Синтез самодиагностирующихся автоматов контроля работоспособности БРТК

Синтез самодиагностирующихся автоматов контроля работоспособности БРТК

Контрольная работа

Синтез самодиагностирующихся автоматов контроля работоспособности БРТК

1. Синтез контролирующих опросных циклических реляторных структур

реляторный циклический автомат

Рассмотрим синтез контролирующей опросной циклической структуры. Для структур этого типа характерной особенностью является то, что осуществляется процесс последовательной логической коммутации вектора-столбца входных сигналов Х с помощью опросного последовательного циклического устройства. В общем случае алгоритм функционирования опросной одноступенчатой циклической структуры может быть представлен следующей системой логических уравнений:

 или . (1)

где Y_j -вектор столбец выходных сигналов; X_j -вектор-столбец входных сигналов (хÎ{0,1});  - условие запуска опросного устройства.

Выражение (1) можно записать в матричной форме:

 (2)

В зависимости от типа опросного устройства, диагональная матрица  может принимать вид единичной диагональной матрицы Е или вид матрицы  кодовых значений

 (3)

В компактной матричной записи, применяя аппарат порядковой логики, с учетом (1)-(3), функционирование контролирующей опросной циклической структуры для одноэлементных сигналов может быть записано:

 (4)

Граф-схема контролирующей опросной циклической структуры для одноэлементных входных сигналов, согласно (4), может представлять вид, изображенный на рисунке 20.

Рисунок 1 - Контролирующая опросная циклическая структура для одноэлементных сигналов

Рассмотрим контролирующую опросную циклическую структуру, обрабатывающую информационные потоки, поступающие от многопроцессорных ФКТ.

Поскольку расширилась информационная структура входного информационного потока, то, очевидно, изменился и вид выходного информационного вектора Y. Выходной информационный вектор Y условно разбивается на два подвектора: Y_гр. - выходной вектор группы ФКТ и Y_об. - выходной вектор ФКТ в группе. Работа опросной циклической структуры разбивается на два этапа. На первом этапе определяется номер группы ФКТ, требующих обслуживания, а на втором этапе - определяется сигнал запроса ФКТ, требующих обслуживания. Применяя аппарат порядковой логики, можно записать:

 (5)

Информационный вектор-столбец приоритетной группы среди активных групп имеет вид:

 (6)

где - условие запуска группового опросного устройства.

Далее определяется информационная вектор-строка  приоритетных активных ФКТ в группах, требующих обслуживания:

 (7)

где

где  - компактная матричная запись функционирования опросных групповых устройств;

-условия запуска для соответствующего группового опросного устройства.

Согласно выражениям (6) и (7), определяющими ключевую позицию работоспособности контролирующей опросной циклической структуры, фрагмент алгоритма ее функционирования будет следующим: с помощью циклических опросных устройств, индивидуальных для каждой многопозиционной ФКТ и опросного устройства для всех ФКТ, ведется последовательный циклический опрос. При наличии заявок на обслуживание от ФКТ, ее запрос и адрес группы, к которой она принадлежит, в виде кодового значения , выдаются на выходные шины Y_об. и Y_гр. контролирующей опросной циклической структуры. Через время обслуживания происходит стирание этого запроса из памяти структуры. Опросные устройства далее продолжают последовательно - циклически опрашивать остальные ФКТ, и так до тех пор, пока от АК не поступит команда «останов»

На рисунке 21 представлена структурная схема контролирующей опросной циклической структуры для обработки многопозиционного информационного потока.

Рисунок 2 - Структурная схема контролирующей опросной циклической структуры для обработки многопозиционного информационного потока

Контролирующие опросные циклические структуры по технической реализации просты и однородны, однако им присущи следующие недостатки: аппаратурная избыточность, отсутствие гибкости обработки информации, значительная инерционность.

Указанных выше недостатков лишены структуры, организованные по принципу приоритетной стратегии обслуживания входного информационного потока. Данная стратегия в отличии от опросных циклических структур, позволяет организовать последовательно-параллельный принцип обслуживания.

2. Организация структуры с приоритетной стратегией типа "дейзи-цепочка" и "дейзи-кольцо". Элементарный логический реляторный процессор

Наиболее простым и характерным представителем структур с приоритетной стратегией является так называемая "дейзи-цепочка", граф-схема которой представлена на рисунке 22.

Рисунок 3 - Структура с приоритетной стратегией типа "дейзи-цепочка" (Элементарный логический реляторный процессор)

Информационным входам структуры типа "дейзи-цепочка" присваиваются порядковые номера i, чем меньше порядковый номер информационного входа, тем большим приоритетом он обладает. Особенность таких структур - запрос с высоки приоритетом, поступивший на обслуживание, производит разрыв "дейзи-цепочки" и запрещает обслуживание запросов с менее высокими приоритетами до тех пор, пока он не будет обслужен. Обычно приоритетные номера информационным входам структуры присваивает разработчик системы. Структуры, построенные по типу "дейзи-цепочка" реализуют стратегию с абсолютным приоритетом. С помощью порядковой логики запишем математическую модель структуры типа "дейзи-цепочка":

 (8)

В матричной форме

 или ,

где   общий входной дизъюнктивный сигнал.

Структуру, изображенную на рисунке 23, будем называть элементарным логическим реляторным процессором, а выражение (8), описывающее его функционирование - оператором логического реляторного процессора Fэл.р.п.

Одной из разновидностей "дейзи-цепочки" является структура "дейзи-кольцо", граф-схема которой изображена на рисунке 23.

Рисунок 4 - Структура с приоритетной стратегией типа "дейзи-кольцо"

Математическая модель "дейзи-кольцо" с учетом (8) может быть записана

  (9)

В матричной форме

 или

где

- общий входной дизъюнктивный сигнал.

Рассмотренные выше элементарные логические реляторные процессоры, структуры которых построены по типу "дейзи-цепочки" и "дейзи-кольца", обладают основным недостатком - заранее жесткой приоритетностью обслуживания входного информационного потока.

Для повышения эффективности обработки информационного потока, поступающего от ФКТ на входы реляторной структуры, необходимо использовать такой резерв, как динамическое изменение структуры реляторного процессора путем задания различных параметров вектора управления. Рассмотрим синтез реляторной структуры, в основе которой лежит принцип организации "дейзи-кольца", с динамически неизменяемым приоритетом обслуживания запросов, задаваемым вектором управления U. Алгоритм функционирования такой структуры может быть описан следующими системами логических уравнений:

 (10)

В компактной матричной форме систему логических уравнений (10) можно записать

 (11)

где

Задавая различные кодовые значения вектора управления U=(U₁,...,U_n), можно динамически изменять структуру реляторного устройства, а, следовательно, приоритет обслуживания запросов от ФКТ. Граф-схема такой реляторной структуры представлена на рисунке 24.

Рисунок 5 - Реляторная структура с вектором управления .

. Организация приоритетной перестраиваемой реляторной структуры с векторами изменения направления коммутации S и управления U

Рассмотрим синтез реляторной структуры, у которой путем задания различных значений вектора направления коммутации S изменяется приоритетный порядок обслуживания сигналов запросов. За основу возьмем реляторную структуру, представленную на рисунке 24, в которую введена дополнительная аппаратурная избыточность для реализации процесса управления коммутацией входного информационного вектора X=(x₁,...,x_n) вектором задания направления приоритетной обработки S=(S₁,S₂).Функционирование такой реляторной структуры будет описано следующим алгоритмом: на информационный входы структуры поступает информационный вектор X=(x₁,...,x_n) сигналов заявок на обслуживание от ФКТ. Управление выбором порядка следования (возрастания или убывания) приоритетов обслуживания входного информационного вектора Х осуществляется вектором задания направлений приоритетной обработки S по входам S₁ и S₂. При активизации входа S₁ порядок следования приоритетов будет прямым 1®2®3®...®n; при активизации входа S₂ - обратным n®(n-1)® ...® 2®1. Для варьирования последовательностью приоритетного обслуживания заявок от ФКТ в диапазонах прямого или обратного порядков, задавая различные кодовые значения вектора управления U, можно изменять последовательность алгоритма обслуживания заявок.

Рассмотрим функциональную работу реляторного процессора в динамике на примере. Пусть информационный вектор Х содержит сигналы запросов от всех n ФКТ, причем запросы необходимо обслужить в следующей последовательности: 3;4;...n;1;2. Такой порядок обслуживания достигается следующим образом: сигналом S₁ устанавливается прямой приоритетный порядок обслуживания: 1®2®3®...®(n-1)®n. Затем подавая кодовое значение третьего запроса вектора управления U, зададим алгоритм обслуживания 3®4,...,n®1®2. На выход реляторной структуры последовательно будут поступать кодовые значения запросов в необходимой для обслуживания последовательности. После обслуживания запроса происходит операция сброса ячейки регистра, в которой этот запрос хранился до обслуживания. При различных комбинациях сигналов запросов и кодов вектора управления, работа реляторного процессора аналогична рассмотренной. Следует учитывать, что при активизации входа S₁, прямой порядок обслуживания запросов необходимо задавать в прямом коде, подающемся на входы (U₁,...,U_n). При активизации входа S₂, обратный порядок обслуживания запросов необходимо задавать в обратном коде, при этом на выходе реляторного процессора будет формироваться обратный код номера запроса.

Математически алгоритм функционирования будет выглядеть следующим образом:

 (12)

где

В компактной матричной форме эту систему можно представить в следующем виде:

где

 (13)

 (14)

Основываясь на описанном алгоритме работы реляторного процессора и выражениях (12) и (13), представим его структуру в виде граф-схемы, изображенной на рисунке 25.

Рисунок 6 - Приоритетная перестраиваемая реляторная структура с векторами изменения направления коммутации S и управления U

Основными недостатками такой структуры являются: при увеличении числа информационных входов более (20-25), велика вероятность возникновения эффекта "гонки сигналов"; рост аппаратурных затрат пропорционален увеличению числа информационных входов; ограниченное число уровней приоритетов, равное ; низкая способность при управлении входным информационным вектором.

Литература

1. Каган Б.М., Воителев А.Н., Лукьянов Л.М. Системы связи УВМ с объектами управления в АСУ ТП. - М.: Сов. радио, 1978.

. Самоорганизующиеся и самодиагностирующиеся системы функциональной поддержки работоспособности управляющих вычислительных комплексов / Научно-технический отчет по НИР гос. рег. 01.980.001843, научн. рук. Самойленко А.П. - Таганрог: 2007.

. Самойленко А.П., Катаев Б.В. Модели оценки надежности информационно-вычислительных систем (ИВС) // Вопросы специальной радиоэлектроники. Науч.-техн. сб-к. Вып. 1. М: - Таганрог, 2006. - С. 86-98.