Глава 2
Основные положения посегментного
контроля вычислительных устройств
Исследования направлены на разработку положений посегментного контроля для
оценки достоверности результатов обработки приближенных данных средствами
рабочего диагностирования. Посегментный контроль выполняет анализ вычисляемого
результата по отдельным сегментам его разрядов, что позволяет различать
существенные и несущественные ошибки с учетом их возможного накопления.
2.1. Суть посегментного контроля вычислительных устройств
Предлагаемый посегментный контроль относится к методам рабочего
диагностирования, выполняющего оценку достоверности результатов, получаемых на
выходах ВУ в процессе вычислений при обработке фактических данных.
Областью использования посегментного контроля является наименее разработанная
часть рабочего диагностирования ВУ, а именно, приложенная к выполнению
приближенных вычислений. Постоянно растущая значимость приближенных вычислений
и низкая эффективность использования для них известных методов рабочего
диагностирования определяют потребность в разработке посегментного контроля.
К объектам посегментного контроля, прежде всего, следует отнести современные ВУ
с матричным пространственным параллелизмом. Регулярная структура таких ВУ, их
блоков и узлов, обусловленная требованиями высокой производительности и
технологичности, способствует упрощению аппаратных средств реализации
посегментного контроля.
Метод направлен на повышение достоверности контроля результатов обработки
приближенных данных.
Повышение достоверности контроля результатов достигается путем обеспечения
различной вероятности обнаружения ошибок в старших верных и младших неверных
разрядах приближенного результата с учетом возможного накопления ошибок в
течение времени, ограниченного требованиями к достоверности результата.
Результат разбивается на сегменты разрядов, в пределах которых необходимо
обеспечить заданную вероятность обнаружения ошибки.
Таким образом, под сегментом результата подразумевается множество расположенных
подряд разрядов результата, для которых устанавливается одинаковая вероятность
обнаружения ошибки.
Контролируемый результат рассматривается в виде его разбиения на сегменты
разрядов:
H1, …, Hi, …, Hz,
где i = ,
z – количество сегментов результата,
H1 – сегмент, начинающийся с первого, старшего разряда результата.
Исходными данными для посегментного контроля являются:
разбиение результата на сегменты разрядов H1, …, Hi, …, Hz;
вероятности обнаружения ошибки в заданных сегментах:
P1, …, Pi, …, Pz,
где Pi – вероятность обнаружения ошибки в сегменте Hi;
точность m задания вероятностей Pi обнаружения ошибки, определяемая количеством
значащих разрядов после запятой в представлении чисел Pi в системе счисления с
основанием q = 2.
При задании вероятностей Pi обнаружения ошибки в системе счисления с основанием
q = 10 выполняется перевод этих чисел в двоичные с соответствующей точностью m.
Одной, двум и трем десятичным цифрам после запятой соответствуют значения
m = 4, m = 7 и m = 10.
С учетом нумерации сегментов от первого, содержащего старшие разряды
результата, до последнего, состоящего из младших разрядов, для вероятностей
обнаружения ошибки устанавливается следующая последовательность неравенств:
P1 і … і Pi і … і Pz.
Результатом применения метода являются средства посегментного контроля, которые
обеспечивают:
заданную для каждого сегмента разрядов результата вероятность обнаружения
ошибки;
выявление собственных ошибок, вызываемых характерными неисправностями.
Повышение достоверности контроля результатов достигается за счет использования
особенностей организации и функционирования объекта диагностирования,
составляющих естественные ресурсы рабочего диагностирования.
2.2. Учет в контроле особенностей объекта диагностирования
Посегментный контроль позволяет учитывать особенности современных ВУ, обращая
их в естественные ресурсы рабочего диагностирования.
К таким особенностям, в первую очередь, следует отнести регулярность структур
арифметических устройств с матричным пространственным параллелизмом –
параллельных сдвигателей и сумматоров, матричных умножителей и делителей. При
такой структурной организации вычислительные элементы тиражируются с целью
повышения производительности цифровых схем. Это обеспечивает вычисление
отдельных разрядов результата и их объединений в сегменты на одинаковых
элементах в составе регулярных структур цифровых схем или, по крайней мере, с
одинаковой функциональной зависимостью разрядов результата от разрядов
операндов. Таким образом создаются условия для унификации решений по контролю
отдельных сегментов и упрощения контрольных вычислений, например, путем их
последовательного выполнения на одних и тех же средствах контроля.
Другой важной особенностью современных ВУ и вычислительных систем является
наличие естественной временной избыточности в виде пассивного запаса времени
контроля (ПЗВК) [98].
Такой запас создается, в частности, за счет времени, за которое вследствие
неисправности цифровой схемы происходит накопление ошибки результата, не
превосходящей уровень погрешности. При этом количество верных разрядов
результата сохраняется, и результат остается достоверным. Очевидно, что эта
часть ПЗВК зависит от веса искаженного разряда и для соседних младших разрядов
отличается в 2 раза.
Другие составляющие ПЗВК от веса искаженного разряда не зависят. К таким видам
ПЗВК можно отнести время, в течение которого уже вычисленный недостоверный
результат не представляет опасности при его дальнейшем использовании.
Например, в конвейерной вычислительной системе, участками к
- Київ+380960830922