Лекция 5. Тестовая диагностика.
Методы и технические средства диагностирования ЭВМ.
Основные понятия и определения теории диагностирования.
Типы тестирования, тестовая диагностика узлов, блоков и приборов ЭВМ.
Функциональные схемы организации тестовой диагностики.
Для повышения надежности ЭВМ применяют программные и аппаратные средства, позволяющие контролировать правильность функционирования ЭВМ, обнаруживать неисправности и места их возникновения. Эта группа средств называется системой контроля. В систему контроля входят: программный контроль, который в свою очередь разделяется на программно-логический и тестовый контроль, и аппаратный контроль.
Системой контроля и диагностики принято называть совокупность средств, используемых для целей защиты управляемого объекта (пользователя) от последствии ошибок в работе системы и для восстановления ее работоспособности.
Составными функциями системы контроля в общем случае являются
1. Обнаружение ошибок.
2. Определение причин и характера ошибок.
3. Регистрация ошибок и ситуаций, в которых имело место возникновение ошибок (сбор статистики и информации об ошибках).
4. Исправление ошибок.
5. Поиск (диагноз) неисправностей.
6. Реконфигурация системы.
7. Ремонт (замена неисправных компонент).
8. Проверка работоспособности системы (после ремонта или конфигурации).
С точки зрения способов реализации вышеперечисленных функций средства автоматизированного контроля и диагностики составляют:
1. Специальные схемы и устройства — для обнаружения и исправления ошибок, проверки аппаратуры, поиска неисправностей, реконфигурации системы.
2. Программные средства — тест-программы для обнаружения и поиска неисправностей, программы управления последовательностью функций системы контроля и самими функциями. Примерами таких управляющих и исполнительных программ являются диагностический монитор, программа анализа неисправностей и др.
3. Процедуры и инструкции обслуживающему персоналу, определяющие последовательность его действий в процессе восстановления системы и элементов системы. Сюда относятся: процедуры (полуавтоматические и ручные) проверки аппаратуры и поиска неисправностей (например, поиск неисправностей путем выполнения некоторой тест-программы с пульта обслуживания в режиме одиночных сигналов), поиск неисправностей с помощью тестера или осциллографа и др. Примерами инструкции являются: инструкции, определяющие порядок и последовательность включения "диагностических программ"; инструкции по пользованию диагностическими словарями; инструкции, определяющие последовательность замены подозреваемых в неисправности сменных блоков, и др.
4. Обслуживающий персонал. Определенная часть восстановительных работ предполагает непосредственное участие обслуживающего персонала при замене и непосредственном ремонте. Опыт и знания обслуживающего персонала в значительной степени могут способствовать поиску неисправности, качеству замены и ремонта. Роль обслуживающего персонала возрастает также вследствие наличия значительной неформализованности в процедурах поиска неисправностей.
При проектировании системы контроля необходимо сделать ряд предположений о причинах (источниках) возникновения ошибок в работе АСУ, а также о характере неисправностей. Определение типа ошибок и характера неисправности (если ошибка вызвана неисправностью в оборудовании)—это i первая задача, которую решает система контроля и диагностики после обнаружения ошибки. От правильности решения этой задачи существенно зависит эффективность всех последующих действий, осуществляемых системой контроля по восстановлению С точки зрения определения
причины (источника) ошибки, появляющейся в АСУ, все ошибки
можно разделить на следующие типы:
1) ошибки в программах;
2) ошибочные действия оператора;
3) ошибки, вызываемые факторами внешней среды (искровая помеха, удар и др);
4) ошибки, вызываемые неисправностями оборудования. Ошибки 1 -го и 2-го типа, хотя и влияют на надежность системы, имеют непосредственное отношение к программированию
проблемных задач и операционных систем, способам организации взаимодействия оператора с системой и не будут здесь рассматриваться.
Самоустраняемые ошибки, вызываемые факторами внешней среды, называют сбоями. Причины сбоев могут быть самые разнообразные Частые появления сбоев или повышенная реакция в виде ошибок системы на внешние факторы в определенной степени свидетельствуют об узком допустимом диапазоне изменения параметров оборудования.
Большинство восстановительных процедур и внеплановых остановок вызывают неисправности оборудования. Характер проявления неисправностей, функциональная и пространственная принадлежность неисправного оборудования могут быть самыми разнообразными. С точки зрения восстановительных процедур традиционная классификация, принятая в математической теории надежности, оказывается недостаточной. Поэтому возникает необходимость в учете некоторого множества характеристик неисправностей, которые могут оказать существенное влияние на способы обнаружения, поиска и восстановления. Отметим наиболее существенное из них: длительность и частота, характер неисправности (логическая или временная); количество неисправностей (однократные или многократные); функциональное распределение неисправности (в обрабатывающих схемах или управляющих), пространственное распределение (неисправность в процессоре, в памяти и в периферийных устройствах).
Значительные трудности при локализации вызывает случай характер длительности и -частоты проявления некоторых неисправностей. Это относится как к логическим, так и временным неисправностям.
Установившийся в настоящее время подход к диагностике предполагает разделение множества неисправностей аппаратуры на два типа: устойчивых— .отказов и неустойчивых—перемежающихся отказов. При этом разграничение неисправностей приобретает некоторую условность. Необходимость подобного разделения имеет не только терминологический смысл, но и методологический.
Последний проявляется в двух аспектах: в способах локализации неисправного элемента и способах нейтрализации последствии неисправности.
Типы тестирования, тестовая диагностика узлов, блоков и приборов ЭВМ.
Функциональные схемы организации тестовой диагностики.
Входной набор, посылаемый на входы схемы, называют элементарным тестом. Он способен обнаруживать более одной неисправности. Последовательность элементарных тестов, приводящая в конечном счете к проверке схемы или диагностическому выводу, называют тестовой процедурой. Тестовые процедуры, реализованные в виде программ, воспринимаемых и выполняемых системой, называют тестовыми программами. В зависимости от их назначения тестовые программы (в обиходе их часто называют просто тестами) могут быть проверочными или диагностическими. Как было отмечено выше, диагностические тесты преследуют более широкую цель -локализацию неисправностей, попутно, как правило, осуществляя функции проверки. Удачна прошедший диагностический тест свидетельствует об отсутствии определенного класса неисправности в аппаратуре.
Аналогично тестовым программам, тестовые процедуры могут быть предназначены для проверки и для диагностики. Возможны два способа организации диагностических процедур: безусловнае и условные диагностические процедуры. Кроме того, тестовые процедуры могут быть двух типов: комбинационные и последовательные. Безусловная диагностическая процедура характеризуется жесткой последовательностью реализации входящих в нее элементарных тестов. В условной диагностической процедуре реализация каждого последующего (выбор) элементарного теста зависит от результата предыдущего элементарного теста. Тип зависит от частоты анализа результатов элементарных тестов. Если анализ проводится после реализации всех элементаных тестов, то имеет место комбинационный тип диагностической процедуры, если же анализ проводится после каждого элементарного теста, то имеет место последовательная диагностическая процедура.
Изучение любого неисправного технического объекта предполагает четкое представление о возможных физических неисправностях. Цифровые схемы в этом отношении не представляют исключения. Для анализа поведения неисправной схемы необходимо в нее «внести» все возможные неисправности, т. е. рассматривают логику работы схем со всеми неисправностями. Совершенно очевидно, что такая постановка задачи неприемлема. Не вдаваясь в рассмотрение всего многообразия физически возможных неисправностей, отметим лишь некоторые из них: обрывы проводов, короткие замыкания элементов электронной аппаратуры, короткое замыкание проводов, перекрестные наводки, неудачное заземление и др. Поэтому существует ряд ограничений, общих для всех методов построения элементарных тестов, с учетом которых рассматривают класс неисправностей, который может обнаруживаться или (и) локализоваться. Класс неисправностей характеризуется следующими особенностями:
1. Рассматривают только логические неисправности.
2. Схема при наличии неисправности остается логической.
3. Обычно предполагается наличие в любой момент только одной неисправности.
4. Неисправности представляют собой устойчивые отказы. Логические неисправности—это такие физические неисправности, которые логически эквивалентны постоянным значениям входов и выходов компонент цифровых схем.
Многообразие методов автоматического получения элементарных тестов можно условно разделить на три группы:
1. Методы существенных путей.
2. Методы, использующие булевы разности.
3. Дедуктивные методы.
Методы существенных путей. Тест для логического элемента можно легко получить из его таблицы истинности простым ее просмотром. В соответствии с принятой терминологией логический элемент, реализующий логическую функцию, называется вентилем.