1 Методы повышения надёжности

Всё многообразие методов повышения надёжности сводится к рассмотрению методов в процессе проектирования, производства и эксплуатации.

1.1 Методы повышения надёжности при проектировании

Основными методами повышения надёжности компьютерных систем при проектировании являются:

а) разработка более простых схем модулей, узлов, блоков и компьютерных систем в целом, при минимальном количестве паек;

б) надёжность элементной базы;

в) рациональное построение функциональной схемы: проводят анализ схемы и выделяют те элементы, связи, которые наиболее полно определяют выполнение основной функции данного устройства;

г) надёжность принятых конструктивных решений:

• выбор облегчённых тепловых электрических режимов работы элементов;

• защита модулей, блоков от воздействий ударов, вибрации и других неблагоприятных факторов;

• использование унифицированных узлов и блоков;

д) разработка схем и конструкций компьютерных систем, облегчающие её техническое обслуживание;

е) использование метода резервирования на разных конструктивных уровнях.

1.2 Методы повышения надёжности в процессе производства компьютерных систем

Основными методами повышения надёжности компьютерных систем в процессе производства являются:

а) правильный выбор и реализация технологии изготовления и контроля деталей сборочных единиц в компьютерных системах в целом;

б) тренировка элементов, модулей, узлов и устройств;

в) автоматизация процесса производства;

г) улучшение качества входного, текущего и выходного контроля изделия на надёжность.

1.3 Методы повышения надёжности при эксплуатации

Основными мероприятиями, обеспечивающими исправную работу компьютерных систем во время, является своевременная замена элементов, которая осуществляется во время профилактических работ, и создания тяжёлого режима работы во время решения ими контрольных задач.

2 Резервирование как основной метод повышения надежности

Применение интегральных схем дает возможность не только повысить на­дежность устройств компьютерных систем, но за счет микроминиатюризации более широко при­менять различные методы резервирования машин и их элементов.

Однако, не­смотря на преимущества, резервирование целесообразно применять в исклю­чительных случаях, так как этот метод приводит к усложнению структуры компьютерных систем, увеличивает ее габариты, повышает стоимость аппаратуры и усложняет техническое обслуживание машин. Поэтому резервирование используется ча­ще всего в специализированных компьютерных системах, предназначенных для работы в автомати­зированных системах управления, так как в этом случае отказ любого из эле­ментов управления может привести к нарушению функционирования всей системы.

Все виды избыточности аппаратуры можно разделить на две группы — активное и пассивное резервирование.

При активном резервировании, или резервировании замещением предпо­лагается наличие схемы обнаружения неисправного элемента и подключения исправного. Этот метод является весьма эффективным средством повышения на­дежности. Опыт эксплуатации компьютерных систем различного назначения показывает, что при наличии эффективной системы контроля (схемного, программного, тестового) всегда удавалось выявить неисправности в работе компьютерных систем.

Резервирование в сочетании с применяемыми в настоящее время методами обнаружения неисправности возможно лишь на уровне устройств (АУ, ОЗУ, УВВ) или самих машин.

Резервирование отдельных устройств позволяет полу­чить более высокую надежность компьютерных систем по сравнению с резервированием самих машин. Однако при этом значительно возрастает число необходимых коммутаций, усложняется синхронизация работы устройств, а в результате усложняется структура всего резервируемого комплекса, что в свою очередь снижает его на­дежность. Поэтому, как правило, применяется резервирование компьютерных систем и реже ре­зервирование отдельных устройств. К устройствам, которые требуют резерви­рования, можно отнести устройства ввода и вывода, а также устройства, содер­жащие электромеханические узлы, которые являются наиболее ненадежными по сравнению с электронными элементами устройств.

При пассивном резервировании схема устройства должна быть составлена (с учетом резервных элементов) таким образом, чтобы отказ любого элемента не влиял на работу устройства в целом. Пассивную избыточность можно вводить не только на уровне устройств и машин, но и на уровне элементов.

Основное преимущество этого метода резервирования по сравнению е ак­тивным резервированием состоит в том, что при пассивном резервировании не бывает перерывов в работе, неизбежных при переходе на резервный элемент в случае отказа основного.

По способу включения резервных элементов функциональных устройств различают три вида резервирования: постоянное, замещением, скользящее.

При постоянном резервировании предполагают, что любой отказавший элемент или узел не влияет на выходные сигналы и поэтому его прямого обнаружения не производят. Применяют постоянное резервирование в восстанавливаемых устройствах. Оно является единственно возможным в устройствах, где не допустим даже кратковременный перерыв в работе (системы ПВО, системы управления воздушным движением, химическими, металлургическими и др. ответственными техпроцессами).

При резервировании замещением предполагается обнаружение отказавшего элемента или узла в подключении исправного. Замещение может происходить либо автоматически, либо вручную. Резервирование замещением имеет следующие достоинства: для многих схем при включении резервного элемента не требуется дополнительно регулировать выходные параметры, т.к. электрические режимы в схеме не меняются, резервная аппаратура до момента включения в работу обесточена, что повышает надёжность системы за счёт сохранения ресурса электрических устройств, экономится энергия источников питания, имеется возможность использования одного резервного элемента на несколько рабочих.

При скользящем резервировании любой резервный элемент может замещать любой основной элемент, для осуществления такого резервирования необходимо иметь устройство, которое автоматически находит неисправный элемент и подключает вместо него резервный. Достоинство - при идеальном автоматическом устройстве будет наибольшей выигрыш в надёжности. Однако, осуществлять скользящее резервирование возможно при однотипности элементов. Различают резервирование замещением:

• нагруженное - резервные элементы находятся в таком же рабочем режиме;

• облегченное - резервные элементы находятся в неполном рабочем режиме;

• ненагруженное - резервные элементы находятся в нерабочем состоянии.