Контроль цифровых устройств

Нарушения в работе цифровых устройств (ошибки) могут происходить из-за отка-зов, к которым приводят неисправности, и сбоев, к которым могут приводить помехи.

Контролируемые устройства бывают двух типов: а) устройства хранения (ЗУ) и передачи данных, в которых информация одинакова на входе и выходе; б) устройства обработки данных (АЛУ), в которых входная и выходная информация не совпадают.

Под ошибкой понимают приём «1» вместо переданного или записанного в память «0» и наоборот, а также ошибки в вычислениях.

Различают системы контроля: обнаружения ошибок и исправления ошибок, а также по кратности (числу ошибок в кодовом слове) обнаруживаемых или исправляемых ошибок. Контроль возможен при введения в данные избыточности. Устройства контроля увеличивают стоимость оборудования и уменьшают скорость работы ЦУ.

Различают одиночные и групповые ошибки. Например, в оперативной памяти наиболее вероятны одиночные ошибки, так как каждый бит хранится в своём элементе памяти. Для памяти на жёстком диске наиболее вероятны групповые ошибки, так как дефект повреждает участок носителя с несколькими битами. В линиях связи также наиболее вероятны групповые ошибки, так как помеха выбивает несколько бит.

При рассмотрении методов борьбы с ошибками вводятся понятия:

а) кодовая комбинация – набор из символов принятого алфавита;

б) кодовое расстояние (между двумя кодовыми комбинациями) – число разрядов, в которых эти комбинации отличаются друг от друга;

в) кратность ошибки – число ошибок в данном слове (число неверных разрядов);

г) вес комбинации – число единиц в данной кодовой комбинации.

В теории кодирования определены минимальные кодовые расстояния, необходимые для обнаружения и исправления ошибок при использовании кодов:

d_MIN = r_ОБН + 1; d_MIN = 2r_ИСПР + 1; d_MIN = 2r_ИСПР + r_ОБН+ 1,

где d_MIN – минимальное требуемое кодовое расстояние кода;

r_ИСПР – кратность исправляемой ошибки;

r_ОБН – кратность обнаруживаемой ошибки.

Для двоичного кода кодовое расстояние d_MIN = 1, поэтому он не может обнаружи-вать ошибки.Для обнаружения однократной ошибки минимальное кодовое расстояние должно составлять d_MIN = 2, а для её исправления d_MIN = 3.

Обнаружить и устранить групповые ошибки значительно сложнее, чем одиночные,

поэтому для борьбы с ними применяют методы, преобразующие групповые ошибки в одиночные, такие как перемежение и скремблирование.

Методы контроля цифровых устройств: а) по «большинству голосов» в мажоритар-ных схемах; б) по модулю 2 (контроль чётности или нечётности); в) с использованием дополнительной функции; в) с использованием помехоустойчивых кодов (Хэмминга, Рида-Соломона, решётчатых и других), обнаруживающих и исправляющих ошибки.