The structure of the computer system in the residual classes

Abstract

The subject of the article is the formulation and solution of the inverse problem of optimal redundancy in the system of residual classes (RNS) based on the use of the dynamic programming method. The solution of this problem makes it possible to improve the reliability of the operation of computer systems and components (CSC) in the RNS. The purpose of the article is to increase the reliability of the functioning of CSC, which are built on the basis of the use of RNS, without reducing the speed of calculations, as well as to calculate and compare the reliability, in terms of the probability of failure-free operation, of CSC in RNS and a tripled computing system that operates in a positional binary number system (PNS). Tasks: to analyze the influence of the number system used on the reliability of the CSC, taking into account the primary and secondary redundancy; to synthesize a computing system in RNS for a l-byte bit grid based on the use of the passive fault tolerance method (constant structural redundancy); formulate and solve the inverse problem of optimal redundancy in RNS based on the use of the dynamic programming method; to check the correctness of the results obtained, calculate the conditional amount of computer system equipment in the residual classes; evaluate the efficiency of using RNS to improve reliability when building a redundant CSC in relation to a redundant CSC in the PNS. Research methods: methods of analysis and synthesis of computer systems, number theory, coding theory in RNS, reliability theory. The following results are obtained. The paper shows that the use of PNS as a number system does not allow a radical increase in the performance and reliability of CSC. In this regard, the article developed the concept of using RNS as a number system for constructing a CSC. Based on this, the inverse problem of optimal redundancy in RNS is formulated and solved. Conclusions. As shown by the results of calculations and comparative analysis, the use of RNS provides a higher reliability of the CSC than the majority three-channel computing system in the PNS. The obtained research results can be used for the synthesis of fault-tolerant computer structures in RNS.

Предметом статті є постановка та вирішення зворотної задачі оптимального резервування в системі залишкових класів (СЗК) на основі використання методу динамічного програмування. Вирішення поставленого завдання дає можливість підвищити надійність роботи комп'ютерних систем та компонентів (КСК) у СЗК. Метою статті є підвищення надійності функціонування КСК, які будуються на базі використання СЗК, без зниження швидкості обчислень, а також проведення розрахунку та порівняльного аналізу надійності, за ймовірністю безвідмовної роботи, КСК у СЗК та тройованої обчислювальної системи, яка функціонує у позиційній двійковій системі числення (ПСЧ). Завдання: провести аналіз впливу системи числення, що використовується, на надійність КСК з урахуванням первинної та вторинної надмірності; синтезувати обчислювальну систему в СЗК для l-байтової бітової сітки на основі використання методу пасивної відмовостійкості (постійної структурної надмірності); сформулювати та вирішити обернену задачу оптимального резервування в СЗК на основі використання методу динамічного програмування; для перевірки коректності отриманих результатів провести розрахунок умовної кількості обладнання обчислювальної системи у залишкових класах; оцінити ефективність використання СЗК для підвищення надійності при побудові резервованої КСК по відношенню до резервованої КСК у ПСЧ. Методи дослідження: методи аналізу та синтезу комп'ютерних систем, теорія чисел, теорія кодування в СЗК, теорія надійності. Отримано такі результати. У роботі показано, що використання ПСЧ, як системи числення, не дозволяє радикально підвищити продуктивність і надійність КСК. У зв'язку з цим у статті розроблено концепцію використання СЗК, як систему числення для побудови КСК. На підставі цього сформульована та вирішена зворотна задача оптимального резервування в СЗК. Висновки. Як показали результати розрахунків та порівняльного аналізу використання СЗК забезпечує більш високу надійність КСК, ніж мажоритарна триканальна обчислювальна система в ПСЧ. Отримані результати досліджень можуть бути використані для синтезу відмовостійких комп'ютерних структур у СЗК.