Резервирование замещением

Модель для резервирования замещением должна содержать информацию о состоянии резервных элементов, которое может быть различным. Состояние резервного элемента отражается коэффициентом его нагрузки , который равен отношению реальной нагрузки к номинальной нагрузке. Поскольку с этим коэффициентом связана интенсивность отказов элемента, то , где – интенсивность отказов при реальной нагрузке; – при номинальной нагрузке.

Естественно, что , именно такое значение и требуется подставлять вместо значения в ранее полученные формулы вероятностей безотказной работы и отказа элементов.

С учетом коэффициента нагрузки можно определить вероятности отказа и безотказной работы для различных методов резервирования (общее, раздельное, смешанное). Расчеты проводятся аналогично случаю с постоянно включенным резервом. Следует отметить, что для основной цепи коэффициент нагрузки равен 1.

Сравнение эффективности общего и раздельного методов резервирования при скользящем резервировании дает те же результаты, что и в случае резервирования с постоянно включенным резервом.

Мажоритарное резервирование

Кроме рассмотренных методов резервирования широкое распространение получило так называемое мажоритарное резервирование, которое является одной из разновидностей структурной избыточности схем. Оно может применяться при построении логических элементов и узлов. Выбор числа элементов в схеме основывается на фундаментальном положении теории отказоустойчивого кодирования, согласно которому отказоустойчивая система, состоящая из элементов, будет функционировать исправно при одновременном отказе в элементах, если значения и связаны следующим соотношением:

Из этого выражения следует, что в схеме с мажоритарным резервированием должно быть нечетное число элементов (минимум 3), на которые подаются сигналы в двоичном коде. С выходов этих элементов сигналы поступают на вход мажоритарного органа, назначением которого является выделение из группы сигналов безошибочного сигнала.

Мажоритарный элемент выдает сигналы на входы последующих элементов схемы только в том случае, если на его вход поступили аналогичные сигналы от большинства идентичных элементов, подключенных к его входу, т.е. выходной сигнал всегда принимает значение, равное значению большинства входных сигналов.

Таким образом, мажоритарный элемент реализует закон большинства или мажоритарный закон. Наибольшее распространение получили мажоритарные элементы, реализующие «голосование» два из трех. Выполняются они обычно из набора логических элементов типа И и ИЛИ.

Здесь А – узел схемы с элементами 1, 2, 3, выполняющими одинаковые функции и меют вероятность безотказной работы соответственно , , ; В – решающий элемент, осуществляющий функцию голосования.

Предположим, что вероятность отказа решающего элемента равна 1. Состояния отказа и работоспособности обозначим соответственно через 0 и 1. Все возможные состояния схемы сведем в таблицу истинности.

Определим вероятность безотказной работы мажоритарного элемента:

,

где , , – отказы элементов 1,2,3.

Учитывая, что элементы 1,2,3 – идентичны, можно положить, что

,

.

С учетом этого выражение для преобразуется к виду:

Если предположить, что вероятность безотказной работы элемента в схеме с мажоритарным резервированием при трех идентичных элементах, то вероятность безотказной работы такой схемы получится равной:

Таким образом, с помощью мажоритарного резервирования надежность схемы увеличилась более, чем на порядок.

Контроль в ЭВМ

Под контролем в ЭВМ понимаются процессы, обеспечивающие обнаружение ошибок в работе ЭВМ, вызванных отказом или сбоем аппаратуры, ошибкой оператора, ошибкой в программе или другими причинами.

По признаку применяемых средств контроль в ЭВМ разделяется на аппаратный, осуществляемый аппаратными средствами; программный, осуществляемый программными средствами; смешанный, осуществляемый совместно программными и аппаратными средствами.

По характеру контроль в ЭВМ подразделяется на оперативный и тестовый.

Оперативный контроль осуществляется в ходе решения эксплуатационных задач и позволяет в процессе их решения немедленно (задержка может не превышать время выполнения одного такта или нескольких тактов работы ЭВМ) обнаруживать ошибку в ее работе.

Тестовый контроль осуществляется в специально от1 веденные промежутки времени на основе решения специальных, тестовых задач.

В качестве основного способа оперативного аппаратного контроля применяется контроль по модулю.

Тестовый контроль дополняет аппаратный контроль, выявляя те отказы, которые не были обнаружены аппаратными средствами в процессе эксплуатации. Он осуществляется при помощи многочисленных тестовых последовательностей, запасаемых в накопителях ЭВМ вместе с правильными результатами, которые должны дать тесты. Расхождение между фактическими и заданными результатами тестов и является признаком отказа.

Известны следующие методы тестирования:

1. программная автодиагностика;

2. статическое тестирование;

3. логический анализ;

4. сигнатурный анализ;

5. метод сравнения с эталоном.

Из них четвертый получил наибольшее распространение.

1. Программная автодиагностика предполагает тестирование программируемых устройств на основе использования внутренних диагностических программ. Они бывают двух типов: самозапускаемые и вызываемые по требованию пользователей системой. Полезной для тестирования ряда устройств является программа прослеживания основного алгоритма, согласно которой испытуемая система проходит обычную последовательность состояний работы.

2. Метод статического тестирования микропроцессорной системы основан на том, что выполняемые ею операции можно рассматривать как совокупность последовательно изменяемых электрических состояний. Поэтому когда пользователя не интересует динамика процесса, то можно тестировать систему, искусственно устанавливая различные состояния. Для этого в систему включают вместо микропроцессора специальное устройство, имеющее набор тумблеров, с помощью которых можно задавать все возможные состояния. Выбирая определенные комбинации положений тумблеров, пользователь подает сигналы адресов и управления на определенный модуль системы (например, ОЗУ) и проверяет его работоспособность.

3. Рассмотрим в третьем методе логический анализ. Различают три вида приборов, с помощью которых осуществляют анализ: анализаторы логических состояний, анализаторы логических временных диаграмм, генераторы логических синхросигналов.

4. Учитывая широкое применение БИС, где при строго ограниченном количестве внешних соединений (несколько десятков) имеются тысячи и десятки тысяч элементов, построение системы тестов строгими логическими методами становится если не невозможной, то очень громоздкой и трудно выполнимой задачей. Поэтому возник большой интерес к вероятностным методам тестирования, где поставленная цель достигается с достаточно большой вероятностью. Сюда относятся получившие в последнее время развитие методы компактного тестирования (сигнатурного анализа).

Название сигнатурный анализ происходит от слова сигнатура имеющего много значений. Используемая при отыскании неисправностей в цифровых устройствах сигнатура—это число, состоящее из четырех знаков (цифр или букв) шестнадцатеричного кода и условно, но однозначно характеризующее определенный узел контролируемого устройства.

На рис.. приведена схема тестирования по методу сигнатурного анализа.

Рис.. Схема тестирования по методу сигнатурного анализа

Генератор тестов ГТ генерирует некоторую последовательность кодовых комбинаций (тестов), которые по очереди подаются на вход тестируемой схемы С. К выходу тестируемой схемы подключается анализатор Л, определяющий сигнатуру выходной последовательности. Найденное значение сигнатуры сравнивается при помощи устройства сравнения М2 с записанным в запоминающем устройстве ЗУ значением, определенным заранее экспериментальным путем для заведомо исправной схемы данного типа. В случае несовпадения значений сигнатур устройство сравнения выдает сигнал Н с неисправности тестируемой схемы.

Процедура сигнатурного анализа внешне схожа с процедурой обнаружения неисправностей в аналоговых устройствах. На принципиальных схемах последних в характерных точках указаны эпюры напряжений сигналов и числовые значения напряжений. С ними сопоставляют осциллограммы, наблюдаемые на экране электронно-лучевого осциллографа, а также результаты измерения напряжений электронным вольтметром и в итоге сопоставления делают заключение о нормальной работе или неисправности испытуемого устройства.

Для программируемых цифровых устройств система контроля, основанная на сопоставлении осциллограмм, к сожалению, не может быть использована, поскольку все двоичные последовательности на экране осциллографа практически неразличимы. Тем более она не осуществима по отношению к устройствам, содержащим микропроцессоры, по той причине, что нет однозначного соответствия между характеристиками устройства и его конкретными узлами. Поэтому для подобных устройств сигнатурный анализ является способом контроля и диагностики, эффективность которого трудно переоценить.

Принцип формирования сигнатуры. Чтобы провести сигнатурный анализ цифровых систем с микропроцессорами, необходим испытательный сигнал, представляющий собой двоичную последовательность.

Последовательность нулей и единиц, называемую данными, вырабатывает по специальной программе микропроцессор, расположенный внутри испытуемого прибора (устройства). Из этой последовательности формируется испытательный сигнал, называемый тест-последовательностью. Она имеет определенную длину, которая зависит от общего числа бит, заключенных в последовательности. Так как биту соответствует импульс строго фиксированной длительности, то требуемую длину последовательности устанавливают с помощью стробирующего импульса (временных ворот), варьируя его длительность.

Принцип получения сигнатуры из тест-последовательности с помощью сигнатурного анализатора поясняет рис..

Формируется сигнатура в анализаторе следующим образом. На вход схемы изображенной на рис. 10.10, поступает двоичная тест-последовательность определенной длины, например 20 бит.

Ее биты передаются на вход D регистра через цепочку сумматоров по модулю 2. В первом сумматоре каждый бит тест-последовательности суммируется по модулю 2 с битом 7-го разряда регистра, выходной бит первого сумматора суммируется по модулю 2, во втором сумматоре с битом 9-го разряда регистра и т. д.

Эта процедура заканчивается тогда, когда в триггер регистра войдет 20 -й (для рассматриваемого примера) бит тест-последовательности, прошедшей через цепочку сумматоров по модулю 2. Оставшийся в регистре код, представленный в шестнадцатеричном формате, дает сигнатуру обработанной двоичной последовательности (в нашем примере F86Н). Ее отображает дисплей сигнатурного анализатора.

Возможность применения сигнатурного анализа для контроля и диагностики цифрового устройства создается на стадии проектирования этого устройства. На этапе сигнатурного анализа можно осуществить следующее:

– выделить ядро системы;

– разорвать цепь местной обратной связи;

– привести в определенное начальное состояние контролируемые схемы;

– располагать стабильными тест-последовательностями на интернвале, равном длительности временных ворот;

– иметь документацию, указывающую образцовые сигнатуры для конкретных точек и сечений схемы.

Возможность использования сигнатурного анализа необходимо предусматривать еще на стадии проектирования устройства, содержащего микропроцессор. Иначе говоря, сигнатурный анализ применим для проверки и диагностики тех устройств, которые заранее к нему подготовлены и в аппаратурном, и в программном плане.

5. Метод сравнения с эталоном. Метод заключается в том, что выходная последовательность тестируемого объекта О сравнивается с выходной последовательностью, получаемой от однотипного эталонного объекта Э.

Рис.. Схема тестирования по методу сравнения с эталоном

На вход эталонного объекта подаются те же входные сигналы от генератора тестов ГТ, что и на вход объекта тестирования.

Далее проводится сравнение выходных последовательностей при помощи устройства сравнения М2. В случае наличия эталона выходную последовательность тестируемого объекта О можно сравнивать непосредственно с выходной последовательностью, получаемой от эталонного объекта Э. Поскольку отпадает необходимость записывать или запоминать длинные последовательности, отпадает и необходимость сжатия выходных последовательностей тестируемой схемы. Признаком неисправности тестируемого объекта является сигнал Н о несовпадении этих последовательностей. В качестве генератора тестов используются генераторы псевдослучайных кодов. Применение псевдослучайных кодов обеспечивает повторяемость эксперимента, поскольку псевдослучайные последовательности каждый раз повторяются. Поэтому при тестировании одинаковых объектов на выходном анализаторе появляется всегда одна и та же сигнатура.

Дата добавления: 2015-09-02