39980

Общие средства повышения надежности

Контрольная

Информатика, кибернетика и программирование

Общие средства повышения надежности Надежность это вероятность безотказной работы какоголибо устройства в течение заданного срока службы. Эту вероятность они называют надежностью. Для оценки важности понятия надежность нам придется вести довольно тривиальный разговор о сложности мира машин и приборов. Надежность машин зависит от множества причин: и от материалов используемых для их изготовления и от станочного оборудования и от условий эксплуатации и от заводского контроля и от мастерства рабочих и конечно от конструкторских идей...

Русский

2013-10-13

22.51 KB

7 чел.

18. Общие средства повышения надежности

Надежность это вероятность безотказной работы какого-либо устройства в течение заданного срока службы.

Если испытать несколько электроламп одного и того же типа и из одной партии на срок службы, то окажется, что каждая из них работает разное время. Заранее сказать, какова величина безотказного времени работы той или иной лампы, нельзя. Можно только указать, сколько в среднем ламп из очень большого их числа проработает не меньше заданного срока.

Иными словами, для каждой лампы, так же как и для каждого другого изделия, срок службы - случайная величина. Ученые и должны вычислить вероятность безотказной работы устройства в течение заданного срока службы. Эту вероятность они называют надежностью. 
Для оценки важности понятия «надежность» нам придется вести довольно тривиальный разговор о сложности мира машин и приборов.

В типовом электронном устройстве от 60 до 90 деталей. А например, бортовая аппаратура авиалайнера содержит десятки тысяч электронных устройств. И вся эта сложнейшая аппаратура должна работать длительное время в условиях значительных перегрузок, вибраций, резких изменений температуры и давления.

Надежность подобных комплексов определяется самым слабым его элементом. Тем, который скорее всего выйдет из строя. А как знать, какая же из множества деталей окажется самой слабой?

Если элемент в среднем может проработать безотказно 10 тысяч часов, то даже тогда за каждые две минуты можно ждать одной неисправности, одного отказа в работе.

Выходит, чем сложнее система, тем она менее надежна. Надежность машин зависит от множества причин: и от материалов, используемых для их изготовления, и от станочного оборудования, и от условий эксплуатации, и от заводского контроля, и от мастерства рабочих, и, конечно, от конструкторских идей, заложенных в проект машины.

Надежность каждого элемента в машине влияет на ее надежность в целом. Испытывали один из образцов вычислительной машины. Результаты были малоутешительными, она не соответствовала требованиям надежности. Стали искать причину. Оказалось, что недостаточно надежны самые массовые детали - непроволочные сопротивления.

Для изготовления этой простой детали нужно было девять материалов: керамика, латунь, эмаль, абразивные камни и другие. Каждая деталь проходила двенадцать технологических операций, любая из них влияла на надежность.

В образце машины, проходившей испытания, было около 600 тысяч непроволочных сопротивлений. Подсчитаем теперь, сколько же факторов влияло на надежность этой машины только от одних сопротивлений:600 000 * 9 * 12 = 64 800 000! А ведь в машине были тысячи других деталей.

Надежность работы сложных систем и машин для каждой отрасли определяется по-своему. В измерительных приборах ее определяет точность показаний, в гидрооборудовании - безотказность при разных режимах работы. Надежность же компьютерной техники определяют точность приема, обработки и выдачи готовой информации. Если работа вычислительного устройства ненадежна, жди ошибок, искажений.

Степень надежности изделий и систем определяют по показателям так называемого «отказа», то есть по нарушению работоспособности. Отказы бывают постепенные и внезапные. А для систем передачи и переработки информации характерны «сбои», то есть самоустраняющиеся отказы, когда случайная ошибка в вычислительном оборудовании или в вычислительной системе устраняется автоматически.

Постепенные отказы проявляются постепенно, по мере отхода системы или устройства от установленных допусков. В таких случаях даже пользуются специальным понятием - среднее время до появления сбоя. Внезапные же отказы проявляются сразу, при резком изменении параметров, определяющих правильную работу системы.

Существует специальная методика исследования надежности. Большую роль в ней играет теория вероятностей, математическая статистика, теория информации, теория массового обслуживания. Вопросами надежности, анализом надежных систем занимаются на всех этапах создания системы - от проектирования до испытания и эксплуатации.

Всеми возможными средствами стараются ученые, конструкторы и инженеры увеличить надежность - показатель доверия к машине. И ныне надежность достаточно высока: авиадвигатели, например, рассчитаны на 20 тысяч часов работы, самолеты гражданской авиации и крупные технологические комплексы - до 20 лет, тепловые энергоустановки - до 40 лет.

В борьбе за надежность применяют и самые современные способы проектирования, и лучшие материалы, и совершенные технологии, и тончайшую диагностику, и новейшие методы ремонта машин, и грамотную эксплуатацию. Но надо помнить, что борьба за надежность - процесс бесконечный, что проблема надежности, решенная сегодня, по-новому возникнет завтра, так как используемые человеком технические средства все время совершенствуются.

Важнейшей характеристикой вычислительных систем является надежность. Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечение тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратуры.

Отказоустойчивость - это такое свойство вычислительной системы, которое обеспечивает ей, как логической машине, возможность продолжения действий, заданных программой, после возникновения неисправностей. Введение отказоустойчивости требует избыточного аппаратного и программного обеспечения. Направления, связанные с предотвращением неисправностей и с отказоустойчивостью, - основные в проблеме надежности. Концепции параллельности и отказоустойчивости вычислительных систем естественным образом связаны между собой, поскольку в обоих случаях требуются дополнительные функциональные компоненты. Поэтому, собственно, на параллельных вычислительных системах достигается как наиболее высокая производительность, так и, во многих случаях, очень высокая надежность. Имеющиеся ресурсы избыточности в параллельных системах могут гибко использоваться как для повышения производительности, так и для повышения надежности. Структура многопроцессорных и многомашинных систем приспособлена к автоматической реконфигурации и обеспечивает возможность продолжения работы системы после возникновения неисправностей.

Следует помнить, что понятие надежности включает не только аппаратные средства, но и программное обеспечение. Главной целью повышения надежности систем является целостность хранимых в них данных.

Сравнительный анализ надёжности миллиона компьютеров развеял заблуждения

Автор: Андрей Васильков
Опубликовано 27.06.2012 в 
блоге автора (rss)

У каждого из нас свой опыт работы с компьютерами, который сформировал индивидуальное представление об их особенностях и надёжности. Большая часть людей имела дело с единичными экземплярами, увлечённые гордо ведут счёт на десятки и редкий специалист может честно сказать, что работал с сотнями разных моделей. По сравнению с объёмом ежегодно выпускаемых компьютеров это всё капли в море. Такое соотношение приводит к тому, что даже ИТ-гуру могут сильно заблуждаться, поскольку в своих суждениях исходят преимущественно из частных случаев. Говоря языком статистики, проблема кроется в привычке делать выводы о компьютерах в целом на основе личной нерепрезентативной выборки. 

Попытку применить научный подход и непредвзято проанализировать причины аппаратных сбоев компьютеров пользователей предпринял исследовательский центр Microsoft, собрав при помощи утилиты Windows Error Reporting отчёты об ошибках с одного миллиона устройств. Рассматривались сбои в дисковой подсистеме, ошибки ЦП и ОЗУ. В эту выборку попали ноутбуки и компьютеры разных производителей и годов выпуска, работающие на штатных, повышенных и пониженных частотах. Вся совокупность отчётов учитывает только случаи критических сбоев.
 
Ранее многие компании проводили подобные исследования для корпоративного сегмента, однако их результаты нельзя просто экстраполировать на домашних пользователей. В отличие от серверов, персональные компьютеры не оснащены технологиями коррекции ошибок.

Анализ показал, что большинство сбоев было повторяющимися и взаимосвязанными. Частота ошибок ЦП напрямую коррелирует с числом выполненных им циклов. При общем времени работы 120 часов средняя вероятность сбоя ЦП составляет 1:330, а по мере увеличения до 720 часов возрастает до 1:190. Устройства, работающие на пониженных частотах, предсказуемо оказались более надёжны, чем работающие на повышенных или даже штатных. При разнице в частотах более 5 процентов вероятность сбоев ЦП и ОЗУ отличается на 25–45 процентов.

Ноутбуки в целом продемонстрировали более высокую надёжность, чем настольные компьютеры: случаи аппаратных проблем во всех подсистемах у них регистрировались в полтора-два раза реже. 

Разница между надёжностью брэндовых и остальных компьютеров была выявлена только для подсистемы памяти. ОЗУ в компьютерах известных производителей демонстрировала втрое меньшую склонность к аппаратным отказам.

Показатель MTTF (mean time to fail – время средней наработки на отказ) оказался бесполезным для персональных компьютеров. Он имеет смысл только при возможности дублировать критические узлы системы и перераспределять нагрузку, чего как раз лишён домашний пользователь. Анализ показал, что после возникновения первого сбоя значение MTTF падает на два порядка — с 6,5 лет до 13,5 дней.

Исследователи делают вывод, что аппаратные проблемы можно решать программным путём. Для персональных компьютеров целесообразно разработать ОС, которая будет изначально устойчива к наиболее частым аппаратным проблемам. Например, сможет переназначать повреждённые ячейки ОЗУ подобно тому, как контроллер жёсткого диска переназначает сбойные секторы. В многоядерных системах ОС может переносить выполнение кода на стабильно работающие ядра или нивелировать ошибки за счёт избыточных параллельных вычислений.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37114. Политические преобразования в РФ в 90-е годы. Октябрьский кризис 1993 г. Принятие Конституции, переход к парламентаризму 16.59 KB
  Принятие Конституции переход к парламентаризму. После октябрьских событий началась ликвидация системы Советов завершившаяся с принятием на всенародном референдуме 12 декабря 1993 новой Конституции Российской Федерации 3в 1990–1993 гг. Ельциным которая впервые занялась разработкой новой Конституции. Проект подготовленный этой комиссией не был принят ни на первом ни на втором обсуждении на съездах народных депутатов но одобрялась общая концепция Конституции что значительно затягивало переход к новому конституционному строю в...
37115. политических противоречий в Российской Империи в начале XX века. 15.04 KB
  Национальный вопрос в России в начале XX века. Национальный вопрос – одно из основных социальнополитических противоречий в Российской Империи в начале XX века. Рост недовольства на окраинах подпитывался как жесткой национальной политикой правительства в частности ограничениями в отношении поляков финнов армян и некоторых других народов так и экономическими неурядицами которые переживала Россия в первые годы XX века. К началу XX века российские этносы представляли собой чрезвычайно разнородную массу.
37116. Общенациональный кризис в стране осенью 1917 г 23.48 KB
  Приход к власти большевиков Осенью 1917 г. Бесспорно что если бы большевики промедлили с взятием власти и не упредили правые силы слабое правительство Керенского сменила бы военная диктатура. В нем объявлялось о низложении Временного правительства и переходе власти к Петроградскому ВРК. Тем самым шанс на спасение буржуазной власти был утрачен.
37117. Брестский мир 17.35 KB
  большевики связывали выход России из войны с мировой революцией. Согласно условиям Брестского мира: от России отторгалась Польша Прибалтика западная часть Белоруссии. Ни одна из стран Антанты союзников России в войне не ответила на эти мирные предложения однако страны германоавстрийского блока в конце ноября согласились вести переговоры о перемирии и мире с представителями Советской республики. Подписания мира в тот момент настоятельно требовали внутренняя и внешняя обстановка в Советской России.
37118. Гражданская война и интервенция: причины, ход и результаты 16.55 KB
  в Мурманске и Архангельске высадились английские американские и французские войска. Войска П. Признав свое поражение в Первой мировой войне Германия согласилась аннулировать Брестский мирный договор и вывела свои войска с территории Украины Белоруссии и Прибалтики. Антанта стала выводить свои войска оказывая белогвардейцам лишь материальную помощь.
37119. Истоки и сущность режима личной власти Сталина. Политические процессы и массовые репрессии 26.79 KB
  Истоки и сущность режима личной власти Сталина. Истоки сталинизмаЗарождавшийся сталинизм проявлялся в несогласии Сталина с линией Ленина в ряде программных стратегических и тактических вопросов социалистической революции и в попытках провести свою линию вопреки Ленину или нарушая линию Ленина. Сталина часто называют непоследовательным марксистом приписывают ему отступничество от идей Ленина но согласно трактовке социализма Сталин стремился выполнить ряд основных задач: сделать государство пролетарским уничтожить эксплуататорские классы...
37120. Международное положение и внешняя политика СССР в предвоенные годы. Соглашения и договоры с Германией 26.14 KB
  Международное положение и внешняя политика СССР в предвоенные годы. Следующий период в истории внешней политики СССР начался в марте 1939 г. Британские консерваторы не хотели подлинного союза с СССР не оставляли надежды подтолкнуть немецкую экспансию в восточном направлении то есть в направлении Советского Союза. В частности вопрос о дополнительном протоколе к пакту о ненападении был поставлен наркомом иностранных дел СССР В.