Учебное пособие 1484

11

Используя эти веса и зная время выполнения операций, для любой машины можно быстро вычислять характеристику ее производительности и сравнить таким способом ЭВМ с различной структурой. По этой методике рассчитывалась, в частности, производительность машин IBM 360 и IBM 370 и отечественных машин серии ЕС /13/.

Оценки производительности ЭВМ по разным методикам значительно отличаются, поэтому для выявления закона изменения параметра пользуются одной методикой оценки.

1.3. Организация эксплуатации средств вычислительной техники

Процесс обслуживания ВТ при ее эксплуатации можно изобразить в виде следующей структуры:

1.Подготовительный этап, включающий выбор типа и конфигурации ПЭВМ, проектирование ВЦ, установку, наладку и сдачу ВМ в эксплуатацию.

2.Этап эксплуатации, включающий техническое обслуживание СВТ, планово-предупредительное и профилактическое обслуживание, восстановление СВТ после отказов и сбоев, обслуживание ПО и информационных баз, развитие программных и аппаратных средств ВТ.

Эффективность использования ВТ во многом зависит от того, насколько рационально организована эксплуатация машин. В целом организация эксплуатации включает в себя следующие виды работ ВЦ и проектировщиков:

выбор системы обслуживания; материальное обеспечение обслуживания ЭВМ;

определение необходимого количества обслуживающего персонала и его квалификации;

12

планово-профилактические работы; эксплуатационную документацию; планирование эксплуатации ЭВМ; анализ и учет результатов эксплуатации;

организацию и систематическое обучение обслуживающего персона-

ла.

Можно указать следующие формы эксплуатационного обслуживания ЭВМ: индивидуальное, централизованное, централизованное дистанционное и смешанное.

Индивидуальное обслуживание предполагает наличие при каждой вычислительной установке (в каждом ВЦ) штата специалистов по эксплуатации технических и программных средств ЭВМ.

Централизованное обслуживание предусматривает создание единого центра обслуживания для группы ВЦ или ЭВМ.

При централизованном дистанционном обслуживании специалисты центра выезжают по вызову или в соответствии с графиком обслуживания предприятий региона.

Смешанное обслуживание - когда одни виды обслуживания реализуются в форме централизованного обслуживания, а другие - в форме индивидуального.

1.4. Основные определения отказов, сбоев, восстановлений, профилактических испытаний

Отказ ЭВМ - это такое нарушение ее работоспособности, для устранения которого требуются определенные действия обслуживающего персонала по ремонту, замене и регулировке неисправного элемента, узла или устройства.

Отказы делятся на внезапные и постепенные. Внезапный отказ - это практически мгновенное изменение какого-либо параметра. Постепенный отказ - это происходящее во времени накопление количественных изменений некоторого параметра, достигнувшего значения, при котором машина оказывается в неработоспособном состоянии.

Сбоем называется событие, состоящее во временной утрате работоспособности ЭВМ и характеризуемое возникновением ошибки при выполнении задач, тестов. После сбоя машина длительное время может работать нормально. Сбой сопровождается искажением информации при операциях передачи, хранения и обработки.

При отказе для восстановления работоспособности необходимо устранить неисправность в аппаратуре.

Для восстановления при сбое необходимо восстановить только достоверность информации, т.е. не требуется ремонта и регулировки аппаратуры. Восстанавливаемость вычислительного процесса можно оценить средним временем восстановления вычислительного процесса.

13

Важной функцией обслуживания является проведение профилактических проверочных испытаний. Профилактические испытания предназначены для выявления неисправностей в аппаратуре, не охваченной средствами автоматического контроля работоспособности.

Целью профилактических испытаний является увеличение наработки на отказ в период между профилактическими испытаниями. Поэтому эффективность профилактических испытаний определяется отношением среднего времени наработки на отказ при наличии профилактических испытаний (То.пф.) и без них (То.):

Эпф= То.пф/ То

Контрольные вопросы

1.Что понимается под работоспособностью ЭВМ ?

2.Понятия безотказности и надежности ЭВМ.

3.Оценка производительности ЭВМ.

4.Какие работы включает в себя эксплуатация СВТ ?

5.Как определяются коэффициент технического использования ЭВМ

икоэффициент эффективности профилактики ?

6.Что понимается под средним временем восстановления ?

7.Как рассчитывается эффективность профилактических испытаний

?

8.Назовите последовательность и этапы эксплуатационного обслужи-

вания.

9.Какие формы обслуживания СВТ Вы можете назвать ?

10.Виды и способы оценки производительности ПЭВМ.

11.Что включают в себя эксплуатационные ресурсы, необходимые для нормальной работы ЭВМ ?

12.Отказ и сбой ЭВМ.

13.Что такое профилактическое проверочное испытание и какова его основная цель?

14

2. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ И ХРАНЕНИИ ИНФОРМАЦИИ

2.1. Принципы информационной избыточности и

кодовое расстояние

При контроле передачи и хранении информации наибольшее распространение получили методы информационной избыточности /4,9,13/.

Если кодовое слово содержит n разрядов и все они служат для представления информации, то код называют неизбыточным.

В избыточных кодах только часть кодовых слов используется для представления информации, появление запрещенных слов говорит о наличии ошибки.

Коды разделяют на равномерные, где все слова содержат одинаковое количество разрядов, и неравномерные, у которых число разрядов в словах может быть различным.

Равномерные избыточные коды делятся на разделимые и неразделимые. Если в разделимых кодах избыточные разряды занимают одни и те же позиции в кодовом слове, то в неразделимых кодах разряды невозможно разделить на информационные и избыточные.

Кодовое расстояние между двумя словами определяется числом разрядов, в которых символы соседних слов не совпадают. Простой неизбыточный код имеет минимальное кодовое расстояние dmin=1. Для разделимых избыточных кодов dmin>1; если dmin 2, то любые два слова в этом коде отличаются не менее чем в двух разрядах и любая одиночная ошибка приведет к запрещенной комбинации и может быть обнаружена.

Чтобы избыточный код позволял обнаруживать ошибки кратностью r, должно выполняться условие dmin r+1. Для исправления r кратной ошибки необходимо, чтобы минимальное кодовое расстояние было не менее dmin

2r+1.

2.2.Равновесные коды

Равновесный код применяется при передаче данных между устройствами машины и по каналам связи. Особенностью равновесного кода является то, что в нем каждая информационная комбинация содержит фиксированное число единиц и нулей. Отличаются комбинации только позициями единиц. Существует много видов равновесных кодов, но наибольшее распространение и применение получил код ―2 из 5‖, т.е. две единицы из пяти знаков. Этот код получается путем добавления пятого разряда к тетраде, изображающей десятичную цифру. Код имеет высокую корректирующую способность при обнаружении асимметричных ошибок, т.е. когда происходит инверсия только еди-

16

В качестве примера на рисунке показано поступление на схему числа 4, закодированного в соответствии с табл. 2.1 как 01010. При этом на вход детектора поступает одна единица и девять нулей. Нетрудно проследить, сколько появится единиц на выходах схем И, если в слове возникает ошибка (допустим, единица в первом разряде).

Избыточность равновесного кода ―2 из 5‖ выше, чем у обычного двоич- но-десятичного кода. Добавление пятого разряда увеличивает число возможных комбинаций до 25=32.

2.3.Код с проверкой четности

Если при передаче информации приемное устройство обнаруживает, что в принятом слове значение контрольного разряда не соответствует четности суммы единиц слова, это воспринимается как признак ошибки.

Минимальное расстояние кода d=2, поэтому код с проверкой четности обнаруживает все одиночные ошибки и все случаи нечетного числа ошибок (3,5,7 и т.д.). При одновременном возникновении двух или другого четного числа ошибок код с проверкой четности их не обнаруживает (четность при этом не нарушается).

Код с проверкой четности имеет небольшую избыточность и поэтому не требует больших затрат оборудования на реализацию. Он широко применяется в современных машинах для контроля передачи информации как между устройствами, так и внутри самих устройств.

При последовательной передаче данных контроль по четности легко реализуется путем использования триггера со счетным входом, на который поступает передаваемая информация. После прохождения всех информационных символов он должен оказаться в состоянии 0, если число единиц было четным, или в состоянии 1, если число единиц нечетно. Состояние триггера после прохождения слова представляет собой значение контрольного разряда.

В некоторых случаях осуществляется кодирование и проверка слов на нечетность, что позволяет контролировать полное пропадание информации, поскольку кодовое слово, состоящее из нулей, будет относиться к запрещенным.

17

При параллельной передаче информации обычно применяются логические схемы определения четности единиц.

При небольшой избыточности код с проверкой четности обладает значительной контролирующей способностью, так как обеспечивает практически полную надежность обнаружения всех одиночных и нечетных групповых ошибок. При утере надежности работы элементов вычислительных машин, а также малой вероятности возникновения групповых (и именно, нечетных) ошибок этот код в настоящее время принят в машинах в качестве основного контролирующего кода.

2.4.Код с простым повторением

Воснову кода положен метод повторения исходной кодовой комбинации. Декодирование производится путем сравнения первой (информационной) и второй (проверочной) частей кода. При несовпадении этих частей принятая комбинация считается ошибочной. Кодовое расстояние d=2. Вероятность появления необнаруженных ошибок такая же, как и у кода с проверкой четности, однако помехозащищенность у кода с простым повторением выше, так как он позволяет обнаруживать все ошибки, за исключением ошибок, возникающих в элементах, стоящих на одних и тех же позициях в первой и второй частях кода.

2.5.Корреляционный код

Код характеризуется введением дополнительных символов для каждого разряда информационной части слова. Если в каком-либо разряде слова стоит 0, то в корреляционном коде это значение записывается символами 01, если 1 - символами 10. Например, слово 10101 в корреляционном коде будет представлено в виде 1001100110. Признаком искажения кода является появление в парных его элементах сочетаний вида 00 и 11. Характеристики корреляционного кода такие же, как у кода с простым повторением. Различие в помехоустойчивости кодированных сигналов проявляется в несимметричных каналах, у которых вероятности перехода 0 1 и 1 0 различны, а также в каналах, имеющих различные вероятности искажения соседних символов по сравнению с другими возможными искажениями.

18

2.6.Код Хэмминга

Кодним из распространенных кодов, позволяющих обнаруживать и исправлять одиночные ошибки в передаваемых числах, относится систематический код с проверкой на четность, известный под названием кода Хэмминга.

Вэтом коде из n позиций передаваемого слова m позиций используются для передачи информации, а k - в качестве контрольных (проверочных). Все информационные разряды разбиваются на контролируемые группы. Каждый контрольный разряд закрепляют за определенной группой. Перед передачей в контрольные разряды записываются символы 0 или 1, являющиеся знаками четности соответствующих групп.

После передачи числа в приемном устройстве производится k проверок на четность всех k контрольных групп. После каждой проверки в специальный регистр ошибок записывается 0, если результат проверки свидетельствует об отсутствии ошибки на проверяемых позициях данной группы, и 1, если результат свидетельствует о наличии ошибки. Таким образом, каждая проверка заканчивается записью в соответствующий разряд регистра 0 или 1. Полученная последовательность нулей и единиц образует двоичное число, называемое проверочным, которое должно указывать номер позиции (разряда слова) с искаженным символом.

Ввиду необходимости записи в двоичном коде номера любого из m+k разрядов принятой комбинации, и с учетом того, что отсутствию ошибки в этой комбинации будет соответствовать число, составленное только из нулей, проверочное число должно описывать m+k+1 событий. Следовательно, для k (количества необходимых для этих целей контрольных разрядов) будет спра-

ведливо неравенство 2k m+n+1. Поскольку n=m+k, можно записать:

n

2m n2 1 .

В соответствии с этим неравенством составлена табл. 2.2, которая дает возможность определить минимальное значение n для данного m , или соответствующее количество контрольных разрядов k.

Таблица 2.2

Минимальные значения n для различных m

19

Способ разбивки информационных разрядов на контролируемые группы и определение номеров позиций контрольных разрядов следуют непосредственно из структуры натурального ряда чисел, представленного в двоичной форме.

Рассмотрим это на примере 13 чисел – 1-13.

Разбивка числа на контрольные группы производится следующим образом (табл. 2.3).

Первая группа (первая проверка) охватывает все позиции кода, номер которых в двоичной системе счисления имеет единицу в первом разряде (1, 3, 5, 7, 9, 11, 13). Вторая группа (вторая проверка) включает позиции, номер которых имеет единицу во втором разряде (2, 3, 6, 7, 10) и т.д.

Разряды 1, 2, 4, 8, каждый из которых принадлежит только одной контрольной группе, используются в качестве контрольных, а остальные разряды, одновременно принадлежащие разным группам, - в качестве информационных.

Таким образом, при контроле правильности приема 13 чисел производятся четыре проверки на четность. Первая проверка охватывает позиции первой группы (с записью результата проверки в первый разряд), вторая - позиции второй группы (результат записывается во второй разряд) и т.д.

В качестве иллюстрации рассмотрим принцип определения ошибки при передаче числа в коде Хэмминга на простом примере (табл.2.4).

Таблица 2.4

Пример ошибки в коде Хэмминга в слове 1011

Контрольные разряды - 1,2,4; информационные - 3,5,6,7.

20

Пусть передается число 1011, преобразованное в 7-разрядный корректирующий код. В табл. 2.4 в первой строке показан код переданной комбинации,

апод ней - код принятой комбинации. Контрольные разряды

автоматически записываются при формировании пере-даваемого кода в соответствии с рассмотренным правилом проверки на четность: знак первого контрольного разряда (1) записан как результат суммирования (по модулю 2) знаков 3-, 5- и 7-й позиций кода; знак второго разряда (0) - как результат суммирования знаков второй группы (3-, 6- и 7-й позиций); знак четвертого разряда (0) - как результат суммирования знаков третьей группы (5-, 6- и 7-й позиций), см. контрольные разряды 1,2,4.

Предположим теперь, что при передаче числа был искажен один из символов. Определим номер разряда искаженного символа в принятом числе.

Произведем три проверки на четность в соответствии с установленным правилом. При проверках учитывается и контрольный разряд.

Первая проверка (1, 3, 5, 7) дает 1; вторая проверка (2, 3, 6, 7) - 1; третья проверка (4, 5, 6, 7) - 1. Получаем проверочное число 111 (семь). Следовательно, для исправления ошибки символ в седьмом разряде необходимо инвертировать. Процесс исправления ошибки производится на машине автоматически.

Код Хэмминга легко может быть расширен до d=4 (исправление одиночной и обнаружение двойной ошибки). С этой целью к k контрольным разрядам добавляется еще один контрольный разряд, который используется для контроля четности всего кодового слова, включая и контрольные разряды, что позволяет дополнительно осуществлять общую проверку всего слова на четность.

2.7. Циклические коды

Циклические коды получили достаточно широкое распространение благодаря способности с высокой эффективностью обнаруживать не только одиночные, но и групповые ошибки при незначительном увеличении избыточности оборудования.

Циклические коды основаны на представлении передаваемых данных в виде полинома и используются в основном при последовательной передаче данных между ЭВМ и внешними запоминающими устройствами, а также при передаче данных по каналу связи.

Контроль передачи данных с помощью циклических (полиномиальных) кодов основан на следующей закономерности: если информационный полином умножить на некоторый так называемый порождающий полином, а получившийся в результате этого кодовый полином передать приемнику информации и выполнить в нем обратное действие, т.е. деление полинома принятого сообщения на порождающий полином, то ненулевой остаток будет означать, что произошла ошибка. Нулевой остаток будет означать, что ошибки нет (или она не обнаружена).