МАЖОРИТАРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ "ТРИ ИЗ ПЯТИ"

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована при построении высоконадежных устройств и систем, использующих мажоритарное резервирование.
Известен мажоритарный элемент, содержащий логические элементы с двумя информационными и одним управляющим входами и двумя выходами, первый информационный вход соединен с первыми входами первых элементов И и ИЛИ, второй информационный вход - с вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, выход элемента ИЛИ подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого является управляющим входом, а выходы элементов И являются выходами мажоритарного элемента (Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики - М.: Энергия, 1981, с.191, рис.5-16).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является мажоритарный элемент три из пяти, содержащий десять трехвходовых элементов И и элемент ИЛИ, причем входы устройства подключены к входам элементов И, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства (Доманицкий С.М. Построение надежных логических устройств. - М.: Энергия, 1971, с.74, рис.3-3а).
Недостатками этих устройств является большое число связей и относительная сложность.
Задача полезной модели - повышение надежности мажоритарного элемента.
Для решения поставленной задачи в мажоритарном элементе, содержащем одиннадцать логических элементов И, ИЛИ, причем первый и второй входы устройства подключены к входам первых элементов И и ИЛИ, третий вход соединен с первыми входами вторых элементов И и ИЛИ, а четвертый и пятый входы соединены с входами третьих элементов И и ИЛИ,
выход устройства подключен к выходу пятого элемента ИЛИ, дополнительно выходы первых элементов И и ИЛИ соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом пятого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен с вторыми входами вторых элементов И и ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первыми входами четвертого элемента ИЛИ и шестого элемента И, вторые входы которых подключены к выходу третьего элемента И, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с вторым входом четвертого элемента И, выходы четвертого, пятого и шестого элементов И соединены с входами пятого элемента ИЛИ.
Прототип содержит десять трехвходовых элементов И и десятивходовой элемент ИЛИ. Заявляемое устройство содержит 10 двухвходовых элементов (6 И и 4 ИЛИ) и 1 трехвходовой элемент ИЛИ.
Выполним сравнительную оценку сложности прототипа и заявляемого устройства по одному из основных критериев - числу двухвходовых элементов с помощью которых можно реализовать их схемы. Каждый из трехвходовых элементов строится из двух двухвходовых элементов.
Для выполнения прототипа требуется 30 двухвходовых элементов И и 9 двухвходовых элементов ИЛИ, а для заявляемого устройства 5 двухвходовых элементов И и 6 двухвходовых элементов ИЛИ. Следовательно, заявляемое устройство проще, выполнено с меньшим числом связей, а значит надежнее. Кроме того, к каждому из входов прототипа подключены входы шести элементов, а в заявляемом только двух, т.е. заявляемое устройство предъявляет менее высокие требования по нагрузочной способности к выходным элементам резервируемых устройств, подключенным на входы мажоритарного элемента три из пяти, т.е. для его переключения требуется меньшая энергия. Таким образом, заявляемое устройство значительно надежнее прототипа.
На чертеже представлена функциональная схема устройства.
Устройство содержит шесть элементов И и пять элементов ИЛИ. Входы 1-5 устройства, входы 1,2 соединены с входами элементов ИЛИ 6, И 7, вход 3 - с первыми входами элементов ИЛИ 8, И 9, входы 4, 5 - с входами элементов ИЛИ 10, И 11. Выходы элемента ИЛИ 5 и И 7 соединены соответственно с первыми входами элементов И 12 и И 15, выход элемента ИЛИ 8 соединен с вторым входом элемента И 12, выход элемента ИЛИ 10 соединен с вторыми входами элементов ИЛИ 8 и И 9, выход элемента И 9 соединен с первыми входами элементов ИЛИ 13 и И 14, вторые входы которых подключены к выходу элемента И 11, выход элемента ИЛИ 13 соединен с вторым входом элемента И 15. Выходы элементов И 12, И 15, И 14 соединены с входами элемента ИЛИ 16, выход которого является выходом 17 устройства.
Работа устройства иллюстрируется таблицей, в которой в зависимости от сигналов на входах 1-5 показаны состояния выхода 17. При поступлении на входы 1-5 логических сигналов от резервируемых устройств с помощью элементов ИЛИ 6, ИЛИ 8, ИЛИ 10, ИЛИ 13, ИЛИ 16 и элементов И 7, И 9, И 11, И 12, И 14, И 15 определяют каких логических сигналов поступило больше («0» или «1»).
Как видно из таблицы, при поступлении на три, четыре или пять входов сигналов «1» на выходе появляется сигнал «1», т.е. устройство выполняет функцию мажоритарного элемента три из пяти.
Рассмотрим работу устройства при поступлении на входы 1-5 комбинации 00110. При этом на выходах элементов ИЛИ 6, И 7, И 11 - сигналы «0», на выходах элементов ИЛИ 8, И 9, ИЛИ 10, ИЛИ 13 - «1», следовательно на выходах элементов И 12, И 14, И 15, ИЛИ 16 и выходе 17 устройства - сигнал «0».
При поступлении на входы 1-5 комбинации 10101 на выходах элементов И 7, И 11 - сигнал «0», а на выходах элементов ИЛИ 6, ИЛИ 8, И 9, ИЛИ 10 - сигнал «1». При этом на выходе элементов И 12, И 14 - сигнал «0», а
на выходе элементов ИЛИ 13, И 15 - сигнал «1», и соответственно на выходе 17 устройства также - «1».
Таблица
№ п/п
Сигналы на входах
Сигнал на выходе 17
№ п/п
Сигналы на входах
Сигнал на выходе 17
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
0
0
0
0
0
0
17
1
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
1
0
18
1
0
0
0
1
0
3
0
0
0
1
0
0
19
1
0
0
1
0
0
4
0
0
0
1
1
0
20
1
0
0
1
1
1
5
0
0
1
0
0
0
21
1
0
1
0
0
0
6
0
0
1
0
1
0
22
1
0
1
0
1
1
7
0
0
1
1
0
0
23
1
0
1
1
0
1
8
0
0
1
1
1
1
24
1
0
1
1
1
1
9
0
1
0
0
0
0
25
1
1
0
0
0
0
10
0
1
0
0
1
0
26
1
1
0
0
1
1
11
0
1
0
1
0
0
27
1
1
0
1
0
1
12
0
1
0
1
1
1
28
1
1
0
1
1
1
13
0
1
1
0
0
0
29
1
1
1
0
0
1
14
0
1
1
0
1
1
30
1
1
1
0
1
1
15
0
1
1
1
0
1
31
1
1
1
1
0
1
16
0
1
1
1
1
1
32
1
1
1
1
1
1
При реализации прототипа и заявляемого устройства на основе двухвходовых элементов требуется соответственно 39 и 12 элементов. В заявляемом устройстве значительно меньше связей между элементами, для переключения мажоритарного элемента требуется меньшая энергия, поступающая на входы (за счет сокращения числа связей).
Следовательно, предлагаемое устройство является более простым, а значит и более надежным. Кроме того, сокращение числа элементов и связей между ними позволит сократить размеры устройства, снизит его стоимость и затраты на производство.