Резервирование в эвм и вс

Резервирование—способ повышения надежности аппара­туры, предусматривающий замену отказавших частей ап­паратуры резервными при условии, что резервная аппа­ратура входит конструктивно и функционально в состав рассматриваемой аппаратуры. Включение резерва может быть произведено вручную или автоматически, в не­которых случаях резерв может быть функционально связан с основной аппаратурой так, что специаль­ного включения ее не требуется.

Если же для восстановления работоспособности аппаратуры требуется удалить отказавшую часть аппаратуры и вместо нее вставлять или вмонтировать аналогичную исправную, то речь идет не о резервировании, а о ремонте.

Програм­мное обеспечение может быть также резервировано. В этом случае под резервом понимается наличие запас­ных вариантов (версии) всей программы или ее отдель­ных модулей, которые входят в состав данной програм­мной системы и будут задействованы при помощи команд условного перехода, при условии отказа основной прог­раммы.

В аппаратуре универсальных ЭВМ в настоящее время резервирование встречается на различных уровнях.

Резервирование на уровне ЭВМ. На уровне ЭВМ ре­зервирование заключается в наличии большего числа од­нотипных ЭВМ, чем необходимо для решения поставлен­ных задач.

Если отдельные процессоры ЭВМ, объединенные через интерфейсы связи и адаптеры работают с общими периферий­ными устройствами, общим полем памяти, то они образуют многомашинную (многопроцессорную) ВС.

Резервирование на уровне устройств. На более низких уровнях иерархии структуры ЭВМ ре­зервирование широко встречается на уровне периферий­ных устройств (ПУ). В современных ВС имеется, как правило, несколько устройств памяти на магнитных лен­тах и магнитных дисках, несколько печатающих уст­ройств и т.д. Так как эти устройства могут быть полно­стью использованы для ввода, вывода или запоминания большого количества информации, а при небольшом ко­личестве информации можно пользоваться одним устрой­ством, то достаточность ПУ с учетом возможных отка­зов целесообразно оценить через эффективную произво­дительность.

Резервирование на уровне кодов. Кроме названных методов резервирования, в ЭВМ нашли широкое приме­нение коды с обнаружением и исправлением ошибок (см. раздел 5 1 часть лекций по МПС) для повышения надежности ОЗУ и ВЗУ. Примене­ние этих кодов дает возможность исправлять определен­ное число ошибок в каналах передачи данных или вос­становить информацию в случае отказа некоторых ячеек в ОЗУ и ПЗУ или дорожек (т. е. усилителей записи— считывания) в накопителях на магнитных лентах или магнитных дисках. Надежность таких устройств оценива­ется как надежность резервированных систем со сколь­зящим резервом.

Резервирование в специализированных и управляю­щих ЭВМ. В специализированных и особенно управляю­щих ЭВМ резервирование применяется значительно шире в связи с высокими требованиями, предъявляемыми к надежности таких систем.

Основные способы резервирования

Введение резервирования как средства контроля за достоверностью информации особенно актуально с появлением дешевых микропроцессоров и БИС. На рисунке приведена классификация методов резервирования.

По способу организации резерва различают:

• Постоянное (статическое) резервирование;

• Резервирование с замещение (динамическое);

• Гибридное.

Постоянным или статическим называется резервирование, при котором резервные блоки включены постоянно и находятся в одинаковом с основным режиме работы.

Резервированием с замещением или динамическим называется резервирование, при котором резервные блоки включаются и замещают основные блоки только при отказе последних.

Гибридное резервирование сочетает свойства статического и динамического резервирования.

В системах со статическим резервированием восстановление работоспособности после отказа происходит мгновенно, а в системах с динамическим резервированием время восстановления вычислительного процесса в зависимости от степени автоматизации процедур восстановления измеряется в широких пределах.

На рисунках приведен пример статического и динамического резервирования. В первом случае входные данные подаются параллельно на основное и резервное устройство, в которых выполняются преобразования по одной программе. Результаты вычислений сравниваются аппаратно на схеме сравнения и при совпадении результатов основное устройство выдает результат на выход. При обнаружении несовпадения результатов производится попытка восстановления вычислительного процесса с целью выявления типа ошибки (сбой или отказ) путем возврата к контрольной точке для повторения команды или участка программы, на которой обнаружено несовпадение. При сбое вычислительный процесс продолжают оба устройства, а при отказе выполняется диагностирование обоих устройств с целью выявления неисправного и оно исключается из работы.

При динамическом резервировании оба процессора работают на общее ВЗУ. Предварительно программа и исходные данные загружаются в оба процессора, но выполнение программы осуществляет только основной процессор. Систематически по прерываниям основной процессор посылает в резервный информацию с контрольных точек (содержимое IP, PSW, промежуточные данные) с тем, чтобы последний мог продолжить работу при отказе основного процессора. Отказ основного процессора обнаруживается резервным при отсутствии сигнала ответа «Я жив» от САК основного процессора и резервный процессор берет на себя продолжение выполнения программы с последней контрольной точки, так как имеет загруженную копию и промежуточные значения состояния основного процессора.

При статическом резервирование наличие САК необязательно, так как эти функции выполняет резервное устройство.

По режиму работы резерва различают:

• Нагруженный резерв, когда резервный блок находится в том же рабочем режиме, что и основной;

• Ненагруженный резерв, когда резервный блок практически не несет нагрузок;

• Облегченный резерв, когда резервный блок находится в менее нагруженном режиме, чем основной.

При динамическом и гибридном резервировании различают два способа включения резервных блоков:

• По питанию (только для ненагруженного резерва);

• Логическое – предполагает, что на резервный блок постоянно подано напряжение питания.