автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Разработка методов и средств обеспечения и анализа надежности отказоустойчивых вычислительных систем

РП> V»

21 МАИ В95

тосковский Г.ООУДАРСТЕЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВА Андрей Евгеньевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ К АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ ОТКАЗОУСТОЙЧИЕЬК ЕЬНКСЛИГЕЛШК СИСТЕМ

35.13.11. - математическое и программное обеспечение вычислительных машин и систем

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Автор :

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском государственном инженерно-физическом институте (техническом университете).

Научный руководитель : к.т.н., доцент Чуканов Б.О.

Официальные оппоненты : д.т.н. Александров В.М.

к.т.н. Федоров Б.Ю.

Ведущая организация : ЦНИИ "КОМЕТА"

Защита состоится " " ¡¿ММ4Л 1995 г. в _ часов _ми:

на заседании диссертационного совета Д053.03.04. в МИФИ по адресу : 115409, Москва, Каширское шоссе,' д.31, МИФИ, тел.223-91-57, 324-Й4-93. С диссертацией модно ознакомимся в библиотеке МИФИ

Автореферат разослан "_" ___ 199 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., проф.

В.Э.Вольфенгаген

ХАРАКТЕРИСТИКА НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ

Надежность ивделий вычислительной техники является одним из вам- -нейших компонентов их качества; в особенности, это касается специализированных вычислительных систем, предназначенных для решения сложных и ответственных задач, отказы которых связаны с возможностью аварий, катастроф или крупных материальных потерь. К таким системам можно отнести АСУ непрерывных технологических и производственных процессов, бортоЕЫй вычислители, системы управления зашдтсй атомного реактора, оборонные системы и т.д. В связи с этим задачи надежностного проектирования специализированных отказоустойчивых вычислительных систем (ОУВС) начинают играть все болыпу*э роль ,, являясь неотъемлемой частью общего . процесса проектирования ОУВС на всех его этапах (эскизного, функционального, технического и т.д.)- Решение задач надежностного проектирования ОУВС связано, главным образом, с построением математических моделей надежности проектируемых устройств и систем, проверкой их точности и адекватности и применением разработанных моделей для сравнительной оценки альтернативных вариантов или конфигураций проектируемых систем. Математические модели надежности также широко используются для решения задач, связанных с оптимизацией пара,Петров системы при обеспечении гарантированного уровня надежности и наличии ограничений на технимогэкономические и временные параметры системы.

Вопросам построения математических моделей и методов оценки надежности ОУВС, с учетом существенных параметров их функционирования посвящено множество работ как известных . отечественных авторов (В.В.Гнеденко, • И.А.Утаков, Л.К.Горский, Ю.Г.Полляк. Н.В.Лубков, , Я.А.Хетагуров, А.С.Вайрадян и др.), так и зарубежных исследователей (Р. Барлоу,. Ф.Протай, Ч.Стреппер, А.-Авизиенис, А.Сомани и др.). Проблемам надежности аппаратных и программа« компьютерных средств посвящены специальные выпуски издания'IEEE TRANSACTIONS, а также регулярные публикации В периодических изданиях, специализирующихся в области технической кибернетики, автоматики, радиоэлектроники и вычислительной техНИКИ.

. Актуальность темы подтверждается появлением большого числа как зарубежных, так и отечественных разработок специализированных ЭВМ от-

/ -'-_"" - 4 ' Я■ - "v■ ■

ветственного целевого назначения (бортовых вычислителей, систем защиты атомных реакторов, АСУТП, систем слежения и др.). в которых для обес--печения их высокой надежности используется комплекс современных методов резервирования, контроля, восстановления и реконфигурации. Ддя выбора оптимальных проектных решении при создании таедх; систем необходимы усовершенствованные .. математические методы и модели, которые позволили бы учесть целый ряд дополнительных существенных факторов функционирования данных систем, а также решать задача оптимизации их надежностной структуры. Эффективная программная реализация разрабатываемых математических методов и моделей необходима для их практической приме- , нимости в процессе проектирования реальных высоконадежных систем ответственного целевого назначения.'" , > ••■••;'•: ' '••■.. . ''*

Целью''работы является разработка.математических моделей надежное- • ти . и методов проектирования высоконадежных ОУВС, а также комплекса программных средств, позволяющее здтоматиэировать основные этапы их -надежностного проектирования. V ^ ^-'Г Í■ ■:У- '"■'-. Для достижения данной цели решались следующие задачи •• 4

- исследование современного состояния области разработки специалиэиро- / ванных ОУВС, анализ основных • способов обеспечения их надежности на этапе проектирования, • класификация восстанавливаемых ОУБС и ; методов оценки их надежности; '" :: .

- выбор и обоснование используемых в работе критериев анализа надежности ОУВС и существенных факторов. их' функционирования; .

- теоретическое обоснование и разработка' усовершенствованных математи- -ческих моделей надежности ОУВС аналитического и аналитико-статистичес-кого типа, , позволяющих повысить точность оценки надежности на стадиях . эскизного и технического проектирования ОУВС; " .

- оценка точности разработанных моделей и исследования их адекватности; ■

- постановка ряда задач « разработка усовершенствованных методов синтеза надежностной структуры 07ВС; . <>--.;■;."'•? - v ■

- разработка алгоритмического и программного обеспечения проектирова-. ния ОУВС для верификации проектных, решений,•' оценки и достижения необходимого уровня надежности ОУВС, а также надежностного синтеза*

На защиту выносятся следующие положения г -г;- ... 'Л'

- новые эффективные модели и методы, анализа надежности ОУВС с учетом ряда определяющих, факторов; У / - ■•. '"•;-'■••

- усовершенствованные методы синтеэа .восстанавливаемых ОУВС по критериям их надежности; - •".•..'•.'.'.';' \ \УУ: V-'' >;*•'•''' У'У-'-УУУ-У'"'''.

- алгоритмическое, программное и методологическое обеспечение процесса проектирования ОУВО; ■

- результаты проектирования и эксплуатации 6 конкретных ОУВС реального времени и ответственного целевого назначения.

; ■ Методы исследований. Теоретическое обоснование ', разработка математических моделей и методов решения проектных задач, а также исследование ' их/точности и эффективности проводились с использованием математического аппарата теории множеств,'.. графов, алгоритмов, вероятностей, математической статистики, комбинаторики, марковских цепей с неп-рерьшным временем, оптимизации, ' ЭВМ и систем.

Экспериментальная проверка научных положений, выводов и рекомендаций выполнена методами моделирования на ЭВМ, натурального моделирования и решением проектных задач в процессе разработки и опытной эксплуатации восстанавливаемой ОУВС. ■ .-.

. Научная новизна заключается в создании теоретических и методических основ для решения задач оценки и обеспечения надежности ОУВС с учетом структуры, режимов работы,,параметров оперативного и профилактического контроля, технологических параметров и корреляции отказов, в том числе $ '

- в выборе и теорёгическом обосновании критериев оценки надежности ОУВС о учетом указанных факторов;

- в новых и усовершенствованных,аналитических моделях надежности восстанавливаемых ОУВС различного типа;

- в оригинальных аналитико-статкстических моделях: 'восстанавливаемых ОУВС различного типа; '.-,'.'.

- в решении задачи выбора контрольных Точек ОУВС с коррекцией промежуточных результатов аналитико-сгатистической процедурой;

, - в исследовании влияния основных факторов на надежность ОУВС и основных погрешностей моделирования их надежности; /

- в Создании алгоритмических" основ для автоматизации надежностного проектирования ОУВС. : ' ; ; '

: ' . Научная' значимость работы определяется разработкой научно-обосно- • ванной методики анализа надежности широкого класса избыточных вычислительных структур, созданием методики надежностного проектирования ОУВС с контролем и восстановлением, а также выработкой принципов и алгоритмов работы средств автоматизации проектирования ОУВС.

Практическая ценность работы определяется возможностями системы автоматизированного надежностного проектирования (САНП), которая объ-

единила в себе теоретически разработанные методы, модели и алгоритмы и успешно использовалась при проектировании ряда конкретных специализированных высоконадежных снсгеы и устройств реального времени.

■ Достоверность теоретических результатов'подтверждается логическим доказательством основных'положений, выводов и рекомендаций, их экспериментальной проверкой, h также - ревуль татами опытной эксплуатации конкретной восстанавливаемой ОУВС реального времени (срок опытной эксплуатации - свыше 2000 часов)...

Внедрение результатов работы. Методы надежностного анализа и синтеза, разработанные в диссертационной работе,. ■. использовались при проектировании шести конкретных специализированных систем реального времени : системы оперативного слежения за.. объектами (ЦНИИ "КОМЕТА"), -системы оперативного информационного обеспечения (ОКБ "АЛЬФА", Минск), системы управления защитой атомного реактора (ГОЖ), вычислительного СБИС-модуля для АСУТП- (каф.М 27 ЩФЙ -НИИ "КВАНТ"), а также двух встраиваемых бортовых вычислителя (НИИ ."АРГОН").. По первой, системе, собрана статистика по отказам и восстановлениям ее.модулей за примерно 2 тыс. часов ее опытной эксплуатации, использованная для подтвержде-.' ния адекватности.некоторых математических моделей и подмоделей, разработанных в диссертационной работе. Математические модели надежности и алгоритмы надежностного синтеза ОУВС; представленные в работе, программно реализованы в виде сиотемы автоматизированного надежностного проектирования (САНИ). ОУВС. Последняя верига САНП ориентирована, на ПЭВМ типа IBM PC и отличается наличием диалоговых, .графических, и обучающих средств, обеспечивающих дружественный пользовательский интерфейс и повышающих эффективность работы пользователя с системой. На ос-. нове САНП на каф. ЭВМ МИФИ разработан и внедрен лабораторный практикум по курсу "Надежность, контроль и диагностика ЭВМ", первая версия кот-рог о включила в себя 2 лабораторные работы и электронный учебник.

Апробация работы. Основные результата докладывались на Всесоюзной конференции "Математическое обеспечение моделирования сложных систем" (Киев, 1977 г.), 7 Ленинградской конференции "Повышение качества и надежности промышленных изделий" (Ленинград, 1978 г.), на семинаре "Надежность сложных технических систем" (Москва, ЩНТП, 1979 г.), на научно-технических конференциях и семинарах МИФИ (1977-1993.г.г.), на конференции "Методы прогнозирования надежности проектируемых РЭА и ЭВА" (Пенза, ПДНТП, 1987 г.), на 3 Всесоюзном совещании "Надежность и эффективность АСУТП и АСУП" (Суздаль, 1984 г.), на зональной конферен-

ции "Математические и программные методы проектирования информационных и управляющих систем" (Пенза, ПДНТП, 1990 г.). на семинаре "Вопросы обеспечения надежности сложных технических систем на этапах разработки, производства и эксплуатации" (Москвз, МДНТП, 1981 г.), на республиканской конференции "Автоматизированное техническое проектирование электронной аппаратуры" (Каунас, 1932 г.), на отраслевой научно-технической конференции "Проблемы, ' методы и опыт создания автоматизированных систем управления связью" (Москва, 1985 г.)> на Всесоюзной конференции "Повышения: качества и•надежности ПО ЭВМ и технических средств обучения" (Куйбышев, 1989 г.), на Всесоюзном совещании "Надежность, живучесть и безопасность автоматизированных комплексов" (Суздаль, 1988 г.), на 1-ой Всесоюзной конференции "Методы анализа надежности программного обеспечения вычислительных систем реального времени на основе моделей нечеткой логики и качественных описаний" (Киев, 1987 г.), на семинаре"Проблемы обеспечения эксплуатационной надежности сложных технических систем" (Москва, МДНТП, 1983 г.), на семинаре "Вопросы проектирования микропроцессорных систем и их применение" (Киев, 1983 г.), на совещании-семинаре "Автоматизация проектирования микропрЪцессоров, микропроцессорных систем и СБИС" (Симферополь, 1984 г.), на Всесоюзной конференции "Современные проблемы информатики, вычислительной техники и автоматизации»' (Москва, ВДНХ, 1988 г.), на семинаре "Методы экспериментальной оценки технических систем" (Новороссийск, 1983 г.), на конференции "Оценка и обеспечение длительной работоспособности изделий электронной техники в/радиоэлектронной.аппаратуре народнохозяйственного назначения" (Севастополь, 1981 г.), на республиканской конференции "Машинные методы технического"проектирования электронно-вычислительной аппаратуры" (Каунас, 1983 г,),, на совещании-семинаре "Актуальные проблемы автоматизации проектирования ЭВМ" (Симферополь, 1981 г,), на постоянно действующем семинаре : "Надежность и качество функционирования систем" (филиал семинара по проблемам надежности АН СССР) (Москва, МИ-ИТ,1981 г.), яа научном семинаре. ИЛУ (Москва,1988 г.).

Публикации по.теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 43 научные работы, 19 из которых являются печатными, в том числе статьи в научно-технических журналах, тезисы докладов, препринт, алгоритмы и программы в ГФАП.

Структура и обгем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Общий обгем - '63 страницы, в том числе 50 рисунков и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ', .'/ Г . ';

Рассмотрен широкий класо огкааоустойчивых Бычислительных систем типа R-из-В, состоящих Из Ё идентичных блоков, Соединенных между собой согласно определенной схеме резервирования или реконфигурации; Рабо-•тоспособность таких ОУВС. определяется наличием в" системе не менее R исправных рабочих блоков, Для систем со стратегией перекпичения резервного оборудования по выходам (функциям кпи функциональным выходам) условие работоспособности заключается в наличии не менее R исправных . (безошибочных) выходов системы. Все ОУВС типа R-из-В разделены на 4 класса по режиму функционирования с точки зрения формы и степени восстановления своих аппаратных "средств t в случае неисправностей :-.'- пол- ." ностыо ремонтируемые, частично ремонтируемы®, . со смешанным ¡режимом и перемонтируемые. ^ ' v"-''-^'.//v !'

В качестве критерия надежности полностью и Частично ремонтируема« " ОУВС выбран стационарный коэффициент готовности, а перемонтируемых . ОУВС - вероятность функционально беэотказной работы за заданное время. . Предложена формулировка вероятности безотказной работы ОУВС типа R-из-В, которая позволяет в явном видё учесть требования к С полноте ^ : и ; быстродействию системного контроля и в качестве частного случая содер- ; жит стандартную формулировку вероятности безотказной работы. Для ОУВС со смешанным режимом . используются оба вышеприведенных критерия и их сочетание в форме коэффициента оперативной готовности или нестационар-' ного коэффициента готовности. v: -'^vj

На основании анализа обэорного материала и современных разработок ответственного целевого иавначегащ ; > качестве^^ суда.стаедаш факторов, , учитываемых при построении математическихмоделей надежности ОУВС типа R-из-В, выбраны : режим функционирования, структура, качество (параметры) оперативного и прсфшактического контроля, ряд технологических параметров'и корреляция отказов. . :'-;.'••: 'v.- •.'••". .•;..••''

В качестве основной (базовой) структуры рассматриваем« ОУВС типа R-из-В выбрана иерархическая трехуровневая структура, включаодзя в себя : . - .•■j^::'.--'- ': .'•.

- системный уровень, представляюдайсобой определенную конфигурацию иэ В неизбыточных блоков (соединенных по некоторой схеме резервирования иди реконфигурации);

'■' / .'•■■Ч * 7 ■ : - а - V/ :

- блочный уровень, представляющий собой определенную структуру из N элементов со своими межзлемеитными связями}

элементный уровень, характеризуемый Элементарными исходными параметрами типа интенсивности отказов, числом входов и выходов, объемом аппаратуры (числом вентилей или площадью в случае интегрального исполнения) и т.п.

Разработан ряд аналитических моделей надежности ОУВС типа И-иэ-В, в частности : .. .' -..-'г

. . - трехуровневая модель полностью ремонтируемой ОУВС,

- марковская модель профилактируемой и полностью ремонтируемой

оувс, -„."■;

- модель профилактируемой и полностью ремонтируемой ОУВС на основе усреднения временных диаграмм,

, - Модель профилактируемой и частично ремонтируемой ОУВС, .

- модель мультипроцессорной ОУВС о временным разделением режимов,

-.модель ОУВС с разделением режимов по уровням,

- обобщенная модель неремонтируемой ОУВС с контролем,

- модель неремонтируемой СВИС с резервированием на компонентном

-.V УРОВНд. ,.:>,Г'--У СЧ' ^^Ч ' ' • .Ч ''

Учет структуры в данных моделях осуществляется посредством приближенных структурных методов и структурно-логических схем надежности : метода минимальный сечений, схемы б (применяемой в ряде работ для анализа мажоритарных устройств) и схемы бт (модифицированной структурно-логической схемы, разработанной в рамках данной диссертационной работы) . Особенностью применения данных методов и схем является.то, что о их помощью учитывается Траектория распространения ошибок не только относительно основных функциональных выходов системы, но и относительно контролируемых выходов (контрольных точек).

: Учет оперативного контроля и профилактики осуществляется через набор следующих параметров :

- вероятность необнаружения на контролируемом выходе за заданное время ошибки/ вызванной .отказом элемента система (вероятность пропущена ошибок);'' '

. V - интенсивность, отказов внутренних и внешних схем контроля и переключения резерва;

- места расстановки контрольных точек (номера контролируемых выходов системы); ' ' •' "

- среднее время профилактики;

- период профилактики;

- степень.восстановления аппаратуры при профилактике (относительное количество полностью проверяемых компонентов).

Для получения уточненных надежностных оценок ОУВС за счет учета целого ряда дополнительных'факторов (сбоев, динамической траектории отказов и стратегии переключения резервного оборудования) и более точного учета структуры (в смысле пространственной траектории распространения ошибок из-за отказов и сбоев) предложены 3 аналитико-стат ист и-> ческих алгоритма моделирования : : ' ' V

- для полностью ремонтируемой ОУВС (сочетание аналитического метода усреднения временных диаграмм со статистическим определением вре- ■ менной траектории отказов); '•.. : ' - - ■

- для перемонтируемой ОУВС Ъ контролем (сочетание аналитической оценки вероятности заведомо исправных состояний со статистическим анализом сечений); 1..' ' ■■'• . ' ";;■*..

-для полностью ремонтируемой ОУВС с корреляцией отказов свода элементов (сочетание аналитического моделирования отказов одиночных элементов со статистическим моделированием коррелированных отказов). ;

Поскольку аналитико-статистические модели и некоторые и? аналити- -ческих моделей надежности, разработанных в даннбй диссертации, обеспечивают учет структуры проектируемых ОУВС на элементном уровне, то в работе использован подход к описанию, структуры системных блоков (то есть элементов и межэлеыеатных связей) на основе набора структурных массивов (матриц). Первая матрица описывает входы каждого из элементов системы, вторая матрица описывает элементы, обладающие соответствующими выходами, а третья матрица описывает внешние выходы системы. Дополнительные матрицы используются для структурного; описания схем контроля

оувс. •

Для всех разработанных аналитических. х аналитико- статистических моделей надежности ОУВС произведена оценка; методической и одной из составляющих методологической погрешности (погрешности законов исходных распределений времени отказов и .восстановлений элементов ОУВС). Показано, что для широкого класса систем методическая погрешность аналитических моделей различного рода составила 10-25 X, а аналитико-статистических алгоритмов - 3-9 % (при количестве испытаний в . пределах 1000). Доказано также (по критериям X2 и Колмогорова), что гипотеза об экспоненциальном, характере, распределения отказов и, восстановлений сис-

темных элементов не противоречит экспериментально полученным данным.

• На основе разработанных моделей надежности предложено решение трех задач синтеза надежностной структуры ОУВС типа R-из-В :

- выбора оптимальной надежностной конфигурации ОУВС на основе усеченного сканирования параметров;

. - выбора множества контролируемых выходов (контрольных точек) ОУВС по критерию функциональной безотказности;

. - определения оптимальных параметров профилактики ОУВС (периода и продолжительности профилактики).

.Для решения первых,двух задач предложены алгоритмы синтеза, изначально ориентированные на программную реализацию и с этой целью включающие в себя блоки интерактивного взаимодействия с пользователем для гибкой модификации анализируемых конфигураций, изменения исходных параметров, -задания, диапазонов изменения исследуемых параметров, выхода из процесса исследования при получении удовлетворительных результатов и т.д. Третья задача решается чисто_математическим методом, посредством непосредственного дифференцирования аналитических выражений критериев надежности исследуемой ОУЕС, полученных в дачной работе.

На основе всех моделей надежности и алгоритмов синтеза надежностной структуры ОУВС,, разработанных в рамках данной дисертационной работы, построен прикладной программный комплекс, получивши"! название системы автоматизированного надежностного проектирования (САНП) отказоустойчивых вычислительных систем и устройств. Первоначальная версия САНП была реализована на языке ПЛ/1 ОС ЕС ЭВМ. Последняя версия САНП ориентирована на персональные ЭВМ типа IBM PC и включила в себя наиболее часто используемые на Практике модели и алгоритмы, применяемые как при проектировании конкретных вычислительных систем реального времени, так и в учебном процессе МИФИ. В новую версию САШ воши 2 пакета программ : РЕЗЕРВ И КОНТРОЛЬ , .а также подсистема информационного обеспечения надежностного проектирования ОУВС.

. Подсистема информационного обеспечения включает в себя 3 компонента : библиотеку моделей яеизбыточных компонентов, библиотеку моделей избыточных устройств и базу данных элементов. Библиотека моделей неизбыточных компонентов содержит набор моделей, используемых для вычисления интенсивности отказов ЙС и компонентов КС в зависимости от• определенных, технологических параметров и параметров рабочего ре*имз,

в частности, площади •компонентов, объема аппаратуры (в вентилях), рабочей температуры и частоты переключений в стационарном режиме работы.:-. Библиотека моделей избыточных устройств состоит из набора процедур вычисления вероятности безотказной работы .для ряда наиболее"широко распространенных схем резервирования, в частности, мажоритарного и скользящего резервирования, дублирования, резервирования замещением. Ваза ; данных элементов содержит параметры базовых ' элементов ■ проектируемых; . ОУВС, включая интенсивность отказов, число входов и виходов, объем аппаратуры или плоидць (для ИС и компонентов ИС) и т.п. В базу, данных элементов могут заноситься параметры сложных синтезированных, устройств . и даже избыточных резервированных блоков, ёоли они служат в качестве базовых элементов построения т.н. влояенных систем.' В случае использования в качестве базовых элементов резервированных компонентов в качестве их основной надежностной характеристики заносится не интенсивность отказов, а вероятность безотказной работы за .заданное время.

В пакет РЕЗЕРВ вошли 3 программы :' выбора способов реэервироваяия ; функциональных блоков вычислительной . системы, выбора надежностной . структуры избыточной СБИС и аналитического моделирования надежности ОУВС различных классов и типов. В пакет КОНТРОЛЬ вошли 3 программы анализа и синтеза контролируемых ОУВС, в том числе 2 программы расстановки контрольных точек (со ачалиткко-статистическбй коррекцией и без / нее) и программа аназитического/шалигкко-статистического моделирования контролируемой ОУВС о учетом структуры на элементном уровне. , .' /

Новая версия САНП отличается использованием современных средств пользовательского интерфейса, в том числе.меню, окон ввода и опреатив- ; ной контекстной помошу!, диалоговых и трафяческих средств, а также ;"■; средств автоматизированного обучения пользователей. В САНП использова- •. ны средства автоматизированного обучения пользователей двух типов : он-лайн (оперативные) и оффлайн (автономные). Элементы оперативного обучения включают в себя систему,контекстной'помощи (подсказки) 1для< ; набора исходных параметров и систему частичной проверки .'корректности. набора исходных данных с выдачей диагностических и консультативных сообщений на экран. Автоматизированная обучэоа^ система автономного типа представлена электронным учебником ,по САНП, вкдючзюецш в себя как описание системы, так и основные сведения по курсу "Надежность, контроль и диагностика ЭВМ". Электронный учебник САНП состоит из двух .''; ■главных компонентов : текстового файла учебной и справочной: информации, организованной специальным образом, и программы-монитора, осу-

ществляющей поиск, выделение и отображение в экранном окне текстовых фрагментов, к которым обращается пользователь. Тесктовый файл учебной и справочной информации включает, в себя последовательность текстовых фрагментов, ваголовок каждого из которых является одновременно ключевым оловом поиска данного фрагмента. Каждый текстовый фрагмент представляет собой раздел или подраздел учебника, имеющего иерархическую , структуру. Программа-монитор обеспечивает пользователю возможность обращения к различным интересующим его разделам и подразделам учебника. При этом вызов сооветствующих текстовых фрагментов производится по смешанной графической/текстовой схеме, то есть с указанием либо элемента графического изображения иерархической структуры учебника, либо " ключевого слова в тексте. :

Приведено описание всех программ САШ, которые разработаны на основе моделей надежности и .алгоритмов синтеза, . представленных в данной диссертационной работе. При этом для/каждой из программ указаны : на/ бор. используемых моделей надежности (алгоритмов синтеза), набор сканируемых параметров, форма представления:выходных результатов, характеристики быстродействия программы и объема текстовых и загрузочных мо-;дулей.": ' •'V''■ '• '

САНП использовалась в 80-90-ых годах при проектировании шести ОУВС ответственного целевого назначения, ориентированных на работу в реальном времени : .. .-, системы обработки информации для организации обмена информацией . между пятнадцатью абонентами через центральное устройство коммутации (разработчик - ЦНИИ "Комета");

.-мультипроцессорной системы с шинной структурой для управления бортовыми системами аэрокосмических аппаратов (разработчик - НИИ "АрГОН");

-системы оперативного информационого обеспечения (разработчик -ОКБ "Альфа", г.Минск);

- системы управления защитой, атомного реактора (разработчик -

гспи); -

-вычислительного СБИС-модуля с внутрикристальной избыточностью для АСУТП (разработчики - 27 каф. МИФИ - НИИ "Квант");

- - встраиваемой бортовой ЭВМ СБ-5580 с проблемно-ориентированной архитектурой и магистрата ко-модуль ной структурой (разработчик - НИИ' "Аргон").

В процессе проектировании данных ОУВС программные модели и алгоритмы, входящие в САШ, были использованы для решения следующих практических задач - , . -

- построения обобщенной логической модели надежности ОУВС с учетом режима ее работы; . - .

- составления надежностной структурной схемы ОУВС для штатного режима и режима регламентных работ (профилактического контроля) с учетом технических условий и ограничений на проведение, профилактики;

- определения требуемых' количественных показателей надежности. ■ системных компонентов, исходя из заданных границ надежности для системы в целом;

- получения оценок надежнрсти проектируемой ОУВС в зависимости от параметров аппаратной и элементной базы, временных параметров режима, а также параметров ее тестового,- профилактического и оперативного контроля; . г

- определения оптимальной периодичности профилактики ОУЕС с учетом и'без учета ее частичного восстановления; ,

- выработки стратегии диагностирования, неисправностей ОУВС и определения мест расстановки контрольных точек для локализации неисправностей;

- проведения сравнительного анализа нескольких альтернативных стратегий и методов обеспечения отказоустойчивости проектируемой.ОУВС,

в том числе различных надежностных конфигураций (способов и уровней . резервирования), вариантов систем с повышенной кратностью резерва,, о тщательным профилактическим контролем и ремонтом, о улучшенной технологической базой; '. "у

- исследования эффективности применения той или иной надежностной конфигурации или метода обеспечения отказоустойчивости к конкретной ОУВС с учетом ее архитектурных, структурных, функциональных и технологических особенностей; '...'/ ■ ' '.'•

- оценки процента выхода годных избыточных системных СБИС при ,. различных технологических процессах (то есть при , различных значениях плотности дефектов на кристалле);

- оценки аппаратных и временных издержек при реализации той или иной схемы обеспечения отказоустойчивости ОУВС, в том числе затрат на переключатели резервного оборудования,: избыточной площади кристалла, времени профилактики и восстановления отказавших элементов, времени

' контроля и реконфигурации системы и т.д.'

Экспериментальные данные, полученные в результате полевых испытании одной из систем - ■ системы . обработки информации, были использованы для оценки адекватности теоретической модели надежности, предложенной в данной работе (модели частично ремонтируемой профилак-тируемой ОУВС типа R-иэ-В). По критериям X2 и Колмогорова показано, что теоретическая модель надежности ОУВС с частичным восстановлением аппаратных средств хорошо согласуется с экспериментальными данными, то есть является адекватной реальной отказоустойчивой системе обработки информации в интервале времени [0,2000 час]..

Основные результаты работы

В диссертации решенз важная научная проблема, связанная с разработкой и математическим моделированием надежности отказоустойчивых вычислительных систем и устройств.. Созданы усовершенствованные и новые методы анализа надежности ОУВС," предложен ряд методов проектирования ОУВС с учетом оптимизации их надежностной структуры и автоматизации решения основных задач надежностного проектирования. Разработанные модели надежности, методы синтеза и программные средства автоматизации обеспечивают создание высоконадежных специализированных ОУВС ответственного целевого назначения. •

1. Проведен обзор современных методов обеспечения надежности спе-иализированных ЭВМ и систем ответственного целевого .назначения.

2. Проведена классификация моделей надежности .ОУВС с точки зрения организацзш (способа введения) избыточности, метода анализа надежности И формы восстановления ОУВС. .

-3. Разработан ряд новых аналитических и аналитике-статистических моделей надежности ОУВС с резервированием, контролем и восстановлением. ■

4. Произведена оценка точности разработанных методов анализа и моделей надежности восстанавливаемых ОУВС;

5. На основе разработанных моделей предложено решение трех задач синтеза оптимальной надежностной структуры ОУВС;

6. Все разработанные модели надежности и алгоритмы синтеза ОУВС • программно реализованы в виде компонентов системы автоматизированного надежностного проектирования (САНП) ОУВС, ориентированной на ЭВМ типа IBM PC;

7. С цель» повышения эффективности эксплуатации САНП в проектных организациях и в учебном процессе в нее введены средства автоматизированного обучения и дружественного пользовательского интерфейса (электронные- учебники, мен» и окна диалога, графика, оперативная контекстная помощь и др.); '-' '.,'•'

8. САНП использовалась' при проектировании шести конкретных специ- : алпгпрозанных высоконадежных систем в ряде проектных организаций г. Москвы и Минска; в том числе в НИИ "АРГОН" и ЦНИИ "КОМЕТА"; ,на/базе . > САНП на кафедре ЭВМ МИФИ создан и расширяется учебный лабораторный ' практикум по курсу "Надежность, контрой и диагностика ЭВМ".

9. На основе практического использования ряда компонентов САНП, в процессе проектирования специализированных ЭВМ была произведена оценка ' адекватности одной из разработанных моделей надежности , (системы обработки информации). ;'-'-'.-■ '. /" ..■" :'''■ :

Основные работы, опубликованные по теме диссертации : V

1. Александрович А.Е., Чернышев Ю.А., Чуканов В.О. Решение,задачи расстановки мажоритарных элементов в произвольной многооперационной оистеме. М: ГФАП СССР, Алгоритмы и программы,■ информационный билле- : тень, 1977, No 5-6 (19-20), с. 19-20. ' - '''

2. Александрович А.Е., Чернышев Ю;А., Чуканов В.О. Решение задачи анализа надежности произвольной многооперационной мажоритарной структуры методом минимальных сечении. М: ГФАЛ СССР/ Алгоритмы и программы, . . информационный бюллетень, 1977, Но 4 - (18), о. 27. ... > ■/v '■„'•■ V/. / v

3. Аббакумов И.С.,'Александрович А.Е.. Чернышев Ю.А., Чуканов. В.О. Решение задачи "выбора способов резервирования блоков вычислительной системы. - Там же, 1977, No 5-6 (19-20), с.19..

4. Александрович -А.Е., Чернышев Ю.А., Чуканов В.О. Решение оптимальных задач синтеза дискретных устройств повышенной надежности. - В кн.: Современное оостояние автоматиэафот.и теорий проектирования диск- ' ретвых устройств'и систем. Материалы школы Семинара. Киев; 1977, с.23. ;

В. Аббакумов И.С., Александрович А.Е., Чернышев. Ю.А., Чуканов В.О. Программное обеспечение задач надежностного проектирования цифровых i структур. - В кн.: Математическое обеспечение моделирования сложных ' систем. Тезисы докладов Всесоюзной конференции.. Киев: 1977, ч.2, -, с. 126-127. '.' -Л' : ; .'■ v-'

6. Александрович А.Е., .Чернышев Д.А. . Чуканов В.О.' Решение задачи •

анализа ' надежности устройств с комбинированным резервированием с учетом структуры и качества контроля. - В кн.: Вопросы надежности и технического. диагностирования, вычислительных устройств. Сборник трудов. . М: Энергоатомивдат, 1986, с.8-13.

7. Александрович А.Е., Власов <S.С., Хапов B.C., Чуканов В.О. Анализ надежности.специализированных ЭВМ с комбинированным резервированием в локальных сетях с реконфигурацией. - В кн.: ЭВМ и локальные сети в автоматизированных системах. • ~ Сборник трудов. М: Энергоатомиздат, 1990, о.102-107.

,8. Александрович А.Е., Бельман Л.Б., Хапов B.C., Чуканов В.О. Процедуры повышения надежности Локальной вычислительной сети реального •времени. - Там же, с.98-102..

9. Александрович А. Е., Чуканов В.О. Метод ускоренного аншшти-ко-,статистического моделирования надежности АСУ с комбинированным ре-;*■ зервированием. - В кн. : Надежность и эффективность АСУТП и АСУП. Тезисы докладов ЛII Всесоюзного совещания. Суздаль: 1984, с.33-34.

10. Александрович А.Е., . Павлов И:В., Чуканов В.О. Анализ отказоустойчивости многорежимных мультипроцессорных АСУТП. - В кн.: Математические и программные методы проектирования информационных и управляв-s^ix систем.', .- Тезисы докладов зональной конференции. Пенза: ПДНТП, 1990, о.60-61. _ •

. II.1 Александрович А.Чуканов В.О. Оценкз показателей готовности сложных восстанавливаемых систем о учетом параметров профилактики. - В кн.: Вопросы надежности и технического диангостирования вычислительных устройств. Сборник трудов.'М:. Знёргоатомиздат, 19Q6, с.14-19.

12. Александрович А.Е., Чернышев Ю. А., Чуканов В.О. Оценка качества .контроля устройств о комбинированным резервированием. Известия ВУЗ. М: Приборостроение, 1986, т. 29, No 6, с.87-93.

13. Александрович А.Е., Чуканов В.О. Теоретические и практические вопросы надежностного проектирования специализированных вычислительных систем с комбинированным резервированием. - М: Препринт, ДШИ, 047-87, 1937, 24 с.

14. Лабораторный практикум по курсу "Надежность, ¡контроль и диагностика ЭЕМ". /АСба;<умов И.О.", Александрович А.Е., Чуканов В.О. и др.

• Под редакцией Чуканова В.О.; М: МИФИ, 1987, 88 с.

15. Александрович А.Е. , -Чернышев К) А., Чуканов В.О. Автоматизация

: надежностного проектирования систем автоматического управления с ак-' ■тивным резервированием. - В кн.: Автоматизация проектирования систем

автоматического и автоматизированного управления. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания. Таллин; 1976, с.15-17.

16. Александрович А.Е., Чуканов В.О. Структурный подход к оценке качества контроля устройств с комбинированным резервированием. - Тезисы докладов семинара ЭДЦНТП. Ы: МДНТП.1981, O.S.

17. Александрович А.Е,, Чуканов В.О. Автоматизация выбора структурных и вероятностных параметров систем, контроля и диагностики резервированных устройств. - В кн.; Автоматизированное техническое проектирование электронной аппаратуры. Гееисы докладов республиканской конференции. Каунас: 1682, с.149-150.

18. Александрович А.Е., Чернышев Ю.А., Чуканов В.О. Решение задачи оптимального резервирования блоков ЭВМ.. - Лабораторная работа. М: МИФИ, 1990, 20 с.

19. Александрович А.Е., Чуканов В.О. Аналитическая модель надежности восстанавливаемой вычислительной системы реального времени с неопределенным кдассом неисправностей. - В кн.: Методы анализа надежности программного обеспечения вычислительных систем реального времени на основе моделей нечеткой логики и качественных описаний. Тезисы докладов. Киев; КНИГА, 1937, 18 с.

Подписано к печати CV'S/f . Заказ ы'/?.5 . Тираж fi'1 экз. Типография МИФИ, Каширское шоссе, дом 31.