Real Number Codes, Algorithm-Based Fault Tolerance, Residue Number Systems, Redundant Residue Number Systems

Σχετικά έγγραφα
1 (15) 2 (15) 3 (15) 4 (20) 5 (10) 6 (25)

1 (15) 2 (25) 3 (20) 4 (25) 5 (15)

x (a 1 + a 2 ) mod 9, y (a 1 a 2 ) mod 9.

Fault Models, Modular Redundancy, Canonical Resilient Structures, Reliability and Availability Models

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΕ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΔΙΚΤΥΑ

Συστήματα αρίθμησης. = α n-1 *b n-1 + a n-2 *b n-2 + +a 1 b 1 + a 0 όπου τα 0 a i b-1

1 (6) 9 (6) 2 (3) 10 (9) 3 (6) 11 (6) 4 (8) 12 (6) 5 (6) 13 (8) 6 (5) 14 (6) 7 (6) 15 (11) 8 (8)

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΚΑΙ ΙΟΡΘΩΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ

Θεωρία Πληροφορίας. Διάλεξη 7: Κωδικοποίηση καναλιού με γραμμικούς κώδικες block. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Τεχνικές διόρθωσης και ανίχνευσης σφαλµάτων

Εισαγωγή στον Προγραμματισμό

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 12

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Πολυμέσα πάνω από κινητά δίκτυα

2.0 ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Υπολογιστές και Πληροφορία 1

Γραμμική Άλγεβρα Ι,

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (Εξ. Ιουνίου - 02/07/08) ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

1 η Θεµατική Ενότητα : Δυαδικά Συστήµατα

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

HY380 Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Hard Problems

Δίκτυα Απευθείας Ζεύξης

Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία

Fast Fourier Transform

bca = e. H 1j = G 2 H 5j = {f G j : f(0) = 1}

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

Μέθοδοι Ελέγχου Σφαλμάτων

Πανεπιστήμιο Κύπρου Πολυτεχνική Σχολή

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

Λογικός Σχεδιασµός και Σχεδιασµός Η/Υ. ΗΜΥ-210: Εαρινό Εξάµηνο Σκοπός του µαθήµατος. Ψηφιακά Συστήµατα. Περίληψη. Εύρος Τάσης (Voltage(

ΘΕΜΑ. Προσομοίωση Φυσικού Επιπέδου και Επιπέδου Σύνδεσης Δεδομένων Ασύρματου Δικτύου Ιατρικών Αισθητήρων

ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

Ασκήσεις Φροντιστηρίου «Υπολογιστική Νοημοσύνη Ι» 5 o Φροντιστήριο

Αριθμητική Ανάλυση & Εφαρμογές

1. Για καθένα από τους ακόλουθους διανυσματικούς χώρους βρείτε μια βάση και τη διάσταση. 3. U x y z x y z x y. {(,, ) } a b. c d

ΚΑΙ ΑΥΤΑ ΕΧΟΥΝ ΔΙΑΓΡΑΦΕΙ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ : Κ. ΠΕΚΜΕΣΤΖΗ

2. Κώδικες 2. ΚΩΔΙΚΕΣ

D = / Επιλέξτε, π.χ, το ακόλουθο απλό παράδειγμα: =[IA 1 ].

Παραδείγματα Διανυσματικοί Χώροι

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ. Ημερομηνία: Πέμπτη 12 Απριλίου 2018 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΜΑΣ121: ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ I Εαρινό εξάμηνο , Διδάσκων: Γιώργος Γεωργίου ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΕΞΕΤΑΣΗ, Διάρκεια: 2 ώρες 18 Νοεμβρίου, 2017

10-δικό δικό

Παραδείγματα (1 ο σετ) Διανυσματικοί Χώροι

HY213. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΛΑΧΙΣΤΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΑ AΝΑΛΥΣΗ ΙΔΙΑΖΟΥΣΩΝ ΤΙΜΩΝ

ΘΕΜΑ : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΗΣΗΣ. ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 1 περιόδους. 22/1/ :11 Όνομα: Λεκάκης Κωνσταντίνος καθ. Τεχνολογίας

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΚΥΚΛΩΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΣΥΝΔΡΟΜΟΥ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ BCC (1) (Υπολογισμός Συνδρόμου)

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 9ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανυσματικοί Χώροι

Μια από τις σημαντικότερες δυσκολίες που συναντά ο φυσικός στη διάρκεια ενός πειράματος, είναι τα σφάλματα.

Εργαστηριακή Ασκηση 2- Κυκλικοί Κώδικες

Πληροφορική. Ενότητα 4 η : Κωδικοποίηση & Παράσταση Δεδομένων. Ι. Ψαρομήλιγκος Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

n, C n, διανύσματα στο χώρο Εισαγωγή

Θέµατα ( ικαιολογείστε πλήρως όλες τις απαντήσεις σας)


X = {(x 1, x 2 ) x 1 + 2x 2 = 0}.

Τμήμα Οικιακής Οικονομίας και Οικολογίας. Αναπαράσταση Αριθμών

Μαθηματικά Γ Γυμνασίου. Επαναληπτικές Ασκήσεις στο Κεφάλαιο 1: Μονώνυμα - Πολυώνυμα - Ταυτότητες

Εισαγωγή στον Προγραμματισμό

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

Πίνακες Διασποράς. Χρησιμοποιούμε ένα πίνακα διασποράς T και μια συνάρτηση διασποράς h. Ένα στοιχείο με κλειδί k αποθηκεύεται στη θέση

ΚΑΙ ΑΥΤΑ ΕΧΟΥΝ ΔΙΑΓΡΑΦΕΙ

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

t t Αν κάποιος από αυτούς είναι αντιστρέψιμος, υπολογίστε τον αντίστροφό του. 2. Υπολογίστε την ορίζουσα του Δείξτε τα εξής.

Δομές Δεδομένων. Δημήτρης Μιχαήλ. Κατακερματισμός. Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο

Τετάρτη 5-12/11/2014. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ 3 ου και 4 ου ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΑ: ΤΕΧΝΙΚΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ Η/Υ Α ΕΞΑΜΗΝΟ

Ψηφιακά Συστήματα. 2. Κώδικες

Γραμμική Αλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 1 Εισαγωγή Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπισ τήμιο Κρήτης 19/2/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 1 19/2/ / 13

Επαναληπτικό διαγώνισμα στην Α.Ε.Π.Π - 18 / Απριλίου / 2010 ΘΕΜΑ 1

Y Y ... y nx1. nx1

Θέματα ενδοσχολικών εξετάσεων Άλγεβρας Β Λυκείου Σχ. έτος , Ν. Δωδεκανήσου ΘΕΜΑΤΑ ΕΝΔΟΣΧΟΛΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΤΑΞΗ: Β ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύο είναι οι κύριες αιτίες που μπορούμε να πάρουμε από τον υπολογιστή λανθασμένα αποτελέσματα εξαιτίας των σφαλμάτων στρογγυλοποίησης:

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ Α.Ε.Π.Π. ΟΝΟΜΑ

Γ ε ν ι κ ό Λ ύ κ ε ι ο Ε λ ε υ θ ε ρ ο ύ π ο λ η ς. Α λ γ ό ρ ι θ μ ο ι

1.4 Αριθμητική υπολογιστών και σφάλματα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

KΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ. { 1,2,3,..., n,...

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Δύο είναι οι κύριες αιτίες που μπορούμε να πάρουμε από τον υπολογιστή λανθασμένα αποτελέσματα εξαιτίας των σφαλμάτων στρογγυλοποίησης:

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Ενδεικτικές Ερωτήσεις Θεωρίας

Θεωρία Πληροφορίας. Διάλεξη 10: Κωδικοποίηση καναλιού με συνελικτικούς κώδικες. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Αριθμητικά Συστήματα. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Κεφάλαιο 1. Συστήματα αρίθμησης και αναπαράστασης

Βασικές λειτουργίες Ανίχνευση πλαισίων Τι κάνει το επίπεδο ζεύξης Χρησιμοποιεί τις υπηρεσίες του φυσικού επιπέδου, ήτοι την (ανασφαλή) μεταφορά δεδομέ

Εισαγωγή στην Πληροφορική & τον Προγραμματισμό

ΕΑΠ/ΠΛΗ22/ΑΘΗ.4/4η ΟΣΣ/ Κώδικες ελέγχου Σφαλμάτων /

1. Πότε χρησιμοποιούμε την δομή επανάληψης; Ποιες είναι οι διάφορες εντολές (μορφές) της;

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. 3 ο Μάθημα. Λεωνίδας Αλεξόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ. url:

Ψηφιακοί Υπολογιστές

Αναπαράσταση Δεδομένων. ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

Συμπίεση Δεδομένων

Σ ή. : υαδικά. Ε ό. ή Ενότητα

Μαθηματικά Γ Γυμνασίου. Επαναληπτικές Ασκήσεις στο Κεφάλαιο 1: Μονώνυμα - Πολυώνυμα - Ταυτότητες

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

Transcript:

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών ΗΜΥ 424: Συστηματα Ανοχης Σφαλματων Εαρινό Εξάμηνο 2017-2018 Καθηγητής: Χριστόφορος Χατζηκωστής Σειρά Ασκήσεων 3 Real Number Codes, Algorithm-Based Fault Tolerance, Residue Number Systems, Redundant Residue Number Systems Εκδοση: Πέμπτη, 29 Μαρτίου Σχετικά κεφάλαια στα βιβλία: (1) I Koren and C M Krishna, Κεφάλαιο 3, (2) Hadjicostis, Κεφάλαια 2 και 3, (3) Άρθρα από JAbraham και συνεργάτες, (4) Σημειώσεις από διάλεξη Παράδοση: Δευτέρα, 30 Απριλίου Άσκηση 31 (α) Εχουμε δει ότι checksums σε στήλες και σειρές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ανιχνεύσουν και να διορθώσουν λάθη σε πράξεις με πίνακες Για τον πιο κάτω 3 3 πίνακα 1 2 4 A = 3 5 7, 6 8 9 ποιός είναι ο αντίστοιχος (κωδικοποιημένος) column- και row-weighted πίνακας A rc ; (β) Για ένα άλλο πίνακα B, η μορφή του (πιθανώς λανθασμένου, μετά από κάποιους υπολογισμούς) B rc (f) δίνεται ως 3 5 9 7 B rc (f) = 6 9 13 28 4 5 6 5 5 9 16 30 Θεωρώντας ότι έχει γίνει το πολύ ένα σφάλμα (που έχει επηρεάσει το πολύ ένα στοιχέιο του πίνακα), βρείτε αν έγινε σφάλμα και διορθώστε το αν μπορείτε Δικαιολογείστε την απάντησή σας

Άσκηση 32 Στις τεχνικές algorithm-based fault tolerance (ABFT), ο Abraham και οι συνεργάτες του προστατεύουν ένα διάνυσμα v διάστασης k από λάθος σε ένα από τα στοιχεία του διανύσματος (αυτό το λάθος μπορεί, για παράδειγμα να οφείλεται σε σφάλματα στον υπολογισμό ενός πολλαπλασιασμού ενός k k πίνακα με ένα διάνυσμα διάστασης k σε ένα 1 D systolic array) Η βασική ιδέα είναι να προσθέσουν δύο επιπλέον στοιχεία, κωδικοποιόντας έτσι το διάνυσμα v σε ένα διάνυσμα c το οποίο δίνεται από 1 0 0 0 0 1 0 0 c = v 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 k 1 }{{} I G= k Αν στο i στοιχείο του κωδικοποιημένου διανύσματος c έχει προστεθεί ένα σφάλμα v, τότε το parity check θα δώσει το σύνδρομο C H(c + vu i ) = vhu i = vh(:, i), όπου u i είναι ένα διάνυσμα διάστασης (k + 2) με ένα μοναδικό 1 στο i στοιχείο του και H = [ C I 2 ] (Σημειώστε ότι H(:, i) δηλώνει την i στήλη του πίνακα H) Ενας φοιτητής εισηγείται ότι σφάλματα που επηρεάζουν ένα μόνο στοιχείο μπορούν επίσης να διορθωθούν εάν κωδικοποιήσουμε χρησιμοποιώντας τον πίνακα G = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 3 k Συμφωνείτε με αυτή την εισήγηση; Δικαιολογείστε την απάντησή σας Υπάρχουν οποιαδήποτε πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα της χρήσης του G αντί του G;

Άσκηση 33 Είναι γνωστό ότι ένας D D πίνακας Vandermonde της μορφής 1 1 1 x 1 x 2 x D x 2 1 x 2 2 x 2 D x D 1 1 x D 1 2 x D 1 D όπου x i R, i {1, 2,, D}, είναι αντιστρέψιμος αν x i x j για i j, i, j {1, 2,, D} (α) Δείξτε ότι ο (n, n 4) real-number κώδικας (για n > 4) με parity check matrix 1 1 1 1 H = 1 2 3 n 1 4 9 n 2 1 8 27 n 3 (με διαστάσεις 4 n) μπορεί να ανιχνεύσει σφάλματα σε 4 θέσεις (β) Διορθώστε το σφάλμα (ή τα σφάλματα) στο διάνυσμα [1 2 0 0 0] T θεωρώντας ότι έχουν γίνει σφάλματα το πολύ σε δύο θέσεις (γ) Διορθώστε το σφάλμα (ή τα σφάλματα) στο διάνυσμα [ 2 0 0 0 35 84 70 20 0 0 0 ] T θεωρώντας ότι έχουν γίνει σφάλματα το πολύ σε δύο θέσεις Βοήθημα: Ξεκινώντας από οποιοδήποτε codeword c, μπορείτε να θεωρήσετε προσθετικά (additive) σφάλματα e i1, e i2, e i3, e i4 R στις θέσεις i 1, i 2, i 3, i 4 {1, 2,, n}, και να δείξετε ότι υποχρεωτικά τα σφάλματα θα ανιχνευθούν από το parity check H(c + e) (όπου το e είναι ένα n 1 διάνυσμα με όλα τα στοιχεία μηδέν εκτός από τις θέσεις i 1, i 2, i 3, i 4, οι οποίες έχουν τιμές e i1, e i2, e i3, e i4 αντίστοιχα) Άσκηση 34 Δείξτε ότι ένα residue check με modulus A = 2 a+1 1 (για κάποιο θετικό ακέραιο a) μπορεί να ανιχνεύσει όλα τα λάθη σε μια ομάδα από a (ή πιο λίγα) γειτονικά bits (τέτοια λάθη ονομάζονται burst errors μήκους a ή λιγότερο) Επίσης, περιγράψτε πώς γίνεται η ανίχνευση των λαθών

Άσκηση 35 Μας δίνεται ένας ακέραιος αριθμός X σε binary μορφή b k b k 1 b 0 για κάποιο ακέραιο k Μας ενδιαφέρει να δούμε πώς αλλάζει το υπόλοιπο του X modulo-3, το οποίο συμβολίζουμε σαν X 3, αν ο αριθμός γίνει shift στα αριστερά Συγκεκριμένα, αν το Y είναι ο ακέραιος που αντιστοιχεί στην binary μορφή b k 1 b k 2 b 0, ποιά η σχέση μεταξύ X 3 και Y 3 ; Θα πρέπει να διαχωρίσετε δύο περιπτώσεις, ανάλογα με το αν το b k = 0 ή b k = 1 Δείξτε την ορθότητα της σχέσης που βρήκατε μεταξύ του X 3 και Y 3, κάνοντας το X = 10101 shift πέντε φορές στα αριστερά Άσκηση 36 Μας δίνεται ένα redundant residue number system (RRNS) με moduli p 1 = 5, p 2 = 7 και p 3 = 13, το οποίο χρησιμοποιείται για να προστατέψει προσθέσεις και αφαιρέσεις ακέραιων αριθμών στο διάστημα [0, 34] (α) Ποιά η μορφή (κωδικοποίηση) του ακέραιου αριθμού 25 στο πιο πάνω RRNS; (β) Δεδομένου ότι έχουμε ένα ακέραιο στην κωδικοποιημένη μορφή (r 1, r 2, r 3 ) σε αυτό το RRNS βρείτε συντελεστές c 1, c 2 και c 3, τέτοιους ώστε r = ( 3 i=1 r ) ic i mod 315 να είναι ο μοναδικός ακέραιος αριθμός στο διάστημα [0, 454] για τον οποίο ισχύει r mod p i = r i, i = 1, 2, 3 (γ) ( Δεδομένου του (r 1, r 2, r 3 ) βρείτε συντελεστές c (12) 1 και c (12) 2 τέτοιους ώστε r = 2 ) i=1 r ic (12) i mod 35 να είναι ο μοναδικός ακέραιος στο διάστημα [0, 34] για τον οποίο ισχύει r mod p i = r i, i = 1, 2 (δ) Θεωρώντας το πολύ ένα σφάλμα (το οποίο επηρεάζει το πολύ ένα moduli) αποφασίστε κατά πόσο το (1, 3, 6) αντιστοιχεί σε σωστό ή λάθος αποτέλεσμα Αν αντιστοιχεί σε λάθος αποτέλεσμα, δώστε πιθανό(ά) σωστό(ά) αποτέλεσμα (αποτελέσματα) (ε) Επαναλάβετε το πιό πάνω (μέρος δ) για το αποτέλεσμα (2, 2, 1) Άσκηση 37 Σχεδιάστε ένα redundant residue number system (RRNS) το οποίο να μπορεί να προστατέψει προσθέσεις και αφαιρέσεις ακέραιων αριθμών στο διάστημα [0, 100000] από ένα σφάλμα το οποίο επηρεάζει ένα από τα moduli Βελτίωστε την επιλογή των moduli p 1, p 2, p 3,, p k, p k+1, p k+2 (όπου k είναι ο αριθμός των non-redundant moduli), με βάση τα ακόλουθα κριτήρια:

Πρώτιστο κριτήριο: Να κρατηθεί το μέγιστο delay (maximum delay) των υπολογισμών στα moduli (το οποίο δίνεται από το log 2 p i για το κάθε moduli) όσο πιο μικρό γίνεται Δευτερεύων κριτήριο: Να κρατήσετε των αριθμό των moduli όσο πιο μικρό γίνεται