Системы контроля в современных ЭВМ

Системы контроля и диагностирования современных ЭВМ представляют собой сочетание аппаратных, микропрограммных и программных средств. Обнаружение ошибок производится в машине непрерывно и следовательно не должно вызывать заметного снижения ее быстродействия, поэтому эта функция возлагается обычно на быстродействующие аппаратные средства контроля, которые позволяют почти полностью совместить во времени выполнение основных и контрольных операций. Необходимость коррекции ошибок и диагностирование неисправностей при современном уровне надежности ЭВМ возникает достаточно редко, поэтому целесообразно использовать для выполнения этих функций, главным образом, микропрограммные и программные средства в виде корректирующих и диагностирующих микропрограмм. Однако, чтобы эти программы и микропрограммы не были бы чрезмерно сложными предусматриваются определенные аппаратные средства, которые предоставляют в распоряжение программ и микропрограмм необходимую информацию о характере ошибок ЭВМ можно рассматривать, как преобразователь информации, а реализуемый в ней вычислительный процесс, как процесс преобразования информации.

С этой точки зрения любые выполняемые ЭВМ операции могут быть сведены к трем классам:

1) передача информации;

2) логические операции;

3) арифметические операции.

При передаче информации машинное слово передается в пространстве от одного узла к другому или во времени запоминания и хранения в запоминающем устройстве. Передача информации и хранение являются взаимно однозначными преобразованиями, при которых входное слово, поступающее на устройство, и выходное слово на выходе устройства совпадают.

Логическое преобразование в общем случае состоит в формировании по некоторым правилам из k-входных двоичных слов n-длины одного выходного слова той же длины, при этом двоичный символ в i-том разряде выходного слова зависит только от значения символов i-тых разрядов входных слов и не зависит от значений символов других разрядов входных слов.

В ЭВМ обычно выполняются логические преобразования над двумя словами (сложение по модулю 2, логическое “и”, и “или”) или над одним словом (инверсия).

В арифметических операциях из двух слов, задающих числовые операнды, вырабатывается в соответствии с алгоритмами арифметических операций результирующее выходное слово, причем значение символа в двоичном разряде выходного слова определенным образом зависит от значений символов, как в i-том, так и в других разрядах входных слов.

Таким образом, для построения автоматического контроля правильности выполняемых ЭВМ преобразований информации достаточно иметь схемы контроля правильности передачи информации и правильности логических и арифметических операций.

В основе построения автоматического контроля правильности работы ЭВМ лежит принцип избыточности, предполагающий использование той или иной избыточности (временной, информационной, аппаратной, алгоритмической).

Избыточность - это та часть средств, которую вводят в ЭВМ для контроля. Временная избыточность предполагает дополнительные затраты времени на выполнение контрольных операций. Например, решение задачи два раза и сравнение полученного результата. Если результат не совпадает, то возможно решение третий раз и выбор двух одинаковых. Если двукратное решение - это способ контроля, то трехкратное решение - это уже коррекция результата.

Информационная избыточность проявляется в использовании для представления команд и данных в ЭВМ кодов с дополнительными разрядами, используемыми в процедурах контроля и коррекции ошибок.

Аппаратная избыточность состоит в применении дополнительной аппаратуры для реализации контроля диагностирования и коррекции ошибок. Простейший способ: два одинаковых устройства, работающих параллельно и выполняющих одну и ту же задачу (дублирование).

Алгоритмическая избыточность предполагает выполнение решения задачи по разным алгоритмам с проверкой получаемых результатов на совпадение.

На практике системы автоматического контроля правильности работы ЭВМ строятся на основе использования информационной избыточности в сочетании с элементами избыточности других типов.

Использование схем контроля правильности работы ЭВМ порождают проблему правильности работы самих схем контроля. Поэтому были разработаны и используются самопроверяемые схемы контроля, основанные, как правило, на принципе дублирования.

В современных ЭВМ общего назначения средства автоматического контроля обеспечивают контроль правильности функционирования до 90 % оборудования машин, при этом за рамками автоматического аппаратного контроля оказываются некоторые цепи управления приема или передачи информации синхронизации и сигнализации. Попытки дальнейшего увеличения доли контролируемого аппаратным образом оборудования наталкиваются на практически непреодолимое возрастание объема аппаратуры автоматического контроля.

Как уже отмечалось, наиболее распространенным средством контроля является аппаратный контроль передачи информации. Для реализации такого контроля используется метод контроля, основанный на суммировании по модулю 2. Метод основан на том, что в машинное слово вводится дополнительный контрольный разряд, который принимает такое значение, чтобы сумма по модулю 2 всех разрядов слова была либо четной, либо нечетной.

Более сложный способ информационного контроля основан на использовании корректирующих кодов Хемминга. Добавляются не один, а несколько разрядов контроля, позволяющих определить возникновение сбоя с точностью до разряда. Этот код позволяет исправить ошибку.

Для диагностирования микро-ЭВМ в настоящее время применяется сигнатурный анализ, основанный на использовании циклических кодов, которые позволяют свернуть большую последовательность символов относительно небольшое слово-результат, которое и свидетельствует о правильности работы устройства.

Дата добавления: 2015-09-02