Абдуллаев Д. А., Смоляк А. М.
Надежность цифровых устройств на многоустойчивых элементах
БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
ВЫПУСК 541
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА
1975
Редакционная коллегия: И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, М. А. Боярченков, А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В.Э. Низе, Д. А. Поспелов, И. В. Прангишвили, О. В. Слежановский, Ф. Е. Темников, М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов.
Абдуллаев Д. А. и Смоляк А. М. Надежность цифровых устройств на многоустойчивых элементах. Москва, издательство «Энергия», 1975. Библиотека по автоматике. Выпуск 541.
В книге рассматриваются принципы построения и основные схемы многоустойчивых элементов (МТЭ). Приводятся методы (расчета и повышения надежности МЭ с учетом их специфических особенностей.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования и эксплуатации цифровых устройств автоматики и вычислительной техники.
Редактор М. В. Немцов
Редактор издательства Г. В. Лихачева
Технический редактор Н. А. Галанчева
Корректор И. А. Володяева
© Издательство «Энергия», 1975 г.
Содержание книги
Надежность цифровых устройств на многоустойчивых элементах
Предисловие
Введение
Глава первая. Принципы построения и классификация многоустойчивых элементов
1. Классификация многоустойчивых элементов
а) Комбинационные элементы
б) Триггерные элементы
в) Накопительные элементы
г) Составные элементы
д) Позиционные элементы
2. Оценка сложности и информационной способности многоустойчивых элементов
3. Оценка различимости признаков n-значных сигналов
Глава вторая. Аппаратурная надежность многоустойчивых элементов
4. Классификация отказов миогоустойчшзых элементов
5. Оценка параметрической надежности
6. Оценка аппаратурной надежности
7. Влияние нестабильности входных параметров на число состояний
8. Методы повышения аппаратурной надежности
Глава третья. Структурная надежность цифровых устройств на многоустойчивых элементах
9. Сравнительный анализ структурной надежности многозначных цифровых устройств
10. Оптимальное число состояний триггерных элементов
11. Влияние времени работы на структурную надежность цифровых устройств
Глава четвертая. Повышение надежности многоустойчивых элементов и структур путем введения избыточности
12. Внутриэлементное резервирование многоустойчивых элементов с автономными выходами состояний
13. Оценка выигрыша в надежности и среднего времени безотказной работы
14. Схемная реализация внутриэлементного резервирования
15. Особенности мажоритарной коррекции многозначных ошибок
16. Мажоритарное резервирование многозначных схем с симметричным и детерминированным характером сбоев
17. Интенсивность и эффективность мажоритарного подавления многозначных ошибок
18. Оптимальная глубина мажоритарного троирования многозначных структур
19. Особенности технической реализации мажоритарной коррекции многозначных ошибок
Глава пятая. Экспериментальное исследование надежности фазоимпульсных многоустойчивых элементов
20. Методика определения параметрической надежности
21. Исследование критичности режима работы
22. Определение обчастей и вероятности безотказной работы
23. Исследование работоспособности элемента при изменении температуры
Список литературы
Предисловие
Прогрессирующий рост сложности объема задач, решаемых средствами автоматики и вычислительной техники, выдвигает ряд неотложных проблем, наиболее важной из которых становится обеспечение их безотказной работы. Это достигается непрерывным совершенствованием существующей технологии производства, созданием новых компонент, а также оптимизацией логической и конструктивной структур и введением избыточности на самых различных уровнях, начиная от схем отдельных элементов до больших систем (Л. ,1]. До последнего времени поиски новых физических принципов построения цифровых элементов и синтез структур на их основе по существу касались двоичного представления информации. Однако бинарные системы не являются оптимальными как с точки зрения экономичного расходования оборудования, так и удобства взаимодействия человека и ЭВМ.
Известная оценка оборудования, приводящая к выводу, что наиболее экономичными являются троичные системы, справедлива только при непосредственном кодировании информации {Л. 2]. Между тем с увеличением числа состояний, реализуемых каждым элементом, количество элементов, необходимое для представления заданного объема информации, уменьшается по логарифмическому закону. Так, сравнивая количество информации, которое может быть представлено с помощью т двоичных и я-ичных элементов, можно сказать, что получаемый в последнем случае выигрыш, определяемый величиной (n/2) в степени m, уже при n=m=10 достигает 10 в седьмой степени раз.
Именно поэтому представляется перспективным применение элементов с большим, чем два, числом устойчивых состояний, интенсивная разработка которых ведется в последнее время как в ССОР, так и за рубежом [Л. 3-1-7].
Обоснованное проектирование и эффективное применение этих элементов немыслимо без предварительного анализа и оценки такой практически важной для них характеристики, как надежность.
С другой стороны, большой практический интерес представляют исследование и разработка возможных методов повышения надежности как отдельных многоустойчивых элементов (МЭ), так и цифровых устройств, выполненных на их основе. Особо следует подчеркнуть важность исследования возможностей синтеза надежных многозначных структур из ненадежных МЭ путем использования классических методов введения избыточности.
Работы по оценке надежности МЭ начали проводиться сравнительно недавно. Данная книга посвящена изложению некоторых принципов построения, методов оценки и повышения надежности отдельных классов МЭ и структур, являющихся результатом исследований авторов, а также обобщения материалов, опубликованных в печати.
Книга не претендует на полноту освещения, ибо материалы, приведенные в ней, не исчерпывают всех возможных методов оценки и повышения надежности таких элементов и структур, ©се предложения и замечания по содержанию данной книги авторами будут приняты с благодарностью.
Написание данной книги и постановка решаемых в ней задач не были бы возможными без постоянного внимания и поддержки член-корр. АН СССР Б. С. Сотского.
Авторы
Введение
Несмотря на традиционное использование в автоматике и вычислительной технике элементов с двумя устойчивыми состояниями (ДЭ), наблюдается тенденция создания элементов с большим числом устойчивых состояний. Проведенные в [Л. 7] библиографические исследования показывают, что, начиная с 1950 г., количество работ, посвященных исследованию многоустойчивых элементов (МЭ) -и структур, удваивалось каждые 4—5 лет.
Анализ предложенных принципов построения 1МЭ показывает перспективность их использования при решении широкого круга задач, что обусловлено целым рядом присущих им ценных свойств.
1. Переход к МЭ, сравнимых по простоте с двоичными, позволяет значительно упрощать цифровые, в частлости счетные, структуры и одновременно повышать их надежность за счет значительного сокращения числа требуемых элементов и функциональных связей.
2. Возможность реализации МЭ с заданным числом состояний позволяет гибко решать вопросы изменения основания пересчета и использовать наиболее удобную для данных целей форму представления чисел.
3. Наличие определенной связи между статическими и динамическими признаками состояний открывает широкие возможности применения МЭ в качестве функциональных и аналого-дискретных преобразователей [Л. 3] для построения многофункциональных полилоги ческих схем [Л. 4], в системах электропривода [Л. 5] и т. п.
4. Наконец немаловажное значение имеет тот факт, что использование специфических особенностей динамического принципа представления информации позволяет относительно просто реализовать многозначные переключательные функции, применяя при этом известные в двоичной технике логические элементы [Л. 4, 7].
Эффективность применения МЭ определяется их сложностью, надежностью, экономичностью, быстродействием и т. д. Наибольшую остроту при практическом использовании МЭ приобретает проблема обеспечения их надежности, ибо выигрыш в количестве реализуемых состояний сопровождает проигрыш в точности их реализации.
Непосредственное увеличение надежности используемых многоустойчивых элементов не всегда позволяет обеспечить заданную надежность системы в целом. В этом случае наиболее действенным способом повышения ее надежности является введение избыточности [Л. 1, |1в]. Между тем почти все известные в настоящее время методы избыточного конструирования базируются на бинарном представлении информации.
Вполне понятно, что в связи с разработкой практически удобных методов реализации функций я-значной алгебры аналогичная задача возникает при синтезе надежных многозначных структур из ненадежных элементов.
Данная книга посвящена анализу надежностных характеристик наиболее перспективных с точки зрения практического использования классов 1МЭ и исследованию возможных путей повышения надежности как самих МЭ, так и цифровых структур, выполненных на их основе.
Скачать книгу "Надежность цифровых устройств на многоустойчивых элементах". Москва, Издательство «Энергия», 1975
|
