Файл: Журавлев, Ю. П. Системное проектирование управляющих ЦВМ.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 117

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Общее количество М блоков такого ОЗУ определяет­ ся в соответствии с выражением:

П

M = Y i тг-

»=1

Если Rn<.Rimax, то рассчитанное в соответствии с ре­ комендациями, изложенными в пятой главе, значение Qo должно быть уточнено в соответствии с выражением:

П

Qo У'Щ/ —[— Пj- i=l

(см. предыдущий параграф), а затем рассчитывается количество каналов и выбирается число блоков.

§ 8.4. УЧЕТ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИЗБЫТОЧНОСТИ ПРИ РАСЧЕТЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ОПЕРАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ

Опыт эксплуатации ЦВМ в автоматизированных си­ стемах управления и вычислительных центрах показы­ вает, что сбои в работе аппаратуры происходят не менее чем на порядок чаще по сравнению с отказами. Методы количественной оценки влияния сбоев на процесс функ­ ционирования управляющих ЦВМ разработаны в настоя­ щее время еще недостаточно полно. Это объясняется трудностями совместного учета характеристик потоков сбоев, эффективности системы контроля и программных методов анализа и устранения последствий сбоев в ЦВМ.

Сбои приводят к искажению числовой и программной информации. Особенно опасны возникающие в резуль­ тате сбоев искажения кодов команд, которые, как прави­ ло, равносильны срыву функционирования управляющей ЦВМ. Влияние сбоев числовой информации на функцио­ нирование ЦВМ можно оценить величиной результирую­ щей ошибки на выходе машины. Влияние же сбоев про­ граммной информации целесообразно оценивать вероят­ ностью появления хотя бы одного такого сбоя в процессе реализации алгоритмов управления. В работе [25] при­ ведены расчетные формулы для определения вероятности возникновения хотя бы одного сбоя команды в зависи­ мости от количества и разрядности регистров устройства

3 1 9



управления, времени реализации алгоритмов и характе­ ристик потока сбоев.

Потоки программной и числовой информации у боль­ шинства современных ЦВМ имеют существенно различ­ ные непересекающиеся траектории. Если программная информация продвигается из памяти в регистры устройств управления, то числовая — продвигается по регистрам соответствующих процессоров.

Многоразрядные процессоры в зависимости от раз­ рядности различных типов обрабатываемой с их по­ мощью числовой информации могут иметь абсолютную и параметрическую избыточность оборудования, которые существенно уменьшают влияние сбоев на процесс функ­ ционирования ЦВМ.

Пусть все регистры и сумматоры некоторого процес­ сора имеют разрядность R*0n:

 

R*On= RОП “Ь Гдоп<

 

где

Ron — разрядность промежуточных

результатов

(см.

§ 4.6), Гдоп — дополнительные разряды

сумматора

для компенсации ошибок округлений многотактных арифметических операций (§ 4.10).

Тогда D* младших разрядов всех регистров (сумма­ торов) процессора, количество которых определяется выражением:

D* = R* on—max {Ri}

(где Ri — разрядность элемента t-го типа числовой ин­ формации), характеризуют собой абсолютную избыточ­ ность аппаратуры этого процессора.

Одиночные или групповые сбои, в этих младших D* разрядах аппаратуры процессора не могут уменьшить точность результирующей числовой информации и, сле­ довательно, не должны учитываться. В то же время обнаружение системой контроля этих сбоев (отказов) приводит к потерям времени на их устранение и тем самым снижает производительность ЦВМ.

Вуправляющих ЦВМ с правильно рассчитанной раз­ рядностью абсолютная избыточность аппаратуры про­ цессоров отсутствует.

Вглаве IV показано, что для обеспечения заданной точности результатов вычислений разрядность опера­ ционного устройства должна быть значительно больше разрядности выходных величин. Количество D разрядов,

320


определяемое по правилу: D = R*0п—R (где ^ — разряд­ ность результатов), характеризует параметрическую из­ быточность процессора.

Величина накопившейся в этих разрядах ошибки вы­ числений не должна превышать половины цены младше­ го разряда результата. Любой одиночный или групповой сбой в младших D разрядах процессора с равной вероят­ ностью может уменьшить или увеличить эту ошибку. В первом случае отсутствие какой-либо реакции системы контроля на этот сбой даже желательно с точки зрения уменьшения затрат времени на ненужное исправление последствий сбоя. В последнем случае возможны раз­ личные ситуации.

Пусть А д ,

А р — соответственно значения допустимой

и реальной

(при отсутствии сбоев) результирующей

ошибки, а А с б — ошибка, возникшая в результате сбоя. Поскольку Др^Ад, то реакция системы контроля на сбой при выполнении условия А Сб ^ А д А р не требуется.

В случае одиночного сбоя справедливо равенство:

Доб/Дд = 2~M/2~« = 2r- m,

где М — номер разряда, в котором произошел сбой. Последнее равенство показывает, что степень влия­

ния одиночного сбоя на точность результатов убывает с удалением вправо сбойного разряда относительно младшего разряда результатов в геометрической прогрес­ сии со знаменателем 2-1. Влияние ошибки, вносимой групповым сбоем, на точность результатов зависит от суммы относительных весов всех сбойных разрядов.

м.&

где Z — множество номеров Mi разрядов, в которых про­ изошел сбой.

Ситуация, требующая реакции системы контроля на сбои, возникает в том случае, когда А Сб > А д — А р .

В частности, одиночный или групповой сбой в любом ■ из R разрядов результата всегда приводит к необходи­ мости устранения его последствий, поскольку в этом случае всегда выполняется неравенство: А Сб > А д .

Итак, из приведенных выше умозрительных рассуж­ дений можно сделать вывод, что сбои в разрядах, харак-

21—458

321


теризующих параметрическую избыточность процессоров, далеко не всегда приводят к недопустимой потере точ­ ности результатов, причем степень их влияния на послед­ ние зависит от собственных весов разрядов, в которых

произошел сбой.

Как указывалось в § 6.5, при выборе системы контро­ ля управляющей ЦВМ необходимо иметь априорные оценки таких локальных показателей надежности, как наработка на отказ, время восстановления, коэффици­ ент готовности и др.

Определенный интерес представляет задача априор­ ного расчета показателей надежности процессоров с уче­ том параметрической избыточности оборудования по­ следних. Эта задача может быть сформулирована сле­ дующим образом: требуется рассчитать среднее время Т* работы процессора до получения первого результата с недопустимой величиной ошибки на выходе, возник­ шей за счет сбоев, и время Тв восстановления. Эта зада­ ча решалась совместно с И. Б. Шубинским при следую­ щих допущениях.

1.Числовая информация представлена в естествен­ ной форме.

2.Разрядность R *0п операционного устройства и раз­ рядность R результатов известны. Абсолютная избыточ­ ность аппаратуры отсутствует. Допустимое значение ошибки результатов не превышает половины цены млад­ шего из R разрядов.

3.В каждом разряде операционного устройства со­ держится идентичная аппаратура.

4.Закон распределения времени между сбоями — экспоненциальный с интенсивностью потока сбоев Я. Закон распределения длительности сбоев — экспоненци­

альный с интенсивностью длительности существования сбоев ц.

5.Возникновение сбоя в различных разрядах опера­ ционного устройства равновероятно.

6.Устойчивый отказ в любом разряде операционного устройства или сбой в любом из старших R разрядов равноценны отказу процессора.

При расчете локальных показателей надежности про­

цессоров с параметрической избыточностью оборудова­ ния необходимо учитывать

— интенсивность Лу устойчивых отказов во всех раз­ рядах операционного устройства,

322