А.А. Павлов1, А.Н. Царьков2, Ю.А. Романенко3, В.П. Пашинцев4, А.Ю. Романенко5, М.И. Макеев6, Ф.А. Павлов7

1,3,5-7 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого (г. Серпухов, Россия)

2 Автономная некоммерческая организация «Институт инженерной физики» (г. Серпухов, Россия)

4 Северо-Кавказский федеральный университет, Институт цифрового развития (г. Ставрополь, Россия)

1,7 Pavlov_iif@mail.ru; 2,3,5,6 info@iifrf.ru; 4 pashintsevp@mail.ru

Постановка проблемы. В современных системах передачи информации особое место занимают телекоммуникационные системы (ТС), включающие в свой состав цифровые системы передачи данных (ЦСПД), содержащие специализированные ЭВМ (СЭВМ). Рассматриваемые системы должны обеспечить быструю и достоверную передачу дискретных данных по линиям связи, при этом недопустима потеря даже одного передаваемого знака. В связи с этим основным показателем надежности СЭВМ является вероятность безотказной работы. Для повышения вероятности безотказной работы запоминающего устройства (ЗУ) применяются дублирование и корректирующие коды, а для повышения вероятности безотказной работы арифметико-логического устройства (АЛУ) СЭВМ - мажоритарное резервирование. И корректирующие коды, и мажоритарное резервирование имеют определенные недостатки, снижающие эффективность их использования. Обнаружение ошибок в АЛУ процессора СЭВМ может быть достигнуто на основе дублирования в нагруженном режиме с замещением, однако это связано с решением основной задачи дублирования СЭВМ - выбором средств контроля для определения отказавшего канала (обнаружения ошибок в устройствах хранения и обработки информации).

Цель. Предложить научно-методический аппарат резервирования СЭВМ методом дублирования с обнаружением ошибок в резервных каналах на основе использования алгебраического линейного кода, позволяющего обнаруживать ошибки в ЗУ и адаптированного для обнаружения ошибок при выполнении арифметических и логических операций.

Результаты. Проведен анализ эксплуатации и выбор показателей надежности для СЭВМ ТС и сформулированы требования к методам их резервирования. Выполнена сравнительная оценка обнаруживающей способности и аппаратурных затрат при использовании мажоритарного резервирования, метода дублирования и корректирующих кодов. Обоснована целесообразность применения метода дублирования для повышения вероятности безотказной работы и живучести самовосстанавливаемых СЭВМ с использованием алгебраических линейных кодов для определения неисправного канала, которые позволяют существенно сократить аппаратурные затраты на построение средств контроля и использовать для этих целей 10-30% резервного оборудования. Предложен алгебраический линейный код, у которого, в отличие от известных кодов, значения проверочных разрядов соответствуют прямым и инверсным значениям информационных разрядов, что дает возможность обнаруживать ошибки при считывании информации с инверсных выходов ЗУ, корректировать одиночные ошибки, обнаруживать двойные ошибки и контролировать логическую операцию инвертирования, необходимую для представления отрицательного числа в дополнительном коде, а также адаптировать код для контроля арифметических и логических операций процессора СЭВМ. Получены оценки вероятности безотказной работы дублированной СЭВМ при ее общем резервировании с обнаружением и коррекцией одиночных ошибок в резервных каналах ЗУ и обнаружением ошибок в резервных каналах АЛУ процессора на основе предлагаемого кода, а также для СЭВМ при ее раздельном резервировании с обнаружением ошибок в резервных каналах дублированного ЗУ на основе кода Хемминга и коррекцией ошибок в резервных каналах АЛУ процессора на основе мажоритарного метода. В результате сравнительного анализа оценок вероятностей безотказной работы установлено, что общее резервирование СЭВМ на основе предлагаемого кода по сравнению с раздельным резервированием ЗУ и АЛУ процессора СЭВМ дает выигрыш в вероятности безотказной работы СЭВМ и ее функциональных устройств на всем периоде эксплуатации.

Практическая значимость. Предлагаемый научно-методический аппарат обеспечивает сокращение аппаратурных затрат для определения неисправного канала при организации дублировании и позволяет обнаруживать ошибки в ЗУ и АЛУ процессора СЭВМ с временны́ми затратами, не превышающими время обнаружения ошибок при использовании штатных методов контроля СЭВМ РК.

Павлов А.А., Царьков А.Н., Романенко Ю.А., Пашинцев В.П., Романенко А.Ю., Макеев М.И., Павлов Ф.А. Использование
информационного резервирования для повышения надежности устройств хранения, обработки и передачи информации // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 2. С. 127−137. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202402-16

1. ГОСТ 27.003-2016. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. М: ФГУП «СТАН-ДАРТИНФОРМ», 2018. 19с.
2. ГОСТ 27.102-2021 Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения. М: ФГУП «СТАНДАРТ-ИНФОРМ», 2022. 46 с.
3. Павлов А.А., Царьков А.Н., Корнеев И.И., Романенко А.Ю., Макеев М.И., Павлов Ф.А. Методический аппарат защиты от ошибок процессоров специализированных ЭВМ // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2023. № 3. С. 3-8.
4. Павлов А.А., Павлов Ал.А., Павлов А.П., Царьков А.Н., Хоруженко О.В. Контроль процессора в автоматизированных измерительных системах // Измерительная техника. 2011. № 2. С. 12-15.
5. Павлов А.А., Павлов Ал.А., Павлов П.А., Царьков А.Н., Хоруженко О.В. Метод контроля АЛУ при выполнении арифмети-ческих и логических операций // Контроль. Диагностика. 2011. № 3(153). С. 48-54.
6. Преснухин Л.Н., Нестеров П.В. Цифровые вычислительные машины. М: Высшая школа. 1981. 511 с.
7. Щербаков Н.С. Самокорректирующиеся дискретные устройства. М.: Машиностроение, 1975. 214 с.
8. Щербаков Н.С. Достоверность работы цифровых устройств. М.: Машиностроение. 1989. 224 с.
9. Naseer R., Draper J. Parallel Double Error Correcting Code Design to Mitigate Multi-Bit Upsets in SRAMs // Information Sciences Institute University of Southern California, IEEE Trans Device. Mater 2008. V. 6. P. 222-225.
10. Prager K., Vahey M., Farwell W., Whitney J., Lieb J. A fault tolerant signal processing computer // Dependable Systems and Networks, 2000. DSN 2000. Proceedings International Conference on. 2000. P. 169-174.
11. Павлов А.А., Царьков А.Н., Романенко Ю.А., Корнеев И.И., Романенко А.Ю., Макеев М.И., Павлов Ф.А. Обнаружение и коррекция ошибок в устройствах обработки информации в системах связи и телекоммуникации // Радиотехника. 2023.
    Т. 87. № 3. С. 6-14. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202303-14.