Облегчённый резерв.

Облегченный резерв характеризуется тем, что условия работы резервных элементов облегчены до момента их включения, в силу чего их ресурс расходуется только частично. Уровень нагружен-ности резервных элементов определяется всякий раз из условий решения конкретной технической задачи

Когда поэлементное резервирование эффективнее общего? когда при отказе при поэлем. Резервировании не происходит отказ всей системы. Обеспечение надёжности аппаратных средств и по.

Общие принципы обеспечения надежности ИС при проектировании. К таким принципам следует отнести:

- выбор надежной элементной базы;

- технологичность изделия;

- уменьшение нагрузок и дестабилизирующих факторов при эксплуатации;

- выбор надежных схемно-конструктивных решений.

Выбор надежной элементной базы. Особо важное место в проблеме обес­печения надежности ИС занимают вопросы правильного выбора элемент­ной базы, обоснования оптимальных требований к ее надежности.

Выбор надежных схемно-конструктивных решений. Постоянное увели­чение сложности проектируемых ИС при сохранении и даже повышении предельно жестких требований к их надежности не позволяет обеспечить высокую надежность только за счет правильного выбора надежной эле­ментной базы. Дальнейшее повышение надежности обеспечивается на этапе схемно-технического проектирования и конструирования. Основными факто­рами обеспечения надежности на этом этапе являются: выбор надежных схемно-конструктивных решений; введе­ние различных видов избыточности; обеспечение определенных запасов ра­ботоспособности. Необходимость учета оставшихся направлений повышения надежности, а именно технологичность изделия и уменьшение нагрузок и дестабилизирующих факторов при эксплуатации, были рассмотрены ранее. Кроме этого, с более подробным изложением этих вопросов необходимо изучить по [1] (можно ознакомиться в [8]).

Особенности обеспечения надежности цифровой аппаратуры. При обеспечении надежности цифро­вой аппаратуры необходимо учитывать ряд особенностей этого класса ИС. К ним, прежде всего, относят: дискрет­ный характер работы всех элементов; наличие двух видов неисправностей; использование программного управ­ления. Дискретный характер работы цифро­вой аппаратуры определяется дискрет­ностью входных, внутренних и выход­ных сигналов. Для цифровой аппаратуры и ЭВМ характерны два вида неисправно­стей – отказы и сбои. Последствием сбоя является искаже­ние информации или нарушение вы­числительного процесса, которое в ко­нечном счете приводят к нарушению правильного функционирования циф­рового устройства или вычислительной машины в целом, что эквивалентно отказу.

Принципы устранения и парирования сбоев.

К общим принципам устранения сбоев в цифровой аппаратуре можно отнести:

- конструктивные методы;

- методы парирования сбоев (маскирования сбоев и выявления и исключения последствий сбоев).

Для случая, когда рабочая точка устройства находится далеко от гра­ницы области работоспособности, по­ток сбоев близок к простейшему, а вероятность их появления описы­вается экспоненциальным законом [7]. В этом случае вероятность отсутствия сбоя в логическом элементе за время t определяется как

,

где λ_сб – интенсивность сбоя логиче­ского элемента.

Если устройство состоит из N ло­гических элементов и возникновение сбоя в каждом логическом элементе является событием независимым, то вероятность бессбойной работы устрой­ства за время t будет

,

где – интенсивность сбоя устройства.

Если рабочая точка находится вбли­зи границ области работоспособности устройства, то поток сбоев такого устройства уже не является простей­шим. Вероятность появления сбоя в этом случае может быть описана законом Паскаля:

где – среднее значение интенсив­ности сбоя устройства.

Надежность нерезервированной циф­ровой аппаратуры с учетом отказов и сбоев в предположении, что поток сбоев является простейшим, а само появление сбоя эквивалентно отказу аппаратуры, может быть определена как

(6)

где Λ_отк – среднее значение интенсивности отказов устройства.

Оценка надежности с учетом сбоев в соответствии с (6) является приближенной, так как не учитывает структуру цифровой аппаратуры и возможные входные наборы. Это объ­ясняется тем, что воздействие сбоя продолжается очень короткий про­межуток времени, который обычно сравним с длительностью такта ма­шины, и может оказаться, что при данных входных наборах и конкретной структуре построения устройства сбои в отдельных элементах не окажут влияния на выходной результат. По­этому для более точных оценок надеж­ности необходимо учитывать филь­трующие в отношении сбоев свойства конкретной структуры цифрового уст­ройства и системы или использовать оценку Λ_сб, полученную экспериментально для цифрового устройства в це­лом в процессе реальной эксплуатации.

Конструктивными методами решения проблемы устранения сбоев являются:

- применение серий логических эле­ментов, обладающих повышенной по­мехоустойчивостью;

- применение тщательной экраниров­ки устройств, чувствительных к по­мехам;

- специальная компоновка и соблю­дение правил монтажа слаботочных и сильноточных цепей устройств;

- установка развязывающих и подав­ляющих фильтров по цепям питания;

- использование гальванических раз­вязанных цепей с симметричными входами и выходами;

- использование линий связи, нечув­ствительных к внешним наводкам.

Наряду с техническими методами, направленными на снижение интен­сивности сбоев в цифровой аппара­туре, важное значение имеют методы проектирования цифровой аппаратуры и систем, нечувствительных к сбоям, т. е. такой аппаратуры, которая спо­собна автоматически парировать по­следствия возникающих в ней сбоев. К таким методам относят методы про­ектирования аппаратуры с введением специальных видов избыточности и контроля.

По характеру парирования сбоев все методы можно разделить на две группы [8]:

1) методы маскирования сбоев;

2) методы выявления и исключения последствий сбоев.

Методы маскирования сбоев обеспе­чивают автоматическое исключение по­следствий сбоев без прерывания про­цесса функционирования системы. Таким свойством обладают избыточные структуры, построенные по принципу мажоритарного резервирования или учетверенной логики.

Методы выявления и исключения последствий сбоев предполагают разработку струк­туры и алгоритмов функционирования избыточной системы таким образом, чтобы обеспечивались контроль работо­способности устройств системы, опе­ративное выявление факта сбоя и по­следующая нейтрализация его послед­ствий с помощью дополнительных ап­паратурных или программных средств.

По принципу используемых средств контроль бывает аппаратным и про­граммным [8].

Аппаратный контроль осуществляют с помощью специальной контрольной аппаратуры, вводимой в структуру цифровой аппаратуры или ЭВМ. Аппаратный контроль позволяет в от­личие от программных видов контроля определить место отказа или сбоя именно в момент его возникновения, что важно с точки зрения возможности оперативного устранения последствий отказа или сбоя.

Контроль по модулю при­меняется наиболее широко. Эффектив­ность данного метода растет с увеличе­нием количества модулей в аппара­туре, однако при этом возрастает количество дополнительного контроль­ного оборудования, что существенным образом сказывается на надежности аппаратуры контроля, а значит, и на надежности системы в целом. Так, для организации контроля трех модулей процессора требуется ~15 % допол­нительного оборудования, пяти моду­лей – в 2 раза больше, семи моду­лей – в 3,5 раза больше. Контроль по модулю обнаруживает как сбои, так и отказы.

Кодовый контроль. Его эффективность определяется информа­ционной избыточностью, т. е. допол­нительными разрядами двоичной ин­формации, которые вводятся в исход­ную информацию с целью обнаружения и/или исправления ошибок. Затраты дополнительного оборудования примерно соответствуют рассмотренному методу контроля по модулю.

Однако при использовании кодового контроля невозможно осуществить сквозной оперативный контроль всей ЭВМ из-за того, что информационная избыточность может быть использо­вана не во всех устройствах ЭВМ.

Кроме того, с ростом глубины кон­троля усложняется схема контроля и увеличивается дополнительное обо­рудование. Наиболее распространен­ным методом использования указан­ного вида контроля являются цепи и устройства передачи информации.

Аппаратный контроль из двух или трех одно­типных ЭВМ применяют как при решении вычислительных задач, так и при использовании ЭВМ в автомати­зированных системах управления.

Сравнение информации в таких си­стемах может осуществляться на раз­личных уровнях: канал, блок, устрой­ство и т. д. Выбранный уровень сравне­ния определяет глубину контроля и соответственно степень локализации места отказа или сбоя. Ограничением при выборе уровня сравнения является наличие регистров в данном устрой­стве. Основные недостатки аппаратного контроля данного вида: большое ко­личество дополнительного оборудова­ния (одна или две ЭВМ); ограничен­ная глубина контроля; недостаточно эффективное использование избыточ­ного оборудования.

Программный контроль включает в себя программно-логический и тесто­вый контроль [8].

Программно-логический контроль базируется на ис­пользовании программной и вре­менной избыточности, позволяющей путем повторения операций перера­ботки или пересылки информации и последующего их сравнения обнаружи­вать наличие сбоя в контролируемом устройстве.

Тестовый контроль осу­ществляют с помощью специально под­готовленных и заложенных в про­граммное обеспечение тестовых про­грамм. Для его использования также требуется временная избыточность. Введение контроля в цифровую ап­паратуру сопровождается обязатель­ной платой. Это может быть увеличе­ние дополнительного оборудования и/или увеличение непроизводитель­ных затрат машинного времени.