МАЖОРИТАРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована при построении высоконадежных устройств и систем, использующих мажоритарное резервирование для получения определённой достоверности результата расчётов, например, при управлении различными устройствами железнодорожной автоматики.
Известен 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).
Недостатком этого мажоритарного элемента является сложность, а также ограниченные функциональные возможности, так как он не различает режим голосования «три из пяти» от режима голосования «четыре из пяти» и «пять из пяти».
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является мажоритарный элемент «три из пяти», содержащий логические элементы И и ИЛИ, в котором его первый и второй входы соединены с входами первых элементов ИЛИ и И, третий вход - с первыми входами вторых элементов ИЛИ и И, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ, четвёртый и пятый входы - с входами третьих элементов ИЛИ и И, выход первого элемента И соединён с первым входом четвёртого элемента И, второй вход которого соединён с выходом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединён с первыми входами четвёртого элемента ИЛИ и пятого элемента И, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента И, выход первого элемента
ИЛИ соединён с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединён с выходом четвёртого элемента ИЛИ, а выход - с первым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединён с выходом пятого элемента И, третий вход - с выходом четвёртого элемента И, а выход - с выходом мажоритарного элемента (RU 52287, Н03К 19/23, опубликовано: 2006.03.10).
Недостатком известного мажоритарного элемента «три из пяти» является ограниченные функциональные возможности, так как он не различает режим голосования «три из пяти» от режима голосования «четыре из пяти» и «пять из пяти». Это обстоятельство не позволяет его использование в резервированных системах, в которых в зависимости от требований к достоверности результатов решаемых задач, допускаются получение результата при различном числе неисправных устройств, например, микро-ЭВМ.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей мажоритарного элемента «три из пяти» за счет определения режима его работы «четыре из пяти» и «пять из пяти».
Технический результат достигается тем, что в мажоритарный элемент, содержащий логические элементы И и ИЛИ, в котором его первый и второй входы соединены с входами первых элементов ИЛИ и И, третий вход - с первыми входами вторых элементов ИЛИ и И, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ, четвёртый и пятый входы - с входами третьих элементов ИЛИ и И, выход первого элемента И соединён с первым входом четвёртого элемента И, второй вход которого соединён с выходом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединён с первыми входами четвёртого элемента ИЛИ и пятого элемента И, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединён с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединён с выходом четвёртого элемента ИЛИ, а выход - с первым
входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединён с выходом пятого элемента И, третий вход - с выходом четвёртого элемента И, а выход - с выходом мажоритарного элемента, введены два дополнительных элемента И и дополнительный элемент ИЛИ, причем входы седьмого элемента И соединены с выходами первого элемента И и четвёртого элемента ИЛИ, входы восьмого элемента И соединены с выходами первого элемента ИЛИ и пятого элемента И, а выход - с первым входом шестого элемента ИЛИ, второй вход которого соединён с выходом седьмого элемента И, а выход - с вторым выходом мажоритарного элемента.
Функциональная схема мажоритарного элемента представлена на чертеже.
Мажоритарный элемент имеет пять входов 1,...,5, содержит восемь элементов И, шесть элементов ИЛИ. Его первый и второй входы 1 и 2 соединены с входами первых элементов ИЛИ 6 и И 7, третий вход 3-е первыми входами вторых элементов ИЛИ8 и И9, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ 10, четвёртый и пятый входы 4 и 5 - с входами третьих элементов ИЛИ 10, И 11. Выход первого элемента И 7 соединён с первым входом четвёртого элемента И 12, второй вход которого соединён с выходом второго элемента ИЛИ8. Выход второго элемента И9 соединён с первыми входами четвёртого элемента ИЛИ 13 и пятого элемента И 14, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента И 11. Выход первого элемента ИЛИ6 соединён с первым входом шестого элемента И 15, второй вход которого соединён с выходом четвёртого элемента ИЛИ 13, а выход - с первым входом пятого элемента ИЛИ 16, второй вход которого соединён с выходом четвёртого элемента И 12, третий вход - с выходом пятого элемента И 14, а выход - с выходом мажоритарного элемента. Кроме того, входы седьмого элемента И 18 соединены с выходами первого элемента И 7 и четвёртого элемента ИЛИ 13, входы восьмого элемента И 19 соединены с выходами первого элемента ИЛИ 6 и пятого элемента И 14, а выход - с первым входом шестого элемента ИЛИ 20, второй
вход которого соединён с выходом седьмого элемента И 18, а выход - с вторым выходом 21 мажоритарного элемента.
Работа мажоритарного элемента иллюстрируется таблицей, в которой показаны состояния его первого и второго выходов 17 и 21 в зависимости от сигналов, поступающих на его входах 1,...,5.
При поступлении на входы 1,...,5 мажоритарного элемента логических сигналов от резервируемых объектов, например микро-ЭВМ, 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 выполняется операция мажорирования «три из пяти» - при совпадении сигналов как на его трёх входах, а также «четыре из пяти» - при совпадении сигналов на его четырех входах, и «пять из пяти» - при совпадении сигналов на всех его входах. Таким образом, сигнал «1» на выходе 17 мажоритарного элемента не позволяет определить, в каком из трёх режимов он работает «три из пяти», «четыре из пяти» или «пять из пяти».
С помощью элементов ИЛИ 6, И 7, ИЛИ 13 и И 14 на втором выходе 21 мажоритарного элемента сигнал «1» формируется только при наличии сигналов «1» на любых четырёх или на всех пяти его входах, но не при наличии сигналов «1» только на его трёх из пяти его входах. Данное обстоятельство позволяет по-разному оценивать достоверность результатов обработки информации резервированной системой, выходные сигналы которой обрабатывает данный мажоритарный элемент.
Таблица
№ п/п
Сигналы на входах
Сигналы на выходах
№ п/п
Сигналы на входах
Сигналы на выходах
1
2
3
4
5
17
21
1
2
3
4
5
17
21
1
0
0
0
0
0
0
0
17
1
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
1
0
0
18
1
0
0
0
1
0
0
3
0
0
0
1
0
0
0
19
1
0
0
1
0
0
0
4
0
0
0
1
1
0
0
20
1
0
0
1
1
1
0
5
0
0
1
0
0
0
0
21
1
0
1
0
0
0
0
6
0
0
1
0
1
0
0
22
1
0
1
0
1
1
0
7
0
0
1
1
0
0
0
23
1
0
1
1
0
1
0
8
0
0
1
1
1
0
0
24
1
0
1
1
1
1
1
9
0
1
0
0
0
0
0
25
1
1
0
0
0
0
0
10
0
1
0
0
1
0
0
26
1
1
0
0
1
1
0
11
0
1
0
1
0
0
0
27
1
1
0
1
0
1
0
12
0
1
0
1
1
0
0
28
1
1
0
1
1
1
1
13
0
1
1
0
0
0
0
29
1
1
1
0
0
1
0
14
0
1
1
0
1
0
0
30
1
1
1
0
1
1
1
15
0
1
1
1
0
0
0
31
1
1
1
1
0
1
1
16
0
1
1
1
1
1
0
32
1
1
1
1
1
1
1