- •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
4.3.7. Критерии оценки методов контроля механизмов выборки, хранения и дешифрации команд
Избыточность, вносимую функциональным контролем, можно подразделить на информационную, временную и аппаратурную.
Информационная избыточность определяется как количество дополнительных разрядов, введенных в ячейку. Временная избыточность – введенные в программу (микропрограмму) дополнительные команды (микрокоманды), служащие только цели контроля.
Отсюда вытекают и критерии оценки методов контроля:
1. Kизб – информационная избыточность, т.е. количество дополнительных разрядов в ячейке.
2. tизб – временная избыточность, определяемая как число команд (микрокоманд), дополнительно введенных в программу (микропрограмму), по отношению к числу команд (микрокоманд) в исходной программе (микропрограмме).
3. Робн – вероятность обнаружения ошибок (искажений) в анализируемых выходных сигналах объекта диагноза при однократных дефектах в рамках принятой двухуровневой модели.
4. Сложность реализации ССВК (оценивается по объему аппаратуры, реализующей ССВК).
5. Время, необходимое для обнаружения сбоя или отказа.
6. Время восстановления после сбоя.
4.3.8. Встроенный функциональный контроль механизмов хранения и дешифрации команд
В подразд. 3.1.5 данные методы уже упоминались, однако кратко и обобщенно.
МПС можно рассматривать как систему, в которой параллельно протекают два процесса переработки информации: выбор последовательности управляющих сигналов (задается алгоритмом управления) и преобразование данных под воздействием этих сигналов. Идея обнаружения ошибок основывается на допущении, что ошибки в аппаратных средствах (памяти, регистре команд, счетчике команд, регистрах, дешифраторах) будут приводить к искажению в последовательности выборки управляющих сигналов, а также к искажению хранимой и передаваемой информации.
Таким образом, возникают две задачи: функциональный контроль правильности хода программ и функциональный контроль данных. В данном разделе анализируются методы контроля механизмов, влияющих на правильность хода программы, а в следующем разделе исследуются методы контроля механизмов хранения и дешифрации данных.
Говоря о методах функционального диагностирования, основанных на проверке правильности выполнения алгоритма, следует отметить необходимое условие для их применения: программа, реализующая алгоритм, не должна модифицироваться в ходе своего выполнения. В большинстве практических применений это условие выполняется.
Методы пошагового контроля правильности хода программ
Методы пошагового контроля программ характеризуются тем, что проверка правильности выполнения алгоритма производится в ходе выполнения каждой команды. В зависимости от избыточной информации, предназначенной для контроля правильности выполнения алгоритма, разработан ряд методов.
Методы контроля, реализующие раскраску команд
Суть данной группы методов заключается в следующем. Каждой команде ГСА ставится в соответствие признак, называемый цветом команды, который для разных методов реализуется по-разному. ГСА преобразуется так, чтобы соблюдалась определенная последовательность чередования цветов, которая задается с помощью дополнительного элемента, обычно – счетчика цветов. Этот процесс называется раскраской программы. Преобразование ГСА достигается за счет введения диагностических вершин (D). Диагностическая вершина – это команда, обладающая требуемым цветом и не влияющая на результат выполнения программы. Возможность выбора команды в качестве диагностической вершины зависит от метода контроля.