1.4. Применение сложных структур резервирования
В вычислительных устройствах находят применение различные структуры резервирования, которые следует отнести к сложным. Они не всегда могут быть изображены в виде графа надежности, но всегда могут быть описаны в терминах множеств или в терминах логических структурных функций. Ниже рассматриваются модели надежности систем, где резервирование осуществляется либо методом избыточного кодирования с обнаружением и исправлением ошибок, либо при помощи логики с переплетением, либо при помощи мажоритарного резервирования.
1.4.1 Метод избыточного кодирования с обнаружением и исправлением ошибок.
Общая структура системы, в которой надежность обеспечивается данным методом, включает в себя кодирующее устройство на входе и декодирующее устройство на выходе. Если информация в устройстве, надежность которого необходимо повышать, искажается, то при известных искажениях она может быть восстановлена декодирующим устройством.
Эффективные коды для исправления ошибок разработаны только для случая, когда информация не преобразуется. Поэтому этот метод применим в первую очередь для повышения надежности тех устройств в ВС, которые не преобразуют информацию, т.е. устройств передачи и хранения информации. Вероятность безотказной работы рk системы выражается как
(1.8)
где Pку, Pду - соответственно вероятность безотказной работы кодирующего и декодирующего устройств; d - максимальное число ошибок в двоичном кодовом слове, которые еще могут быть исправлены декодирующим устройством; р - вероятность отсутствия ошибки в элементе кодового слова; n - общее число элементов кодового слова.
Последняя формула справедлива только при допущении, что ошибки в элементах кодового слова - независимые случайные события.
1.4.2 Логика с переплетением
Логика с переплетением представляется в виде избыточной логической схемы, где ошибки в одном слое корректируются в этом же или в следующем слое логических элементов. Наиболее часто встречается учетверенная логика, способная исправить однократные ошибки и часть ошибок более высокой кратности. Учетверенная логика строится в виде четырежды дублированных логических схем, где соединения из одной четверки элементов поступают не в соответствующие им элементы из следующей четверки, а разветвляются в два элемента следующей четверки. Номера элементов следующей четверки, куда необходимо передать сигналы из каждого элемента предыдущей четверки, чередуются по определенным правилам, причем важно, чтобы эти правила чередовались при переходе от одних элементов к следующим в порядке прохождения сигналов элементами.
1.4.3 Мажоритарное резервирование
Простейшая структура устройства преобразования информации с мажоритарным органом содержит одинаковые устройства преобразования информации (1,2,...,n), работающие параллельно. Если из-за ошибок в работе устройств наблюдается расхождение между выходами устройств, то мажоритарный орган М выдает тот вариант информации, который наблюдается на большинстве из выходов преобразователей. Вероятность безотказной работы системы определяется тогда по формуле
(1.9)
где Pмж, P - соответственно вероятности безотказной работы мажоритарного органа и канала обработки информации; n - нечетное число.
Однако приведенная схема не позволяет достичь вероятностей безотказной работы системы выше, чем вероятность безотказной работы мажоритарного органа Pмж. Этот недостаток устранен в мультиплексной схеме, где мажоритарные органы так же резервируются, при этом первоначальный канал обработки информации разбивается на последовательные участки (слои).
Исправление ошибки, связанной с неисправностью отдельного мажоритарного органа, происходит не сразу, а через слой резервируемых подсистем.
В последнее время встречаются системы с голосованием и реконфигурацией, где после отказа одного устройства из трех система переходит на работу с одним устройством из оставшихся двух.