автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Функциональное диагностирование вычислительных процессов на основе анализа стандартных схем программ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени В. И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи

ДОРОФЕЕВА Ольга Станиславовна

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СТАНДАРТНЫХ СХЕМ ПРОГРАММ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 05.13.13 — ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, КОМПЛЕКСЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

/л-<,>/;

/ с- / / -4

Работа выполнена в Санкт-Петербургском ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехническом институте имени В. И. Ульянова (Ленина).

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор БАРАШЕНКОВ В. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ГАСКАРОВ Д. В., кандидат технических наук, ст. науч. сотр. ДАНИЛОВ В. В.

Ведущая организация — ЦНИИ «Гранит».

Защита диссертации состоится г. в ^ часов

на заседании специализированного совета К 063.36.12 Санкт-Петербургского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического института имени В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «/$» г.

Ученый секретарь

специализированного совета БАЛАКИН В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из центральных проблем вычислительной техники в настоящее время является обеспечение высокой надежности и достоверности функционирования ЭВМ и систем. Это объясняется не только расширением сферы применения сВМ и важностью решаемых ими задач, но и тем, что возникли области применения вычислительных машин, в которых техническое обслуживание затруднено, либо совсем исключено, и поэтому обеспечение их правильного функционирования является главным и обязательным требованием.

Современная ЭВМ представляет собой сложный комплекс аппаратных и программных средств, при тесном взаимодействии которых осуществляется выполнение возложенных на нее функций. Поэтому надежность вычислительных систем определяется надежностью ее элементов и аппаратуры, а также надежностью программного-обеспечения, управляющего выполнением вычислительного процесса.

Надежностные показатели современных ЭВМ возросли как за счет повышения надежности элементов и блоков ЭВМ, так и за счет увеличения объема в составе ЭВМ аппаратных средств диагностирования при соответствующей микропрограммной и программной поддержке, поскольку сама по себе надежность аппаратуры не может исключить возникновения различных отказов и сбоев в работе.

Стоимость потерь из-за аппаратных неисправностей с ростом производительности ЭВМ растет. Увеличивающаяся сложность аппаратуры, в свою очередь, приводит к повышению частоты отказов и сбоев. В этих условиях требуется особенно тщательное проектирование аппаратных и программных средств диагностирования.

Поскольку основным типом неисправностей при функционировании вычислительных систем считаются сбои и самоустраняющиеся отказы, одним из важнейших условий обеспечения надежности ЭВМ является устойчивость программного обеспечения к сбоям аппаратуры ЭВМ. Неисправность аппаратуры, возникшая при выполнении какого-либо программного модуля и необнаруженная' средствами аппаратного контроля СВМ приведет к "нормальному" завершению модуля, хотя последствия неисправности могут распространяться на работу всей СВМ.-

Разнообразие видов искажений вычислительных процессов (ВП) приводит к необходимости построения специальных средств, каждое из которых ориентировано на обнаружение отдельных видов искажений. При этом необходимо минимизировать время реакции средств защиты на заданные типы искажений и предотвратить влияние этих искажений на дальнейший процесс вычислений.

Решение этих задач для некоторых типов искажений полностью пока не завершено. Это объясняется тем, что ЭВМ с традиционной архитектурой не вполне приспособлены для обеспечения надежности ВП. Следовательно, существует необходимость защиты ВП от сбоев аппаратуры ЗИЛ при общей ориентации на обеспечение высокой достоверности вычислений.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы является повышение достоверности вычислений посредством разработки и исследования способов, алгоритмов и средств функционального диагностирования вычислительных процессов, протекающих в ЭВМ традиционной архитектуры, при ориентации исследований на оперативное обнаружение дефектов в выполнении операторов программ.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Выбор и анализ математической модели вычислительного процесса.

2. Построение диагностической модели вычислительных процессов.

3. Разработка и исследование способов и алгоритмов диагностирования вычислительных процессов.

4. Разработка аппаратных средств функционального диагностирования, реализующих способы диагностирования.

5. Оценка эффективности предложенных решений.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в

работе используются положения и методы теории графов, теории множеств, теории схем программ и теории алгоритмов.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

- впервые представлены и исследованы способы'диагностирования вычислительных процессов как комплекса операторов программы, выполняемых при подцеркке аппаратных средств ЭВМ,

позволяющие оперативно обнаруживать обусловленные сбоями аппаратуры искажения вычислительных процессов, приводящие к нарушению управляющих, адресных и информационных связей операторов;

- впервые предложена оригинальная диагностическая модель вычислительного процесса, позволяющая осуществить анализ адресных, информационных и управляющих связей операторов в программе и отличающаяся от известных списком выявляемых дефектов.

Практическую ценность работы представляют:

- разработанные способы диагностирования вычислительных процессов;

- разработанные алгоритмы и средства, обеспечивающие реализацию предложенных способов диагностирования БП.

Внедрение результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в научно-исследовательских работах, выполненных на кафедре вычислительной техники в I987-1991 гг., и связанных с разработкой методов и средств функционального диагностирования вычислительных процессов.

Акт, подтверждающий использование результатов диссертационной работы, приводится в диссертации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:

- Республиканской конференции "Автоматизация контроля вычислительных устройств и систем" (Винница, 1988 г.);

- Региональном научно-техническом семинаре "Микропроцессоры в системах контроля и управления" (г.Пенза, 1989, I9SI гг.);

- Всесоюзном семинаре "Применение ПЭВМ в автоматизированных системах контроля, диагностирования и изготовления PSA" (г.Москва, 1989 г.);

- Республиканской научно-технической конференции "Проблемы автоматизации контроля электронных устройств" (г.Киев, 1990 г.);

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЕТИ имени В.И.Ульянова (Ленина) (Санкт-Петербург , 1988, 1989 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано S печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов с выводами, заключениясписка литературы, включающего 114 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 132 страницах машинописного текста. Работа содержит 15 таблиц, 23 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДНРШЖЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, определена цель работы, задачи, объект исследования, сформулированы основные результаты, выносимые на защиту, определена их научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации работы.

В первом разделе диссертационной работы рассматриваются особенности ВП как объекта диагностирования, приводятся и анализируются статистические данные о характере и частоте возникновения ошибок при выполнении операторов программы, проводится сравнительный анализ методов и средств обеспечения надежности ВП, уточняются задачи исследования.

Для выполнения анализа правильного хода вычислительного процесса необходимо выбрать определение понятия вычислительного процесса, в рамках которого будут проводиться дальнейшие исследования. В литературе приводится множество определений процесса. Например, А.Шоу предлагает общепринятое неформальное определение последовательного процесса: последовательный процесс есть работа, произведенная последовательным процессором при выполнении программы с ее данными. Другой подход - формализация определения, чтобы упростить теоретический анализ какого-либо ограниченного аспекта процесса: функционального, операционного , пользовательского.

Особенности выбранных критериев анализа ВП позволяют определить вычислительный-процесс как последовательность операторов программы, выполняемых при поддержке аппаратных средств ЭШ. Вычислительный процесс будем определять как память (пространство состояний), программу (функция действия) и начальное состояние памяти, го есть ВП. - это тройка

P=f(x-Mqo) .

где X - память, - программа, - вектор начальных зна-

- 5 -

чений X (начальное состояние).

Поскольку в определении ВП участвуют две составляющие -память и программа, в качестве возможных искажений, возникающих при обращении к памяти и при выполнении программ рассмотрены следующие.

На основании определения вычислительный процесс заключается в задаваемой последовательности переходов памяти из одного состояния в другое. Состояние памяти изменяется в результате обращений к данным по известному адресу. Поэтому в рамках предложенного подхода основными нарушениями при обращении к памяти являются следующие.

1. Обращение выполняется не по требуемому адресу. В этом случае при записи возможно уничтожение данных, при считывании - считывание не тех данных.

2. Обращение выполняется по требуемому адресу, но записываются или считываются не те данные.

В первом случае имеет место некорректность адресации, во втором - искажение данных.

ВП для последовательных программ рассматривается как цепочки - последовательности операторов. Последовательный ВП всегда детерминирован, т.к. последовательность выполнения операторов для одних и тех же исходных данных остается постоянной. В качестве основных нарушений при выполнении операторов программы рассматриваются искажения порядка следования операторов.

Таким образом, в результате анализа возможных нарушений правильного хода ВП выделены три составляющих ВП: управление, адресация, данные. Нарушение, управления проявляется в искажении последовательности операторов программы; искажение данных имеет место в случае, если при выполнении оператор использует некорректные данные. Некорректность адресации проявляется в искажении адресов операндов.

Данные об ошибках, представленные в литературе, показывают, что объем ошибок составляет от I до 6% от количества команд в программах, и трудоемкость их обнаружения и устранения достигает 50-60% общей трудоемкости разработки алгоритмов и программ. Необходимо определить класс-ошибок, на обнаружение которых должны ориентироваться разрабатываемые способы и

технические средства.

Эмпирические данные исследований программ, проводимых специалистами в области надежности программного обеспечения, позволяют отметить, что логические ошибки и ошибки манипулирования данными занимают первые места по частоте возникновения (26% и 20,4% соответственно) независимо от типа программы, языка программирования, способов функционирования и других особенностей программного обеспечения (ПО).

Логические ошибки, как наиболее емкий класс ошибок, представлены в основном следующими категориями: пропуск логических операций или проверки условий (47,6$); неправильные результаты логических операций и нарушения последовательности логических действий (от 14,5 до 4555).

Ошибки манипулирования данными, такие как ошибки операций чтения, записи, пересылки, хранения и изменения данных, следуют по общему количеству за логическими ошибками. Эта категория ошибок составила 20,4% от общего числа программных ошибок, причем, ошибки в операциях инициализации и обновления данных составили до 77% от общего числа ошибок данного класса в прикладном ПО и до 82% в операционной системе.

По тлеющимся оценкам, в результате системных испытаний и тестирования прикладного ПО оказались невыявленными ошибки следующих категорий: логические ошибки (28,8%) и ошибки вычислений и манипулирования данными (15,0 и 17,296 соответственно). Оставшиеся невыявленными ошибки носят объективный характер, например, могут явиться следствием отказов и сбоев в аппаратуре НЕМ.

В то время, как сбои в аппаратуре носят кратковременный характер и самоустраняются, после чего аппаратура работает нормально, то их воздействие на ПО может привести к нарушению правильного хода ВП вплоть до катастрофических последствий. Частота возникновения сбоев характеризуется двумя примерами: время безотказной работы старших моделей 1Ш семейства 370, например, 370/168, составляет 30-35 часов, первых супер-ЭВМ '„Оглу-1 - 4-6 часов.

Анализ показывает, что необходима защита ВП от 'ошибок и сбоев аппаратуры специальными средствами Функционального диагностирования (чД), направленными на обнаружение ошибок соот-

ветствутощих категорий: логических и манипулирования данными. Помочь разработчикам при проектировании ПО могут прогрессивные методы создания надежных программ, а на этапе эксплуатации - современные методы обнаружения отказов и сбоев аппаратуры.

Анализ методов контроля вычислений и приведенные примеры практического применения способов повышения надежности функционирования современных сВМ показали, что существует большое разнообразие средств контроля. Существующие способы контроля не являются всеохватывающими, а приспособлены к конкретным частным ситуациям, к структурным особенностям устройств и технологической базе.

Показано, что программные способы обеспечения устойчивости ВП в сбоям аппаратуры (метод контрольных точек, контрольный счет, контроль маршрута прохождения программных модулей и т.д.) не всегда обеспечивают решение задач оперативного обнаружения искажений ВП. Кроме того, соответствующие программные системы сами в равной степени подвержены искажениям и могут иметь ошибки, не выявленные в процессе их отладки и тестирования.

Отмечено, что аппаратные способы контроля вычислений (контроль по модулю, контроль с использованием корректирующих кодов и др.) имеют некоторые преимущества по сравнению с программными, т.к. аппаратным методом искажение обнаруживается ближе к месту его возникновения, что позволяет уменьшить время реакции системы контроля. Аппаратным мет. м можно обнаружить ошибки, недоступные программным средствам. Тем не менее, аппаратные способы не всегда приспособлены для диагностирования ВП в том виде, в каком они используются для контроля самой аппаратуры. Основным недостатком использования аппаратных способов для повышения достоверности ВП является сложность обеспечения непрерывности контроля, чтобы избежать необнаруженных ошибок при передаче информации от одного контролируемого узла к другому.

Показано, что решению задачи защиты ВП от сбоев аппаратуры может помочь использование метода ФД по схемам алгоритмов и программ, но при ориентации его на решение задачи повышения достоверности вычислительного процесса. Гто требует развития метода, в часности, путем использования диагностической моде-

ли, учитывающей информационную, адресную и управляющую составляющие ВП.

В соответствии с целью исследований в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

- разработка диагностической модели, учитывающей особенности ВП как объекта функционального диагностирования;

- разработка и исследование способов и алгоритмов диагностирования ВП;

- разработка аппаратных средств, реализующих способы Щ вычислительных процессов;

- оценка эффективности предложенных способов.

Во втором разделе диссертационной работы выполняется выбор математической модели и построение диагностической модели ВП, проводится исследование свойств диагностической модели (да) на основе операторных схем программ (ОСП), формулируются принципы диагностирования ВП по ОСП.

По определению ДМ объекта диагностирования представляет собой совокупность функциональной модели объекта и заданного по ней списка дефектов. ДА служит для разработки способов, алгоритмов и средств диагностирования, отражающих правильность функционирования объекта диагностирования.

В .качестве математической модели последовательных ВП выбран класс стандартных схем программ (ССП). Аппарат теории схем программ абстрагируется от конкретных операций, значений переменных, от конкретных размеров операторов и данных, что позволяет считать память некоторой схемы программы состоящей из абстрактных ячеек требуемой длины. Интерпретация схемы превращает ее в программу для некоторой гипотетической вычислительной машины, в которой каждый оператор или каждая переменная (константа) занимает одну ячейку памяти. Это намного упрощает исследование вычислительных процессов, задавгемых машинными программами, не влияя на общность получаемых результатов исследований. Схемы программ абстрагируются от различных способов адресации, существующих в ЭВМ и имеющих существенное значение при функционировании машинных программ.

Показано, что в гипотетической машине, в среде которой выполняется программа, получаемая в результате интерпретации схемы, имеет место только один способ адресации - прямая адресация

сация. В результате следует вывод о том, что ССП является вполне адекватной моделью программ и может быть взята за основу при построении ДО ВП.

Приведено определение ССП как совокупности четырех счетных множеств символов и множества операторов - слов, построенных из этих символов: переменные, функциональные символы, предикатные символы, специальные символы. Внесены коррективы в определение начального оператора путем явного задания всех исходных данных, состоящих из переменных и/или констант. Начальный оператор содержательно интерпретируется как последовательность операторов присваивания, результатами которых являются исходные данные схемы (как переменные, так и константы), указанные в начальном операторе. Начальный оператор не имеет аргументов, а указанные в нем переменные и константы являются результатами оператора, которым при его выполнении присваиваются соответствующие значения. Заключительный оператор не имеет результата, а имеет только указанные в нем аргументы.

Приведено определение стандартной схемы в графовой форме, которая представляет собой грай переходов

б'-Ш) ,

где 3 - множество дуг, отображающих управляющие связи мевду операторами, Л - множество операторов ССП.

Показано, что ССП не является записью алгоритма и с ее помощью можно исследовать лишь структурные свойства программы, но не семантику вычислений. С целью проведения анализа выполнения программ необходима интерпретация. В качестве области интерпретации Фиксируется множество всех ячеек (адресов) памяти с множеством их состояний (значений), т.е. областью интерпретации является множество всевозможных состояний памяти.

В связи с тем, что ССП в графовой форме указывают только управляющие связи, ССП представляется в виде эквивалентных схем - операторных схем программ (ОСП). В ОСП явно указываются яе только управляющие, но и информационные' связи между ее операторами.

Приведено определение информационных, адресных, управляющих связей, маршрутов информационных связей и цепочек операторов. Показано, что возможные пути протекания Ш (возможные последовательности выполнения программы) определяются цепочками

операторов схемы, а информационные связи реализуются маршрутами.

На основании выбранной модели ВП в виде ОСП рассмотрены вопросы интерпретации дефектов в выполнении программ на ОСП. Показано, что при искажении данных структура управляющих и информационных связей ОСП не изменяется, а ошибочны сами значения величин. Некорректность адресации проявляется в искажении информационных дуг. Нарушение порядка следования операторов проявляется в искажении управляющих дуг.

В заключение второго раздела диссертации формулируются принципы диагностирования ВП по ОСП, в качестве которых пред-, ложены следующие.

1. Проверка правильности выполнения операторов в программе с целью обнаружения дефектов в порядке следования операторов осуществляется путем сопоставления выполняемой последовательности операторов программы и требуемого порядка следования операторов ОСП.

2. Обнаружение искажений информационных связей осуществляется путем контроля 'соответствия "каналов" передачи данных мезду операторами программы и маршрутов передачи данных на ОСП.

З.1 Выявление искажений в адресных связях операторов программы выполняется посредством сопоставления адресных связей операторов в программе и существующих информационных дуг между полюсами ОСП.

4. Для обеспечения эффективности диагностирования на основе анализа ОСП формируются контролирующие соотношения (КС), проверяемые аппаратными средствами.

Исходя из списка возможных нарушений правильного хода Ш, в работе предлагаются три способа диагностирования. Под способом диагностирования понимается совокупность контролирующих соотношений, алгоритмов обнаружения дефектов и средств диагностирования.

Третий раздел диссертационной работы посвящен разработке и исследованию способов диагностирования ВП. Раздел содержг сведения о трех способах диагностирования, которые приводятся по схеме: .описание способа диагностирования, формулировка контролирующих соотношений, варианты организации исходных данных

алгоритмы диагностирования, структурная реализация и оценка эффективности предложенных решений.

Для способа диагностирования порядка следования команд из ДМ на основе ОСП сформулированы и обоснованы контролирующие соотношения, которые базируются на разбиении программы на линейные участки - фрагменты, ограниченные операторами переходов и метками, так как большинство нарушений порядка следования команд в программе происходит в момент выполнения команд условного и безусловного переходов. Каждый фрагмент задается списком адресов выполняемых в этом фрагменте команд. Фрагмент можно задавать его границами: нижней границей (НГ) - адресом первой команды фрагмента, верхней границей (ВГ) - адресом последней команды фрагмента. Способом контроля является контроль правиль- • ности входа и выхода из фрагмента и контроль последовательности смены фрагментов.

Разработан алгоритм диагностирования, который позволяет определить принадлежность адреса текущей команды текущему фрагменту и зафиксировать момент выхода из текущего фрагмента и входа в новый фрагмент. Последовательность выполнения фрагментов программы контролируется путем сравнения выполняемой последовательности с списком разрешенной последовательности каждого фрагмента. Оба списка формируются на этапе трансляции согласно алгоритму.

Предложены и исследованы варианты организации исходных данных: списка границ фрагментов и списка разрешенных последовательностей фрагментов. Показано, что наиболее оптимальными вариантами являются следующие. Список границ представляет собой последовательность номеров фрагментов, задающую адреса, по которым располагаются соответствующие^ значения нижней и верхней границ фрагмента. Длина слова памяти при этом составляет 2Р разрядов, где Р - число разрядов для записи границы. Общий объем памяти занимает 2Р// разрядов, где /У - количество фрагментов. Список допустимых последовательностей фрагментов реализован в виде линейного списка, где адресами служат комбинации номеров фрагментов, а данным - признак допустимости подобной комбинации. Память имеет организацию бит.

- 12 -

Наряду с рассмотренными, в диссертации приведены некоторые другие варианты организации исходных данных. Выполнен анализ взаимного соответствия сочетаний вариантов списков, на основании которого представлены варианты структурных схем, реализующих способ диагностирования.

Процедура диагностирования осуществляется во время выполнения команды. С учетом этого приведено соотношение, отражающее временные процессы в схеме. Показано, что при выполнении ВП в пределах фрагмента, время диагностирования составляет не более 200 не. При смене фрагментов цикл диагностирования возрастает вследствие необходимых обращений к памяти, хранящей возможные последовательности фрагментов.

Предложены критерии оценки способа диагностирования порядка следования команд, к числу которых относятся коэффициент обнаружения дефектов, время обнаружения, аппаратная избыточность. Анализ затрат аппаратуры на реализацию способа позволил определить, что затраты памяти для 200 фрагментов (среднее количество фрагментов для одного модуля) составят величину 40 К для списка допустимых последовательностей фрагментов и потребуют память в 2.00 слов по 2Р разрядов; время диагностирования составляет от 200 до 400 не.

В качестве области наиболее целесообразного применения способа диагностирования предложены специализированные ЭВМ, реализующие алгоритм управления и обладающие высокими требованиями по надежности и достоверности вычислений.

Для способа диагностирования адресной и информационной составляющих ВП предложены следующие контролирующие соотношения. Должны совпадать исполнительные адреса результата выполнения команды-предшественника и адреса исходного данного текущей команды, являющейся приемником по данным; аналогичным образом формулируются контролирующие соотношения по данным: должны совпадать данные, вычисленные командой-предшественником и данные, используемые текущей командой. Контекст программы позволяет проконтролировать правильность передачи данных от одной команды, которая называется командой-предшественником, к другой команде, называемой командой-последователем. Суть контроля сводится, к сравнению адреса общей переменной и ее значения. Сравнение должно производиться при выполнении команды-последо-

вателя.

В соответствии с способом диагностирования рассмотрен вариант представления информации о команде-предшественнике, В результате выполнения команд в процессе обработки программы формируется список, в котором по адресу выполняемой команды записывается адрес операнда-приемника и значение результата, который формирует команда. В целях сокращения объемов памяти в список заносятся не собственно значения, а их свертки.

На основании того, что информация о команде-предшественнике есть необходимое, но недостаточное условие для выполнения контроля, необходимо для каждой команда установить ее предшественников. С этой целью на этапе трансляции формируется список, имеющий признаки: адрес выполняемой команды, номер операнда в команде, номер фрагмента-предшественника. Этим признакам соответствует адрес команды-предшественника. Для организации списка возможных команд-предшественников в классическую структуру транслятора вводится специальный блок, который можно назвать "информационным анализатором".

Проведен анализ правильности информационных и адресных связей команд с учетом предложенного способа организации исходных данных. Анализ показал, что отличительные особенности выбранных вариантов обуславливают создание возможных аппаратных реализаций предлагаемого способа.

Разработана и исследована структурная схема блока диагностирования, встроенного в структуру процессора традиционной архитектуры.

Рассмотрены основные оценки эффективности способа, которыми являются вероятность обнаружения дефектов, определяемая величиной модуля свертки, а также аппаратная и временная избыточность. Приводится методика выбора временных параметров элементов схемы диагностирования с целью минимизации временных задержек.

Показано, что способ диагностирования адресных и информационных связей претерпевает определенные изменения, позволяющие уменьшить затраты аппаратуры на его реализацию в случае использования в специализированных, вычислительных машинах.

Четвертый раздел диссертационной работы посвящен разработке средств функционального диагностирования ВП, протекающих

в специализированных системах и структурах. Выполнен анализ применимости разработанных для традиционных ЭВМ способов к диагностированию специализированных систем.

Анализ показал, что способ диагностирования адресной и информационной составляющих ВП для управляющих ЭШ характеризуется возможностью уменьшения аппаратных затрат на его реализацию. Управляющие ЭВМ, как правило, имеют небольшую разрядность данных и небольшой объем адресного пространства памяти данных ОЗУ, а также последовательное расположение частей основной памяти данных в адресном пространстве вычислительного устройства. Указанные особенности позволяют отказаться от схем свертки, блока поиска команда-предшественника.

Предложен и исследован вариант структурной схемы блока контроля, микропрограмма функционирования, на базе которых описан алгоритм диагностирования.

Показано, что предложенная процедура диагностирования не вносит временной задержки при выполнении программы.

Способ диагностирования порядка следования команд реализован для рекурсивной векторно-потоковой вычислительной системы (РВПС). В основу управления РВПС заложена оригинальная модель вычислений, основанная на иерархии осей синхронизации. Описаны особенности РВПС как многопроцессорной системы с общим полем памяти, состоящим из процессорных модулей (ПМ), каждый из которых обладает локальной памятью 8-64 К слов. Показано, что процесс выполнения программы на РВПС представляет собой одновременное выполнение на различных ПМ минимальных программных единиц - сегментов (фрагментов). Каждый сегмент может начать выполнение, если готовы результаты выполнения предшествующих -ему сегментов, вследствие чего такой принцип управления ВП называется потоковым.

Сформулирован способ диагностирования ВП для РВПС, который заключается в отслеживании правильного расположения операторов синхронизации. Контролирующие соотношения и все предварительные преобразования не изменяются.

Результаты, полученные при разработке и реализации способа диагностирования порядка следования команд в програ1ше использованы, в хоздоговорной НИР, что подтверждается актом об использовании.

- 15 -

В приложении приводятся документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена диагностическая модель вычислительного процесса на основе операторных схем алгоритмов, на которой определены типы выявляемых дефектов.

2. Разработаны способы диагностирования адресной, информационной и управляющей составляющих вычислительного процесса.

3. Разработаны алгоритмы функционального диагностирования, позволяющие выявить искажения адресной, информационной и управляющей составляющих вычислительного процесса.

4. Предложены средства функциоанльного диагностирования вычислительных процессов, ориентированные на обнаружение искажений адресных, информационных и управляющих связей программы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Казак А.§., Никищенков С.А., Дорофеева О.С. Информационные схемы алгоритмов: синтез, анализ, интерпретация и преобразования / Ленингр. электротехн. ин-т. - Ленинград, 1988. -31 с. - Деп. в ВИНИТИ 03.08.88, (¡'6233-В88.

2. Казак А.Ф., Никищенков С.А., Дорофеева О.С. Метод контроля вычислительных процессов в многопроцессорных вычислительных системах JJ Микропроцессоры в системах контроля и управления: Тез. докл. региональной научно-технической ков). -г.Пенза, 14-15 сент 1989 г. - Пенза, 198?. - С.41-42.

3. Барашенков В.В., Казан'А.у., Дорофеева О.С. Система проектирования процессоров ПЗШ со средствами диагностирования по схемам информационных связей программ // Применение ПЭВМ

в автоматизированных системах контроля, диагностирования и изготовления РЭА: Тез. докл. Всесоюзн. семинара, г.Москва, 1315 окт. 1989 г. - Москва, 1989. - C.3S-40.

4. Диагностирование вычислительных систем по схемам алгоритмов / В.В.Барашенков, АЛ.Казак, О.С.Дорофеева и др. // Изв. ЛЗТИ: Сб. науч. тр. / Ленингр. электротехн. ин-т имени В.И.Ульянова (Ленина). - Л., 1989. - Вып. 415. - С.40-43.

5. Казак А.5., Дорофеева О.С. Метод контроля вычислительных процессов по схемам информационных связей программ V/ Структура и математическое обеспечение специализированных вычислительных комплексов. -Л., ISSO. - С.50-54 - (Изв. Ленингр. электротехн. ин-та; Вып. 423).

6. Варашенков В.В., Казак .А.3?., Дорофеева O.G. Метод функционального диагностирования вычислительных процессов // Проектирование специализированных средств автоматики и вычислительной техники: Межвуз. сб. науч. тр. / Чувашский гос. ун-т. - Чебоксары, 1990. - С.57-60.

7. Казак А.Ф., Дорофеева О.С. Диагностирование вычислительных процессов по стандартным схемам.программ П Методы и системы технической диагностики:.Межвуз. науч. сб. / Саратовский ун-т. - Саратов, 1990. - Вып..14. - 4.2. - С.46-50.

8. Казак А.®., Дорофеева О.С. Метод диагностирования вычислительных процессов в микропроцессорных системах, // Микропроцессоры в системах контроля и управления: Тез. докл. регионального семинара, 23-24 сент. 1991 г. - Пенза, I99T. - С.З.

9. Варашенков В.В., Казак А.Ф., Дорофеева О.С. Система проектирования средств диагностирования устройств управления ЭВМ по схемам программ // Вычислительная техника в автоматизированных системах контроля и управления: Межвуз. сб. науч. тр. / Пензенский политехи, ин-т. - Пенза, IS9I. - Вып. 21. - С. 44- 47.

Подписано к печати / . Заказ/// . Тираж

формат бумаги 60x84 1/16, /¡¿> печ.л. Бесплатно.

ПО - 3 "Яенуприздата". 191104 Ленинград, Литейный пр., дом № 55.