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¿Cómo podemos estar seguros de que los equipos nunca accidentalmente cambiar un 0 por un 1?

He leído un poco acerca de la construcción de una computadora digital en Shocken/Nisan: Los Elementos de los Sistemas de Computación. Pero este libro no dice nada acerca de ciertos aspectos eléctricos en los equipos, por ejemplo: Se dice a menudo que 0 y 1 son representados por la tensión, si la tensión está en el intervalo [0, 0.9), entonces es un 0. Si la tensión está en el intervalo [0.9, 1.5), entonces es un 1 (voltajes pueden variar, solo estoy dando un ejemplo).

Pero nunca he leído lo que mantiene a tensiones eléctricas "bien portados", de manera que un 0 nunca podría accidentalmente un 1 debido a la eléctrica volatilidad[1] dentro de la computadora. Tal vez es posible que la tensión está muy cerca de 0.9, entonces, ¿qué se hace para evitar que se pasan el umbral?

[1]: Suponiendo que existe.

101voto

duskwuff Puntos 1570

Se dice a menudo que 0 y 1 son representados por la tensión, si la tensión está en el intervalo [0, 0.9), entonces es un 0. Si la tensión está en el intervalo [0.9, 1.5), entonces es un 1 (voltajes pueden variar, solo estoy dando un ejemplo).

Hasta cierto punto, has la mayoría de los casos este problema mediante el uso de un realista ejemplo. Hay un espacio mucho más grande entre la lógica de alta y baja en el real circuitos.

Por ejemplo, 5V CMOS lógica de salida será de 0-0.2 V para la lógica de baja y 4.7-5V para la lógica de alta, y constantemente se acepta cualquier cosa en virtud de 1.3 V como de baja o algo más de 3.7 V como alta. Es decir, no son mucho más estrictos márgenes en las salidas de las entradas, y hay un enorme hueco que queda entre los voltajes que pueden ser utilizados para la lógica de las señales de baja (<1.3 V) y que podrían ser utilizados para el lógico alto (>3.7 V). Todo esto está específicamente diseñado para hacer de derechos de emisión de ruido, y para evitar que la misma clase de un cambio accidental que estás describiendo.

He aquí una representación visual de los umbrales para una variedad de lógica de normas, que he tomado prestado de interfacebus.com:

Logic level thresholds][1]

Cada columna representa una lógica estándar, y el eje vertical es de tensión. Aquí está lo que representa cada color:

  • Naranja: Voltajes en este rango de salida para la lógica de alta, y se acepta como lógico alto.
  • Luz verde: Voltajes en este rango se acepta como lógico alto.
  • Rosa/azul: Voltajes en este rango no debe interpretarse de manera consistente, pero los que están en la zona rosa por lo general terminan siendo interpretado como alta, y en la zona azul será generalmente baja.
  • Verde azulado: Voltajes en este rango se acepta como lógico bajo.
  • Amarillo: Voltajes en este rango de salida para la lógica de baja, y será interpretado como lógico bajo.

66voto

Simon Puntos 31

Nosotros no podemos. Estamos a sólo disminuir la probabilidad de errores mediante la adición de comprobaciones de los datos. Dependiendo de qué tipo de datos va a ser comprobado, se puede hacer a través de hardware o software, y puede tomar cualquier forma, desde la simple suma de comprobación de bits en serie de flujos cíclicos máquinas de estado permitiendo sólo las transiciones específicas a ser realizadas en cualquier momento dado.

Pero es un círculo vicioso, ¿no? ¿Cómo podemos garantizar que el circuito se encarga de verificar que los datos no se ven afectados por el mismo disturbios como los datos y dar un falso positivo? La adición de otro? Usted puede ver cómo esto puede llegar a ser muy caro por muy poco aumento en la final.

La pregunta es: ¿qué tan confiable ¿quieres que tu sistema? Los satélites, que incrustar algunos de los más fiables sistemas informáticos disponibles, por ejemplo, a veces, recurrir a la cruz de la redundancia de la no-idénticos sistemas así como votos: tres equipos diferentes ejecutar el mismo algoritmo codificado por tres personas diferentes, de tres maneras diferentes, y si uno de los equipos da un resultado diferente de los otros dos, se reinicia (y si ocurre de nuevo, aislado). Pero de nuevo, si dos equipos están defectuosos, al mismo tiempo, entonces el mal equipo se reiniciará/aislado. Por lo general, "frío redundancia" es suficiente: un primario y un circuito secundario se implementan, el principal se ejecuta hasta que se detecta un error por algún tipo de (no protegida) circuito de control y el circuito secundario se intercambia. Si es sólo un error en la memoria RAM, el código se puede volver a ejecutar para actualizar los datos. Sólo tienes que decidir sabiamente dónde trazar la línea, es imposible hacer un 100% de fiabilidad en la detección de error de circuito.

Satélites (especialmente en la altura o en el cinturón de Van Allen) y los equipos en las centrales nucleares o radiactivas de los entornos están particularmente sujetos a (de palabras clave:) Solo Evento Molesta o latchups debido a la alta energía de las partículas que colisionan con o siendo absorbidas por celosías de cristal de semiconductores. Libros que se ocupan de estos campos sin duda será su mejor apuesta. La pintura entra degradados por el desplazamiento de los daños de la radiación, por lo que es totalmente comprensible que los semiconductores pueden ser dañados o malestar por la radiación entrante así.

33voto

Evento único disgustos son no más una cosa de espacio ni de las aeronaves; hemos estado viendo que suceden en la superficie durante más de una década, tal vez dos por ahora.

Como se ha mencionado, aunque, al menos en el espacio de las aplicaciones que lidiar con la molesta de usar la triple votación (cada bit es en realidad tres, y una de dos tercios de los votos gana, lo que si existe es la que cambia las otras dos se cubre.). Y, a continuación, ECC o EDAC, con los depuradores que ir a través de la memoria RAM a una velocidad mayor que la predicha único evento de la tasa de actualización para limpiar único evento molesta (que en realidad empuje las dos terceras partes de los votos de malo).

Luego hay dosis total; con el tiempo el material sólo se pone demasiado radiactivos para el trabajo, por lo que el uso de material suficiente para exceder la vida útil del vehículo. No es algo que nos preocupa en la superficie normalmente. (Y latchup) Utilizando tres/varios conjuntos de lógica en paralelo es/era una forma de intentar no tener que usar tradicional rad-hard tech, y así, se puede encontrar lo bien que está funcionando.

La gente que usa para saber cómo hacer las cosas para el espacio han retirado o trasladado, así que tenemos una serie de programas que realizan el espacio basura ahora. O el tratamiento del espacio como en la tierra los productos, en lugar de intentar hacer que todo el mundo del trabajo y tener un controlado de re-entrada y quemado, ahora esperamos una cierta cantidad de espacio basura de cada constelación.

Nos hacen ver que molesta en la superficie. Cualquier lápiz de memoria (DRAM) que usted compra tiene un AJUSTE, Fallas En el Tiempo, y cualquier chip con memoria RAM (todos los procesadores, muchos otros), va a tener un AJUSTE de especificaciones (para la memoria RAM (SRAM) de los bloques). La memoria RAM es más densa y se utiliza más pequeños transistores, por lo que es más susceptible a la molesto, se ha creado de forma interna o externa. La mayoría de las veces no aviso o la atención como la memoria que utilizamos para datos, ver un video, etc. está escrito, lea de nuevo y no se utiliza de nuevo antes de que se sienta lo suficientemente largo para tener un malestar estomacal. La memoria, como una celebración de un programa o al núcleo, es más arriesgado. Pero durante mucho tiempo hemos estado acostumbrados a la idea de reiniciar nuestro ordenador o restablecer/reiniciar nuestro teléfono (algunos teléfonos de las marcas que habría de eliminar regularmente la batería periódicamente). Fueron estos trastornos o mala, software o una combinación?

El AJUSTE de los números de su producto individual puede superar la vida de ese producto, pero se necesita un gran servidor de la granja, se toma en cuenta toda la RAM o chips o lo que sea y el MTBF va desde los años o las órdenes de un pasado que, a horas o días, en algún lugar de la granja. Y usted tiene la ECC para cubrir lo que puede de los. Y luego distribuir la carga de procesamiento con las conmutaciones por error para cubrir las máquinas o software que no puede completar una tarea.

El deseo de almacenamiento de estado sólido, y el paso de la gira de medios ha creado un problema relacionado con esto. El espacio de almacenamiento utilizado por las unidades Ssd (y otros no volátil de almacenamiento) para llegar más rápido y más barato, es mucho más volátil de lo que nos gustaría y se basa en el EDAC, porque estaríamos perdiendo de datos sin ella. Lanzan un montón de bits adicionales en y ecc toda la cosa, de hacer los cálculos para equilibrar la velocidad, el costo y la duración de almacenamiento. Yo no nos vemos de vuelta atrás; la gente quiere más no volátil de almacenamiento en todas partes que cabe en un paquete pequeño y no dominan el precio del producto.

Tan lejos como los circuitos normales, desde el comienzo de los días de uso de transistores de circuitos digitales para la presente, se hace pasar a través de la parte lineal del transistor y lo utilizan como un interruptor, un golpe entre los rieles con un poco de exceso para asegurar que se pega. Como el interruptor de la luz en la pared, le da la vuelta a más de la mitad del camino de un resorte que ayuda a que el resto y lo mantiene allí. Esta es la razón por la utilizamos digital, y tratar de no vivir en la región lineal; se trató, pero no pudo. Que no podía quedarse calibrado.

Así que sólo golpe el transistor en sus rieles y a ambos lados de una señal se resuelvan el siguiente ciclo de reloj. Grandes esfuerzos se toman, y las herramientas actuales son significativamente mejores de lo que solían ser, en hacer el análisis de la ficha diseño, a ver que por su diseño no es el margen en el tiempo. A continuación, las pruebas de cada uno de los troqueles en cada oblea (y/o después del envasado), a ver que cada chip es bueno.

Chip de tecnología se basa en gran medida en las estadísticas basadas en los experimentos. Cuando el overclocking de la CPU, así que están empujando al margen de que, de mantenerse dentro de la publicidad de la frecuencia de reloj, temperatura, etc. y sus posibilidades son significativamente más bajas de tener problemas. Un 3 GHz xyz procesador es simplemente un 4 GHz chip que falló en 4 GHz pero pasó a los 3 GHz. Las piezas son de velocidad gradual, básicamente, a partir de una línea de producción.

Luego están las conexiones entre los chips o tarjetas, y de aquellos que están sujetos a problemas como bueno, y un montón de tiempo y esfuerzo en la creación de normas y diseños de tarjetas, etc, para mitigar el error en esas interfaces. USB, teclado, ratón, HDMI, SATA, y así sucesivamente. Así como todos los rastros de la junta. Encendido y apagado de la junta que tienen problemas de diafonía; de nuevo, un montón de herramientas están disponibles si el uso de ellos, así como de la experiencia, evitando los problemas en el primer lugar, pero de otra manera, donde no podemos ver los unos y los ceros a participar plenamente.

Ninguna de las tecnologías, el espacio, son perfectos. Sólo tiene que ser lo suficientemente bueno, lo suficientemente de un porcentaje del producto cubierta de la expectativa de vida del producto. Un porcentaje de los teléfonos inteligentes tienen que hacer al menos dos años, y eso es todo. Mayores fundiciones, o la tecnología tiene más datos experimentales y puede producir un producto fiable, pero es más lento, y no pueden ser los nuevos diseños, así que hay que ir. La vanguardia es sólo eso, un juego para todo el mundo.

A tu pregunta específica, los transistores en cada extremo de una señal se insertan rápidamente a través de su región lineal y apoyarse en uno de los rieles. El análisis se realiza en cada combinacional ruta de acceso para determinar que se va a resolver antes de que el reloj al final de la ruta de los pestillos, por lo que es realmente hizo un cero o uno. El análisis se basa en los experimentos. Los primeros chips de una línea de productos, son empujados más allá de que el diseño de los límites, schmoo parcelas para determinar hay margen en el diseño. Las variaciones en los procesos y/o candidatos individuales se encontró que representan el lento y rápido chips. Es un proceso complicado y algunos tienen más material de otros menos, correr más rápido, pero el uso de más energía o correr más lento, etc.

Empuje aquellos a los márgenes así. Y, básicamente, conseguir una cálida difusa sensación de que el diseño está bien para ir en la producción. JTAG/boundary scan se utiliza para ejecutar los patrones al azar a través de las fichas entre cada enganchada de estado para ver el combinacional los caminos son todos sólidos para un diseño. Y donde no hay preocupaciones, algunos dirigidos pruebas funcionales puede suceder así. Más pruebas de la primera de silicio y tal vez la prueba al azar para asegurarse de que el producto es bueno. Si/cuando se producen errores, que pueden empujar de nuevo a más pruebas funcionales en la línea de producción. Depende en gran medida de las estadísticas/porcentajes. 1/1000000 malos salir bien o 1/1000 o lo que sea, depende de la cantidad que usted piensa que va a producir de ese chip.

Las vulnerabilidades son como se menciona aquí y con los demás. Primero el propio chip, lo bueno que era en el diseño y en el proceso, de cómo cerca del margen es el más débil de la ruta de acceso de un chip específico en el producto que usted compra. Si está demasiado cerca del borde, a continuación, el cambio de temperatura o de otros puede causar problemas de tiempo y los bits se pestillo de datos que no ha resuelto en un uno o cero. Entonces existe un único evento molesta. Y luego hay ruido. de nuevo cosas ya mencionadas...

12voto

Otto G Puntos 66

Si usted está después de una respuesta simple:

Cada componente digital en una computadora es más restringido en las salidas que produce, que en los insumos que acepta. Por ejemplo, la "entrada" el valor de 0V a 2V será aceptado como un 0, pero una "salida" de 0 siempre estará en el rango de 0 a 0,5 V. (Ver duskwuff la respuesta para algunos de los valores reales.)

Esto significa que cada componente contribuye a la "correcta" para algunos de la desviación o el ruido que se ha producido a lo largo de la línea. Por supuesto, si el ruido es lo suficientemente grande, el sistema no puede compensar. Equipos de alta radiación entornos puede ser afectado por 1s cambio a 0 y viceversa.

Básicamente, los equipos están diseñados para tolerar ciertos niveles de ruido/interferencia, que es lo suficientemente bueno para la mayoría de los propósitos prácticos.

8voto

jp314 Puntos 1721

Es teóricamente posible que las señales de cambio entre un 0 y un 1 porque de la térmica (y otros) de ruido, sin embargo, es extremadamente raro.

Los circuitos digitales se han diseñado con un atributo llamado "margen de ruido'. Esta es la cantidad por la cual su entrada tiene que cambiar antes de la salida de volteretas en el estado. Generalmente en circuitos CMOS esto es aproximadamente el 50% de la tensión de alimentación. Inevitable ruido térmico (viene de electrones moviéndose alrededor en cualquier temperatura por encima de 0 grados kelvin) en estos circuitos genera << 1 mV de ruido, y la probabilidad de que estos picos pueden exceder de (digamos) 500 mV, es sumamente pequeña.

Digital (por ejemplo, CMOS), puertas de tener una ganancia y características de saturación. Lo que esto significa es que cuando la señal de entrada está cerca del centro de la gama, la salida cambia rápidamente (alta ganancia), pero cuando está cerca de los extremos de la gama, que cambia lentamente. El resultado de esto es que cuando una señal de entrada es 'cerrar' para los rieles, el resultado es aún más cerca-esto significa que el ruido no se amplifica.

Otras características mencionadas anteriormente (corrección de errores, etc.) significa que los errores, incluso si se producen, no se propagan.

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