Теоретические основы применения модулярной арифметики для обнаружения и коррекции ошибок

Версия 16:04, 25 сентября 2013

Одним из основных параметров при проектировании сложных вычислительных устройств была и остается надежность их функционирования [1],[2],[3],[4],[5]. Ведь, с одной стороны, постоянный рост требований к скоростным характеристикам вычислительных устройств приводит к необходимости организации параллельных вычислений, а с другой стороны, при этом увеличивается частота возникновения отказов, и возрастает время простоя процессоров, вызванное трудностью отыскания и ликвидации неисправности. Очевидно, что независимо от того, какие характеристики проявляет вычислительное устройство, единственная ошибка в любом из его блоков может отключить или повредить всю систему и в некоторых случаях привести к катастрофическим неисправностям. Проблема высокой надежности не только передачи информации, но и ее обработки особенно актуальна в современных системах, работающих в реальном времени, где ошибки работы оборудования должны быть обнаружены и исправлены немедленно. Стоит отметить и то, что переход на новейшие субмикронные технологии только усугубляет данную проблему, так как сложность изготовления ИС многократно возрастает, а вместе с ней возрастает и вероятность возникновения отказов. Такие отказы могут быть обнаружены заблаговременно и влиять на процент выхода годных, так и на этапе их непосредственной эксплуатации, что крайне нежелательно для целого ряда систем, таких, например, как медицинская техника, навигационное оборудвание и другая аппаратура, неисправности в работе которой могут обходиться очень дорого. Таким образом, высокая надежность в этом случае должна достигаться не столько совершенствованием самих технических средств передачи информации, сколько за счет применения таких способов ее кодирования, которые были бы устойчивы по отношению к возможным случайным искажениям и позволяли бы при необходимости осуществлять коррекцию данных. В связи с этим наиболее перспективным путем решения рассматриваемой проблемы является придание вычислительным устройствам свойства устойчивости к отказам и сбоям в процессе функционирования. Принято считать вычислительную систему отказоустойчивой (faut-tolerant system), если при возникновении отказа она сохраняет свои фукциональные возможности в полном (fail-save) или уменьшенном (fail-soft) объеме. При этом отказоустойчивость обеспечивается сочетанием избыточности системы и наличием механизма обнаружения ошибок, а также процедур для автоматического восстановления ее правильного функционирования. Fail-save устойчивость к отказам характеризует способность вычислительной системы обеспечивать корректную работу, несмотря на возникновение отказа, но с понижением качества, то есть находясь в состояни постепенного снижения эффективности. Именно в таком контексте будет рассматриваться далее понятие отказоустойчивости.

Литература

1. Акушский И. Я., Юдицкий Д. И. Машинная арифметика в остаточных классах. - М.: Советское радио, 1968. - 440с.

2. Коёкин А. И. Структурные методы обеспечения надежности информационных систем// Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - Москва, 1974. - 303с.

3. Конопелько В. К., Борискевич А. А. Контроль ошибок в цифровых устройствах// Учеб. пособие по курсам "Теория кодирования" и "Цифровые и микропроцессорные устройства". - Мн.: БГУИР, 2003. - 18с.

4. Торгашев В. А. Система остаточных классов и надежность ЦВМ. - М.: Советское радио, 1973. - 120с.

5. Watson R. W., Hastings C. W. Self-Checked Computation Using Residue Arithmetic// Proceedings of the IEEE, vol. 54, no. 12, December 1966. - P.1920-1931.

6. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехникаю - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 528с.

7.

8.

9.

15. Orton G.A., Peppard L.E., Tavares S. E. New Fault Tolerant Techniques for Residue Number Systems// IEEE Transactions on Computers, vol. 41, no. 11, November 1992. -P.1453-1464.

7.

8.