Аппаратурный контроль используется для определения факта неверной работы отдельных цифровых узлов и устройств ЭВМ. Он позволяет достаточно эффективно проверять правильность функционирования этих узлов и устройств как при выполнении отдельных элементарных операций, так и при выполнении последовательностей операций.
При аппаратурном контроле в состав узла или устройства вводится избыточная (контрольная) аппаратура, которая функционируют одновременно с основной аппаратурой. Сигналы, возникающие в процессе функционирования основной и контрольной аппаратуры, по определённым законам сопоставляются между собой. В результате этого сопоставления вырабатывается информация о правильности функционирования контролируемого узла (устройства).
В общем виде структура функционального узла (устройства) с системой аппаратурного контроля представлена на рис.16.2. Здесь А и К - основной и контрольный автоматы; С - узел сопоставления.
Рис.16.2. Структура функционирования узла
с системой аппаратурного контроля
Исходя из способов задания конечных автоматов, можно представить следующие методы сопоставления процессов функционирования основного А и контрольного К автоматов:
сопоставление внутренних состояний автоматов А и К;
сопоставление выходных слов автоматов А и К;
сопоставление переходов из одного состояния в другое основного и контролирующего автоматов А и К.
Наиболее распространены на практике способы, основанные на сопоставлении выходных сигналов.
Дублирование. Дублирование является наиболее простым способом контроля. Для определения правильности работы производится сравнение промежуточных или конечных результатов их работы. Если результаты не совпали друг с другом, то делается заключение о неверной работе аппаратуры. Однако такой способ контроля хотя и обладает высокой эффективностью, не позволяет непосредственно определить, какое из двух идентичных устройств функционирует неверно.
Дублируются, как правило, такие устройства и узлы, в которых применение других способов контроля затруднено. К таким устройствам относятся, например, различные датчики, синхронизаторы, устройства выработки управляющих сигналов и т.д.
Эффективность контроля дублированием весьма высока, т.к. вероятность пропуска ошибки пропорциональна квадрату вероятности её появления в устройствах. Главный недостаток состоит в том, что количество аппаратуры удваивается.
Мажоритарный контроль. При мажоритарном контроле используют несколько (три, пять) устройств, одновременно выполняющих одни и те же действия. Это позволяет при выходе из строя одного из устройств решить сразу две задачи при очень малых затратах времени. Во-первых, выработать правильный выходной сигнал и, во-вторых, определить место возникновения отказа. Решение о том, какой сигнал должен быть на выходе, принимается методом "голосования", т.е. по большинству выходных сигналов отдельных устройств. Выработка общего выходного сигнала осуществляется мажоритарным элементом (элементом голосования). Для определения места отказа необходимо иметь элемент анализа, который работал бы параллельно с мажоритарным элементом и указывал вышедшее из строя устройство. Суть мажоритарного контроля иллюстрирует рис.16.3. Здесь А1, А2, А3 - три идентичных узла (устройства), выходы которых подключены к мажоритарному элементу (МЭ). Мажоритарный элемент осуществляет выработку выходного сигнала Y в соответствии с логическим выражением:
Y = Y1×Y2 + Y1×Y3 + Y2×Y3 .
Здесь операции умножения и сложения логические и, следовательно, отсутствие одного из сигналов Y1, Y2 или Y3 не влияет на правильность выработки сигнала Y.
Задача собственно мажоритарного контроля состоит в определении неисправного устройства. Для этого в мажоритарно резервированное устройство вводится узел анализа, выходные сигналы которого формируются в соответствии со следующими логическими выражениями:
K1 = ; K2 = ; K3 = .
Рис.16.3. Функциональная схема
мажоритарного контроля
Наличие сигнала Кi= 1 (i = 1, 2, 3) указывает на ошибку в работе соответствующего устройства Аi. Организованный таким образом контроль позволяет зафиксировать неисправное устройство и, не выключая устройства (системы) в целом, произвести необходимый ремонт.
Недостаток структуры, представленной на рис.16.3, состоит в том, что если откажет сам мажоритарный элемент, то система в целом выходит из строя и это не фиксируется узлом анализа.
Для повышения надёжности работы мажоритарных систем можно использовать не три, а пять, семь и любое нечётное количество одинаково одновременно работающих устройств. Их количество должно быть обязательно нечётным, иначе могут возникнуть неопределённые состояния при работе МЭ. Естественно, при этом усложняется построение самих МЭ и узлов анализа, однако принципы остаются те же, что и описанные выше.
Эффективность мажоритарного контроля весьма высока, так как вероятность срабатывания нескольких устройств одновременно убывает по показательному закону с ростом числа этих устройств. Большим достоинством данного вида контроля является его высокая разрешающая способность и возможность выполнения ремонта как основной, так и контрольной аппаратуры без нарушения процесса нормального функционирования системы. Этим свойством не обладает никакой другой способ контроля.
; K2 = 
; K3 = 
.