13

му реального времени, однако может привести к внутренним ошибкам. Таким образом, анализ надежности компьютерной системы является достаточно сложной задачей, на которую влияет большое количество факторов. И очевидно, что ее решение необходимо выполнять поэтапно: сначала рассмотреть аппаратную часть, затем программную в отдельности и только после этого анализировать надежность с учетом взаимодействия всех компонентов.

Литература: [1], 155-171; [3], с. 653-688.

7. НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ

Оценка надежности работы аппаратуры. Оценка надежности программ. Надежность работы части схемы. Оценка требований к быстродействию для методов контроля. Надежность эксплуатации аппаратуры. Надежность программ, используемых в цифровых системах.

Оценка начальной надежности аппаратуры.

Рассмотрим, какими факторами определяется надежность работы конкретного образца системы. Можно отметить, что она зависит от трех составляющих, на которые можно разделить любую ЦС, – это аппаратура, программа и методы определения неисправности – контроля правильности работы каждой составляющей. Надежность работы аппаратуры системы зависит от надежности работы каждого установленного в ней элемента, правильности и технологичности их сопряжения друг с другом, т. е. качества проектирования, изготовления и условий эксплуатации.

Элементом ЦС будем называть конструктивно оформленную схему, имеющуюся на рынке и отвечающую определенным требованиям (техническим условиям – ТУ): транзистор, сдвиговый регистр, микропроцессор, БИС памяти и т. п.

Надежность программного обеспечения системы определяется отсутствием ошибок в программах, что достигается проверкой всех программ путем их тестирования, и использованием различных методов верификации.

Качество контроля, его достоверность, определяется способностью определять количество возможных неисправностей.

Надежность цифровой системы (ЦС) определяется надежностью работы аппаратуры, надежностью программного обеспечения и качеством контроля – достоверностью их работы. Учитывая сущность явлений, лежащих в основе этих частей, они будут рассматриваться в работе раздельно.

Выходы из строя ЦС классифицируются средствами контроля в зависимости от того, что является причиной: программа или аппаратура. Проблема создания надежной аппаратуры связана с большим числом различных физических, технических и организационных процессов, использующих различные средства контроля, поэтому она является более сложной, чем проблема получения надежного программного обеспечения, т.е. программ без ошибок. В процессе создания программ участвует ограниченный круг людей и используются однородная производственная база (вычислительные средства) и методы контроля.

Надежность ЦС определяется наихудшим показателем надежности минимальной части

ЦС.

Отметим, что применение закона экспотенциальной надежности обеспечивает оценку надежности – частоты выхода из строя системы, части системы путем суммирования частот выхода составляющих элементов части. В действительности на основе данных эксплуатации выход из строя системы, ее части происходит при выходе из строя одного элемента, имеющего наивысшую частоту выхода. Отметим, что случайность выхода из строя элемента, которая определяется его λ-характеристикой, при использовании элемента в анализируемой части является детерминированной величиной, по которой оценивается качество выпускаемого промышленностью элемента. Как измеряемая характеристика элемента она имеет разброс, который определяется производителем, и только его величина является случайной. Таким образом частота или надежность работы части или системы определяется детерминированной величиной, по которой можно проверять, оценивать и прогнозировать надежность.

14

Время надежной работы системы запишем в виде:

Тцс = Тmin; или ωцс = ωmax,

т. е. время надежной работы системы определяется наихудшим показателем – минимальным временем правильной работы, с применением либо аппаратурного контроля, либо программного, либо их комплексов.

Литература: [2], с. 16-94.

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ С ЗАДАННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ

Деление системы на части. Оценка ресурсов для обеспечения надежности работы части системы. Организация резервирования памяти. Определение метода контроля для требуемой надежности работы части и системы в целом. Оценка рациональных уровней самоконтроля в системе. Определение количества запасных блоков.

Если требование по надежности работы системы не удовлетворяется существующей аппаратурой, которая производится промышленностью, то применяется резервирование. При выходе из строя в системе ее части включается резервная, которая обеспечивает выполнение функции системы.

Для выполнения операции резервирования части системы необходимо:

1)получить сигнал о выходе из строя этой части системы, для чего должен быть контроль ее работы;

2)остановить систему по сигналу контроля и отключить неисправную часть системы;

3)проверить резервную часть системы, и после получения сигнала о ее правильной работе включить в систему;

4)ввести данные, необходимые для продолжения работы;

5)запустить систему в работу с замененной частью.

Взависимости от области, в которой работает система, к процессу резервирования предъявляются требования по времени его проведения, поскольку время выполнения резервирования оказывает существенное влияние на построение системы.

Для системы, участвующей в процессе управления техническими средствами, время резервирования определяется динамическими характеристиками объекта и в большинстве случаев оценивается единицами – сотнями миллисекунд или десятками и сотнями микросекунд.

Вдругих системах, где участвует человек, время резервирования обычно составляет десятые доли секунды.

Взависимости от размеров системы и требований к надежности и габаритно-массовым характеристикам систему делят на части, выявляя наименее надежные, для которых предусматривается резервирование. Этот путь для многих систем дает возможность выполнить требования по надежности и габаритно-массовым показателям.

Надежность резервированной структуры (системы, устройства, блоки) определяется двумя основными показателями: во-первых, кратностью резервирования и аппаратурой управления и переключения (коммутации); во-вторых, качеством и временем контроля, определяющего работоспособность резервируемой структуры.

Литература: [2], с. 95-124.

IV. СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Самостоятельная работа выполняется в течение 2 семестра изучения дисциплины в количестве 41 часа и предусматривает самостоятельное изучение по учебной литературе и в сети Интернет отдельных вопросов вышеназванных тем дисциплины, подготовку студентов по конспектам лекций, учебной и учебно-методической литературе к практическим и лабораторным занятиям, выполнение расчетно-графических работ и индивидуальных заданий, подготовку рефератов, сообщений и докладов.

17

6.Особенности надежности восстанавливаемых изделий.

7.Показатели надежности неремонтируемых объектов.

8.Теоретические распределения наработки до отказа.

9.Показатели надежности ремонтируемых объектов, не восстанавливаемых в процессе применения.

10.Показатели надежности ремонтируемых объектов, восстанавливаемых в процессе применения.

11.Ремонтопригодность и готовность технических устройств.

12.Методы испытания на надежность и статистической обработки опытных данных.

13.Надежность систем из последовательно и параллельно соединенных элементов.

14.Надежность последовательных систем при нормальном распределении нагрузки по однотипным подсистемам.

15.Оценка надежности систем, построенных в виде цепи.

16.Надежность систем с резервированием.

17.Расчет надежности систем по последовательно-параллельным логическим схемам.

18.Выбор значений показателей надежности элементов.

19.Коэффициентный способ расчета.

20.Расчет систем с неодновременно работающими элементами. Учет цикличности работы аппаратуры.

21.Применение формулы полной вероятности при расчете надежности систем.

22.Переход от логической схемы для расчета надежности к графу состояний системы.

23.Логико-вероятностный метод расчета надежности систем.

24.Фундаментальные понятия теории надежности информационных систем.

25.Критерии надежности информационных систем.

26.Методы анализа надежности информационных систем.

27.Анализ многоканальной системы массового обслуживания с отказами.

28.Готовность многоканальной системы массового обслуживания.

29.Надежность систем диспетчирования.

30.Методы расчетов моментов распределений в задачах надежности.

31.Распределение работ по этапам в дискретных системах.

32.Расчет надежности систем от программных ошибок на основе диверсификационного программирования.

33.Анализ надежности многофункциональных систем.

34.Анализ эффективности систем управления при многофазном режиме функциониро-

вания.

35.Модель работы программы с изменяющимся распределением времени до появления

ошибки.

36.Модель чередования интервалов решения задачи и интервалов контроля.

37.Анализ эффективности программного обеспечения как системы массового обслу-

живания.

38.Учет иных особенностей функционирования программного обеспечения.

39.Оценка безотказности программ при наработке.

40.Оценка готовности программ.

41.Надежностные характеристики оператора.

42.Оценка надежности работы аппаратуры.

43.Оценка надежности программ.

44.Надежность работы части схемы.

45.Оценка требований к быстродействию для методов контроля.

46.Надежность эксплуатации аппаратуры.

47.Надежность программ, используемых в цифровых системах.

48.Деление системы на части. Оценка ресурсов для обеспечения надежности работы части системы.

18

49.Организация резервирования памяти.

50.Определение метода контроля для требуемой надежности работы части и системы в

целом.

51.Оценка рациональных уровней самоконтроля в системе. Определение количества запасных блоков.

52.Оценка начальной надежности аппаратуры.

4.2. Темы расчетно-графических работ по дисциплине «Надежность ВТ и ИС»

1.Синтез оптимальной структуры технической системы по обеспечению ее надежно-

сти.

2.Проектирование технической системы по заданным показателям надежности и риска.

3.Анализ надежности системы по данным эксплуатации.

4.Разработка структурной схемы системы длительного использования, удовлетворяющей требованиям надежности и ограничениям на техническую реализацию.

5.Оценка влияния дисциплины обслуживания на надежность дублирования восстанавливаемой системы (исследовательская тема).

6.Оценка влияния дисциплины обслуживания на надежность энергетической системы (исследовательская тема).

7.Анализ влияния законов распределения отказов на переходные процессы при оценке показателей надежности и готовности восстанавливаемой системы (исследовательская тема).

8.Влияние параметров резервированной восстанавливаемой системы на длительность переходных процессов при оценке ее готовности (исследовательская тема).

9.Влияние параметров резервированной восстанавливаемой системы на длительность переходных процессов при оценке ее готовности (случай резервирования замещением) (исследовательская тема).

10.Установление закона распределения времени безотказной работы системы по известным законам распределения элементов (исследовательская тема).

11.Сравнение надежности систем при различных видах структурного резервирования (исследовательская тема).

3.Темы рефератов по дисциплине «Надежность ВТ и ИС»

1.Специальные показатели надежности элементов и систем.

2.Проблемы создания высоконадежных систем.

3.Методы анализа надежности, основанные на теории марковских процессов.

4.Методы статистического моделирования анализа надежности.

5.Надежность и риск в технических системах.

6.Абсолютно надежные системы.

7.Граничные оценки надежности систем в условиях неполной информации о законах распределения отказов элементов.

8.Формирование показателей надежности на стадии проектирования.

9.Надежность информационно-управляющих систем.

10.Испытания на надежность.

11.Принципы конструирования, обеспечивающие получение надежных систем.

12.Надежность электронных блоков вычислительной техники.

13.Надежность соединений.

14.Оценка начальной надежности вычислительной техники.

15.Обеспечение требуемой надежности цифровых систем при производстве.

16.Оценка комплексного использования способов обеспечения надежности.

17.Использование универсальных математических систем при решении задач надеж-

ности.

18.Специализированные программные средства анализа надежности сложных систем.