- •Е.Л. Кон, м.М. Кулагина надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем
- •Оглавление
- •1. Основные теоретические сведения 9
- •2. Надежность аппаратурного обеспечения 31
- •3. Создание надежного программного обеспечения 130
- •4. Диагностика состояния сложных технических систем 205
- •Введение
- •1. Основные теоретические сведения
- •1.1. Информационно-управляющие и инфокоммуникационные системы
- •1.2. Основные определения теории надежности
- •1.2.1. Надежность и ее частные стороны
- •1.2.2. Виды надежности
- •1.2.3. Отказы
- •1.2.4. Эффективность
- •1.2.5. Восстановление
- •1.3. Понятие случайных событий и случайных величин
- •1.3.1. Надежность систем при основном (последовательном) и параллельном соединении элементов
- •1.3.2. Основное соединение элементов
- •1.3.3. Параллельное соединение элементов
- •1.4. Элементы теории нечетких множеств
- •1.4.1. Понятие принадлежности и основные операции для четких подмножеств
- •1.4.2. Понятие принадлежности и основные операции для нечетких подмножеств
- •1.4.3. Отношение доминирования
- •1.4.4. Простейшие операции над нечеткими множествами
- •1.4.5. Расстояние Хэмминга
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •2. Надежность аппаратурного обеспечения
- •2.1. Надежность невосстанавливаемых систем без резервирования
- •2.1.1. Показатели надежности невосстанавливаемых объектов
- •2.1.2. Законы распределения случайных величин, используемые в теории надежности
- •Показательное (экспоненциальное) распределение
- •Усеченное нормальное распределение
- •Распределение Вейбулла
- •Гамма-распределение
- •Практическая область применения законов распределения времени безотказной работы
- •2.1.3. Использованиеи-характеристик для решения практических задач
- •2.1.4. Особенности расчета надежности при проектировании различных систем
- •2.1.5. Расчет надежности по блок-схеме системы
- •2.1.6. Расчет надежности при подборе элементов системы
- •2.1.7. Расчет надежности системы с учетом режимов работы элементов
- •2.1.8. Учет цикличности работы аппаратуры
- •2.2. Надежность невосстанавливаемых систем с резервированием
- •2.2.1. Пути повышения надежности
- •2.2.2. Методы резервирования
- •2.2.3. Расчет надежности сложных систем при постоянно включенном резерве
- •2.2.4. Расчет надежности системы при резервировании замещением
- •2.2.5. Резервирование замещением в случае нагруженного резерва
- •2.2.6. Резервирование замещением в случае облегченного резерва
- •2.2.7. Резервирование замещением в случае ненагруженного резерва
- •2.2.8. Расчет надежности систем с функциональным резервированием
- •2.3. Расчет надежности восстанавливаемых систем
- •2.3.1. Критерий надежности систем с восстановлением
- •Характеристики потока отказов
- •Характеристики потока восстановления
- •Комплексные характеристики надежности систем с восстановлением
- •2.3.2. Расчет надежности по графу работоспособности объекта
- •2.3.3. Определение среднего времени наработки на отказ системы с восстановлением
- •2.3.4. Расчет надежности систем с восстановлением при основном (последовательном) и параллельном соединении элементов
- •2.3.5. Расчет надежности сложных инфокоммуникационных систем
- •Структура и функции стс
- •Определение надежностных характеристик блоков стс
- •Составление структурно-логической схемы надежности и графа состояний
- •2.3.5.4. Расчет коэффициента готовности стс
- •Определение надежностных характеристик блоков аиис
- •Составление структурно-логической схемы надежности и графа переходов
- •Расчет коэффициента готовности аиис «Алтайэнерго»
- •Расчет коэффициента готовности аиис
- •2.4. Расчет надежности восстанавливаемых систем при наличии системы контроля
- •2.4.1. Система встроенного контроля абсолютно надежна
- •2.4.2. Система встроенного контроля самопроверяемая, и ее отказ обнаруживается сразу же
- •2.4.3. Система встроенного самоконтроля несамопроверяемая
- •2.5. Расчет надежности в условиях нечетко заданных исходных данных
- •2.5.1. Выбор оптимального варианта для невосстанавливаемых систем
- •2.5.2. Выбор оптимального варианта для восстанавливаемых систем
- •2.6. Расчет надежности систем на этапе эксплуатации
- •2.6.1. Планирование и расчет периодов профилактик
- •2.6.2. Планирование и расчет числа запасных изделий
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •3. Создание надежного программного обеспечения
- •3.1. Надежность программного обеспечения
- •3.1.1. Ошибки в по и их типы
- •Типы ошибок в программном обеспечении
- •3.1.2. Причины появления ошибок в программном обеспечении
- •3.1.3. Отношения с пользователем (заказчиком)
- •3.1.4. Принципы и методы обеспечения надежности
- •3.1.5. Последовательность выполнения процессов разработки программного обеспечения
- •3.1.6. Сравнение надежности аппаратуры и программного обеспечения
- •3.2. Основные этапы проектирования программного обеспечения
- •3.2.1. Правильность проектирования и планирование изменений
- •3.2.2. Требования к по
- •3.2.3. Цели программного обеспечения
- •Цели продукта
- •Цели проекта
- •Общие правила постановки целей
- •Оценка целей
- •3.2.4. Внешнее проектирование
- •Проектирование взаимодействия с пользователем
- •Подготовка внешних спецификаций
- •Проверка правильности внешних спецификаций
- •3.2.5. Проектирование архитектуры программы
- •Независимость модулей
- •Прочность модулей
- •Сцепление модулей
- •3.2.6. Методы непосредственного повышения надежности модулей
- •Пассивное обнаружение ошибок
- •Активное обнаружение ошибок
- •Исправление ошибок и устойчивость к ошибкам
- •Изоляция ошибок
- •Обработка сбоев аппаратуры
- •3.2.7. Проектирование и программирование модуля
- •Внешнее проектирование модуля
- •Проектирование логики модуля
- •Пошаговая детализация
- •3.2.8. Стиль программирования
- •Ясность программирования
- •Использование языка
- •Микроэффективность
- •Комментарии
- •Определения данных
- •Структура модуля
- •3.3. Тестирование и верификация программ
- •3.3.1. Проблемы тестирования программ
- •3.3.2. Технологии тестирования программ
- •3.3.3. Принципы тестирования
- •3.4. Модели надежности по
- •3.4.1. Модель роста надежности
- •3.4.2. Другие вероятностные модели
- •3.4.3. Статистическая модель Миллса
- •3.4.4. Простые интуитивные модели
- •3.4.5. Объединение показателей надежности
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •4. Диагностика состояния сложных технических систем
- •4.1. Предмет, задачи и модели технической диагностики
- •4.1.1. Предмет технической диагностики
- •4.1.2. Основные аспекты, задачи и модели технической диагностики
- •4.1.3. Классификация диагностических процедур и их краткая характеристика
- •4.2. Построение тестов
- •4.2.1. Построение тестового набора методом активизации существенного пути
- •4.2.2. Алгоритм построения тестового набора для комбинационной схемы методом активизации существенного пути
- •4.2.3. Построение тестов для схем с памятью
- •Комбинационная модель последовательностной схемы
- •Построение тестовой последовательности по комбинационной модели последовательностной схемы
- •4.3. Функциональный контроль и диагностирование сложных технических систем
- •4.3.1. Полностью самопроверяемые цифровые устройства
- •4.3.2. Схемы встроенного контроля
- •4.3.3. Схемы сжатия
- •4.3.4. Микропроцессор как объект функционального контроля
- •4.3.5. Модель мп с точки зрения функционального контроля
- •4.3.6. Диагностическая модель уу мп системы
- •4.3.7. Критерии оценки методов контроля механизмов выборки, хранения и дешифрации команд
- •4.3.8. Встроенный функциональный контроль механизмов хранения и дешифрации команд
- •Методы пошагового контроля правильности хода программ
- •Методы контроля, реализующие раскраску команд
- •Метод контроля, использующий раскраску без учета структуры команд
- •Преобразованная программа приведена ниже:
- •Цвет Четность Цвет гса
- •Метод контроля команд, реализующий раскраску с учетом структуры команды
- •Раскраска без внесения в команду избыточных разрядов
- •Методы контроля механизмов дешифрации и хранения команд с помощью веса перехода
- •Метод контроля с помощью алгебраических кодов
- •Методы блокового контроля правильности хода программ
- •Блоковый контроль программ по методу разбиения программы на фазы (блоки)
- •Блоковый контроль правильности хода программ с помощью сигнатур
- •Метод контроля программ на основе полиноминальной интерпретации схем алгоритмов (программ)
- •Сравнительный анализ свк, реализующих методы блокового и пошагового контроля
- •4.4. Экспертные системы диагностирования сложных технических систем
- •4.4.1. Обучение и его модели. Самообучение
- •4.4.2. Экспертные системы и принципы их построения
- •4.4.3. Проблема разделения в самообучаемых экспертных системах
- •4.4.4. Алгоритмы обучения экспертных систем
- •Частота события находится по следующей формуле:
- •4.4.5. Асу «интеллектуальным зданием»
- •4.4.6. Система, принимающая решения по максимальной вероятности
- •4.4.7. Система, принимающая решения по наименьшему расстоянию
- •4.4.8. Повышение достоверности решений экспертной системы
- •4.4.9. Прогнозирование технического состояния узлов
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •Приложение Интенсивность отказов компонентов иус
- •Кон Ефим Львович, Кулагина Марина Михайловна надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем
3.2.1. Правильность проектирования и планирование изменений
Явно выделенным шагом всякого этапа проектирования программного обеспечения должна быть проверка правильности результатов, т.е. попытка найти ошибки перевода, возникшие на этом этапе.
Стоимость исправления ошибки тем ниже, чем раньше она будет обнаружена. Кроме того, вероятность правильно исправить ошибку на ранней стадии работы над проектом значительно выше, чем в случае, если ошибка обнаружена на более поздних этапах (рис. 3.3)
Хотя проверка правильности каждого отдельного этапа проектирования проводится по разным методикам, можно сформулировать общую систему правил проверки в виде правила «n плюс-минус один». Вопросом первостепенной важности при проверке правильности проекта является привлечение к этому делу «подходящих» людей. Наиболее «подходящие» люди – это те, в чьих интересах обнаружить все ошибки. Пусть, например, мы закончили n-й этап проектирования архитектуры системы. Проектировщики этапа n–1 – это авторы исходных внешних спецификаций, а проектировщики этапа n+1 – это разработчики структуры программы. Именно им и следует доверить тестирование архитектуры системы.
Правило «n плюс-минус один» состоит в следующем: проверка правильности этапа проекта должна осуществляться проектировщиками этапов n+1 и n–1. Это правило – еще один пример того, что интуитивно очевидно, но редко применяется на практике. В случае необходимости должны быть установлены формальные процедуры, обеспечивающие ее применение.
Рис. 3.3. Основания для раннего обнаружения ошибок проектирования
При наличии ошибки появляется необходимость во внесении изменений. Изменение в проекте – объективный фактор разработки программного обеспечения. Опытный разработчик программного обеспечения помнит об этом; он заранее запланировал изменения, организовал свой проект так, что изменение не становится травмирующим происшествием, он знает, как внести изменения таким образом, чтобы не понизить надежность работы системы.
Первое правило работы с изменениями – во время всего цикла работы над проектом поддерживать документацию на уровне последних решений.
Второе правило – в какой-то определенный момент времени «заморозить» результаты каждого процесса проектирования. «Замораживание» не означает, что больше нельзя вносить изменения; предполагается лишь, что с этого момента изменения должны проходить формальную процедуру утверждения.
Третье правило работы с изменениями – проверять правильность всякого изменения в такой же степени, в какой проверялось исходное решение.
Последнее правило – убедиться, что все нужные изменения сделаны на всех уровнях. Программист, проектирующий внутреннюю логику модуля, может сделать изменения, но не заметить при этом, что они влекут изменения внешних характеристик. Программное обеспечение и спецификации теперь рассогласованы, а это означает ошибку в программном обеспечении. Нет простого решения этой проблемы, но нужно позаботиться, чтобы все помнили о ней.
3.2.2. Требования к по
Программные проекты можно разбить на три группы: управляемые пользователем, контролируемые пользователем и независимые от пользователя [2]. Последние в данном учебном пособии рассматриваться не будут. Наиболее оптимален проект, контролируемый пользователем. Но, безусловно, желательно и участие в этом процессе организации-разработчика ПО. Если в управляемом пользователем проекте разработчик ПО не привлечен к определению требований, это увеличивает его шансы неправильно понять или неправильно интерпретировать требования. И управляемые пользователем, и не зависимые от пользователя проекты должны планироваться таким образом, чтобы обеспечить участие обеих сторон.
Требования к системе должны разрабатываться небольшой группой. Один участник этой группы должен быть основным представителем организации-пользователя, наделенным достаточными полномочиями, чтобы принять решения. Отметим, однако, что он обычно не является настоящим пользователем системы. Поэтому вторым членом группы должен быть человек, который действительно будет пользоваться системой. Например, при разработке требований к системе резервирования авиабилетов им должен быть опытный кассир. Организация-разработчик также должна быть представлена в этой группе. Одним из ее представителей должен быть человек, который, в конечном счете, будет играть главную роль в процессе внешнего проектирования. Другим членом группы должен быть тот, кто будет играть ключевую роль в одном из процессов внутреннего проектирования. Что касается надежности, здесь ставится цель обеспечить максимально возможную аккуратность и точность в определении требований пользователя, чтобы организация-разработчик ПО могла транслировать эти требования в проект с минимальным числом ошибок.
О методах проверки правильности требований можно сказать, что пользователь несет ответственность за проверку требований на полноту и точность, а разработчик – на проверку осуществимости и понятности. В процессе проверки требований желательно установить приоритеты для каждого из них, чтобы помочь разработчику ПО принимать компромиссные решения на следующих этапах проектирования.
Разработка лабораторной работы, описанной в подразд. 3.2., относится к проектам, контролируемым пользователем, причем в качестве пользователя выступают преподаватели, которые будут использовать данную лабораторную работу в своих курсах.