التكرار المعياري الثلاثي
في مجال الحوسبة ، يُعدّ التكرار الثلاثي المعياري ، والذي يُسمى أحيانًا التكرار ثلاثي الأنماط ، [ 1 ] ( TMR ) شكلاً مقاومًا للأعطال من التكرار المعياري N، حيث تقوم ثلاثة أنظمة بتنفيذ عملية ما، ثم تُعالج النتيجة بواسطة نظام التصويت بالأغلبية لإنتاج مخرج واحد. في حال تعطل أي من الأنظمة الثلاثة، يمكن للنظامين الآخرين تصحيح العطل وإخفائه.
يمكن تطبيق مفهوم TMR على العديد من أشكال التكرار ، مثل تكرار البرامج في شكل برمجة N-version ، وهو شائع في أنظمة الكمبيوتر المقاومة للأخطاء .
تستخدم أنظمة الأقمار الصناعية الفضائية غالبًا تقنية TMR، [ 2 ] [ 3 ] على الرغم من أن تقنية RAM للأقمار الصناعية تستخدم عادةً تصحيح أخطاء هامينغ . [ 4 ]
تستخدم بعض ذاكرات تصحيح الأخطاء (ECC) تقنية التكرار الثلاثي (بدلاً من تقنية هامينغ الأكثر شيوعًا )، لأن تقنية التكرار الثلاثي أسرع من تقنية تصحيح الأخطاء هامينغ. [ 5 ] تستخدم بعض أنظمة الاتصالات، التي تُسمى تقنية التكرار ، التكرار من الرتبة N كشكل بسيط لتصحيح الأخطاء الأمامية . على سبيل المثال، تستخدم أنظمة الاتصالات ذات التكرار من الرتبة 5 (مثل FlexRay ) أغلبية العينات الخمس؛ فإذا كانت أي نتيجتين من النتائج الخمس خاطئتين، يمكن للنتائج الثلاث الأخرى تصحيح الخطأ وإخفائه.
يُعد التكرار المعياري مفهومًا أساسيًا يعود تاريخه إلى العصور القديمة، بينما كان أول استخدام لتقنية التكرار المعياري في جهاز كمبيوتر هو الكمبيوتر التشيكوسلوفاكي SAPO في الخمسينيات من القرن الماضي.
الحالة العامة
تُسمى الحالة العامة لتقنية TMR بالتكرار المعياري N ، حيث يُستخدم أي عدد موجب من تكرارات نفس الإجراء. ويُختار هذا العدد عادةً على الأقل ثلاثة، حتى يتسنى تصحيح الأخطاء بالتصويت بالأغلبية؛ كما يُختار عادةً عددًا فرديًا، حتى لا تحدث حالات تعادل. [ 6 ]
بوابة منطقية للأغلبية
بوابة أغلبية ثلاثية المدخلات
تكون قيمة خرج بوابة الأغلبية ذات المدخلات الثلاثة 1 إذا كان اثنان أو أكثر من مدخلات بوابة الأغلبية يساويان 1؛ وتكون قيمة الخرج 0 إذا كان اثنان أو أكثر من مدخلات بوابة الأغلبية يساويان 0. وبالتالي، فإن بوابة الأغلبية هي خرج الحمل لجامع كامل ، أي أن بوابة الأغلبية هي آلة تصويت . [ 7 ]
يمكن تمثيل بوابة الأغلبية ذات المدخلات الثلاثة بالمعادلة المنطقية وجدول الحقيقة التاليين :
| أدخل أ ب ج | المخرج Q | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
في تقنية TMR، تُستخدم ثلاث دوائر منطقية متطابقة (بوابات منطقية) لحساب نفس مجموعة الدوال المنطقية المحددة. في حال عدم وجود أعطال في الدوائر، تكون مخرجات الدوائر الثلاث متطابقة. أما في حال حدوث أعطال، فقد تختلف مخرجات الدوائر الثلاث.
عملية TMR
بافتراض أن الدالة المنطقية المحسوبة بواسطة البوابات المنطقية الثلاث المتطابقة تساوي 1، فإنه: (أ) إذا لم تتعطل أي دائرة، فإن جميع الدوائر الثلاث تُنتج خرجًا بقيمة 1، ويكون خرج بوابة الأغلبية 1. (ب) إذا تعطلت إحدى الدوائر وأنتجت خرجًا بقيمة 0، بينما تعمل الدائرتان الأخريان بشكل صحيح وتُنتجان خرجًا بقيمة 1، فإن خرج بوابة الأغلبية يكون 1، أي أنه لا يزال يحمل القيمة الصحيحة. وينطبق الأمر نفسه في حالة كون الدالة المنطقية المحسوبة بواسطة الدوائر الثلاث المتطابقة تساوي 0. وبالتالي، يُضمن صحة خرج بوابة الأغلبية طالما لم تتعطل أكثر من دائرة منطقية واحدة من الدوائر الثلاث المتطابقة. [ 7 ]
بالنسبة لنظام TMR ذي مصوت واحد للموثوقية (احتمالية العمل) R v وثلاثة مكونات للموثوقية R m ، يمكن إثبات أن احتمالية صحته هي R TMR = R v (3 R m 2 − 2 R m 3 ) . [ 6 ]
ينبغي لأنظمة TMR استخدام تنظيف البيانات - إعادة كتابة القلابات بشكل دوري - لتجنب تراكم الأخطاء. [ 8 ]
ناخب
قد تفشل بوابة الأغلبية نفسها. ويمكن الحماية من ذلك بتطبيق نظام التكرار الثلاثي على الناخبين أنفسهم. [ 9 ]
في بعض أنظمة التكرار المعياري الثلاثي (TMR)، مثل الحاسوب الرقمي لمركبة إطلاق ساتورن وأنظمة التكرار المعياري الثلاثي الوظيفي (FTMR) ، يتم تكرار الناخبين ثلاث مرات. يُستخدم ثلاثة ناخبين - واحد لكل نسخة من المرحلة التالية من منطق TMR. في مثل هذه الأنظمة، لا توجد نقطة فشل واحدة . [ 10 ] [ 11 ]
على الرغم من أن استخدام ناخب واحد فقط يُشكّل نقطة ضعف واحدة - إذ أن فشل الناخب سيؤدي إلى انهيار النظام بأكمله - فإن معظم أنظمة إعادة التصويت الثلاثية لا تستخدم ناخبين مكررين. ويعود ذلك إلى أن بوابات الأغلبية أقل تعقيدًا بكثير من الأنظمة التي تحميها، وبالتالي فهي أكثر موثوقية . [ 7 ] وباستخدام حسابات الموثوقية، يُمكن تحديد الحد الأدنى من موثوقية الناخب اللازم لنجاح نظام إعادة التصويت الثلاثية. [ 6 ]
الساعات
للاستفادة من نظام التكرار المعياري الثلاثي، يجب أن تحتوي السفينة على ثلاثة كرونومترات على الأقل ؛ يوفر وجود كرونومترين نظام تكرار معياري مزدوج ، مما يسمح بوجود نسخة احتياطية في حال تعطل أحدهما، ولكنه لا يسمح بتصحيح الأخطاء إذا أظهر الكرونومتران توقيتًا مختلفًا، لأنه في حالة وجود تناقض بين الكرونومترين، سيكون من المستحيل معرفة أيّهما معطل ( سيكون اكتشاف الخطأ مماثلاً لوجود كرونومتر واحد فقط وفحصه دوريًا). أما وجود ثلاثة كرونومترات فيوفر نظام تكرار معياري ثلاثي، مما يسمح بتصحيح الأخطاء إذا كان أحدها معطلاً، وبالتالي سيأخذ المرشد متوسط القراءتين الأكثر دقة (التصويت على دقة المتوسط).
هناك قول مأثور قديم بهذا المعنى، يقول: "لا تذهب إلى البحر ومعك ساعتان كرونومتر؛ خذ واحدة أو ثلاث." [ 12 ]
يعني هذا أساسًا أنه إذا تعارضت قراءات كرونومترين ، فكيف يُمكن تحديد أيّهما صحيح؟ في الماضي، كانت هذه الملاحظة أو القاعدة مكلفة، إذ كانت تكلفة ثلاثة كرونومترات دقيقة بما يكفي تفوق تكلفة العديد من أنواع السفن التجارية الصغيرة. [ 13 ] حملت بعض السفن أكثر من ثلاثة كرونومترات، فعلى سبيل المثال، حملت سفينة إتش إم إس بيغل 22 كرونومترًا . [ 14 ] مع ذلك، لم يكن هذا العدد الكبير يُحمل عادةً إلا على السفن التي تقوم بأعمال المسح، كما هو الحال مع بيغل .
في العصر الحديث، تستخدم السفن في البحر أجهزة استقبال الملاحة عبر الأقمار الصناعية (مع دعم GPS و GLONASS و WAAS وما إلى ذلك) - تعمل في الغالب مع دعم WAAS أو EGNOS لتوفير الوقت (والموقع) بدقة.
في الثقافة الشعبية
- في رواية الخيال العلمي " لقاء مع راما" للكاتب آرثر سي كلارك ، يستخدم الرامان بكثرة التكرار الثلاثي.
- في سلسلة الأنمي الشهيرة "نيون جينيسيس إيفانجيليون" ، تُعتبر "الماجي" مجموعة من ثلاثة حواسيب فائقة بيولوجية ، يجب أن تتفق على أغلبية ثلثي الأصوات قبل إصدار أي قرار. [ 15 ]
- في فيلم "تقرير الأقلية "، يُستخدم ثلاثة "متنبئين" للتنبؤ بجرائم القتل الوشيكة، باستخدام نظام تكرار ثلاثي. في الحبكة، يفشل هذا النظام، مما يتسبب في نتيجة إيجابية خاطئة: يُتهم رجل بريء ظلماً بالقتل.
انظر أيضاً
مراجع
- ^ “ديفيد راتر”. “FPGAs على المريخ”( ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مايو 2020 .
- ↑ "مهندسو شركة أكتيل يستخدمون نظام التكرار الثلاثي في معالج FPGA الجديد المقاوم للإشعاع" . مجلة الإلكترونيات العسكرية والفضائية . تاريخ الاسترجاع : 9 أبريل 2017 .
- ↑ ECSS-Q-HB-60-02A : دليل تقنيات تخفيف آثار الإشعاع في الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs) ومصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGAs)
- ↑ "تقنيات الإلكترونيات الدقيقة التجارية للتطبيقات في بيئة إشعاع الأقمار الصناعية" . radhome.gsfc.nasa.gov . مؤرشف من الأصل في 4 مارس 2001. تم الاطلاع عليه في 30 مايو 2020 .
- ↑ "استخدام وحدة التحكم StrongArm SA-1110 في الحاسوب المدمج للقمر الصناعي النانوي" . مركز تسينغهوا الفضائي، جامعة تسينغهوا، بكين. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-10-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-02-16 .
- 1 2 3 شومان، مارتن ل. (2002). "التكرار المعياري N". موثوقية أنظمة وشبكات الحاسوب: تحمل الأعطال، والتحليل، والتصميم . وايلي-إنترساينس. ص 145-201 . doi : 10.1002/047122460X.ch4 . ISBN 9780471293422.ملاحظات الدورة
- 1 2 3 ديليب ف. ساروات، ملاحظات المحاضرة لمقرر ECE 413 - الاحتمالات مع التطبيقات الهندسية، قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب (ECE) ، كلية الهندسة بجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين
- ^ زابولوتني، فويتشخ م. كودلا، إغناسي م.؛ بوزنياك، كرزيستوف تي؛ بونكوفسكي، كارول؛ كيرزكوفسكي، كرزيستوف؛ فروتشنا، جرزيجورز؛ كروليكوفسكي ، يناير (2005/09/16). “التصميم المتسامح مع الإشعاع لنظام RLBCS لكاشف RPC في تجربة LHC”. في رومانيوك، ريزارد إس؛ سيمروك، ستيفان؛ لوتكوفسكي، فلاديمير م. (محرران). تطبيقات الضوئيات في الصناعة والبحث الرابع . المجلد. 5948. وارسو، بولندا. ص 59481 هـ. دوى : 10.1117/12.622864 . S2CID 15987757 .
{{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط ) - ↑ أ. و. كرينغز. "التكرار" . 2007
- ↑ ساندي هابينك (2002). "التكرار الوظيفي الثلاثي المعياري (FTMR): منهجية تصميم VHDL للتكرار في المنطق التوافقي والتسلسلي" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2012-06-05.
- ↑ ليونز، ر. إي.؛ فاندركولك، و. (أبريل 1962). "استخدام التكرار الثلاثي لتحسين موثوقية الحاسوب" (ملف PDF) . مجلة آي بي إم للبحوث والتطوير . 6 (2): 200-209 . doi : 10.1147/rd.62.0200 .
- ↑ بروكس، فريدريك ج. ( 1995) [1975]. الشهر الأسطوري للرجل . أديسون-ويسلي. ص 64. ISBN 978-0-201-83595-3.
- ↑ "ردًا على: خط الطول كقصة حب" . Irbs.com، القائمة البريدية للملاحة. 12 يوليو 2001. مؤرشف من الأصل في 20 مايو 2011. تم الاطلاع عليه في 16 فبراير 2009 .
- ↑ ر. فيتزروي. "المجلد الثاني: وقائع البعثة الثانية" . ص 18.
- ^ سيليس دي لوكاس، فيكتور؛ هيرنانديز بيريز ، مانويل (2024/03/16). "التفسير والوكالة التأليفية من خلال الأيقونات اليهودية والمسيحية في الرسوم المتحركة اليابانية: نيون جينيسيس إيفانجيليون (1995-97) كعمل مفتوح" . إيمافرونت (31): 224–237 . دوى : 10.6018/imafronte.569471 . ردمك 1989-4562 .
روابط خارجية
- مقال حول تقنية TMR مع الإشارة إلى استخدامها في إلكترونيات الطيران والصناعة
- جونسون، جيه إم، وويرثلين، إم جيه (فبراير 2010). خوارزميات إدخال الناخبين لتصميمات FPGA باستخدام التكرار المعياري الثلاثي. في وقائع الندوة الدولية السنوية الثامنة عشرة لجمعية ACM/SIGDA حول مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الميدانية (ص 249-258). ACM.
- مفاهيم هندسية
- هندسة الموثوقية
- أمان
- أنظمة حاسوبية مقاومة للأعطال
- اكتشاف الأخطاء وتصحيحها