Файл: Пакулов, Н. И. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ.pdf

Г л а в а 3

НАДЕЖНОСТЬ МНОГОКАНАЛЬНЫХ МАЖОРИТАРНЫХ СИСТЕМ

3.1. СТРУКТУРА м н о г о к а н а л ь н о й м а ж о р и т а р н о й

СИСТЕМЫ

Многоканальная мажоритарная система (ММС) стро­ ится по мажоритарному способу резервирования; она содержит нечетное количество идентичных каналов, вы­ ходы которых объединяются с помощью мажоритарных элементов, играющих роль восстанавливающих органов. Отказы и сбои, наблюдаемые в ( т —1)/2 каналах ММС, не оказывают влияния на работоспособность системы в целом. Поэтому работоспособность отдельных каналов ММС можно восстанавливать без прерывания ее работы по основной программе. Последнее обстоятельство позво­ ляет значительно увеличить коэффициент готовности ММС, под которым будем понимать вероятность того, что ММС будет работоспособна в произвольно выбран­ ный момент времени. Однако при мажоритарном спосо­ бе резервирования требуется большое количество обору­ дования и поэтому данный способ можно использовать для повышения надежности наиболее ответственных устройств, вероятности безотказной и бессбойной работы которых должны быть очень высокими. К таким устрой­ ствам, в первую очередь, относятся различного рода кон­ трольные устройства.

Во второй главе был произведен синтез одноканального контрольного устройства ЦВМ, надежность которо­ го оказалась ниже требуемой. С целью повышения на­ дежности рассмотренного контрольного устройства ис­ пользуем мажоритарный способ резервирования.

На рис. 3.1 и 3.2 приведены структурная и функцио­ нальная схемы трехканальной мажоритарной системы

151

(ф). Использование мажори­ тарного способа резервирования позволяет достаточно просто обнаружить неисправный капал. Если в канале произошел сбой или отказ, то сигнал на его выходе бу­ дет отличаться от выходных сигналов двух других кана­ лов. Этот признак используется для построения простых по своей структуре индикаторов отказов и сбоев.

Заметим, что надежность трехканальной МСК при одном отказавшем канале снижается до величины Р20),

Рис. 3.2. Функциональная схема трехканальной мажоритарной си­ стемы контроля (МСК).

152

лов слоя, задержанным на k—7 г такта следования си г ­ налов Ра, Рв, Рс. Если в одном из каналов следует k '.игналов сбоя подряд, то счетчик переключается в со­ стояние, соответствующее отказу этого канала. Для со­ хранения отказового состояния счетчика на период вос­ становления поступление сигналов сбоя на его вход запрещается, для чего предусмотрена обратная связь с выхода счетчика на вход элемента И. Сигналы отказов (Кл, К в, К с) с выходов счетчиков используются для переключения каналов и индикации их состояний.

После восстановления МСК необходимо все счетчики индикаторов отказов поставить в исходное состояние, в результате чего надежность системы достигнет перво­ начальной величины. С целью ускорения процесса обна­ ружения отказавшего канала на входы узлов анализа необходимо подавать не сигналы S a , Sn, Sc, а выход­ ные сигналы сумматоров (SM). В этом случае период

даваемом по каналу связи.

Произведем анализ и оценку основных показателей надежности многоканальных мажоритарных систем; за­ тем на основании полученных соотношений определим основные параметры надежности трехканальной МСК как частного случая ММС.

3.2. НАДЕЖНОСТЬ МНОГОКАНАЛЬНОЙ МАЖОРИТАРНОЙ

СИСТЕМЫ БЕЗ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Надежность мажоритарной системы без восстанов­ ления может быть определена как надежность системы со скользящим резервом при $ = ( т —1)/2 резервных ка­ налах, где т — количество каналов в системе. Отказы каналов считаем независимыми. Указанное предположе­ ние позволяет определить вероятность безотказной рабо­ ты мажоритарной системы без восстановления из извест­ ного соотношения [37]

т — 1

2

где С1т— число сочетаний из т элементов по /; P(t)-~ вероятность безотказной работы одного канала в тече1Щ£

154

Мл приведенных соотношений и йрнмера вНДПЭ, йМ трехканальная мажоритарная система обладает высокой надежностью и может удовлетворить требованиям во мно­ гих практических случаях. Кроме того, в трехканальной системе по сравнению с пяти- и семиканальной система­ ми используется намного меньше оборудования.

Рис. 3.3. Структурная схема грехканальной мажоритарной системы с тремя восстанавли­ вающими органами.

Мажоритарный способ резервирования без восстанов­ ления можно применять для повышения надежности ЦВМ, ремонт которых в процессе функционирования не производится.

3.3. НАДЕЖНОСТЬ МНОГОКАНАЛЬНОЙ МАЖОРИТАРНОЙ СИСТЕМЫ С ВОССТАНОВЛЕНИЕМ

Для повышения надежности управляющих ЦВМ наи­ больший практический интерес представляет мажоритар­ ный способ резервирования с восстановлением. При оцен­ ке надежности системы с восстановлением обычно пред­ полагают, что интервалы времени между отказами и время восстановления элементов распределены по экс­ поненциальному закону. При таком допущении поведение системы с восстановлением описывается однородным марковским процессом.

Если в системе с восстановлением протекает одно­ родный марковский процесс с конечным числом состоя­ ний, то этот процесс можно описать с помощью конеч­ ного числа дифференциальных уравнений. На практике обычно интересуются стационарным процессом, когда

где Pk(t) — вероятность того, что в системе неисправно ровно k каналов. В таком случае система дифференци­ альных уравнений сводится к системе алгебраических

156

Уравнении, решение которой дасф значение [37]

S о*

л=о

где Я,/1=1/7'о/4— суммарная интенсивность отказов систе­ мы для £-го состояния, а Ток — наработка на отказ; рь = = \/Твк — суммарная интенсивность восстановления для 6-го состояния системы, a TBk — среднее время восста­ новления; гп+ 1— максимальное число возможных со­ стояний (под состоянием системы будем понимать коли­ чество неисправных в данный момент каналов).

Вероятность безотказной работы мажоритарной си­ стемы с восстановлением зависит от количества резерв­ ных каналов #■= (т—1)./2; она может быть определена

к-О

с восстановлением будет иметь не более & неисправных

157