Логический контроль
Логические методы контроля состоят в проверке искусственно созданных контрольных соотношений, причем эти соотношения мало связаны с существом информации, которая подлежит пересылке, хранению или переработке. Логический контроль находит широкое применение в различных устройствах хранения и передачи данных, а также ЭВМ. Зачастую для реализации этого метода контроля в устройства вводятся дополнительные узлы: сумматоры, элементы сравнения и т. д.
Рассмотрим разновидности логического контроля, нашедшие применение в практике.
Контрольное суммирование. Отдельным неизменяющимся массивам кодовых слов (программам, исходным данным, результатам и т. д.) ставятся в соответствие избыточные контрольные слова (эталонные слова), которые заблаговременно получают путем суммирования всех слов данного массива. Для осуществления контроля производится суммирование всех слов массива, и полученный результат поразрядно сравнивают с эталонным словом. Их совпадение с высокой вероятностью гарантирует, что в проверяемом массиве слов искажения отсутствуют.
Контрольное суммирование реализуется достаточно просто, эффективно и широко используется на практике.
Чаще всего оно применяется в следующих случаях:
1) для контроля правильности хранения информации в различных
видах памяти. При этом производится периодическое суммирование слов
контролируемых массивов, и полученная контрольная сумма сравнивается
с эталонной;
2) для контроля правильности пересылки информации между различными устройствами. В этом случае по мере пересылки отдельных слов массива осуществляется их суммирование, в результате чего получается
контрольная сумма, которая поразрядно сравнивается с эталоном, пересы-лаемым в последнюю очередь;
3) при первоначальном вводе массивов слов в отдельные устройства В этом случае ввод информации производится дважды, каждый раз с контрольным суммированием. Если обе контрольные суммы совпали, то считают, что ввод произведен верно, а контрольная сумма принимается за эталонную.
Суммирование может производиться либо по программе, либо при помощи специального сумматора. Наиболее распространенными способами контрольного суммирования являются следующие:
• поразрядное суммирование слов по модулю 2;
• арифметическое суммирование слов без кольцевого переноса в
младший разряд;
• арифметическое суммирование с кольцевым переносом из стар-шего в младший разряд (суммирование по модулю 2"', где т - длина слов).
Первый способ имеет наименьшую эффективность, последний -наибольшую. Второй способ занимает промежуточное положение.
При очень малых вероятностях искажений значений разрядов эффективность контроля при различных методах суммирования будет почти одинакова. В случае относительно больших значений вероятности q суммирование по модулю обеспечивает большую вероятность обнаружения ошибок.
Проверка переменной на появление запрещенных комбинаций. Суть проверки состоит в сравнении какой-либо переменной x с заранее известными разрешенными или запрещенными значениями переменных, причем X .
При нормальной работе x X, а при наличии ошибок x X У.
Контроль может проводиться следующими двумя способами.
Первый способ состоит в проверке попадания переменной x в множество X разрешенных значений. При этом проверяются условия x = . Если для одного из г равенство соблюдается, то считают, что ошибка отсутствует.
Второй способ состоит в проверке попадания переменной x в множество Y запрещенных значений. При этом проверяются условия x = . Если
для всех j неравенство соблюдается, то также считают, что ошибка отсутствует.
В каждом конкретном случае необходимо выбрать такой способ, который обеспечивал бы минимальное число проверок. Покажем на примере, как можно применить этот метод контроля для устройств, работающих с десятичными двоично-кодированными числами.
В таблице 6.1 представлены множества допустимых и запрещенных слов для одной тетрады. Поскольку запрещенных наборов меньше, то в данном случае целесообразно организовать контроль вторым способом, т. е. проверять условия x = (j=1,2, 3, 4, 5, 6). Практически контроль
реализуется при помощи циклического выполнения команды поразрядного сравнения, причем контролируемая переменная сравнивается со словами, в каждой тетраде которых записаны запрещенные слова.
Данный метод контроля не обладает высокой эффективностью и, как правило, требует введения большого числа дополнительных команд и затрат времени для своего осуществления. Его целесообразно применять, когда имеется острая потребность в контроле, а другие способы использовать нельзя. Можно, например, рекомендовать проверку запрещенных комбинаций для контроля передачи типовых сообщений по линиям связи от абонентов в вычислительную машину. В сообщении, как правило, содержится слово-признак, определяющее смысловой состав переданного сообщения.
Слова-признаки имеют малое число допустимых значений, их искажения приводят к очень грубым нарушениям работы программ, а контроль правильности приема этих слов другими способами осуществить трудно.
Таблица 6.1
Допустимые слова | Запрещенные слова | ||||
Многократное хранение информации. Один и тот же массив информации (программы, исходные данные, константы и т. д.) дублируется и записывается в нескольких местах оперативной или внешней памяти.
Контроль состоит в том, что периодически либо непосредственно перед использованием дублированные массивы сличаются между собой. Этот метод контроля практически обнаруживает все искажения, возникшие после размножения массива. Недостаток метода состоит в существенном увеличении объема памяти и большом времени осуществления контроля.
Приведем примеры использования многократного хранения информации. Программа устранения последствий сбоя может быть дублирована и дважды записана в оперативной памяти. Перед исправлением ошибки, возникшей в результате появления сбоя, целесообразно сличить обе программы и лишь затем включить одну из них в работу.
В качестве другого примера можно привести многократное хранение программы-диспетчера (супервизора). Известно, что эта программа организует вычислительный процесс в многопрограммных и многопроцессорных вычислительных машинах. Ее разрушение приводит к полной потере работоспособности машины. Поэтому программа-диспетчер хранится в нескольких экземплярах а оперативной и внешней памяти (дискетах, дисках). Периодически эти программы сличаются между собой. При искажениях программа-диспетчер должна быстро автоматически восстанавливаться, поэтому ее размножают в количестве не менее трех экземпляров.
Для повышения достоверности хранения информации во внешних запоминающих устройствах с движущимся носителем используют параллельную запись одних и тех же данных на нескольких дорожках. Это позволяет с высокой вероятностью обнаруживать ошибки в процессе считывания, а применение мажоритарных способов дает возможность осуществить также восстановление искаженной информации.
Контроль переменных на соответствие физическому смыслу. Этот вид контроля может быть использован, если переменные имеют определенный физический смысл. Сущность контроля заключается в выявлении особенностей данной переменной и проверке выполнения этих особенностей.
Эффективность данного контроля существенно зависит от физического смысла переменной и может быть оценена только применительно к каждому конкретному случаю. Как правило, контроль на соответствие физическому смыслу относительно прост, позволяет выявить грубые ошибки вычислений, и применение его не создает особых затруднений.
Приведем отдельные примеры, поясняющие существо контроля. Пусть имеется программа вычисления координат самолета по данным радиолокационной станции, и среди переменных в программе имеется высота H. Очевидно, в качестве контрольного соотношения можно использовать неравенство .
Другим примером может служить проверка величины давления воды на лопасти в программе, управляющей режимами работы гидрогенератора. Из физического существа задачи ясно, что давление не может быть
отрицательным и не может превышать некоторой максимальной величины . Контрольное соотношение в этом случае будет иметь вид
Одним из частных случаев рассмотренного метода контроля является контроль скорости изменения переменных. Он может быть применен для контроля переменных xi имеющих некоторый физический смысл и являющихся непрерывными функциями времени (координаты движущегося объекта, температура и т. д.).
Существо контроля состоит в том, что находится скорость изменения переменной
и проверяется условие
Допустимые пределы изменения переменной и исходя из физических особенностей задачи.
Например, программа оперирует с величиной азимута движущегося объекта, имеющего максимально возможную скорость . При больших дальностях до объекта справедливо соотношение
где /) - дальность до объекта; -интервал времени измерения координат.
В качестве контрольного соотношения для скорости изменения азимута можно использовать соотношение
Могут быть найдены и другие более сложные соотношения. Логические методы контроля во многих случаях характеризуются высокой эффективностью. Они находят широкое применение на практике в цифровых вычислительных машинах, системах передачи данных и в различных видах памяти.
Дата добавления: 2017-03-29; просмотров: 3214;