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 трехходовых 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 определить все ли объекты, выходные сигналы которых мажорируются данным элементом, являются исправными, или исправны только три 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, 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, опубл. 2006.03.10).
Недостатком известного мажоритарного элемента «три из пяти» является недостаточные функциональные возможности, так как он не позволяет определить все ли объекты, выходные сигналы которых мажорируются им, например микро-ЭВМ резервированной системы, являются исправными, или исправны только три из пяти. Это обстоятельство не дает возможности принять своевременные меры для восстановления отказавших объектов, выходные сигналы которых мажорируются данным элементом, что может привести к отказу той резервированной системы, в которой эксплуатируется известный мажоритарный элемент, при выходе из строя более трех объектов.
Задача полезной модели - увеличение функциональных возможностей мажоритарного элемента «три из пяти» за счет контроля совпадения всех входных сигналов.
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 два элемента И, элемент ИЛИ и пять элементов НЕ, причем входы седьмого элемента И соединены с выходами первого и третьего элементов И, а также с третьим входом мажоритарного элемента, входы элементов НЕ соединены с соответствующими входами мажоритарного элемента, а выходы - с входами восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом шестого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, а выход - с контрольным выходом мажоритарного элемента.
Функциональная схема мажоритарного элемента «три из пяти» с контролем представлена на чертеже.
Мажоритарный элемент «три из пяти» имеет пять входов, содержит восемь элементов И, шесть элементов ИЛИ, а также пять элементов НЕ. Его первый и второй входы 1 и 2 соединены с входами первых элементов ИЛИ6 и И7, третий вход 3 - с 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 ИЛИ6 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. Выходы первого элемента И7, третьего элемента И11 и третий вход 3 мажоритарного элемента соединены с
соответствующими входами седьмого элемента И18. Входы 1, 2, 3, 4 и 5 мажоритарного элемента соединены соответственно с входами первого 19, второго 20, третьего 21, четвертого 22 и пятого 23 элементов НЕ, выходы которых соединены с соответствующими входами восьмого элемента И24, выход которого соединен с первым входом шестого элемента ИЛИ25, второй вход которого соединен с выходом седьмого элемента И18, а выход - с контрольным выходом 26 мажоритарного элемента.
Работа мажоритарного элемента «три из пяти» с контролем иллюстрируется таблицей, в которой показаны состояния его выходов 17 и 26 в зависимости от сигналов «0» или «1» на его входах 1,...,5. При поступлении на входы 1,...,5 логических сигналов от резервируемых объектов, например микро-ЭВМ, с помощью элементов ИЛИ6, ИЛИ8, ИЛИ10, ИЛИ13, ИЛИ16 и элементов И7, И9, И11, И12, И14, И15 выполняется операция мажорирования. С помощью элементов И7, И11, И18, инверторов НЕ19, НЕ20, НЕ21, НЕ22, НЕ23, элементов И24 и ИЛИ25 фиксируется неисправность резервируемых объектов, выходные сигналы которых обрабатываются данным мажоритарным элементом.
Как видно из таблицы, при поступлении на три, на четыре и на пять входов мажоритарного элемента сигналов «1» на его рабочем выходе 17 появляется сигнал «1», то есть он выполняет функцию мажорирования «три из пяти». На контрольном выходе 26 мажоритарного элемента сигнал «1» появится только в том случае, если выходные сигналы всех пяти резервированных объектов совпадают, что свидетельствует об исправном состоянии всех этих объектов.
Рассмотрим работу мажоритарного элемента «три из пяти» с контролем при поступлении на его входы 1,...,5, например, комбинации 00110. При этом на выходах элементов ИЛИ6, И7, И11 будут присутствовать сигналы «0», на выходах элементов ИЛИ8, И9, ИЛИ10, ИЛИ13 - сигнал «1»,
следовательно на выходах элементов И12, И14, И15, ИЛИ16 и на рабочем выходе 17 устройства будет сформирован сигнал «0».
При поступлении на входы 1,...,5, например, комбинации 10101 на выходах элементов И7, И11 будет наблюдаться сигнал «0», на выходах элементов ИЛИ6, ИЛИ8, И9, ИЛИ10 - сигнал «1», на выходах элементов И12, И14 - сигнал «0», на выходе элементов ИЛИ13, И15 - сигнал «1», на рабочем выходе 17 устройства - также сигнал «1».
На контрольном выходе 26 мажоритарного элемента «три из пяти» с контролем сигнал «1» будет сформирован только на двух входных наборах «00000» и «11111», каждый из которых свидетельствуют о совпадении сигналов на выходах всех резервированных объектов, то есть о полной исправности резервированной системы, в которой используется 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
26
1
2
3
4
5
17
26
1
0
0
0
0
0
0
1
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
1
0
24
1
0
1
1
1
1
0
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
1
0
28
1
1
0
1
1
1
0
13
0
1
1
0
0
0
0
29
1
1
1
0
0
1
0
14
0
1
1
0
1
1
0
30
1
1
1
0
1
1
0
15
0
1
1
1
0
1
0
31
1
1
1
1
0
1
0
16
0
1
1
1
1
1
0
32
1
1
1
1
1
1
1