Файл: Хетагуров, Я. А. Повышение надежности цифровых устройств методами избыточного кодирования.pdf

личивается. С этой точки зрения представляет интерес

но искать в следующих направлениях: 1) применение ПД в адресных цепях; 2) применение корректирующих кодов для исправления ошибок в запоминающей среде и цепях записи —считывания информации. Рассмотрим эти на­ правления 'более подробно.

При использовании ПД, принцип работы которых описан в '§ 2-6, в ОЗУ с линейной выборкой адресный код

Среда

хранения

(рис. 7-23,о). Пороговый дешифратор выполняет роль адресного коммутатора, и правильность его функциони­ рования не нарушается, если количество отказов в де­ шифраторе или РА не превышает некоторого критиче­ ского числа, определяемого .параметрами используемого корректирующего кода. Количество допустимых отказов определяется значением «минимального отношения рас­ познавания». Наибольшую помехозащищенность дешиф­ ратора обеспечивают коды, получаемые с помощью ма­ триц Адамара.

В ОЗУ с совпадением полутоков, а также в ОЗУ Z- типа используется два пороговых дешифратора: ПДХ и ПДУ (рис. 7-23,6). Соответственно адрес также раздедя-

228

ется на две части: РАХ и РАУ, для каждой из которых с помощью кодеров К вычисляются контрольные разря­ ды. Таким образом, на входы ПДХ и ПДУ поступает кор­ ректирующий код с требуемым минимальным расстоя­ нием d.

Основной недостаток рассмотренных схем (рис. 7-23) состоит в том, что в адресной части ОЗУ сохраняется не­ контролируемая аппаратура — адресные формирователи, включаемые иа выходах ПД, а также вторая ступень дешифрации в ОЗУ типа Z.

Впервые пороговые дешифраторы были применены в качестве адресных коммутаторов ОЗУ ЦВМ японски­ ми инженерами [Л. 50].

Относительно малая величина сигналов считывания делает ОЗУ очень чувствительными к стабильности па­ раметров сердечников и схем возбуждения. Особенно остро эта проблема стоит в ОЗУ с совпадением полуто­ ков. В то же время во всех современных ОЗУ при считы­ вании информации происходит ее разрушение с после­ дующей регенерацией (восстановлением). Ошибочно счи­ танная информация в период регенерации записывается в ячейку памяти с ошибкой, устранение которой програм­ мными средствами часто связано с большими затратами времени. Учитывая эти особенности ОЗУ, в ряде ЦВМ используются групповые корректирующие коды для об­ наружения и исправления ошибок в числовом тракте. Числовой тракт ОЗУ достаточно хорошо описывается моделью с независимыми ошибками, т. е. наиболее веро­ ятны одиночные ошибки. Поэтому обычно применяется разделимый код Хэмминга с минимальным расстоянием d=4, который позволяет исправить любую одиночную ошибку и обнаружить любую двукратную ошибку.

Вмашине ВНИИЭМ-3 использование кода Хэмминга

сминимальным расстоянием d=4 потребовало увеличе­ ния разрядности ОЗУ с 24 до 30 разрядов (Л. 51]. До­ полнительные затраты аппаратуры на реализацию ОЗУ составили 30%.

Исправление ошибок в числовом тракте может соче­ таться с контролем адресной части ОЗУ с помощью рас­ смотренных выше методов.

7-4. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

Внешние запоминающие устройства современных ЦВМ. предназначены для хранения больших объемов информации на магнитных носителях — дисках, лентах, барабанах, картах. Проблема обеспечения высокой на­ дежности таких устройств решается в трех основных на­ правлениях:!) создание совершенных конструкций элек­ тромеханических узлов; 2) применение совершенных тех­ нологических процессов для обеспечения высокого каче­ ства ферромагнитного покрытия материалов с требуе­ мыми физико-механическими характеристиками; 3) при­ менение аппаратно-программных методов для автомати­ ческого контроля и коррекции ошибок, возникающих при считывании информации из ЗУ.

Систематические ошибки из-за наличия дефектных участков (аномалий) на ферромагнитном покрытии обыч­ но исключаются при разметке покрытия перед записью информации. Случайные ошибки возникают в основном по следующим причинам:

в процессе длительной эксплуатации носителя инфор­ мации происходит износ ферромагнитного покрытия (осо­ бенно при наличии контакта между записывающими и считывающими головками и покрытием) и ухудшение физико-механических свойств подложки;

при длительном хранении информации границы маг­ нитных отпечатков «расплываются»;

мгновенное ухудшение контакта между головкой и покрытием;

попадание пыли или открошившихся частиц ферро­ магнитного покрытия на рабочую поверхность или маг­ нитные головки.

Устранение этих источников ошибок связано с прин­ ципиальными трудностями, и поэтому, как правило, в со­ временных ЗУ применяются аппаратно-программные ме­ тоды повышения надежности, основанные на использова­ нии методов избыточного кодирования.

При выборе корректирующего кода учитывается тот факт, что возникающие при считывании ошибки группи­ руются вдоль дорожки (§ 1-2). Это объясняется более высокой плотностью записи информации вдоль носителя, чем поперек. Кроме того, на выбор кода влияет метод размещения информации на поверхности носителя.

230

В блоьшинстве ЗУ на магнитных дисках информация записывается последовательно на концентрически распо­ ложенные дорожки, которые физически представляют собой окружности на поверхности диска. Обычно все за­ писи должны оканчиваться на той же дорожке, на кото­ рой они начинаются. В данном параграфе рассматрива­ ются методы повышения надежности ЗУ при последова­ тельной записи и считывании информации, а в следую­ щем— при параллельно-последовательном размещении данных.

В подавляющем большинстве современных ЗУ приме­ няются простейшие групповые коды — коды с проверкой количества единиц на нечетность. Не являются в этом отношении исключением и дисковые ЗУ. Для современ­ ного этапа развития вычислительной техники является

из которых является контрольным. При отсутствии оши­ бок байт всегда содержит нечетное количество единиц. Таким образом, если в ЗУ записываются байты с кон­ трольными разрядами, то при считывании производится контроль количества единиц в каждом байте. К сожале­ нию, такой метод контроля имеет существенный недо­ статок: вопышка ошибок с четным весом W(E) не обна­ руживается. Если предположить, что вероятности четного и нечетного веса вспышки одинаковы, то 50% ошибок побайтовым контролем не обнаруживаются.

Поэтому, например, в дисковых ЗУ IBM/360 2311 ис­ пользуется следующий метод контроля [Л. 52]. Устройст­ во управления при записи информации отбрасывает кон-

Интерфейс ввода-вывоба

231

трольные разряды символов (байтов), поступающие из канала, и передает в ЗУ 8-разрядные символы последова­ тельно (рис. 7-24). В конце записи записывается два контрольных байта, вычисленных в устройстве управле­ ния следующим образом. Первый контрольный -байт ра­ вен инверсной поразрядной сумме по модулю 2 всех не­ четных по номеру 8-разрядных байтов, записываемых на дорожку диска. А второй контрольный байт равен

позволяет: 1) обнаружить любое нечетное количество ошибок; 2) обнаружить любую вспышку ошибок длиной 16 или менее двоичных разрядов. Кроме того, по срав­ нению с контролем каждого 'байта достигается экономия

байта, то экономится 1 008 бит, т. е. примерно 10%.

232