автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Организация и проектирование реконфигурируемых функционально распределенных систем обработки данных

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА Ч ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ЙШТЙТУГ имени В. И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи

Юшккд Вадим Викторинович

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОШГУРИРШЫХ ФУШЩИОНАЛЫЮ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ. ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Специальность 05.13.13 - Шчислителыше машны,

(типлптеы. системы и сети

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени' кандидата теункческич наук

Лешшгрзд - • 1/991

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина и ордена Окгшбръской' Революция электротехническом институте имени Ъ. И, Ульяшиа (Ленина)

Научный руководитель - -

кандидат технических наук доцент ПЕТРОВ Г. А.

Официальные оппонент-

доктор технических наук профессор КУПРИЯНОВ М. С. кандидат технических наук ПРИЗЕ1Ш С. В.

Ведущая организация - Институт проблем вычислительной техкиг-и АН ССОР

Защита диссертации состоится " /2. " г.

в /(? часов на заседании специализированного совета К 063.36.^Ленинградского ордена Ленина н ордена Октябрьской Революции электротехнического института имени Ей.Ульянова I Ленина) по адресу: 197376, Ленинград, ул. Проф. Полова, 5.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке: института; Автореферат разослан ". X/ " ¡^^^-¿^Л 1991 г.

Ученый секретарь сиециалиаироьшшого еотета

Еонакин В. Е

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Астуадьность проблем.!. Перспективным способом проблемной ориентации систем обработки дшшых (СОД) , позволяющим существенно улучшить техншсо - экономические податели, является проблемная ориентация ЭВМ-общего назначения, оонову которой составляет подклэчэние аппаратных модулей, -эффективно реализующих слоите функции, часто встречащиеся в классе решаемых задач. Данные модули в работе называются функционально ориентированными процессора!.« (<10П). Эффективность данного способа проблемной ориентации особенно сильно проявляется для СОД, решающих задачи, «з которых, с одной .стороны, отсутствует большая степень■ параллелизма функций и данных, а с другой стороны, содержатся часто встречающиеся слокные функции требующие значительных вычислительных ресурсов (задачи управления -движением, навигации и т.д.). Однако введение ФЭП в структуру СОД дел&ет ик функционально . распределенной ( ФР ) и педет [с ухудшению надежности. Следовательно , требуется разработка и исследование методов и средств, повывающих -падоиюе.ть ФР ССД. ■

Б настоящее время значительное внимание уделяется СОД, об-ладаюитм свойотвшга огкаэоуетойшяоетн и кнвучости. При этом под от1сазоустойшш.М1 иопишшг системы, полностью восстанавливающие свои возмолюстк после от!?азов элементов, а под лнвучиш - системы, не споеоСзшэ поело отказов элементов водностью восстанавливать свои ВОСШ12ЮСТН и продешюизие функционировать с допустимой деградацией. Наиболее. э.Ф1с-^сгвньп-г,г кс-тодами обсспсчс-ния отказоустойчивости н ямвучес-ти для современных функцнон&чьно слояшх мультипроцессорных .СОД,к которым относятся.и ФР СОД, является методы, .основанные на реконфигурации. Однако вопросы ре-!50Кфигурации в среде ФР СОЯ в настоящее яремя исследованы слабо.

Применение.проблемной ориентации,.оскоЕанной на подключении ?ОП,. эффективно таю® для систем, решающих задачи, определяемые группой однотипных алгоритмов, -выполнение которых, дотаю осуществляться СОД с различной производительностью'и затратными характеристиками в зависимости от- конкретных условий эксплуатации. К тшеим~ классам задач относятся обработка периодических потоков информации, управление-'технологическими процессами, научно -технические расчеты 'к другие. ЕКлнчеиие в состав ФР СОД средств

- 2 - • .

реконфигурации позволит разрабатывать для рекзния таких задач свойства программно совместимых систем, в рамках которых моэдо 'достаточно бьютро комллексировадь систему с трвбуемкци характеристиками аа счет подключения/отключения необходимых 4011

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью разработки и исследования, реконфигурируемых ФР СОД, обладаювдх свойствами живучести и адаптируемости к конкретным требованиям по производительности и аатратным характеристикам без модификации программного обеспечения системы. Диссер-таипу,.ная работа продолжает одно из научных- направлений !сгфдры Щчислительиой техники ЛЗТИ им. ЕЛ Ульянова (Ленина) Она проводилась в рамках шквуаовской комплексной программы "Микропроцессоры и ишсроЭВМ" ( приказ МВ И ООО'ССОР Н 455 от 18. 05.86).;

Цель работы и -задачи наследования. Целью Диссертационной работы является исследование вопросов организации И проектирования реконфигурируемык ФР СОД. Дост икание поставленной цели предполагает решение следующих задач;

- исследование принципов . оргшшаацим ро конфигурируемых. ФР СОД; .-'■••'■.

- раарайотка и исследование, шханизмов и стратегий реконфигурации в среде. ФР СОД; • . • . .

- исследование организации диагностирования в среде рекон-. фигурируеыой ФР СОД; •■-'..

- раарабсгчга и исследование подсистем реконфигурации рекан-фигурируошх ФР СОД; . •'; - .''-■■ ./..'.

- исследование допросов проектирования реконфигурируеша: "ФР ООД, в том числе и разработка модели ФР'СОД для оптимизаций ее конфигурации в рамках семейства программно совместимых проблемно, ориентированных СОД.

Методы наследования базируются на теории вычислительных' систем, теории надежности, теории вероятности, -теории математического программирования и строятся на ; сочетании формальных, и-содержательных методов. '

Научная новизна.проведенных исследований состоит в ' том, что: ..... ■••'.,

- разработаны и исследованы мёханиамН и стратегии реконфигурации в среде ФР СОД, 'отличающиеся шогоуровнеиой реализацией

:" - 3 -

' механизмов реконфигурации, использованием механизма реконфнгура-. ции на ; основе операционно 'эквивалентных композиций функций и учетом -различных, видов, деградации системы;

- разработана методика проектирования реконфягурируемнх" $Р СОД и модель для . оптимизации конфигурации ФР СОД в рамках семейства программно совместимых с истом.

Практическая;ценность работы заключается в том. что:

- разработаны и исследованы подсистему реконфигурации последовательной и последовательно-параллельной ФР СОЛ, практическая ценность и новизна которых подтверждается положительным решением ВНЙИГПЭ с выдаче авторского свидетельства на изобретение;

. •'.-. разработаны инструментальные .средства компрессии-декомпрессии тестовой,, информации, позволяющие существенно повысить зф-фиктивность тестового диагностирования реконфигурируемых ФР СОД;

--. разработаны средства сопрл.тения и .реконфигурации микроэвм с ФОП на основе программной реализации механизмов управления -ТОП, проведено, экспериментальное исследование полученной системы.

• Внедрение -результатов работы. . Выполненные в. диссертационной работе: исследования являются составной частью научно - исследовательских работ, проведенных з рамках хоздоговоров и дого-' воров' о творческом научно' -.техническом содружестве на- кафедре Шчисдзггельной техники 'ЛЭТИ-'км.Е й.Уль'янова(Ленина) в области раз работ ки проОде то ориентированных ..вычислительных систем и систем, управления в реальном масштабе времени. Результаты диссертационной работы Внедрены и копользуются, на ряде предприятий,. что-подтверждается шег.аш, представленными в "диссертации.. 1

Апробация' райоты.' Основныз полояеяия и .результаты диссертационной работы доклад,ывались"и обсукдалшь ка 1-й Всесоюзной научно - технической. конференции "Метода, анализа надежности программного обеспечений, вычаю'лительных систем реального времени на основе моделей нечеткой логики и качественных описаний", г. Киев, 1987 г., .па Всесоюзном, семинаре' "Интерфейсные средства систем автоматизации.научных, исследований", •' г. Севастополь, 1983 г., на областной конференции "АСУ - проблемы ориентации и'диалогов»} сизтеш", г. Ульяновск, 1983 г. , на 1-й международной научно - - . практической конференции "Системы'автоматизированного проектирования средств вычислительной • техним СШ' СНГ '03", г.

Ленинград, 19ЭЗг-., на ?-Я Всесоюзной шкале- - сеыикарз "Распараллеливание обработки информации", г. Львов, . 1988 г., на научно -технической конференции "Человеке - компьютерное взаимодействие", г. Ульяновск, 1989 г., на 45-й научно ~ технической конференции "Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники, сиааи", посвященной Ли» Радио, г. Ленинград, 1990 г., на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ'им. В. И. Ульянова (Ленина), 1088-1990гг. •

Пубдтюции. 'Из материалам диссертедаоннс-й работы опубликовано 14 печатных работ, атоклщ получено положительное решение ВШИГГО о выдаче авторского свидетельства на изобретение. - •

Структура я объем работи Диссертация состоит из- введения, 4 разделов с выгодами, иаключешй и 8 прклошнйЯ. Основной текрт работы изложен на 156 страницах ыаижодисного текста ■-Работа содержит 64 рисунка и 4 тайлщи- Список литературы включает 1Б7 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Бо введен;:» обоснована актуальность диссертационной работы/ сфэрмулироьаны шдь -и основные задачи исследовании. .

В нервом разделе проведен анализ способов проблемной ориентации СОД. доказало, что проблемная ориентация сцстен, сеу^ст-вляеыая. как за счет разработки специального .- программного сбесле-нения, та1! я за счет включения а-состав системы ФЗП, являемое наиболее эф^киишой для классов задач, а вторых, с одной стороны, отсутствует больи-м, степень парадлелвзьм функция.дашшз, а с другой стороны, со держатся, сложные, часто' астре чшдиеся -фукк-цин, требукаэ» вычислительных ресурсов. Покалено, •

что вклнменме в состав системы 'ЮЛухудшает ее надежность." Проведенный сравнительный -анализ »«тодов обеспечения отказоустойчивости 1! киьучгсти ООД. показал,. что для ' функционально, .сложны* систем более предпочтительными нвляютср методы активного'реаер-вярования. х&расгеризуьодеоа в.ыяолненкем определенных действий по ш}1»еиеьим характера обработки йифорьиций , функциональной И сяфуад-уриой орггщийащш сиетеш для устранения последствий. ■■ возникшие {¡¡'И 3*0« ДЛИ ЩЛЬТЩХМЫ&ЮМШ систем, в КОТО-

рш относятся' и ФР ССЛ, наиболее эффективным является штсд постепенной деградации, основанный на реконфигурации. Даниил метод .позволяет получить компромиссное сочетание характеристик производительности и надежности .СОД при. заданных затратах еа счст.эф-феитлвного использования шогофункциряальнцх элементов системы.

Для обеспечения опсазоуетойчивости и швучести ФР СОД за ■ счет их реконфигурации первоочередное значение имеет решение задач диагностирования. При организации диагностирования ФР СОД принципиальными являются два момента' Первый - проводится .та диагностирование элементов ФР СОД в .процессе выполнения, тли сбой основных функций"при решении системой задач (функциональное диагностирование), либр в гаменты времени, тогда диагностируемые элементы не участцуот,в, решении задач (тестовое .диагностирование). Второй - являются лм средства диагностирования втроениымя в здешнты (встроенное диагностирование), либо внеаниин по отно-иэшш гс ним (внешнее диагностирование). Нк сочетание дает 'четыре возиозвш® метода диагностирования, 'анализ которых позволил выделить достоинства и -недостатки -каздзго из них. В силу различной ойфактквнсстк'методов диагностирования при раопоэвовании отказов различных »сласссв предлагается в-конкретной системе' исподычэпать

ИХ Некоторую СОЕО^у-ШООТЬ.

'. В работе ■ 'рассматриваются рекокфнгурируекк ®Р СОД, (Р£Т СОД), 'ориентдроваззне ла цигшческое регэнпе Фи«ированного набора ?уи!ЭД1!эналыгш:- оадач (КФЗ). Ваддак из задач !Ш г» = 17П. ' харшяер'иауегся' откосигельдой вшлостья, оадавгйяяй пркернтотт/ врашшнма ограничезпгямн 5; слоз-даеть'л 'Ерэкзппиз ограничения зависят „от характера яроцэссз рекэюш. аалач. Так дгл ишшгчее!:;! реЕаемЫх задач, рареттризаеких 2 габоте, времените 'ограяичегои определяются: для Ш8 с яоеткям, заданньм -ветше. агоеш - через . оОяшй цикл рошзяия - всего М3"н шмеиты врсизшГ внутри данного цгоела, в которые система должна начать регкпяе конкретпик задач; а для -ШВ с переткни циклом -- .через минимально - необходимый а }.окс?'л:гально допуот^-кй ревэикя кадкой задачи. Сломюотъ

ксиедой задачи б тачзчисм счета ЕЬф-'дкастол д о.нродолзн'шс: хграк-тдастисах рзвультата,.таких • как точность - зря шт»:елп?е,шш? аадач'и задач управления; обыи обработанной ипОорузцри- цм г.я~ лпч'свйв» и обработки те/емпрнчшюй информации у г-п. При э?оы

. - б -

в процессе решения Шв ири отказах элементов системы может допускаться деградация по этим характеристикам, т. е. переход на облегченные варианты задач л-1 • ■ Каадую задачу будем представлять в ярусно-параллельной форме множеством /функций, связанных между собой ; графом информационной зависимости.: ' При этом под .'функциейв работе понимается операция, реализуемая в 40П, либо ь виде программного модуля- -ь ЗШ. Таксе ' двухуровневое представление ШО позволяет .определить в качестве минимальной сццслоьои едкщши, с точки зрения процерсоь.. диагностирования .и реконфигурации, функцию, а таюов позволяет--оценивать и учитывать при разработке ЬЫ> СОД различные виды детрадации: .-временную -ухудшение временных характеристик процесса решения. №19; параметрическую - переход на. облегченные-варианты задач; функциональную -'отказ от выполнения шлояриоритетиых задач. реализацией данного представления Шв будет программное. обеспечение ".со. следукщзй структурой: головная программа. - -последовательность; вызовов программных модулей, [саадый иа которых решает одну-ив задач. Щв-и состоит ка программных модулей более низкого уровня. -

Эффективность ФР СОД определяется-.'типом базовой ЭВМ,, . номенклатурой и количеством ЗОН, а ташке способом их сопряжения. При этом принципиальным является вид реализации механизмов управления <ЮП. и возможность .организации Носледовагельно-ларал- ■ дельной работы <ЮГ1 к ЭШ. .В связи с этим и работе рассматриваются последовательные системы с программной реализацией механизмов управления 40П; последовательные системы с аппаратной реализацией механизмов управления <1011; последовательно - 'параллельные системы. -Для систем.первого ъиаа'средетваш...сонряае.ний.ЭБМ с 'ЮН является библиотека драйверов, -обеспечивающих -управлениё-'ФЗП, а для систем второго и третьего видов - специальное: устройство, : называемое процессором распределения-функций (ПРФ.Г.ПР<& при-об- • рашрнии ОШ.-к программному' 'иодулю, имеющему фуинкциональнЫй• .зк--ииьплёнт ь одном из <10П, -'прерывает. передает - данные, в $ОП, запускает.' ЮН,' передает результат обратно ,н память и обеспечивает возьиат ШМ в .иызцьающиП пгограммный -модуль. ДЦииа-архитектур" С-ОД иоконаг необходимость' разриоотки и исследования методов обеспечения отказоустойчивости .и Шй'учеочи 'за- счет реконфигурации применит«льно к отказам. ФОП. Поскольку / в процессе

функционирования РФР СОЛ будут проходить ряд состояний ( от полной работоспособности до состояния катастрофического отказа) предлагается их оценивать через характеристики данных состояний: подмножества решаемых задач, временные характеристики процесса решения и вероятности нахождения.в данных состояниях.

Во втором разделе сформулированы и исследованы общие и частные принципы организации РФР СОД. Обяне принципы позволяют повысить эффективность $Р СОЛ и способствуют реализации частных принципов.. Частные принципы позволите наделить РФР'СОД свойством живучести, в связи с чем и'определяют их специфику. Основными частными принципами организации РФР СОД являются принципы: «функциональной атомарности; диагностируемости ФОП; структурной, временной и функциональной -избыточности; инвариантности процесса вычисления Функций к средствам вычисления; реализации подсистемы реконфигурации в рамкак средств сопряжения базовой ЭШ с ФЭП; «многоуровневой реализации механнзшв реконфигурации.

Принцип функциональной атомарности определяет Функцию, как '.сшимальную смысловую единицу пля организации реконфигурации. и означает, что для подсистемы реконфигурации (ПР) Функция считается полностью вьшолненой правильно, либо не выполненой совсем. Реализация данного принципа с учетом циклического характера провеса -реоония ШЗ позволяет не реалнговывать и РФР СОД механизмы зрхнвации- и восстановления вычислительного пронес«.. Принцип инвариантности процесса вычисления функции к средствам вычисления предусматривает к&жчю з системе нескольких различных вариантов нлчелешш функций, идентичных с точки зрения рееультата и раз-мчагадхся всемзш1ш1, надекностнимн к. затгстпащ харшсгерксти--шз!. При этом назначение и переназначение функций.на конкретные >есурсц долгою осуществляться системным средствам "прозрачно" [ля пользователя.

Принцип многоуровневой р-залиеацки шхзкиз!зв реюзнфкгурздш ¡значазт использование в-системе различных механизмов рэконфигу-ащш, осковьгозвдгсея на структурном, функциональном и временном язервировании и соответствующие рзз.тачньи уровням олнеання слс-■екы. Анализ .архитектуры. к процесса проектирования -ФР СОД пока-ал целесообразность выделения трех уровней: структуры, фуигашй и здач. К уровни структуры относится механизм реконфигурации, б а-

зируицийся на структурном "резервировании и заключающийся в подключении вместо отказавшего ФОН однотипного резервного модуля. I работе показана возможность перераспределения функции при отказе на однотипный ФОН, вместо отключения всего ЗОН, что позволит улучшить характеристики производительности и надежности системв ири практически тех же затратах.

Шханизмы реконфигурации уровня функций базируются на функциональном резервировании. Анализ различных ..форм функционального резервирования ь среде ФР СОД позволил выделить три базовых механизма реконфигурации:

1) замена отказавшей Функции 50П аналогичной функцией другого ЗОЛ, обладающего худшими временными характеристиками;.

• 8). замена отказаваей функции ФОП последовательностью аппарат но реализованных функций, приводящей к тому «е результату, что и заменяемая функция, и называемой операционно эквивалентной композицией функций (ООКФ);

3) аамена отказавшей функции ФОП программным модулем ЭВМ. Основой ОЭКФ является то, что большинство функций некоторых классов задач связано определенными зависимостями к, следовательно, могут быть выражены друг через друга. В работе получены выражения, показывающие увеличение вероятности безотказной работы Р1'Р СОД при реализации механизмов реконфигурации уровня функций. Так вероятности безотказной работы системы, решающей в течение заданного времени задачи, основанные на множестве функций \пч'-Гм,первые 3 из которыхимеют аппаратную поддержу, при реализации всех трех механизмов реконфигурации и без них могут быть определены о помощью следующих формул:

0=1 - л-' V т«ЗН

1'де\<т- коэффициент повторения функции 5 п» в течение заданного времени; вероятность правильного выполнения функции 5ть ЭВМ; Р- вероятность правильного выполнения функции-^ в ФОП; ^-кратность резервирования функции ^ в воле <$011; О^ - количество различных ОЭКФ, заменяющих функцию ¿^; р^- множество индексов функций, составляющих <^.-тую (ШФ Функции £ ; р^ - условная

вероятность правильного выполнения функции в <ЮП при отказе функции ^. В полученных формулах рассмотрены все возможные альтернативные- варианты вычисления функций без учета их влияния на деградацию производительности системы, определяемого временами выполнения альтернативных' вариантов. При этом альтернативные варианты, использующие первый механизм реконфигурации, характеризуются минимальным временем выполнения, а использующие третий механизм реконфигурации - максимальным.

Смысл механизмов реконфигурации уровня задач заключается в сохранении временных характеристик процесса решения наиболее приоритетных надач за счет изменения расписания решения задач и за счет Перехода на облегченные алгоритмы решения задач, что и определяет дьа базовых механизма реконфигурации.

Механизмы реконфигурации оказывают различное влияние на функционирование РФР СОД. Выбор конкретных механизмов реконфигурации в казедом состоянии системы при возникновении отказов должен определяться заданной стратегией реконфигурации. В качестве критерия выбора механизмов реконфигурации определена минимизация деградации характеристик процесса функционирования системы при переходе после состояния отказа в следующее состояние функционирования. Общая стратегия реконфигурации будет являться композицией базовых стратегий, заданных на различных подмножествах задач. Поскольку в системе могут бшъ допустимы три вида деградации,. то и базовая стратегия реконфигурации должна задаваться через их приоритеты. Для систем, решающих №83 с неидастким циклом, выявлено 16 базовых стратегий, различающихся количеством возможных видов деградации, и их приоритетами. Для систем, решающих ШЗ с жестким, заданным извне циклом, в силу недопустимости временной деградации остаются возможными лишь 4 базовых стратегии реконфигурации. Проведенный анализ алгоритмов базовых стратегий реконфигурации позволил сделать ряд. выводов. Механизмы реконфигурации уровней структуры и функций однотипны по назначению, характеру исполнения и активизации. В силу этого их реализация должна быть воалолкна на один шдуль ПР, который в случае отказа какой - либо Функции ФОЛ доллен найти альтернативный вариант ее вычисления и обеспечить его выполнение. Активизация данного модуля может производиться сразу после выявления отказа, не дожи-

- 10 - •

далаь результатов выбора наиболее предпочтительных механизмов реконфигурации. Реализацию механизмов реконфигурации уровня задач целесообразно возлоотть на два модуля, один из которых дол-тен определять подмножество задач для деградации и виды их деградации, а второй выполнять рекомендации первого. Для определения подмножества задач для деградации, показана предпочтительность расчотного варианта, основанного на анализе временной модели процесса решения НФЗ при отказе ФОН Данные выводы определили функциональную организацию ПР.

В работе рассмотрена реализация механизмов реконфигурации в последовательных и последовательно-параллельных РФР СОД. Разработаны алгоритмы функционирования модулей ПР и подсистемы диагностирования (ГШ). Для РФР СОД с программной реализацией механизмов управления ЗОЛ даны рекомендации по организации функционального и 'тестового диагностирования. Для тестового диагностирования решены вопросы о соотношении временных характеристик .процесса решения' Г/ГО и процесса диагностирования и об адаптации процесса диагностирования при отказах.ЗОН Показана целееообазиость реализации лишь механизмов реконфигурации уровней Структуры и фушадй.

Для последовательных РФР СОД с аппаратной реализацией механизмов управления ФОП рекомендуется проводить тестовое диагностирование параллельно о решением задач, ^включив для этого б систему специальную диагностическую вину. Для 'разрешения конфликтов по <10П предложена стратегия, осноЕиваксаяся на абсолютном приоритете функций, участвующих в решении задач,над диагностическими функциями и выделении обязательного кванта времени для диагностирования в кавдом цикле решения Ш'Э. Показана целесообразность активизации ПР -через, анализ-реальных флагов работоспособности Функций поля ФОН к требуемых флагов для вычисления конк-

ретной функции (г-У,1), проводимый по формуле:.

Для последовательно-параллельных РФР СОД определены огдлчия ЦЦ и ПР от соответствующих -подсистем последовательных РФР- СОД. Показано, что в последовательно-параллельных системах необходимо кадцый ФОП наделить своими средствами функционального диагностирования, "а:количество средств сравнения реальных и требуемых-

..'."■.■ . ' . - il*.--" флагов работоспособности функций поля ' ЮЛ увеличить до длины очереди процессов на запуск в иоле ООП. Предложена стратегия арбитража запросов;параллельных процессов на реконфигурацию, минимизирующая время реконфигурации й позволяющая избежать тупиковых ситуаций. •

ТреТий раздел•посвящен вопросам организации подсистем диагностирования и реконфигурации РФР СОД с аппаратной реализацией механизмов управления ФОБ. Для обеспечена возможности-реализации различных; методов диагностирования без изменения ПР предлагается ГД организовать из аш'оритмичесга! независимых средстЕ диагностирования, работающих на единый, регистр реальных флагов работоспособности функций-пода ion Для диагностирования постоянных отказов ШП наиболее эффективным является метод внешнего тестового диагностирования. Для повышения эффективности тестового диагностирования предлагается, использовать средства компрессии - декомпрессии тестовой информации. Их применение возможно как, на этапе подготовки тестов, так и на этапе их реализации. Б работе проанализированы функциональное назначение й требования, предъявляемые к средствам компрессии - декомпрессии. Для этапа подготовки тестов разработан язык . описания тестов. ( ЯОТ) и декомпрессор -интерпретатор, осуществляющий погружение ДОГ. в среду широко рас-нростроненной САПР P.-CAD, ЯОТ ' предназначен для ¡сомпыстного- описания больших массивов тестовой .информации. ; Он ориентирован на разработчиков аппаратуры, не. имеющих onùra программирования*

; ПР последовательной РФР. СОД. с аппаратной реализацией, меха-. ннзмов управления ЗОЛ является специализированным устройством, aitTHBHo ■ взаимодействующим с ПРФ и состоящим из следующих модулей: блока анализа состояния системы' ( БАС) -, модуля поиска и управления .вынолнёнием.альтерйативного варианта вычисления функций (МАИ) ;•. модуля ; определения' подмножества •-. задач, для деградации ( Ю5Д) ; модуля ' реализации механизмов реконфигурации уровня задач ,('ЫШ). .В процессе (функционирования РФР СОД при отказах ФОЛ,, определяемых БАС чарев"несовпадение требуемых и рэалышх флагов работоспособности' функций поля <КИ происходит активизация MAI®, который обеспечивает поиск альтернативного варианта вычисления функции и управляет его выполнением. ' ГЬсле .нахсдления альтернативного варианта' МАЩ передает ШЭД время вынонения альтернатив-

¡¡его варианта, тем самым активизируя его.. МОЗД по временной модели процесса решения еадач определяет подмножество задач для деградации и виды ик деградации, передавая данные, рекомендации МУНЗ, Для .последовательно-параллельных.'систем показана целесообразность включения тиражированных модулей ВАС в блок синхронизации процессов ЛРФ, а' также предпочтительность реализации ЩЗД . в виде табличного процессора В работе рассмотрены возможные варианты организации .модулей ПР, даны их оценки, .

Б четвертом разделе рассматриваются вопросы проектирования и реализации. РЗ?Р СОД, .Методика'проектирования РФ? СОД базируется на известных ■ методиках проектирования ФР СОД, -вклэдакощ этапы системного, .структурного, логического и технического проектирования. Решение вопросов реконфигурации находит отражение ка каждом, из этих этапов.. На системном зтепе проектирования основным вопросом является определение обвей стратегии реконфигурации системы и требований,' предъявляемых к ПР и ПД.'Еа этапе структурного проектирования подле определения базовой' структуры скс-теш £, случае .неудовлетворения требованиям но-живучести требуется произвести выбор механизмов реконфигурации с 'соотвегстгёувдим включением резерва Яри этом приоритет механизмов реконф|1гурацш:. уровня функций обеопеяат -мкнямизада» дополнительных.; затрат для достижения требуемой аашучзсти системы. В 'работе раврайотана процедура получения -СЭЕ<5, На зтапе логического проектирования долшг быть произволен выбор конкретных реализаций модуле?! ПР, разработанный: в разд. 3. В случае невовши'юсги'обеспечении тре~ буешх •каракгеристик'.РФР СОЯ ка каком--либо 'из -этапов проектирования, - доляон бшь осуществлен' возврат на одкн нь предыдуда: этапов. ''..'' - ''' ' ..-. . ..." -

Б силу того, ' что Р$Р СОД является" хороией основой для разработки программно"совшстимшс семейств' СОД в.-, работе предложена модела для оптимизации конфигурации ФР СОД'в райках заданного ■семейстпа. В рамках разработанной медели можно .форкулкровияь он-, тимизациокные аадачк в тер1Шак "хараетеристп< дронзводательнос-ти, надежности и"стоимости, откосяцн&ся к классу задач ' нелиией-' •юго прэгражироваккя с булевыми переыеюжми.- Оптимизируемыми параметрами являются типы и количество • 40П, вил екпте.мн . (скочоГ/ сопряжения)-, необходимость, вид и 'объем резерва, "

- 13 - .

Рассматриваемый в работе подход к обеспечению кивучести ФР СОД и разработке программно совместимых семейств систем, основывающийся на реконфигурации,, был апробирован при разработке РФР СОД, ориентированной на класс вычислительных задач и задач управления, для которых хараотерно- отсутствие большой степени параллелизма .и наличие значительного количества сложных математических функций (тригонометрических, арифметических,. гиперболических и других), выполняющихся над числами с фиксированной и плавающей точкой.'. В качестве базовой ЭВМ ввята-микроэвм СМ-1600, а в 'качестве <ЮЛ аппаратный модуль, обеспечивающий выполнение вышеназванных ' функций. Для апробации рассматриваемого подхода выбрана система с программной реаанззиией механизмов управления ФОЛ. , Разработаны средства сопряжения микроэвм с <2011, внйючоицке средства реконфигурации. Разработанные средства позволяют, использовать. .5011 в системе • программирован?« Паскаль Ш+; При этом они расширяют шгажество стандартных фушший системы программирования, поддержал основные 34 функция ФЭП. Расширенное множество Функций вьтолняетсй в ФОН при его Наличии и работоспособности и в швфоЭЕМ-прй отсутствии или ошибках ФОН В результате Э1мпе-ринзнтов было выявлено, что использование ФЭЙ в системе программирования Паскаль ШЧ для большинства- функций дает существенный ш-лнфш; Испольясвялие $оп неэффективно днсь для вычисления арифметических' функций от целочисленных операндов. Для функций, ;)або'гао!Щ1х' с вещественными аргументами, выигрыш времени состав-кяет.Л -2 порядка, Кро>,® этого результаты экспериментов . показа-га, что программна1! реализация механизмов управления 50Л повышает :время вычисления Функций с''помощью Ш1 э средней на 1 - 2 по->ядка по.сравнению.со временем:.непосредстБанного.Еьлшсленйя фун-сции в <10П, -.сократя при .этом .выигрыш от применения ФОП до вели-шнн, -лекажей .'в пределах -от нескольких раз до 2 порядков по ¡равнению с прогршдшой реализацией фуикций.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В зшооер'Уацноииой работе получены оледущие основные- науч-ш и цракпчпеекнв Результаты:

1. На основе'аа.гищ вовиожных вариантов структурной, функ-

■ "- 14- ....-••■' циональной и временной избыточности в Среде ФР СОД разработаны и исследованы механизмы и стратегии реконфигурации, реализация которых обеспечит продолжение функционирования системы при отказах 50П, возможно с некоторой , допустимой деградацией. Разработана функциональная организация подсистем диагностирования и реконфигурации РФР СОД. Исследована реализация механизмов реконфигурации в последовательных РФР СОД с программной.и аппаратной реализацией механизмов 'управления -ФЭП и в последовательно -. параллельных РФР СОД. • '

2. Исследована организация .диагностирования .в среде ФР СОД. Для повышения эффективности тестового. " диагностирования ФР '.. СОД предломано и исследовано применение средств компрессии - 'декомпрессии тестовой информации. Разработан, комплекс программно' -лингвистических инструментальных средств компрессии - декомпрессии тестовой информации, позволяющий существенно повысить эффективность этапа подготовки тестов, а следовательно, й всего тестового диагностирования реконфигурируемых ФР СОД.' .. '-.

3.' Разработаны и исследованы базовые структуры .подсистем' реконфигурации последовательных и последовательно - параллельных реконфигурируемых ФР СОД с аппаратной реализацией механизмов управления ЗОП. Даны оценки. принятых решений. Ка -разработанные структуры получено положительное решение ВКВДГПЭ о выдаче авторского свидетельства- на изобретение ( Петров Р.:А., Пузанков Д. В., Шишкин В. Е и. др. Устройство для сопряжения .центрального' процессора с группой арифметических процессоров'. Положительное решение по заявке N, 4711472/2.4-24 ог 26.07, 90). , _ • - . .; -.

4. Предложена методика проектирования реконфигурируемых'ФР' СОД Поскольку реконфигурируемые ФР. СОД является хорошей основой для разработки программно совмзтимых семейств ,5Р СОД, разработана 'модель для оптимизации конфигурации ФР СОД в рамках семейства.

5. Для апробации'рассмотренного подхода разработана'и зкс-перимент&шю исследована- рекокфигурируемая ФР СОД на базе микроэвм и ФОЛ. обеспечивающего элективное выполнение арифметических, трансцендентнчх и иных распространенных, функций над 32-раарядкнми числами с 'филированной и плавающей точкой. Равра-, ботаннач система, ориентирована на классы вычислительных задач и ■задач управления. ■ •

ПУБЛИКАЦИИ ГО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Календаре в А. С., Шишкин R В. Использование методов компрессии и .декомпрессии при тестировании микропроцессорных средств

. вычислительной техники // Электронная техника. Сер, 8, Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 1989. -Вып.. 3 (135). - С. 26 - 29, ;

2. Календарев A.C., Шишкин В.В, Об одном подходе к улучшению характеристик тестирования цифровых схем // Человеке -компьютерное взаимодействие: Tea. докл. научно - техн. конф. -Ульяновск, 20 март. , 1Q89. - С. 39. .

3. Календарев А. С.Шкекин а В. Организация реконфнгурируе-(joro отказоустойчивого микропроцессора // Штоды и системы технической диагностики. Шгематкческие i-зетоди кибернетики к кх приложение : .Маквузов. нал. . сб. - Еып., 14.. Ч. 2. - Саратов : 11эд-во Сарат. ун-та,. 1900. - С. 126.

4. КрнсовЕП., Календарев А. С,, &екин Е В. Задачи компрессия и декошрессин при тестирована? HOBT // .1 - я Международная научаю нрастичэская конференция САПР СВТ"89. Доклада Секция .4 2. Автоматизация логического проецирования СВГ. - М., 1989. - .0. 173 - 178. г-'. ' '5. Штров P. A., ШшкинЕВ., 'Мерков Е Au Организация последовательно - наршшедьной функционально - распределенной вычислительной системы //. Распараллеливание обработки информации : Тез. докл. к оооб^ний 7-й Всесоюзной школы - семинара. - Львов, ¡9-14 OKT. ,1089. -Ч. 1- - О. 39. , .

, 8. Штров Г. А., -Й!щкйн Е Е Некоторые вопросы построения подскстеш реконфигурации отказоустойчивой специализированной Функционально- распределенной вычислительной.системы.// Методы анализа надежности программного обеспечения вычислительных систем реального, времени на основе моделей нечеткой логики и качественных . описаний : ;Тез. дои. : 1-й Всесорз. научно - техн.

- Киёв,. 2-4 дек,, 1987... - О. 30/ ,7. Петров Г. А.*. Шишкин E R С6 одном подходе к построению реконфигурируемых отказоустойчивых проблемно - ориентированных Вычислительных.систем U .Известия; ЛЭ№' Сб. науч. тр. / Ленингр.

электротехн. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина). - Л.', 1990. - Вып. 423. - С. 42 - 47.

8. Петров Г. А., Шишкин В. В., Способы реконфигурации в проблемно - ориентированной вычислительной системе / Лениигр. электротехн. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина). .'- Л., 1989. - 15 с. Деп. в ВИНИТИ 04. 08.89 N 5294 - Б89.

9. Шшага Е В. Вопросы организации отказоустойчивых вычислительных структур // Проецирование, контроль, диагностика микропроцессорных систем . Архитектура, схемотехника и математическое обеспечение : Сб. науч. трудов. - Ульяновск, 1989. - С. 26 -29.

10. Шишкин В. Б. Метод компрессии тестовой информации // Человеке - компьютерное взаимодействие : Тез. докл. научно - техн. конф. - Ульяновск, 20 ¡арт. , 1989. - 0., 41.

, 11. Шишкин ЕВ. Оптимизация "структуры проблемно - ориентированной вычислительной- системы / Лекиътр. злектрогехк. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина) . - Д. , 1990. - 27 с. Деп. в 'ВИНИТИ 18.01. 90. N 386 - В90.

12. Шиггмш ЕВ, Организация регонфигур^руеызй проблемно -ориентированной вычислительной системы' // Актуальные проблему развития радиотехник , электроники, с£язк. Материалу иоуч-ио - техн. ко!!ф., посвященной Дню радио. - Л., 16-18 &нр. 1990. - С. 122. .

13. Шшадн В.В.. Разработка инструментальных средств для исследования реконфигурируемых отказоустойчивых-ВО*// АСУ и проблемы оризнташ!и 1! 'диалоговые системы . Тез. долг, научно - техн. конф. - Ульяновск, 15 апр., 1988.. - С. И. .

14. Шишкин В. В.. Решение опттгзационннх. задач системно -структурного этапа проектирования функционально распределенных вычислительных систем // Решение профессиональных задач на персональных ЭШ : Тез. докл.''областной научно - прастической конф.. - Ульяновск, 18 ачр. , 1980. - С. 37.