Medir un número binario con la máxima certeza eléctrica [cerrado]

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Quiero estar seguro, con precisión arbitraria (digamos, por ejemplo, con una certeza de 10 ^ -100), que puedo verificar la siguiente declaración (en binario):

x = 49

Es decir, quiero comprobar que un número que está codificado (correctamente) en una señal eléctrica binaria es el mismo que un segundo número (también codificado correctamente en binario).

Soy un principiante en los circuitos eléctricos, pero me di cuenta de que puedo realizar esta operación usando 6 ex nors y 5 and gates. Supongo que hay una pequeña incertidumbre en estas compuertas lógicas, y que existe una posibilidad muy pequeña de que estas compuertas puedan fallar (es posible que incluso tan pequeña esté asociada con el ruido eléctrico cuántico).

Si quisiera que este sistema tuviera una precisión arbitraria, ¿qué podría hacer para evitar que ocurran estos errores?

Una opción en la que pensé es realizar la misma operación varias veces y unir los resultados con AND. (Estoy perfectamente bien perdiendo "eficiencia", es decir, no me importa si el circuito tiene "falsos negativos" donde el número es correcto, pero dado que hubo un fallo de encendido en uno de los circuitos, no devuelve un 1).

¿Hay alguna manera de que pueda analizar las probabilidades de que el circuito sea correcto? Y qué tipo de electrónica sería ideal para este tipo de sistema (supongo que los voltajes más altos tendrían menos ruido fundamental, por lo que serían los mejores para construir el sistema). Parece que hay algún trabajo para simular la propagación de estos errores utilizando algunas técnicas avanzadas como las simulaciones de monte-carlo y el análisis baysiano. Pero, ¿no es posible obtener una estimación bruta, en orden de magnitud, para la cantidad de incertidumbre / error por puerta?

* Se movió la información en los comentarios a la pregunta a la que pertenece *
El propósito de este dispositivo creo que está fuera del alcance de la ingeniería eléctrica, pero está relacionado con la metrología y la mecánica cuántica. Estoy de acuerdo en que es una cosa muy poco convencional que preocuparse. Primero estoy tratando de obtener algún tipo de fundamento en el tema debido a lo inusual que es. Cualquier implementación (o discusión de errores, sin importar cuán pequeña sea) sería útil (no se refiere al hardware, a las frecuencias, siempre que sea digital).

Tal vez reformulando la pregunta. Si realicé esta operación de comparación en un microcontrolador una y otra vez, ¿cuánto tiempo (o cuántas repeticiones) tomaría hasta que fallara y diera una comparación incorrecta? (¿Minutos? ¿Días? ¿Milenios?) ¿Y este error se escala de manera lineal / polinomial con el número de puertas? Entonces, por ejemplo, si tengo 600exNors ahora en lugar de 6, ¿mi operación falla 100 veces más rápido? (lo que implica la escala de errores linealmente)

    
pregunta Steven Sagona

3 respuestas

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Soy un principiante en los circuitos eléctricos, pero me di cuenta de que puedo realizar esta operación con 6 operadores y 5 puertas.

Sí, puedes (si 6 es el número de bits que deseas).

  

Supongo que hay una pequeña incertidumbre en estas compuertas lógicas, y que existe una posibilidad muy pequeña de que estas compuertas puedan fallar (es posible que incluso tan pequeña esté asociada con el ruido eléctrico cuántico).

La posibilidad es despreciable, por lo que quiero decir, no sucede. También puede preguntar si existe una pequeña incertidumbre en la posición de una pelota de tenis, por lo que existe una posibilidad muy pequeña de que se teletransporte a través de la habitación (tal vez incluso tan pequeña se asocie con el ruido cuántico). O la probabilidad de que de vez en cuando, su automóvil retroceda por un momento cuando presione el acelerador, debido al ruido cuántico.

  

Si quisiera que este sistema tuviera una precisión arbitraria, ¿qué podría hacer para evitar que ocurran estos errores?

No puedes, siempre existe la posibilidad de que todo tu aparato se hunda en un túnel en medio de la Vía Láctea para que nunca se lo vuelva a ver.

    
respondido por el immibis
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Tasa de error de bits BER se puede predecir para diferentes tipos que afectan el margen al error. Los errores pueden inyectarse por una amplitud de energía medida para cruzar el umbral lógico binario. Un controlador tiene una fuente de impedancia definida y las conexiones tienen una impedancia y un ancho de banda característicos, y la entrada tiene un límite de ancho de banda.

También puede controlarse mediante el diseño de los voltajes y umbrales de suministro, así como filtrarse a tiempo, cuando se sincroniza de forma síncrona en la memoria.

Dado que 10e100 es un número realmente grande de operaciones, medir estos ciclos es muy poco práctico.

Se puede diseñar una prueba con un nivel de confianza para lograr un cierto índice de error con una combinación de pruebas de tensión para baja tensión de alimentación, alta temperatura, vibración con ruido radiado y conducido, incluyendo ESD y transitorios de línea eléctrica.

Los efectos de ruido de todas las fuentes, incluidos los rayos gamma, pueden reducirse mediante la redundancia, pero el costo de verificar los niveles extremos de bajos índices de error se debe respaldar con un presupuesto saludable, incluidas excelentes especificaciones de diseño. El entorno operativo esperado y la verificación diligente del diseño prueban los métodos DVT.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Suponiendo que esto no se trata de mecánica cuántica ... ni de pelotas de tenis y muros incluso ... y, simplemente se trata de lidiar con "bits atascados" u otras fallas duras en el circuito integrado y cómo protegerse contra fallas en la computación si esto ocurre. ..

Siempre se puede usar la redundancia de modo triple (TMR) para el diseño. Esta es una técnica que se utiliza en entornos "muy molestos" como el espacio (efectos de radiación) para reducir la probabilidad de un fallo cuando se produce un trastorno. Vota 3 salidas para determinar el valor correcto. Puede hacer esto por diseño, o dejar que (algunas) herramientas lo hagan por usted en la síntesis. Si le preocupa la radiación, hay procesos Rad-Hard que Honeywell ofrece en su fundición.

    
respondido por el CapnJJ

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