NL8203921A - Multipel redundant kloksysteem, bevattende een aantal onderling synchroniserende klokken, en klokschakeling voor gebruik in zo een kloksysteem. - Google Patents

Description

4 - PHN 10.470 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Multipel redundant kloksysteem, bevattende een aantal onderling synchroniserende klokken, en klokschakeling voor gebruik in zo een kloksysteem.

De uitvinding betreft een multipel redundant kloksysteem, bevattende een aantal η^·4 onderling synchroniserende klokken met elk een respektievelijke klokuitgang voor een tweewaardig kloksignaal, welk systeem bevat een verbindingsnetwerk om van elke klok het kloksignaal aan 5 elk der overige klokken toe te voeren, waarbij elke klok bevat een oscil-latorschakeling. en een afwijkingsbepaler (310) die middels een inter-konnektie is aangesloten qp de oscillatorschakeling en welke afwijkingsbepaler verdere ingangen bezit cm de kloksignalen der andere klokken te ontvangen. Zo een kloksysteem is bekend uit het Duitse octrooischrift 10 3 023 624 en wordt hier na besproken. Zo'n kloksysteem wordt bijvoor beeld gebruikt in een digitale inrichting die is opgebouwd uit een aantal stations die onderling gesynchroniseerd moeten werken, bijvoorbeeld in een multiprocessor-rekenmachine-systeem, waarin elke processor van een eigen klok is voorzien. Het aantal processoren verschaft een systeem-15 redundantie, zodat ook met een kleiner aantal korrekt werkende processoren, bijvoorbeeld (η—1) nog een korrekt werkend systeem wordt verkregen.

Ook andere toepassingen van zo'n kloksysteem zijn uitvoerbaar. De doelstelling van de bekende techniek is het signaleren van een gedesynchroni-seerde staat van één der klokken, waarbij de overige klokken van het 20 systeem een onderling gesynchroniseerde toestand kunnen blijven signaleren.

Het is een doelstelling van de uitvinding cm een zelf synchroniserend multipel kloksysteem te verschaffen dat uit eenvoudige klokken is opgedouwd waarbij een terugkoppeling is gevormd tussen de 25 aktuele toestand van de oscillatorschakeling en de afwijkingsbepaler om het kloksysteem zowel zélf synchroniserend als fouttolerant te maken: in eerste instantie zal het kloksysteem trachten cm tussen een meerderheid der klokken een onderling gesynchroniseerde toestand te onderhouden. De uitvinding realiseert de doelstelling doordat hij het ken-30 merk heeft dat alle klokken als deel van genoemde interkonnektie een deelschakeling (308, 326) bevatten met twee standen die is ingericht cm isochrocn net de perioden van de oscillatorschakeling op een terug- 8203921 PHN 10.470 2 *. > t < kerende (recurrent) redes van anschakelpunten te worden angeschakeld en op zijn uitgang per stand voortdurend de bijbehorende signaalwaarde van. het "eigen" kloksignaal af te geven, dat de afwijkingsbepaler een vergelijkinrichting bevat om het aantal van andere klokken ontvangen 5 en van het eigen kloksignaal afwijkende kloksignalen te vergelijken met een toelaatbare bovengrens die ten hoogste gelijk is aan entier £ ^n-1)Tj , en bij een groter aantal in een op een onschakelpunt direkt volgende eerste periode een vertraags ignaal doch in een aan een. omschakelpunt direkt voorafgaande tweede periode een versnellings-10 signaal te genereren om de frekwentie van de oscillatorschakeling bij ..te regelen. Onder isochroon wordt verstaan het relatiepatroon, waarin kenmerkende verschijnselen van een eerste element (hier dus de overgang-en in de toestand der deelschakeling) steeds plaats vinden op corresponderende punten van de cyclus van het tweede element (hier dus de 15 oscillatorschakeling). Daarbij kan dus het heenschakelen van de deelschakeling op hetzelfde punt van de oscillatorschakelingscyclus plaats vinden, maar ook eventueel op een ander punt. De lengten van eerste en tweede perioden kunnen gelijk zijn, maar ze kunnen ook onderling verschillen. Bij een waarde van n=4 is de toelaatbare bovengrens dus 20 gelijk aan 1, bij een waarde van n=5 is de bovengens dus gelijk aan 1 of 2, en zo verder voor hogere waarden van n. In veel gevallen is het zo gevondene systeem ook fouttolerant: een bepaald aantal klokken kan geheel uit de pas lopen en alsdan buiten beschouwing gelaten worden.

25 Het is gunstig als genoemde bovengrens ten hoogste gelijk is aan entier £ 1/3 (n-1)^ . Voor n=4 is de toelaatbare bovengrens dan gelijk aan 1, even als voor n=5, 6. Voor n=7 is de toelaatbare bovengrens dan geljk aan 2. Het blijkt dat deze strengere eis bescherming geeft tegen wel haast alle mogelijke storingskonfiguraties 30 die zich beperken tot een aantal klokschakelingen dat niet groter is dan de bovengrens, onder meer insluitend onderbrekingen in de uitgangs-lijn voor het kloksignaal van de defékte klok.

Het is gunstig als het einde van een genoemde eerste periode aansluit op het begin van een genoemde tweede periode.

35 Dit levert een eenvoudige organisatie en een snelle synchronisatie (middels een groot "vang"-gebied voor het synchroniseren).

Het is gunstig als tussen een genoemde eerste periode er een 3203921 W . .

* 1 PHN 10.470 3 direkt daaropvolgende tweede periode een derde periode is gelegen, en dat een foutdetektieschakeling aanwezig is cm tijdens genoemde derde periode bij het overschrijden van genoemde bovengrens een foutsignaal te geven. Na aanloop verschijnsel is zo'n foutsignaal een duidelijke in-5 dikatie van het feit dat de betreffende klokschakeling uit de pas loopt en dus met grote waarschijnlijkheid defekt is.

Het is gunstig als een uitschakelbesturingselement aanwezig is cm onder besturing van genoemd foutsignaal de aldus fout bevonden klok uit te schakelen. Daarmee kan een defekte klokschakeling buiten 10 bedrijf warden gesteld, order voarwaarde, dat het bovengenoemde aan-loqpverschijnsel is afgelopen.

Het is gunstig als genoemde deelschakeling een synchroon met de periode van de oscillatorschakeling bestuurde tweedeler is.

Dit geeft een eenvoudige realisatie.

15 Het is gunstig als de oscillatorschakeling bevat een rond gekoppelde keten met een E55CLüSIEF-OF-poort, een laagdoorlaatfilter en een oscillator, en dat de deelschakeling verbonden is met een uitgang van de oscillator en de uitgang van de af wij kingsbepaler is verbonden met een ingang van de EXCLÜSIEF-OF-poort cm bij het overscbrij-20 den van genoemde bovengrens daaraan in genoemde eerste periode een eerste logische waarde en in genoemde tweede periode een tweede logische waarde, doch ten andere respektievelijk de tweede logische waarde en de eerste logische waarde toe te voeren. Zo wordt een eenvoudige opbouw mogelijk uit standaardonderdelen, gerealiseerd.

25 Het is gunstig als de oscillatorschakeling bevat een oscil lator en een door de oscillator gevoede teller, die van een beginstand naar een eindstand loopt, dat voorts een logische schakeling aanwezig is die onder besturing van een uitgangssignaal van de afwijkingsbe-paler bij een lage tellerstand een houd-signaal, doch in een hoge 30 tellerstand een versnellingssignaal vormt. Deze oplossing werkt geheel digitaal en er kan dus een instelnauwkeurigheid naar believen wor- den gerealiseerd.

Het is gunstig als genoemd versnellingssignaal een voltel-signaal emuleert. Dit geeft een versnelde zelf synchronisatie.

35 Het is gunstig als voor n=4 de afwijkingsbepaler een meer derheids bepaler voor de kloksignalen der andere klokken bevat en een vergelijkschakeling die gevoed wordt door een uitgangssignaal van de 8203921

• V

PEN 10.470 4 meerderheidsbepaler en door het eigen kloksignaal. Dit geeft een eenvoudige realisatie en. is in veel gevallen reeds een voldoend aantal klokken.

De uitvinding betreft mede een klokschakeling, te gebruiken 5 in een multipel redundant kloksysteem volgens het voorgaande en voorzien van (n-1) externe aansluitingen voor het ontvangen van extern gevormde kloksignalen, en voorts voorzien van oscillatorschakeling, deelschakeling en afwijkingsbepaler volgens het voorgaande. Zo'n klokschakeling vormt een aantrekkelijke module, waarbij eventueel n en 10 genoemde bovengrens instelbaar zijn.

De uitvinding betreft mede een nultiprocessorrekenmachine-systeem, bevattende n rekenmachinemodules, waarbij elke rekenmachine-module bevat een klok, zodat de n klokken tesamen een multipel redundant kloksysteem vormen volgens het voorgaande, waarbij elke rekenmachinemo-15 dule voorts bevat een processormodule voor het bewerken van een data-woord, een op de processor module aangesloten reducerende kodevormer on uit het datawoord een kodesymbool te vormen zodat de n kodesymbolen die uit een datawoord zijn gevornü een kodewoord vormen van een enkel-symboolfout-korrigerende kode, een geheugenmodule die is aangesloten 20 op de reducerende kodevormer om per datawoord een kodesymbool cp te slaan, en een datawoordrékonstruktiemodule, waarbij de datawoordrekon-struktiemodules van alle rekenmachinemodules door een tweede ver-bindingsnetwerk op de respektievelijke rekenmachinemodules zijn aangesloten om de respektievelijke kodesymbolen van een kodewoord te 25 ontvangen en daaruit een datawoord te rekonstrueren ter presentatie aan de processormodule van de betreffende rekenmachinemodule, en waarbij de respektievelijke gegevens bewerkingen door het kloksysteem worden gesynchroniseerd. Gedeeltelijk is zo'n rekenmachjnsysteem beschreven in de oudere Nederlandse octrooiaanvrage 7909178 (PHN 9652) van 3Q dezelfde aanvrager. Nu is ook het kloksysteem redundant gemaakt, zodat het systeem bestand is, zowel tegen falen van het klok-gedeelte als van het dataverwerkend gedeelte van een aantal modules voor zover dit aantal de bovengrens van de fouttolerantiegraad niet overschrijdt.

KORTE BESCHRIJVING VM DE FIGUREN

35 De uitvinding wordt nader uitgelegd aan de hand van enkele figuren.

fig. 1 geeft een eenvoudig blokschema van een multiprocessor- 8203921

V

PHN 10.470 5 rekenmachinesysteem met een multipel redundant kloksysteem.

Eig. 2 geeft een kloksysteem volgens de stand der techniek.

Fig. 3 geeft een systeem volgens de uitvinding.

Fig. 4, 5 geven de logische uitdrukkingen bij fig, 3; 5 Fig, 6/ 7 geven twee uitvoeringsvoorbeelden van een klok- schakeling.

Fig. 8 illustreert de inhoud van een alleen-leesgeheugen.

SCHETS VM EEN MULTIPFCCESSORREKENMACHINESYSTEEM Fig. 1 geeft een eenvoudig blokschema van een multiprocessor 10 rekenmachinesysteem met een multipel redundant kloksysteem. Het reken-machinesysteem bevat vier rekenmachinemodules. Elke rékenmachinemodule bevat een processormodule een eigen klok/ en een datawoordrekonstruk-tiemodule. Er zijn vier processormodules 200-206. Elke klok 220-226 geeft aan de bijbehorende processor kloksignalen af. Elke klok geeft 15 ook kloksignalen aan alle overige klokken af, en daarmee indirket aan de overige processormodules. Elke processormodule geeft zijn uitgangs-informatie af aan alle vier de datawoordrekonstruktiemodules 210-216 die samen een datawoordrekonstruktieinrichting vormen. In elke datawoord-rekonstruktiemodule kunnen bepaalde informatiefouten worden gedetekteerd 20 en/of gekorrigeerd: de korrekte informatie wordt dan aan de bijbehorende processor toegevoerd; alwaar een informatiebewerking plaats kan vinden.

Op Zichzelf is een in een aantal modules verdeeld rekenmachinesysteem beschreven in de oudere europese octrooiaanvrage 0031183 A3 (PHN 9652) van dezelfde aanvrager; daar wordt op basis van een datawoord/ bestaande 25 uit datasymbolen, een kodewoord gevormd, dat bestaat uit kodesymbolen.

Na de kodering behandelt elke rekenmachine slechts een deel van het kodewoard, bijvoorbeeld één kodesymbool. Deze behandeling betreft bijvoorbeeld een geheugenopslag, gevolgd door uitlezen en regenereren van het kodesymbool. Cm voor een rekenbewerking het hele datawoord te 30 rekonstrueren warden alle kodesymbolen toegevoerd aan alle rekenmachinemodules. Het blijkt dat de bewerking foutloos plaats kan vinden, ook als bijvoorbeeld één rekenmachinemodule geheel faalt. Zo'n systeem kan worden gesynchroniseerd door een meesterklok. Volgens de opzet van fig.

1 vindt synchronisatie van de onderscheidene bewerkingen in de respek-35 tievelijke rekenmachinemodules plaats door het kloksysteem dat bestaat uit de klokken 220-226.

De werking van de datawoordrekonstruktiemodules kan ook zo worden gesyn- 8203921 * PHN 10.470 6 chroniseerd, maar dat is niet getoond. Ms een der rekenmachinencdules, bijvoorbeeld die welke bevat de blokken 202, 212, 222, defekt raakt (data of klok), dan kunnen de andere drie normaal doorwerken. Volgens de geciteerde octrooiaanvrage 0031183 Δ3 behoeft bij een viervoudige ver-5 werkingscapaciteit in arithmetische en logische (ALU)-eenheid en dergelijke het systeem slechts een tweevoudige cpslagkapaciteit in het geheugen te bezitten, in vergelijking met een enkelvoudige, niet-redundan-te processor (in de gebruikte terminologie bevat de processor dus ook het voorgrond-geheugen; achtergrondgeheugen en verdere randappa-50 ratuur worden hier niet beschouwd. Op overeenkomstige manier kan een ander multipel dataverwerkend systeem (bijvoorbeeld kammunikatiesysteem, tekstverwerkend systeem en dergelijke), met een dergelijk multipel redundant kloksysteem zijn uitgerust.

HET BEKENDE KLOKSYSTEEM.

15 Fig. 2 geeft ter verduidelijking een kloksysteem volgens de stand van de techniek zoals belichaamd in het Duitse Octroorschrift 3023624. Het kloksysteem bevat vier vrijwel identiek opgebouwde klokeen-heden waarvan er één (46) gedetailleerd is getoond en de overige (48, 50, 52) slechts pro forma. In klokeenheid 46 geeft de vrij lopende oscil-20 lator 26 via de frekwentiedeler 28 een konstante klokfrekwentie aan de teller 30, welke een aantal standen bezit. Ms, gaande vanaf een begin-stand, een eerste tellerstand wordt bereikt, verschijnt een "1" op uitgang 54, waardoor via OF-poort 34 de meerderheidsschakeling 38 een vrijgave-signaal ontvangt. Tot dan kan de meerderheidsschakeling 38 niet 25 werken. Ms teller 54 een voor afbepaalde, volgende stand bereikt, geeft hij een puls met beperkte tijdsduur af op uitgang 56, welke puls, eveneens via OF-poort 34, als vrijgavesignaal en verder als datasignaal aan de meerderheidsschakeling 38 wordt toegevoerd. Verder is nog uitgang 56 met de uitgangsversterker 42 verbonden. De andere dataingangen 60 30 zijn verbonden met de respektievelike uitgangsversterkers zoals elementen 62, 64 in de andere klokeenheden. Wanneer tenminste twee der dataingangen 60 een logische "1" ontvangen, geeft de meerderheidsschakeling 38 een logisch heenstelsignaal af aan de flipflop 40, hetwelk op uitgang 66 als operationeel kloksignaal werkt voor de bijbehorende 35 dataverwerkende inrichting. Dit laatste signaal wordt teruggevoerd, via OF-poort 32 naar de terugstelingang van de teller 30, en verder naar de terugstelingang van een hulpteller 36. Laatstgenoemde telt dan de 8203921 PHN 10.470 7 k pulsen van oscillator 26 en geeft bij voltellen een terugstelsignaal aan de flipflop 40, waardoor de cyclus van teller 30 herstart wordt, omdat het terugstelsignaal van poort 22 verdwijnt.

Als de signalen op uitgangen 54, 56 niet samenvallen met de 5 op ingang 60 van andere klokeenheden ontvangen signalen, dan wordt de flipflop 40 niet heengesteld. Zo lang er niet teveel van de uitgangs- versterkers 42, 62, 64.....geen signaal afgeven, behoeft dit voor de andere klokeenheden geen bezwaar te vormen. In klokeenheid 46 echter telt dan de teller 30 door tot een nog hogere stand waarin op uitgang 10 58 een fout-signaal verschijnt: heenstelsignaal voor flipflop 32 cum foutindikator 33. Met het heenstellen van de flipflop 32 wordt het vrijgavesignaal voor de meerderheidsschakeling 38 beëindigd; dit gebeurt ook door het terugstellen van teller 30.

De inrichting bevat nog een starttoets 21. Als deze bediend 15 wordt geeft OF-poort 20 een terugstelsignaal af aan flipflop 30, een verder vrijgave-signaal aan de meerderheidsschakeling 38 en via een in verterende ingang van EN-poort 24 (binnen OF-poort 22) een terugstelsignaal aan de teller 30 en frekwentiedeler 28. Overeenkomstige starttoets en bevinden zich in de overige klokeenheden. Het systeem is dus 20 niet zelf-synchroniserend.

VOOFKEDRSUITVOERINGEN VOLGENS DE UITVINDING Fig. 3 geeft een zelf synchroniserend kloksysteem voor vier enkelvoudige klokken volgens de uitvinding. Het aantal aangesloten klokken kan willekeurig groter gencmen worden, waarbij de redundantie-25 graad al dan niet eveneens kan worden verhoogd, De eerste enkelvoudige klok is gedetailleerd weergegeven middels blok 122. Deze wordt aangedreven door een inwendige oscillator met een frekwentie die bijvoobeeld 20-100 maal hoger is dan de benodigde werkfrekwentie: deze laatste wordt gevormd doordat de teller 108 samen met elemenet 116 als frekwen-30 tiedeler werkt. De oscillator frekwentie hoeft niet aan zeer strenge tolerantiegrenzen te voldoen. De oscillator kan bijvoorbeeld een middels een extern RC-netwerk ingestelde oscillator zijn. Deze oscillator geeft alternerend een oneven klokpuls Q1 en een even klokpuls Q2 af, waardoor de werking van de logische schakelingen 106, 114 en van de trekker (latch) 35 schakelingen 100, 104, 118, 120 wordt gesynchroniseerd. De betreffende kloksignalen kunnen ook worden gevormd door respektievelijk positieve en negatieve flanken van een enkelvoudig kloksignaal.

8203921 PHN 10.470 8

Elke klokeenheid 122, 124, 130, 136 produceert een extern kloksignaal middels de respektievelijke tweedeler (toggle) flipflop, respektievelijk 116, 128, 134, 140. De klokeenheid 122 ontvangt de externe kloksignalen van de klokeenheden 124, 130, 136 in de multipele 5 trekkerschakeling 100. De verdere klokeenheden hebben overeenkomstige multipele trekkerschakelingen 126, 132, 138. Blok 108 stelt voor een teller, in dit uitvoeringsvoorbeeld een vijfbitsteller die de klokpul-sen Q1 telt onder voorwaarde dat de trekkerschakelingen 104 en 120 beide een "1" bevatten, cmdat dan de En-poort 106 doorlaatbaar is. In dit 10 verband wordt reeds verwezen naar figs. 4, 5 die de logische relaties geven, qp basis waarvan de teller 108, de meerderheidsschakeling 102, en de tweedeler flipflop 116 werken. Volgens fig. 5 is een willekeurig aantal klokeenheden verondersteld aanwezig te zijn. Als nu de teller 108 (nog) niet is vólgeteld, p ζ N ontvangt de trekkerschakeling 120 15 een logische "1" die onder besturing van een even klokpuls wordt opgeslagen. Als de teller 108 wêl is vólgeteld dan ontvangt de trekkerschakeling 120 een logische "O" ter opslag. In dat geval echter geeft de logische schakeling 112 een "1" af aan trekkerschakeling 118 die onder besturing an een even klokpuls wordt opgeslagen. Onder besturing 20 van de eerstvolgende oneven klokpuls geeft de EN-poort 114 dan een ”1" af. Daardoor wordt de teller 108 op de beginstand teruggesteld en verandert de tweedeler (toggle) flipflop 116 van stand. Het "eigen" kloksignaal op lijn 117 verandert dan van waarde.

Als niet te veel der overige klokeenheden een ander uitwendig 25 kloksignaal leveren dan klokeenheid 122, dan ontvangt trekkerschakeling 104 een "1". Bij een redundantie graad of fout-tolerantiegraad van F betekent dit dat hoogstens F der andere klokschakelingen een van de "eigen" klok afwijkend signaal geven. Voor een extreem hoge betrouwbaarheid, speciaal wanneer uitsluitend digitaal werkende elementen ge-30 bruikt zijn, zoals in Figs. 3, 7 is vereist n^ 3F + 1. Veelal is een kleiner aantal klokschakelingen voldoende zoals gegeven door n^?· 2F+1 vooral voor de in Fig. 6 getoonde oplossing met een fase gekoppelde lus. De detektie van het aantal van de "eigen" klok afwijkende signalen gebeurt in de logische schakeling 102. Als (onder besturing van een 35 even klokpuls) beide trekkerschakelingen 104, 120 "één" hebben opgeslagen, is tot het beëindigen van deze situatie de EN-poort 106 doorlaatbaar voor de oneven klokpulsen: zo telt dan de teller 108 telkens 8203921 P ' ' . .......

EHN 10.470 9 vól en wordt dan vervolgens op nul teruggesteld. In het geval van een rondlopende teller zou het terugstellen zelfs overbodig zijn. Zo wordt de tweede regel van fig. 4 geïmplementeerd.

Het uitgangssignaal van de logische schakeling 102 wordt ook 5 toegevoerd aan de logische schakeling 112. Als schakeling 102 een "O" af geeft (te veel der andere klokken wijken af) wordt poort 106 daarna geblokkeerd. De logische schakeling 112 implementeert nu echter de eerste regel en het eerste gedeelte (tot ar) van de derde regel van fig. 4.

Als het signaal op lijn 113 aangeeft dat de teller 108 een lage stand 10 heeft (p m, bijvoorbeeld p N/2) gebeurt er niets, zodat het voarttellen in teller 108 verder wordt opgehouden (eerste regel van fig 4). Als het signaal op lijn 113 aangeeft dat de teller 108 een hoge stand heeft, bijvoorbeeld p N/2, dan wordt direkt de volgetelde toestand van teller 108 gesimuleerd (derde regel, eerste deel van fig. 4).

15 In fig. 4 geven de indikaties do en od aan dat deze procedure cyclisch wordt herhaald; de blokjes geven een verketening der expressies aan; de logische "EN"-funktie gaat vóór de logische "OF"-funktie. In het beschreven viervoudige systeem kan één der klakeenheden een willekeurige synchronisatie toestand bezitten: dan treedt steeds zelfsynchronisatie 20 op. Dit geldt ook, onafhankelijk van het uitgangssignaal van deze ene deviante klókeenheid. In het bijzonder zijn de volgende situaties opgelost: a) de deviante klókeenheid geeft een onveranderlijk signaal af, dat door de onderscheidene trekkerschakelingen 100, 126, 132, 138 echter 25 verschillend vrardt opgeslagen (deels als "O", deels als "1").

b) op het signaal van de deviante klókeenheid is een willekeurig ruissignaal gesuperponeerd, zodat elk moment de teller van die klókeenheid in een willekeurige stand kan zijn. m de figuur is gekozen voor gelijke intervallen voor een "hoge" respektievelijk een "lage" tellerstand.

30 Deze intervallen behoeven niet gelijk te zijn. Het is ook mogelijk dat ze bescheiden worden door een derde Interval, bijvoorbeeld: doordat in de eerste regel de voorwaarde luidt: p N/4, in de derde regel p ^ 3N/4, en dat een extra regel is ingevoegd: 0 D (s) > F and N/4 ^ p < 3N/4 —> ERR 35 Dan treedt dus een foutmelding op. Het is bijvoorbeeld mogelijk on aan deze foutmelding een extra beperkende voorwaarde te verbinden, namelijk, dat het starten een bepaalde tijd geleden heeft plaatsgevonden (totdat 8283921 PHN 10.470 10 ogenblik wordt dan de operatie "skip" (niets) geïmplementeerd. Laatstgenoemde tijd wordt op eenvoudige manier met een monostabiel element dat de EN-poort die het signaal ERR moet af geven, blokkeert. De voorwaarde voor de tellerstand wordt met een dekodeur uitgedekodeerd.

5 Het signaal ERR kan een "uitwismode" besturen, waarin de uitgangssignalen "klok" en "data" van de desbetreffende rekenmachinanodule (Fig. 1) buiten beschouwing warden gelaten door de andere rekenmachinemodules.

Dit kan gebeuren doordat alle signalen via drie toestandsbuffers aan de andere rekenmaehine-modules warden toegevoerd en als dan deze buffers 10 zijn in de stand "door een hoge impedantie afgesloten".Eventuele wijzigingen in de symbool korrigerende kode zijn uit te voeren als beschreven in de oudere Nederlandse octrooiaanvrage 8104342 (PHN 10.155) van . dezelfde aanvrager. Ingangssignalen met de waarde "door een hoge impedantie afgesloten worden dan in de datawoordrekonstruktiemodule als "O" 15 behandeld en verder buiten beschouwing gelaten. Het is ook mogelijk dat zulke uitschakelmechanismes niet voorzien zijn, maar dat de dekodering in de datawoordrekonstruktiesektoren selektief bestuurd wordt.

Fig. 5 geeft de overeenkomstige uitdrukkingen als in fig. 4, speciaal voor een situatie met vier samenwerkende klokken. "S" stelt 20 hier voor het "eigen" kloksignaal. "V" stelt voor de meerderheid der overige kloksignalen. Verder komen figs. 4, 5 net elkaar overeen.

Fig. 6 geeft een uitvoeringsvoorbeeld van een klok onder toepassing van een oscillator met zogenoemde fasegekoppelde lus (phase locked loep of PLL). Zulke bouwstenen zijn commercieel verkrijgbaar en 25 bevattende de onderdelen zoals aangegeven binnen de in onderbroken lijnen getekende rechthoek 300: een EXCLUSIEF OF-poort 302, een laagdoor-laatfilter 304 en een oscillator VCO 306, waarvan de frekwentie gestuurd wordt door het uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter. De tijdconstante van het laagdoorlaatfilter (inverse grensfrekwentie) is groot 30 ten opzichte van de periode van de spanningsgestuurde oscillator 306, bijvoorbeeld 10x groter. Het uitgangssignaal van de oscillator 306 wordt teruggekoppeld naar de ingang van EXCLUSIEF-OF-poort 302 en bovendien naar de ingang van de T-filipflop 308. Deze laatste werkt als tweedeler doordat hij telkenmale bij de ontvangst van een opgaande sig~ 35 naalflank op zijn ingang van stand verandert. De getoonde klok is geschikt cm te worden opgenaiei in een viervoudig kloksysteem dat ongevoelig is voor het uitvallen van één der vier klokken. De ingangen 312 8203921 I'3'" :—;—— PHN 10.470 11 zijn daartoe via een niet aangegeven interkonnektie verbonden net de klok-uitgangen der andere klokken. Wanneer deze andere klokken ook op de wijze van fig. 6 zijn opgebouwd betreft dit dus telkens de uitgang van de met de T-flipflop 308 overeenkomstige flipflop in deze an-5 dere klokken. De uitgang van flipflop 308, of ook direkt de uitgang van de oscillator 306 kan gebruikt worden als kloksignaal voor een lokaal station dat daarmee dus gesynchroniseerd is, mits tenminste twee relevante kloksignalen van èndere klokken op de ingangen 312 worden ontvangen. Het element 310 is een afwijkingsbepaler die bijvoorbeeld is uit-10 gevoerd als een programmeerbaar logisch netwerk (programmable logic array of PLA) of als.'een progranmeerbaar dood geheugen met willekeurige toegankelijkheid (PRCM). De .werking hiervan wordt later besproken, op zich zijn zulke bouwstenen ccmmercieel gemakkelijk verkrijgbaar. In plaats van element 308 kan ook een deler door 4 worden gebruikt, waarbij 15 de uitgangen van beide tesamen een indikatie kunnen geven dat de derde periode doorlopen wordt: deze beide warden dan tesamen aan element 310 toegevoerd. Het is ook mogelijk dat element 308 door een andere faktor deelt, bijvoorbeeld door drie. Als het noodzakelijk is dat een syntne-trische klokpuls wordt gevormd is het dan nog dikwijls nodig dat in de 20 uitgangslijn van deelelement 308 een laagdoorlaatfilter of bandfilter wordt ingevoegd, zodat de hoge harmonischen worden uitgefilterd.

Fig. 7 geeft een uitvoeringsvorm van een klok onder toepassing van een teller; goeddeels is deze schakeling een verbetering van een dergelijke schakeling volgens fig. 3. Oscillator 314 dient cm de 25 werking van de schakeling tijdsdiskreet te maken. In tegenstelling daarmee werkte de schakeling van fig. 6 kcntinu want daar konden in principe de signalen op willekeurige ogenblikken van stand veranderen.

De oscillator 314 levert klcfcsignalen aan de teller 316, dit kan bijvoorbeeld een gebruikelijke vierbitsteller zijn. Deze is voorzien van 30 een volteluitgang 320, bijvoorbeeld een uitgang voor een rimpelover-drachtssignaal. Uitgang 320 is via OF-poort 322 verbonden met een geïnverteerde toesterrmingsingang 324: als de teller is volgeteld zijn verdere kloksignalen dus onwerkzaam. De teller is voorts voorzien van een uitgang 318 die een hoog signaal afgeeft wanneer de tellerstand groter 35 is dan een bepaalde waarde m. In de eerder vermelde vierbits teller heeft N de waarde 15 en m bijvoorbeeld de waarde 8, zodat het uitgangssignaal van een bittrap hier naar buiten gevoerd kan worden. De uitgang 8203921 PHN 10.470 12 van de OF-poort 322 wordt in En-poort 324 samengenanen net de uitgang 318 van teller 316. Het uitgangssignaal van EN-poort 324 wordt teruggevoerd naar de terugstelingang van teller 316 zodat laatstgenoemde bij vol tellen direkt weer in de nulstand kcmt. De uitgang van poort 324 5 is tevens verbonden met tweedeler 326 die in werking overeenkant net tweedeler 308 in fig. 6. Aan de uitgang van de afwijkingsbepaler 310 is aangesloten een dataflipflop 328 die onder besturing van een signaal van oscillator 314 het uitgangssignaal van afwijkingsbepaler 310 voorlopig opslaat. De uitgang van dataflipflop 328 wordt tenslotte toe-10 gevoerd aan de OF-poort 322.

fig. 8 geeft de informatieinhoud van afwijkingsbepaler 310 indien uitgevoerd als PRQM geheugen en ingericht voor een zesvoudig kloksysteem. De vertaling naar een programmeerbaar logisch netwerk is daarmee een elementaire zaak geworden. Het signaal S stelt voor het 15 "eigen" kloksignaal (op de uitgang van respektievelijk element 308, 326). De signalen X1, X2, X3, X4, X5 zijn de overeenkomstige signalen van de vijf andere klokken. Het signaal D is het uitgangssignaal van de afwijkingsbepaler. Aan de linkerkant geven de kolommen D, S, de situatie weer bij S=Q, en in het geval ten hoogste twee klokschakelingen mogen af-20 wijken: dit aantal van twee is dus de redundantiegraad. Nu wordt het uitgangssignaal D gevormd als het meerderheidssignaal tussen de signalen X1, X2, X3, X4, X5. Aan de rechterkant geven de kolaimen D, S de situatie weer bij S=1: dan wordt het signaal D gevormd als de inverse waarde van het meerderheidssignaal tussen de signalen X1, X2, X3, X4, X5.

25 Aan de linkerkant geeft de kolom D1 de situatie weer als het systeem is ontworpen voor een fouttolerantiegraad F=1. Dan is D1=ö alleen als een gekwalificeerde meerderheid (tenminste vier) van de signalen X1.. .X5 de waarde o heeft. Grenzen voor deze gekwalificeerde meerderheid als funktie van het aantal klokschakelingen en de waarde van de redundantie-30 graad zijn hiervoor besproken. In het geval van een viervoudig kloksysteem worden alleen de regelnummers 4p-1, 4p-2) genomen met p=1, 2.... 8. Daarvoor geldt steeds X4^X5, en worden X4, X5 niet beschouwd. Overeenkomstige consideraties gelden voor acht- en meervoudige kloksystemen.

Een programmeerbaar alleen leesgeheugen als boven vermeld kan als 35 volgt warden gebruikt in een systeem met minder klokken dan het aantal ingangen van het PRQM-geheugen: dan wordt op de vrije ingangen het eigen kloksignaal toegevoerd onder overeenkomstige aanpassing van de 8203821 Γ' • » ** ΡΗΝ 10.470 13 informtie-inhoud van het PRCM-geheugen. Het is voorts mogelijk cm in de schakeling van Fig. 6 ook de EXCLUSIEF-OF-poort 302 in de funktie van het dood geheugen qp te nemen; daardoor vervalt de vertraging door het PRGM-geheugen als werkzaam verschijnsel in de schakeling. Sons wordt 5 dan een betere werking verkregen.

10 15 20 25 30 35 8203921

Claims (12)

1. Multipel redundant kloksysteem, bevattende een aantal n 4 onderling synchroniserende klokken met elk een respectievelijke klok-uitgang voor een tweewaardig kloksignaal, welk systeem bevat een ver-bindingsnetwerk cm van elke klok het kloksignaal aan elk der overige 5 klokken toe te voeren, waarbij elke klok bevat een oscillatorschakeling en een afwijkingsbepaler (310) die middels een interkonnektie is aangesloten op de osc illatorschakeling en welke afwijkingsbepaler verdere ingangen bezit cm de kloksignalen der andere klokken te ontvangen, net het kenmerk, dat alle klokken als deel van genoemde interkonnektie 10 een deelschakeling (308, 326) bevatten met twee standen die is ingericht om isochroon met dë perioden van de oscillator schakeling op een terug— kerende (recurrent) reeks van cmschakelpunten te worden cmgeschakeld en op zijn uitgang per stand voortdurend de bijbehorende signaalwaarde van het "eigen" kloksignaal af te geven, dat de afwijkingsbepaler een 15 vergelijkinrichting bevat cm het aantal van andere klokken ontvangen en van het eigen kloksignaal afwijkende kloksignalen te vergelijken met een toelaatbare bovengrens die ten hoogste gelijk is aan entier { ½ (n-1) j , en bij een groter aantal in een op een anschakelpunt direkt volgende eerste periode een vertraagsignaal doch in een aan een cmschakelpunt 20 direkt voorafgaande tweede periode een versnellingssignaal te genereren cm de frekwentie van de oscillatorschakeling bij te regelen.

2. Multipel redundant kloksysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat genoemde bovengrens ten hoogste gelijk is aan entier l 1/3 (n-1)1 .

3. Multipel redundant kloksysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het einde van een genoemde eerste periode aansluit op het begin van een genoemde tweede periode.

4. Multipel redundant kloksysteem volgens conclusie 1 of 2, net het kenmerk dat tussen een genoemde eerste periode en een direkt daarop- 30 volgende tweede periode een derde periode is gelegen, en dat een fout-detektieschakeling aanwezig is cm tijdens genoemde derde periode bij het overschrijden van genoemde bovengrens een foutsignaal te geven.

5. Multipel redundant kloksysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een uitschakelbesturingselement aanwezig is cm onder be- 35 sturing van genoemd foutsignaal de aldus fout bevonden klok uit te schakelen.

6. Multipel redundant kloksysteem volgens één der conclusies 1 3203921 Ft :-'-· /s, ► · PHN 10.470 15 tot en met 5, met het kenmerk, dat genoemde deelschakeling een synchroon met de periode van de oscillatorschakeling bestuurde tweedeler is.

7. Multipel redundant kloksysteem volgens één der conclusies 1 tot en met 6, net het kenmerk, dat de oscillatorschakeling bevat’ een randge- 5 koppelde keten met een EXOLUSIEF-OF-pcort 302,, een laagdoorlaatfilter 304, en een oscillator 306 en dat de deelschakeling verbonden is met een uitgang van de oscillator en de uitgang van de afwijkingsbepaler is verbonden met een ingang van de EXCLUSIEF-OF-poort cm bij het overschrijden van genoemde bovengrens daaraan in genoemde eerste periode een eerste logische 10 waarde en in genoemde tweede periode een tweede logische waarde, doch ten te voeren. andere resp. de tweede logische waarde en de eerste logische waarde toe/

8. Multipel redundant kloksysteem volgens één der conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk dat de oscillatorschakeling bevat een oscillator en een door de oscillator gevoede teller 316, die van een 15 beginstand naar een eindstand loopt, dat voorts een logische schakeling 322, 324 aanwezig is die onder besturing van een uitgangssignaal van de afwijkingsbepaler bij een lage tellerstand een houd-signaal, doch in een hoge tellerstand een versnellingssignaal vormt.

9. Multipel redundant kloksysteem volgens conclusie 8, met het 20 kenmerk, dat genoemd versnellingssignaal een voltelsignaal emuleert.

10. Multipel redundant kloksysteem volgens een der conclusies 1 tot en met 9, met het kenmerk, dat voor n=4 de afwijkingsbepaler een meerderheidsbepaler voor de kloksignalen der andere klokken bevat en een vergelijkschakeling die gevoed wordt door een uitgangssignaal van 25 de meerderheidsbepaler en door het eigen kloksignaal.

11. Klokschakeling, te gebruiken in een multipel redundant kloksysteem volgens één der voorgaande conclusies en voorzien van (n-1) externe aansluitingen voor het ontvangen van extern gevormde kloksignalen, en voorts voorzien van oscillatorschakeling, deelschakeling en afwij- 30 kingsbepaler volgens het voorgaande.

12. Multiprocessorrekenmachinesysteem, bevattende n reken-machinemodules, waarbij elke rekenmachinemodule bevat een klok volgens conclusie 11, zodat de n klokken tesamen een multipel redundant kloksysteem vormen volgens een der conclusies 1 tot en met 10, 35 waarbij elke rekenmachine voorts bevat een processormodule voor het bewerken van een datawoord, een op de processormodule aangesloten reducerende kodevormer cm uit het datawoord een kodesymbool te vormen zodat de n kodesymbolen die uit een datawoord zijn 8203921 PHN 10.470 16 w » 1 ► gevormd een kodewoord vormen van een enkel-symboolfout-korrigerende kode, een geheugenmodule die is aangesloten qp de reducerende kodevormer cm per datawoord een kodesymbcol qp te slaan, en een datawoordrekon-struktierrodule, •waarbij de datawoordrekonstruktiemodules van alle 5 rekenmachinemodules door een tweede verbindingsnetwerk qp de respektie-velijke rekenmacMnemodules zijn aangesloten cm de respektievelijke ko-desymbolen van een kodewoord te ontvangen en daaruit een datawoord te rekons truer en ter presentatie aan de processormodule van de betreffende rekenmachinemodule, en waarbij de respektieveljke gegevens bewer-10 kingen door het kloksysteem worden gesynchroniseerd. 15 20 25 30 1 8203921