ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДУЛЯРНОГО КОДИРОВАНИЯ

Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
computing system
element
reliability
diagnostics
modular coding
module
deduction
reliability indicators
error detection probability
simulation
circuit
built-in control
обчислювальна система
елемент
надійність
діагностика
модулярне кодування
модуль
відрахування
показники надійності
ймовірність виявлення помилки
моделювання
схема
вбудований контроль
вычислительная система
элемент
надeжность
диагностика
модулярное кодирование
модуль
вычет
показатели надежности
вероятность обнаружения ошибки
моделирование
схема
встроенный контроль
Zdroj: Radio Electronics, Computer Science, Control; No. 1 (2022): Radio Electronics, Computer Science, Control; 146
Радиоэлектроника, информатика, управление; № 1 (2022): Радиоэлектроника, информатика, управление; 146
Радіоелектроніка, iнформатика, управління; № 1 (2022): Радіоелектроніка, інформатика, управління; 146
ISSN: 1607-3274
2313-688X
Popis: Context. Computing systems are implemented in many industries and economies of the modern world. The quality indicators of the systems in which they are used depend on the reliability of their work. The reliability of a computing system consists of the reliability of the construction and functioning of its elements. It is not always possible to ensure reliability in the design by choosing a high-quality element base, structural redundancy, or other well-known methods. Therefore, important and critical elements of computing systems are protected by built-in control schemes. They allow you to detect errors that occur when performing basic data operations. An effective way of constructing such circuits is to use actions on the remainder of the division of the operands by a selected module or by several modules (modular coding). Especially the task of choosing the most accurate and least redundant means of control is relevant for a wide range of basic elements of modern computing systems. Objective. The aim of the work is research and development of recommendations on the use of modular coding to improve the reliability of the functioning of elements of modern computing systems in various hardware and software basis. Methods. A method for numerical control of the correctness of performing basic arithmetic and logical operations by computing devices is selected and analyzed. On its basis, a schematic model of a computing system was built and verified in the MatLab Simulink environment, which uses modular coding as a means of ensuring the reliability of the functioning of elements. The analysis of the probabilistic characteristics of decision-making is carried out, estimates of the probability of an erroneous decision-making are given. A software implementation of the simulation algorithm in the Visual Basic for Applications environment has been created, which made it possible to plot the dependence of reliability indicators on coding parameters. Results. A schematic model of a computing system has been developed. It allows study various combinations of faults in the functioning of elements and errors in their operations. An algorithm for simulating all kinds of malfunctions and errors in the functioning of elements of computing systems when they perform basic operations is implemented in software. The qualitative dependences of the probabilistic characteristics of reliability on the coding parameters are determined. Based on the analysis of the characteristics obtained, conclusions are drawn and practical recommendations are given on the use of modular coding in the elements of computing systems in order to achieve the specified reliability indicators. Conclusions. To improve the reliability of the functioning of the elements of computing systems, it is effective to use built-in control schemes using modular coding. Taking into account the recommendations for choosing the parameters of the codes will ensure the required reliability with minimal redundancy of circuits and the computational complexity of the calculation algorithms.
Актуальность. Вычислительные системы внедрены во многие отрасли промышленности и экономики современного мира. От надежности их работы зависят качественные показатели тех систем, в которых они используются. Надежность вычислительной системы складывается из надежности построения и функционирования ее элементов. Не всегда можно обеспечить надежность при проектировании выбором качественной элементной базы, структурной избыточностью или другими известными способами. Поэтому важные и ответственные элементы вычислительных систем защищают схемами встроенного контроля. Они позволяют обнаруживать ошибки, которые происходят при выполнении основных операций с данными. Эффективным способом построения таких схем является применение действий над остатками от деления операндов по выбранному модулю или по нескольким модулям (модулярное кодирование). Особенно задача выбора наиболее точного и наименее избыточного средства контроля актуальна для широкого спектра базисных элементов современных вычислительных систем. Цель работы. Целью работы является проведение исследований и разработка рекомендаций по применению модулярного кодирования для повышения надежности функционирования элементов современных вычислительных систем в различном аппаратурно-программном базисе. Методы. Выбран и проанализирован способ числового контроля правильности выполнения основных арифметических и логических операций вычислительными устройствами. На его основе была построена и верифицирована схемотехническая модель вычислительной системы в среде MatLab Simulink, использующей модулярное кодирование как средство обеспечения надежности функционирования элементов. Проведен анализ вероятностных характеристик принятия решения, даны оценки вероятности ошибочного принятия решения. Создана программная реализация алгоритма имитационного моделирования в среде Visual Basic for Applications, которая позволила построить зависимости показателей надежности от параметров кодирования. Результаты. Разработана схемотехническая модель вычислительной системы, которая позволяет исследовать различные сочетания неисправностей функционирования элементов и ошибок в выполнении ими операций. Программно реализован алгоритм имитационного моделирования всевозможных неисправностей и ошибок функционирования элементов вычислительных систем при выполнении ими базисных операций. Определены качественные зависимости вероятностных характеристик надежности от параметров кодирования. На основании анализа полученных характеристик сделаны выводы и даны практические рекомендации по применению модулярного кодирования в элементах вычислительных систем с целью достижения ими заданных показателей надежности. Выводы. Для повышения надежности функционирования элементов вычислительных систем эффективно применение схем встроенного контроля с использованием модулярного кодирования. Учет рекомендаций по выбору параметров кодов позволит обеспечить требуемую надежность при минимальной избыточности схем и вычислительной сложности алгоритмов расчета.
Актуальність. Обчислювальні системи запроваджено у багато галузей промисловості та економіки сучасного світу. Від надійності їхньої роботи залежать якісні показники тих систем, у яких вони використовуються. Надійність обчислювальної системи складається з надійності побудови та функціонування її елементів. Не завжди можна забезпечити надійність під час проектування вибором якісної елементної бази, структурною надмірністю або іншими відомими способами. Тому важливі та відповідальні елементи обчислювальних систем захищають схемами вбудованого контролю. Вони дозволяють виявляти помилки, які відбуваються під час виконання основних операцій із даними. Ефективним способом побудови таких схем є застосування дій над залишками від розподілу операндів за вибраним модулем або за декількома модулями (модулярне кодування). Особливо завдання вибору найточнішого та найменш надлишкового засобу контролю актуальне для широкого спектру базисних елементів сучасних обчислювальних систем. Мета роботи. Метою роботи є проведення досліджень та розробка рекомендацій щодо застосування модулярного кодування для підвищення надійності функціонування елементів сучасних обчислювальних систем у різному апаратурно- програмному базисі. Методи. Вибрано та проаналізовано спосіб числового контролю правильності виконання основних арифметичних та логічних операцій обчислювальними пристроями. На його основі було побудовано та верифіковано схемотехнічну модель обчислювальної системи в середовищі MatLab Simulink, що використовує модулярне кодування як засіб забезпечення надійності функціонування елементів. Проведено аналіз імовірнісних характеристик ухвалення рішення, дано оцінки ймовірності помилкового ухвалення рішення. Створено програмну реалізацію алгоритму імітаційного моделювання у середовищі Visual Basic for Applications, яка дозволила побудувати залежності показників надійності від параметрів кодування. Результати. Розроблено схемотехнічну модель обчислювальної системи, яка дозволяє досліджувати різні поєднання несправностей функціонування елементів та помилок у виконанні ними операцій. Програмно реалізований алгоритм імітаційного моделювання різноманітних несправностей та помилок функціонування елементів обчислювальних систем під час виконання ними базисних операцій. Визначено якісні залежності ймовірнісних характеристик надійності від параметрів кодування. На підставі аналізу отриманих характеристик зроблено висновки та надано практичні рекомендації щодо застосування модулярного кодування в елементах обчислювальних систем з метою досягнення ними заданих показників надійності. Висновки. Для підвищення надійності функціонування елементів обчислювальних систем є ефективним застосування схем вбудованого контролю з використанням модулярного кодування. Облік рекомендацій щодо вибору параметрів кодів дозволить забезпечити необхідну надійність за мінімальної надмірності схем та обчислювальної складності алгоритмів розрахунку. 
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: