هازارد (منطق)

في المنطق الرقمي ، يُعرَّف الخطر بأنه تأثير غير مرغوب فيه ناتج إما عن قصور في النظام أو عن مؤثرات خارجية في الدوائر المتزامنة وغير المتزامنة . ^[¹^]^:⁴³ تتجلى مخاطر المنطق في مشكلة لا تؤدي فيها تغييرات متغيرات الإدخال إلى تغيير المخرجات بشكل صحيح، وذلك بسبب نوع من التأخير الناتج عن عناصر المنطق ( بوابات NOT و AND و OR ، إلخ). ينتج عن ذلك عدم أداء المنطق لوظيفته على النحو الأمثل. وتُصنَّف المخاطر عادةً إلى ثلاثة أنواع رئيسية: المخاطر الثابتة، والمخاطر الديناميكية، ومخاطر الوظيفة.

تُعدّ المخاطر مشكلة مؤقتة، إذ ستستقر الدائرة المنطقية في النهاية على الوظيفة المطلوبة. لذا، في التصاميم المتزامنة، من الممارسات الشائعة تسجيل خرج الدائرة قبل استخدامها في نطاق زمني مختلف أو توجيهها خارج النظام، لتجنب أي مشاكل قد تُسببها المخاطر. أما إذا لم يكن الأمر كذلك، فمن الضروري إزالة المخاطر لأنها قد تؤثر على الأنظمة الأخرى المتصلة.

مخاطر الكهرباء الساكنة

الخطر الثابت هو تغير حالة الإشارة مرتين متتاليتين عندما يُتوقع أن تظل الإشارة ثابتة. ^{[ 1 ]}^{: 48} عندما تتغير إحدى إشارات الإدخال، يتغير الخرج مؤقتًا قبل أن يستقر على القيمة الصحيحة. هناك نوعان من المخاطر الثابتة:

خطر ثابت-1: يكون الناتج حاليًا 1، وبعد تغيير المدخلات، يتغير الناتج مؤقتًا إلى 0 أو 1 قبل أن يستقر على 1.
خطر الثبات عند الصفر: يكون الناتج حاليًا صفرًا، وبعد تغيير المدخلات، يتغير الناتج مؤقتًا إلى 1 أو 0 قبل أن يستقر على الصفر.

في منطق AND-OR ثنائي المستوى المُصاغ بشكل صحيح والمبني على تعبير مجموع المنتجات، لن تكون هناك مخاطر ثابتة-0 (ولكن قد تظل هناك مخاطر ثابتة-1). وعلى العكس من ذلك، لن تكون هناك مخاطر ثابتة-1 في تطبيق OR-AND لتعبير حاصل ضرب المجاميع (ولكن قد تظل هناك مخاطر ثابتة-0).

الطريقة الأكثر شيوعًا للتخلص من المخاطر الثابتة هي إضافة منطق زائد (مصطلحات توافق في التعبير المنطقي).

مثال على خطر ثابت

لنفترض وجود دائرة غير مثالية تعاني من تأخير في عناصر المنطق المادية، مثل بوابات AND وما إلى ذلك.

تقوم الدائرة البسيطة بالوظيفة مع ملاحظة ما يلي:

{\overline {f(A,B,C)}}=AB+{\overline {A}}C

من خلال النظر إلى المخطط الأولي، يتضح أنه في حال عدم وجود أي تأخير، ستعمل الدائرة بشكل طبيعي. مع ذلك، لا يتم تصنيع بوابتين متطابقتين تمامًا. نتيجةً لهذا النقص، سيكون تأخير بوابة AND الأولى مختلفًا قليلًا عن نظيرتها. وبالتالي، يحدث خطأ عند تغيير المدخل من 111 إلى 011، أي عند تغيير حالة A.

الآن وقد عرفنا تقريبًا كيف يحدث الخطر، للحصول على صورة أوضح وحل لكيفية حل هذه المشكلة، سننظر إلى خريطة كارنو .

تنص نظرية أثبتها هوفمان ^{[ 2 ]} على أن إضافة حلقة زائدة 'BC' ستزيل الخطر.

الوظيفة المعدلة هي:

{\overline {f(A,B,C)}}=AB+{\overline {A}}C+BC

الآن، نلاحظ أنه حتى مع وجود عناصر منطقية غير مثالية، لن يُظهر مثالنا أي علامات على وجود مخاطر عند تغيير حالة A. يمكن تطبيق هذه النظرية على أي نظام منطقي. تتولى برامج الحاسوب معظم هذا العمل حاليًا، ولكن في الأمثلة البسيطة، يكون تصحيح الأخطاء يدويًا أسرع. عندما يكون هناك العديد من متغيرات الإدخال (ستة أو أكثر مثلًا)، يصبح من الصعب جدًا "رؤية" الأخطاء على خريطة كارنو.

المخاطر الديناميكية

الخطر الديناميكي هو سلسلة من تغيرات حالة الإشارة التي تحدث عدة مرات متتالية، في حين يُتوقع أن تتغير حالة الإشارة مرة واحدة فقط. ^{[ 1 ]}^{: 48} الخطر الديناميكي هو احتمال تغير المخرج أكثر من مرة نتيجة لتغير واحد في المدخل.

غالباً ما تحدث المخاطر الديناميكية في الدوائر المنطقية الكبيرة حيث توجد مسارات مختلفة إلى المخرج (من المدخل). إذا كان لكل مسار تأخير مختلف، فسيتضح سريعاً وجود احتمال لتغير قيم المخرجات لتختلف عن المخرجات المطلوبة/المتوقعة.

على سبيل المثال، من المفترض أن تغير دائرة منطقية حالة الخرج من 1 إلى 0 ، ولكنها بدلاً من ذلك تغير من 1 إلى 0 ثم إلى 1 ، وأخيراً تستقر عند القيمة الصحيحة 0. وهذا يُعدّ خطراً ديناميكياً.

وكقاعدة عامة، فإن المخاطر الديناميكية أكثر تعقيدًا في حلها، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه إذا تم التخلص من جميع المخاطر الثابتة من الدائرة، فلا يمكن أن تحدث المخاطر الديناميكية.

المخاطر الوظيفية

على عكس المخاطر الثابتة والديناميكية، فإن المخاطر الوظيفية هي تلك الناجمة عن تغيير يُطبق على أكثر من مدخل واحد. لا يوجد حل منطقي محدد للتخلص منها. إحدى الطرق الموثوقة هي منع المدخلات من التغيير في آنٍ واحد، وهو أمر غير قابل للتطبيق في بعض الحالات. لذا، ينبغي تصميم الدوائر بعناية لضمان تساوي التأخيرات في كل مسار. ^{[ 3 ]}

آحرون

مخاطر المنطق التوافقي: في المنطق التوافقي، يكمن الخطر في اعتماده على توزيع تأخيرات انتشار الإشارة في الدوائر المنطقية والتصميم العام لوظيفة الدائرة المنطقية المُنفذة. ^{[ 1 ]}^{: 43}

المخاطر الوظيفية المركبة: توجد في المنطق التوافقي مخاطر يمكن اكتشافها وقمعها على مستوى أعلى من البرمجة، وذلك من خلال دراسة وتعديل دالة منطق الإخراج. ^{[ 1 ]}^{: 43}
المخاطر المتسلسلة: يُعدّ هذا نوعًا من التغيرات غير المرغوب فيها في الإشارة الموجودة في الأنظمة الحلقية. ^{[ 1 ]}^{: 43}

انظر أيضاً

لا أهتم
تأثير الجسم العائم ، وهو سبب محتمل لخطر وجود السيليكون على الأجهزة العازلة
خلل
هازارد (هندسة الحاسوب)
تكرار المنطق
حالة السباق

مراجع

1 2 3 4 5 6 لوبيز، جيريمي (2018-11-26) [2017]. "تصميم دائرة متكاملة مبتكرة غير متطايرة بتقنية GALS (غير متزامنة عالميًا ومتزامنة محليًا) لتطبيقات الفضاء" (ملف PDF) . جامعة مونبلييه.
↑ هوفمان، د. أ. (1957)، "تصميم واستخدام شبكات التبديل الخالية من المخاطر"، مجلة ACM ، 4 ، J. ACM 4، 47: 47-62 ، doi : 10.1145/320856.320866 ، S2CID 1765037
↑ "المخاطر" . www.ee.surrey.ac.uk . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-03-2018 .

http://www.ee.surrey.ac.uk/Projects/Labview/Sequential/Course/02-Hazards/hazards.htm#FunctionHazards

[Lopes2017-1] 1 2 3 4 5 6 لوبيز، جيريمي (2018-11-26) [2017]. "تصميم دائرة متكاملة مبتكرة غير متطايرة بتقنية GALS (غير متزامنة عالميًا ومتزامنة محليًا) لتطبيقات الفضاء" (ملف PDF) . جامعة مونبلييه.

[2] هوفمان، د. أ. (1957)، "تصميم واستخدام شبكات التبديل الخالية من المخاطر"، مجلة ACM ، 4 ، J. ACM 4، 47: 47-62 ، doi : 10.1145/320856.320866 ، S2CID 1765037

[3] "المخاطر" . www.ee.surrey.ac.uk . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-03-2018 .

[

[ 2 ]

[ 3 ]