Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » التكرار المعياري الثلاثي (TMR)

التكرار المعياري الثلاثي (TMR)

1950
  • John von Neumann
غرفة تحكم في الفضاء الجوي مزودة بثلاث وحدات كمبيوتر متوازية لتحمل الأعطال.

(صورة تم إنشاؤها للتوضيح فقط)

تقنية TMR (التكرار المعياري الثلاثي) هي تقنية لتحمل الأعطال في الأجهزة، تستخدم ثلاث وحدات متطابقة تؤدي نفس العملية بالتوازي. تُغذى مخرجاتها إلى دائرة تصويت بالأغلبية. إذا تعطلت إحدى الوحدات وأنتجت مخرجًا غير صحيح، يظل بإمكان دائرة التصويت تحديد المخرج الصحيح بناءً على الوحدتين الأخريين، وبالتالي إخفاء العطل وضمان استمرارية التشغيل.

يُعدّ التكرار الثلاثي المعياري (TMR) مثالًا كلاسيكيًا على التكرار المعياري N، حيث N=3. وتتلخص الفكرة الأساسية في تكرار مُكوّن حرج ثلاث مرات، بحيث تُعالج كل وحدة منها نفس المُدخل في آنٍ واحد. ثم تُمرّر نتائج هذه الوحدات الثلاث إلى مُصوِّت. يُطبّق المُصوِّت دالة الأغلبية؛ فإذا تطابق مُدخلان على الأقل من المُدخلات الثلاثة، تُختار تلك القيمة كمُخرج نهائي. تُخفي هذه الآلية بفعالية أي عطل في أيٍّ من الوحدات. على سبيل المثال، إذا أنتجت الوحدات A وB وC المُخرجات 1 و1 و0 على التوالي، فإن مُصوِّت الأغلبية سيُخرج القيمة 1.

The reliability of the TMR system depends not only on the modules but also on the voter itself. If the voter fails, the entire system fails. Therefore, the voter must be significantly more reliable than the individual modules it is monitoring. In practice, voters are often simpler circuits than the modules they manage, which helps in achieving this higher reliability. The overall system reliability can be modeled mathematically. If the reliability of a single module is [latex]R_m[/latex], the reliability of the TMR system (assuming a perfect voter) is given by the probability that at least two modules work correctly: [latex]R_{TMR} = R_m^3 + 3R_m^2(1-R_m) = 3R_m^2 – 2R_m^3[/latex]. This formula shows that TMR improves reliability only if the individual module reliability [latex]R_m[/latex] is greater than 0.5.

Historically, John von Neumann’s work in the 1950s laid the theoretical groundwork for building reliable systems from unreliable components, which directly led to concepts like TMR. It was first implemented in practice in systems where failure was not an option, such as the Saturn V launch vehicle’s digital computer and early fly-by-wire flight control systems. While TMR increases hardware cost, power consumption, and weight by a factor of more than three (due to the voter), its simplicity and effectiveness in handling single random hardware faults make it a cornerstone of high-availability and safety-critical system design.

UNESCO Nomenclature: 1203
- علوم الحاسب الآلي

يكتب

النظام التجريدي

الاضطراب

كبير

الاستخدام

الاستخدام الواسع النطاق

السلائف

  • نظرية المعلومات لكلود شانون وعمله على دوائر الترحيل
  • محاضرات جون فون نيومان حول الحوسبة الموثوقة باستخدام مكونات غير موثوقة
  • المفاهيم المبكرة للتكرار في الأنظمة البيولوجية
  • المبادئ الأساسية للتصويت ومنطق الأغلبية

التطبيقات

  • أنظمة الفضاء الجوي (مثل أجهزة الكمبيوتر الخاصة بالتحكم في الطيران)
  • الأقمار الصناعية
  • أنظمة السلامة في محطات الطاقة النووية
  • بنى حاسوبية مقاومة للأعطال

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارات محتملة

بسبب عمليات جمع البيانات من خلال برامج الروبوت، والتي تتجاوز حاليًا 40 ألفًا يوميًا، فإن هذا المحتوى مخصص لأعضاء المجتمع فقط.
> تسجيل الدخول < أو > سجل < (مجاني 100٪) للوصول إلى هذا، وكذلك جميع المحتويات والأدوات الأخرى المقيدة.

ذات صلة بـ: التكرار المعياري الثلاثي، TMR، إخفاء الأعطال، تكرار الأجهزة، التكرار المعياري N، التصويت بالأغلبية، الأنظمة الحساسة للسلامة، الفضاء الجوي، فون نيومان، هندسة الموثوقية.

السياق التاريخي

التكرار المعياري الثلاثي (TMR)

1940
1943
1950
1950
1953
1960
1960
1939
1940
1950
1950
1952
1956
1960
1967

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

الاختراع والابتكار والمبادئ التقنية ذات الصلة

الصور بالحجم الكامل والتنزيلات متاحة فقط 100% مجاناً للأعضاء المسجلين.