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, например, для включения исполнительных устройств 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 недостаточные функциональные возможности, так как он не позволяет определять в процессе функционирования те входные сигналы, которые отличаются от большинства сигналов, поступающих на его входы.
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, четвертый и пятый входы - с входами третьих элементов ИЛИ и И, выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первыми входами четвертого элемента ИЛИ и пятого элемента И, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента И, выход первого элемента
ИЛИ соединен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, а выход - с первым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, третий вход - с выходом четвертого элемента И, а выход - с выходом мажоритарного элемента (RU 52287, Н03К 19/23, опубликовано: 2006.03.10).
Недостатком известного мажоритарного элемента «три из пяти» являются недостаточные функциональные возможности, так как он не позволяет определять в процессе функционирования те входные сигналы, которые отличаются от большинства сигналов, поступающих на его входы. Это обстоятельство не позволяет пользователю принимать своевременные меры для восстановления отказавших устройств, например микро-ЭВМ, выходные сигналы которых обрабатываются данным элементом, что может привести к отказу той резервированной системы, в которой эксплуатируется известный мажоритарный элемент, при выходе из строя более трех ее устройств.
Задача полезной модели - увеличение функциональных возможностей мажоритарного элемента «три из пяти» за счет идентификациии входных сигналов, отличающихся от большинства сигналов, поступающих на его входы.
Технический результат достигается тем, что в 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, четвертый и пятый входы - с входами третьих элементов ИЛИ и И, выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первыми входами четвертого элемента ИЛИ и пятого элемента И,
вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, а выход - с первым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, третий вход - с выходом четвертого элемента И, а выход - с выходом мажоритарного элемента, введены пять элементов НЕ и семь элементов И, причем первый вход мажоритарного элемента соединен с входом первого элемента НЕ, второй вход - с входом второго элемента НЕ, третий вход - с входом третьего элемента НЕ, четвертый вход - с входом четвертого элемента НЕ, пятый вход - с входом пятого элемента НЕ, выход первого элемента НЕ соединен с первым входом седьмого элемента И, выход второго элемента НЕ - с первым входом восьмого элемента И, выход третьего элемента НЕ - с первым входом девятого элемента И, выход четвертого элемента НЕ - с первым входом десятого элемента И, выход пятого элемента НЕ - с первым входом одиннадцатого элемента И, второй вход которого соединен с вторыми входами девятого и десятого элементов И и с выходом двенадцатого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход - с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый вход тринадцатого элемента И соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход - с выходом пятого элемента И, а выход - с вторыми входами седьмого и восьмого элементов И, выходы седьмого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого элементов И соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым контрольными выходами мажоритарного элемента.
Функциональная схема мажоритарного элемента «три из пяти» представлена на чертеже.
Мажоритарный элемент «три из пяти» имеет пять входов 1,...,5, содержит тринадцать элементов И, пять элементов ИЛИ и пять элементов НЕ. Его первый и второй входы 1 и 2 соединены с входами первых элементов
ИЛИ6 и И7, третий вход 3-е первыми входами вторых элементов ИЛИ8 и И9, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ10, четвертый и пятый входы 4 и 5 - с входами третьих элементов ИЛИ10, И11. Выход первого элемента И7 соединен с первым входом четвертого элемента И12, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ8. Выход второго элемента И9 соединен с первыми входами четвертого элемента ИЛИ13 и пятого элемента И14, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента И11. Выход первого элемента ИЛИ 6 соединен с первым входом шестого элемента И15, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ13, а выход - с первым входом пятого элемента ИЛИ16, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И12, третий вход - с выходом пятого элемента И14, а выход - с рабочим выходом 17 мажоритарного элемента. Кроме того, первый вход мажоритарного элемента 1 соединен с входом первого элемента НЕ19, второй вход 2-е входом второго элемента НЕ20, третий вход 3-е входом третьего элемента НЕ21, четвертый вход 4 - с входом четвертого элемента НЕ22, пятый вход 5 - с входом пятого элемента НЕ23. Выход первого элемента НЕ19 соединен с первым входом седьмого элемента И24, выход второго элемента НЕ20 - с первым входом восьмого элемента И25, выход третьего элемента НЕ21 - с первым входом девятого элемента И26, выход четвертого элемента НЕ22 - с первым входом десятого элемента И27, выход пятого элемента НЕ23 - с первым входом одиннадцатого элемента И28, второй вход которого соединен с вторыми входами девятого и десятого элементов И26 и И27 и с выходом двенадцатого элемента И29, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И7, второй - с выходом четвертого элемента ИЛИ13, первый вход тринадцатого элемента И30 соединен с выходом первого элемента ИЛИ6, второй вход - с выходом пятого элемента И14, а выход - с вторыми входами седьмого и восьмого элементов И24 и И25. Выходы седьмого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого элементов И24, И25, И26, И27 и И28 соединены
соответственно с первым 31, вторым 32, третьим 33, четвертым 34 и пятым 35 контрольными выходами мажоритарного элемента.
Работа мажоритарного элемента «три из пяти» иллюстрируется таблицей, в которой показаны состояния его основного 17 и контрольных 31, 32, 33, 34, 35 выходов в зависимости от сигналов, поступающих на его входах 1,...,5.
Мажоритарный элемент при поступлении на входы 1,...,5 логических сигналов от резервируемых объектов, например микро-ЭВМ, с помощью элементов ИЛИ6, ИЛИ8, ИЛИ10, ИЛИ13, ИЛИ16, И7, И9, И11, И12, И14, И15 выполняет операцию мажорирования «три из пяти» при совпадении сигналов на его трех входах, а также «четыре из пяти» - при совпадении сигналов на его четырех входах, и «пять из пяти» - при совпадении сигналов на всех его входах. С помощью элементов ИЛИ6, И7, И14, НЕ19,...,НЕ23 и И24,...,И30 определяется тот сигнал на его входе, который отличается от сигналов, поступающих на его остальные четыре входа.
Как видно из таблицы, при поступлении на три, на четыре и на пять входов мажоритарного элемента сигналов «1» на его выходе 17 появляется сигнал «1», то есть он выполняет указанные функции мажорирования.
На первом контрольном выходе 31 мажоритарного элемента сигнал «1» появится в том случае, если сигнал на его первом входе 1 будет равен «0», в то время как на остальных четырех входах он будет равен «1». На втором контрольном выходе 32 мажоритарного элемента сигнал «1» появится в том случае, если сигнал на его втором входе 2 будет равен «0», в то время как на остальных четырех входах он будет равен «1». На третьем контрольном выходе 33 мажоритарного элемента сигнал «1» появится в том случае, если сигнал на его третьем входе 3 будет равен «0», в то время как на остальных четырех входах он будет равен «1». На четвертом контрольном выходе 34 мажоритарного элемента сигнал «1» появится в том случае, если сигнал на его четвертом входе 4 будет равен «0», в то время как на остальных четырех
входах он будет равен «1». На пятом контрольном выходе 35 мажоритарного элемента сигнал «1» появится в том случае, если сигнал на его пятом входе 5 будет равен «0», в то время как на остальных четырех входах он будет равен «1».
Таким образом, определение входа мажоритарного элемента, на котором сигнал отличается от сигналов, поступающих на его остальные входы, позволяет идентифицировать неисправное устройство резервированной системы, выходные сигналы которого обрабатываются мажоритарным элементом.
Таблица
№п/п
Сигналы на входах
Сигналы на выходах
№п/п
Сигналы на входах
Сигналы на выходах
1
2
3
4
5
17
31
32
33
34
35
1
2
3
4
5
17
31
32
33
34
35
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
17
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
18
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
3
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
19
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
4
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
20
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
5
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
21
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
6
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
22
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
7
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
23
1
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
8
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
24
1
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
9
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
25
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
10
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
26
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
11
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
27
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
12
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
28
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
13
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
29
1
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
14
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
30
1
1
1
0
1
1
0
0
0
1
0
15
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
31
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
16
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
32
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0