Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО САМОКОНТРОЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Предлагаемый способ отличается от известных способов аппаратно-программного автоматического самоконтроля оборудования цифровой вычислительной машины тем, что формируют сигналы о незанятости отдельных устройств и узлов машины, которыми запускают контрольные программы проверки указанных устройств. Это позволяет снизить затраты времени на выполнение контрольных операций.

На фиг. 1 приведена операторная схема контрольной программы; на фиг. 2 - блок-схема контроля.

Узел 1 включения контроля обеспечивает перевод устройства из работы по основной программе в режим контроля и возврат к основной программе; узел 2 формирования управляющих сигналов контроля обеспечивает выполнение контрольной программы; узел 3 счета тактов организует последовательное выполнение участков контрольной программы; узел 4 тройного счета ветви обеспечивает трехкратный просчет того участка контрольной программы, в котором обнаружена ошибка, и выработку сигнала «отказ». Остальные узлы схемы являются принадлежностью арифметического устройства, которое содержит приемные регистры 5 и 6, регистр 7 результата, сумматор 8 комбинационного типа, узлы связи 9, 10, 11 и 12, дешифратор 13 кодов операций, программный датчик 14 и узел 15 формирования управляющих сигналов, узел 16 коротких операций, узел 17 операции умножения, узел 18 операции длинного сдвига и программный регистр 19 команд.

Сущность предлагаемого способа сводится к следующему. Проведенный анализ структур специализированных ЦВМ, временных диаграмм прохождения и переработки потоков информации для устройств и машины в целом, микрооперационного состава команд позволил сделать следующие справедливые для большинства специализированных ЦВМ выводы; при выполнении любой команды или заданной последовательности команд обнаруживается вполне конкретная очередность и продолжительность загрузки узлов, блоков и устройств машины; команды программы, продолжительность выполнения которых определяется несколькими тактами работы машины, загружают отдельные устройства в большей части этого времени; при выполнении отдельных групп команд, некоторые устройства не принимают участия в работе машины, т.е. остаются незагруженными в течение одного или нескольких тактов в зависимости от состава группы; все команды, выполняемые в операционном устройстве, составляются минимальным количеством микроопераций таких, как гашение, запись, счет, суммирование, обращение кода, сдвиг; все команды в такте выборки независимо от места их выполнения, как правило, имеют общий выбор микроопераций; все команды управления в такте их выполнения имеют как общие, так и характерные для конкретной команды микрооперации.

Итак, коэффициент загрузки устройств машины, исполняющей одну программу, всегда меньше «1». Например, для арифметического устройства коэффициент загрузки в среднем равен 20%.

Под коэффициентом загрузки устройства понимается величина

где t_y - промежуток времени, в течение которого данное устройство принимает участие в решении задачи,

Т_м - время решения задачи машины.

Все команды, выполняемые машиной, составляются главным образом общими микрооперациями и частично характерными для конкретной команды.

Объем оборудования в машине и ее структура определяются полным набором микроопераций и их возможными последовательностями в такте работы машины.

Отмеченные особенности структуры и организации вычислительного процесса указанного класса ЦВМ положены в основу создания способа.

Временные интервалы, в которых данное устройство не занято или частично занято выполнением команд основной программы, используются для работы устройства по контрольной программе, разработанной с учетом конкретной структуры и логики ее функционирования. Выполнение контрольной программы обеспечивает полный охват оборудования контролем.

Контрольная программа представляет собой полную совокупность неповторяющихся микроопераций, выполняемых в данном устройстве и сгруппированных в отдельные независимые участки. Выполнение каждого участка позволяет проверить определенную часть оборудования. Поскольку в общем случае устройство свободно в течение одного такта, следовательно, все участки программы по длительности выполнения являются стандартными и требуют не более одного такта работы устройства. Количество участков определяется набором всех микроопераций. Для своевременного выявления и указания места неисправности с точностью до конструктивного модуля и исключения запоминания промежуточных результатов контроля, каждый участок программы имеет такой набор микроопераций (с точки зрения преобразования информации), выполнением которого формируется конечный результат для оценки состояния проверенной части оборудования. Кроме того, набор микроопераций в участках программы отражает соответствующую последовательность переработки информации, свойственную выполнению команд в данном устройстве, что позволяет предельно сократить дополнительное оборудование. Для большего охвата оборудования контролем в одном такте иногда внутри участка оказывается возможным создать несколько параллельных ветвей переработки информации. Ветви включают разные по характеру микрооперации, но дающие одинаковые преобразования информации. В этом случае полученные результаты по каждой ветви сравниваются для оценки вычислений, по которой делается вывод о состоянии оборудования.

Способ предполагает включение устройства в режим контроля при наличии разрешающих признаков, означающих, что данное устройство не занято основной программой (например, для арифметического устройства формируется сигнал «операция не арифметическая»); последовательное выполнение участков программы или их произвольный выбор; трехкратный просчет того участка, в котором обнаружен сбой; возврат к основной программе или останов машины по сигналу «отказ».

Контрольная программа имеет низший приоритет по отношению к основной программе и не влияет на ход вычислительного процесса во всех случаях за исключением обнаружения отказа, когда вырабатывается сигнал «останов» машины.

С целью реализации способа необходимо руководствоваться следующими примерами. Для конкретного устройства машины анализируется список выполняемых команд и определяются их составляющие микрооперации. Из всей совокупности микроопераций выбираются неповторяющиеся (с целью удобства реализации контрольной программы, некоторые вспомогательные микрооперации, как гашение, прием, могут повторяться) и с учетом их общего количества рассчитывается потребное время на выполнение всего набора микроопераций, которое затем пересчитывается в стандартные такты работы машины; количество тактов определяет число самостоятельных участков в контрольной программе. Если внутри участка организуются параллельные ветви, то количество участков корректируется.

Для выявления состава отдельных участков программы из общего набора микроопераций выделяются определяющие по длительности их выполнения и по охвату участвующего при этом оборудовании. Выявленное оборудование, реализующее основную микрооперацию, дополняется узлами, которые имеют функциональные связи с этим оборудованием. Фиксируется начало и конец пути прохождения и переработки информации для «одного» такта с учетом временной диаграммы и логической завершенности участка программы. Выделенная таким образом часть оборудования с учетом его структуры определит другие микрооперации, входящие в данный участок программы и их последовательность. Выявленный набор микроопераций составляет главную ветвь этого участка, которая заканчивается микрооперацией анализа результатов. При наличии неохваченного оборудования выявленными микрооперациями, до пускающего тождественную переработку информации с главной ветвью, составляется параллельная ветвь приемом, изложенным выше.

Если состав контролируемого оборудования не включает узлов преобразования информации, а состоит из элементов памяти и схем управления ими, т.е. реализует такие микрооперации как гашение, запись, хранение, передачу, то результаты по каждой ветви участка могут анализироваться самостоятельно в сравнении с исходной информацией.

Остальные мероприятия способа реализуются схемным путем.

Предлагаемый способ автоматического самоконтроля исправности оборудования устройств цифровых вычислительных машин обеспечивает полный охват оборудования контролем, достоверное выявление ошибки любой кратности, определение места неисправности с точностью до конструктивного модуля.

Контрольная программа, построенная изложенными приемами, имеет коэффициент полезного действия и надежность, практически равные единице.

Операторная схема контрольной программы содержит отдельные ветви проверки неисправности оборудования и предусматривает выбор ветви контроля, анализ результатов вычислений и организацию трехкратного счета и заработку сигнала «отказ».

Значение операторов, используемых для записи контрольной программы, приводится в таблице.

Оборудование схемы контроля составляет 6% от контролируемого. Обнаруживается ошибка любой кратности; место неисправности указывается с точностью до разряда. Временная диаграмма контроля согласуется с временной диаграммой вычислений.