами, относящи­ мися к одному основанию в каждой из систем остаточных классов, то любой отказ в управляющих цепях вызывает лишь одиночные ошибки в числах или адресах. Поэтому схемы защиты ОЗУ, ПЗУ и АУ одновременно обеспечивают коррекцию ошибок, возникающих в управляющем устройстве.

Рассмотрим теперь некоторые вопросы, связанные с управлением арифметическим устройством при выполнении операций цемодульного типа. Для реализации этих операций на АУ должны поочередно подаваться сигналы вычитания и умножения; сигналы, обеспечиваю-

100

щие передачу остатков от одних модулей.к другим, и, наконец, константы вида 1/р,-. Если бы параметры СОК в процессе работы оставались неизменными, то и константы и коды всех управляющих сигналов можно было бы подавать непосредственно с выхода УУ. Однако в связи с отказами элементов ЦВМ может изменяться и об­ щее число оснований, входящих в СОК, и соотношение между ко­ личеством информационных и контрольных модулей. При этом одно­ временно изменятся константы N, ЛЦ N2, используемые при выпол­ нении умножения и некоторых других операций.

Естественно, что с помощью жестких микропрограмм (или под­ программ) нельзя обеспечить эффективное управление арифметиче­ ским устройством при столь большом количестве различных вариан­ тов систем остаточных классов. Поэтому для управления немодуль­ ными операциями целесообразно использовать оперативное ЗУ (либо сверхоперативное запоминающее устройство, если быстродействие ОЗУ не позволяет обеспечить требуемую скорость вычислений).

В этом случае в определенных ячейках ОЗУ хранятся констан­ ты и управляющие слова, соответствующие той системе остаточных классов, которая в данный момент времени реализуется в вычисли­ тельной машине. Если по каким-либо причинам требуется перейти к другой СОК, то для этого достаточно лишь изменить содержимое указанных ячеек ОЗУ, не изменяя микропрограммы.

Каждый символ управляющего слова равен либо нулю, либо номеру какого-либо основания pj. Нулевые символы управляющего слова соответствуют тем основаниям СОК, которые в момент по­ ступления данного слова в АУ не принимают участия в выполнении иемодульного преобразования.

Для пояснения структуры управляющих слов приведем неболь­

шой пример.

Пусть в системе остаточных классов, состоящей из шести моду­

на АУ следует подать управляющие слова в такой последователь­ ности

Естественно, что устройство управления должно выдавать в АУ специальные сигналы, позволяющие отличать числа от управляю­

щих слов.

Как было показано в предыдущей главе, для определения зна­ ков чисел, наличия переполнения разрядной сетки и ошибок, возни­ кающих в ходе вычислений, используются символы позиционной ха­ рактеристики {JTJV}#, либо ее модификации — векторы {6)^. В зави­

симости от того, какая из возможных СОК реализуется в ЦВМ при

101