книги из ГПНТБ / Самохин А.Ф. Эксплуатация цифровых вычислительных машин [учеб. пособие]

-so-

характера операции, при которой они возникли. Так, при переда­ че информации между отдельными устройствами машины и при хране­ нии ее в запоминающем устройстве одиночная ошибка состоит в изменении содержимого одного двоичного разряда. Если же измене­

нию подверглись несколько разрядов, то такая ошибка называется групповой: двухкратной, трехкратной и т .д . Таким же образом

определяются одиночные и групповые ошибки в результатах пораз­ рядных логических операций.

Иначе обстоит дело с ошибками в результатах арифметических

операций. При выполнении этих операций ошибка, возникшая в од­ ном разряде, из-за переносов может привести к тому, что содер­

жимое ряда разрядов будет отличаться от истинного. Тем не ме­ нее, такие ошибки понимают как одиночные, ибо разность между

правильным и ошибочным результатом будет иметь единицу только в одном разряде. Например, правильный результат должен быть Ю П И , а получено число 110000. Они отличаются в пяти позици­ ях, но их разность равна 000001, что свидетельствует об одиноч­ ной ошибке в младшем разряде.

Групповыми считаются две и более ошибки, которые .ф оизо-

пли при выполнении одной операции независимо в нескольких раз­ рядах (не из-за переносов).

Наиболее просто обнаруживаются и исправляются одиночные ошибки. С повышением кратности их обнаружение и исправление ста­ новится все более сложным. Вместе с тем, вероятность появления ошибок с увеличением кратности уменьшается.

Для машин параллельного действия можно считать возникнове­ ние ошибок в отдельных двоичных разрядах независимыми случайны­ ми событиями, имеющими одинаковую вероятность. Тогда для ошибок

L-Я кратности в Л -разрядном числе справедлив биномиальный

2.1-

-вероятность ошибки в отдельном разряде в течение одной операции,

Поэтому вероятность возникновения ошибок зависит от быстродейст­ вия машины и продолжительности сбоя. Во всяком случае, следует ожидать, что вероятность групповых сбоев будет выше, чем в пре­ дыдущем случае, но вероятность возникновения ошибок с увеличени­ ем кратности также уменьшается. Несколько большее значение ве­ роятность возникновения групповых ошибок имеет место в накопите­ лях на магнитной лепте, барабанах и дисках.' Это объясняется, с

одной с т о р о т , тем, что запись в этих накопителях ведется обычно последовательно-параллельно, и, с другой стороны, тем, что чаще всего ошибки здесь возникают из-за повреждений поверхности носи­ теля и попадания под головки пылинок, которые по своим разме­ рам обычно больше места, занимаемого одним разрядом. Указанное разделение на одиночные и групповые ошибки приходится обычно учитывать не только при выборе систем контроля ЭВМ, но и в практике эксплуатации при поиске неисправностей.

Наконец, следует обратить внимание еще на один признак де­ ления ошибок. Ошибка проявляется либо в наличии нуля вместо еди­ ницы, либо единицы вместо нуля. При этом вероятность появления

-22-

тех и других ошибок может бить равновероятной или не равнове­ роятной в зависимости от исполнения того или иного устройства.

В накопителе на магнитной ленте при записи по двум уровням с промежутками изменение воздушного зазора или отказ усилителей записи и чтения приводит только к пропаданию единиц, т .е ;

устройство оказывается резко несимметричным. Рассмотренное об­ стоятельство так же, как и предыдущие, следует учитывать при создании системы контроля и в процессе поиска неисправностей.

§ 2 .2 . Задачи контроля работы ЭЦВМ

Проблема контроля работы ЭЦВМ имеет много общего с пробле­ мой контроля передачи информации по каналам связи, как там, так и здесь контроль служит для обнаружения и исправления ошибок.

Однако, контроль работы ЭЦВМ более сложен, так как здесь прихо­ дится контролировать разнородные по характеру операции.

Во-первых, в машине происходит пересылка и хранение инфор­ мации. Сюда относится в^од информации в ЭЦВМ, вывод из ЭЦВМ,

запись и чтение из запоминающих устройств, пересылка из одних устройств машины в другие. Методы обнаружения ошибок в этом случае те же, что и при передаче по каналам связи. В обоих слу­ чаях необходимо убедиться в том, что слово осталось неизменным.

Во-вторы^ в машине над информацией производятся арифме­ тические и логические действия, в результате которых возникает

- 2 4 -

методы контроля. Общей основой этих методов является: - использование избыточной информации.

Под информационной избыточностью понимается наличие по­ полнительного колкче( тва символов или сигналов по сравнению с минимально необходимым для решения задачи.

Аппаратной избыточностью является наличие дополните>н,ной ап­ паратуры кроме минимально необходимой .для выполнении основной задачи.

Информационная избыточность может быть получена либо за счет дополнительной затраты времени, либо за счет избыточной аппа­ ратуры:

-Применение двойного счета,

-Введение дополнительных контрольных разрядов.

Совокупность аппаратных и программных методов и средств,

обеспечивающих контроль достоверности информации, выдаваемой ЦВМ, контроль правильности функционирования отдельных устройств и машины в целом, а также автоматический поиск неисправности принято называть системой контроля ЦВМ.

Требования, предъявляемые к системе контроля, можно сфор­

впроцессе вычислений;

-локализацию (поиск) места неисправности с точностью до сменного блока при минимальной затрате времени.

- 2 5 -

Перечисленные требования в различных машинах удовлетво­ ряются в разной степени.

По характеру решаемых задач все средства, входящие в си­ стему контроля, можно разделить на средства обнаружения и исправления ошибок и на средства поиска и устранения неисправ­ ностей.

По характеру использования контроль можно разделить на контроль в рабочем режиме, т .е . в процессе решения задач, и

контроль в профилактическом режиме.

В зависимости от метода, положенного в основу контроля,

его можно разделить на следующие виды: программный, аппарат­ ный, или схемный, и комбинированный, в которм сочетаются программный и аппаратный виды контроля. Каждый из этих видов,

в свою очередь, разделяется на подвиды в зависимости от мето­ дов, выполняемых функций и средств, затрачиваемых на органи­ зацию контроля.

Классификация по назначению и видам контроля приведена на рис. I ,

Контроль в рабочем режиме предназначен для обнаружения и исправления ошибок, обнаружения отказов, а также для выяв­ ления неисправных блоков с целью автоматической замены их резервными.

Контроль в режиме профилактики предназначен для провер­ ки работоспособности машины, отыскания неисправных блоков и выявления малонадежных элементов и узлов машины.

Программный контроль предназначен для проверки вычисли­ тельного процесса и основан на использовании специальных ло­ гических методов и программ, контролируипих работу машины и правильность выполнения вычислительного процесса.

аак.0^7, •

- 2 6 -

Рис. 2.1.

Программно-логический контроль заключается в контроле ин­ формации, вырабатываемой в процессе вычислений на основе исполь­ зования избыточности исходной и промежуточной информации. Сюда относится повторный счет по всей или по части программы, ис­ пользование контрольных соотношений и т .д . Достоинствами этого вида контроля являются:

- отсутствие необходимости в избыточной аппаратуре;

-2 7 -

-возможность обнаружения случайных сбоев.

К недостаткам следует отнести:

- снижение производительности работы машины за счет рас­ ходования времени на контроль;

- загрузку памяти машины контрольными числами и вспомо­ гательными программами;

- возможность необнаружения ошибки в случае устойчивого сбоя или отказа;

- запаздывание в обнаружении збоя на время выполнения со ­ ответствующего этапа вычисления;

- невозможность, в общем случае, локализации места не­ исправности.

Тестовый контроль - это проверка машины на работоспособ­

ность с помощью испытательных программ. При выполнении тесто­ вых программ машина выполняет заданную последовательность опе­ раций, периодически сравнивая получаемые результаты с заранее известными. Задача теста - выявить неисправность в работе ма­ шины и по возможности локализовать место неисправности.

В отличие от программно-логического контроля тестовый контроль не проверяет правильность выполнения машиной основ­ ной программы, так как во время пуска теста счет по основной программе прекращается.

Тестовые программ, используемые в рабочем режиме, разде­ ляются на контролирующие и диагностические.

Контролирующие тесты предназначены для определения факта наличия неисправности в матине или устройстве.

Диагностические тесты служат для локализации места воз­ никновения неисправности и обеспечивают, таким образом, авто­ матический поиск неисправного элемента или блока и, если в

- 2 8 -

машине предусмотрено резервирование, автоматическое включение резерва. Входной информацией для включения диагностического теста является признак наличия неисправности, выработанный в

результате прогона контролирующего теста. Включение же конт­

ролирующих тестов обеспечивается операционной системой ЭВМ или иными средствами, предусмотренными в системе.

ля, при котором машина контролируется автоматически с помошью введенного в ее структуру контрольного оборудования. Аппарат­ ный хонтроль позволяет контролировать все этапы работы маши­ ны при выполнении каждой операция, а также последовательность операций. Таким образом, аппаратный контроль позволяет обна­ руживать ошибку с точностью до операции и без запаздывания во времени.

Недостатком является необходимость введения в структуру

-29-

машины дополнительного оборудования. Аппаратный контроль под­ разделяется на оперативный (непрерывный), аппаратно-логичес­ кий, осуществляемый периодически, и встроенный.

Оперативный аппаратный контроль - такой контроль, который функционирует постоянно в процессе всей работы машины парал­ лельно с решением основной задачи.

Оперативный контроль может быть либо сквозным, когда конт­ ролю подвергаются все этапы работы машины (хранение, считыва­ ние, пересылка и переработка адресной, числовой и командной информации), либо локальным, когда контролю подвергаются отдель­ ные устройства машины.

По методу, положенному в основу оперативного контроля,

его можно разделить на

- контроль с использованием специальных кодов, - контроль с использованием специальных технических ре­

шений.

Достоинствами оперативного аппаратного контроля являются:

-непрерывность контроля,

-способность обнаруживать случайные и систематические ошибки в момент их возникновения,

-способность локализовать место неисправности с точ­

ностью до функционального узла, - способность автоматически устранять последствия слу­

чайных сбоев непосредственно в процессе вычислений.

Недостатком является необходимость усложнения машины введением дополнительной аппаратуры.

Аппаратно-логический контроль организуется с использо­ ванием аппаратных средств, обеспечивающих при периодическом включении подачу в контролируемый узел заданной последователь-