Проблема обеспечения надежности компьютерных систем и пути ее решения Лекция 1

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 2 Надежность, контроль, диагностика и эксплуатация ЭВМ Цель преподавания дисциплины дать студенту систематизированные знания об основах теории надежности на этапах проектирования и эксплуатации компьютерных систем

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 3 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ДИСЦИПЛИН НКД И Э ЭВМ ПТЦАТВ и МС ТЕОРИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ АВТОМАТИЗИРОВ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ CИСТЕМ ТИКТП ЭВМ

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 4 Основные знания, приобретаемые студентами при изучении дисциплины - основные понятия и термины теории надежности; – показатели надежности; – связь между показателями надежности; – методы повышения надежности при проек- тировании и эксплуатации устройств; – методы расчета показателей надежности ЭВМ; – методы синтеза контрольных и диагностических тестов; – современные направления теории надежности.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция Oсновные понятия и показатели надежности; – расчет надежности систем; – методы введения и использования избыточности; – основные понятия эксплуатационного обслуживания ЭВМ; – автоматический контроль правильности функционирования ЭВМ и систем; – современные направления теории надеж- ности. Разделы курса

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 6 Список литературы 1. Иыуду К.А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем: Учеб. пособие для втузов по спец. "Вычислит. машины, комплексы, системы и сети", М.: ВШ, с. 2. Лонгботтом Р. Надежность вычислительных систем / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, с. 3. Савченко С.Т. Цифровые устройства, нечувствительные к неисправностям элементов. М.: Сов.радио, с.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 7 Список литературы 5. Надежность технических систем. Справочник. Ю.К.Беляев, В.А.Богатырев и др. под ред. И.А.Ушакова. М.: Радио и связь, c. 6. Каган Б.М., Мкртумян И.Б. Основы эксплуатации ЭВМ: Учеб. пособие для втузов, под ред. Б.М. Кагана.2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, с. 7. Половко А.М. Основы теории надежности. М.: BHV, – 704 c.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 8 Понятие о надежности Надежность (reliability) - свойство системы выполнять требуемые функции и сохранять значения параметров в заданных пределах при определённых условиях эксплуатации. Теория надёжности - это наука, изучающая закономерности особого рода явлений - отказов технических систем.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 9 Причины возникновения проблемы надежности Рост сложности современных технических систем превышает рост надежности элементов сложность условий эксплуатации повышение требований к качеству работы системы высокая техническая и экономическая цена отказа полная или частичная автоматизация процессов и производств (исключение человека из процесса управления)

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 10 Особенности обеспечения надежности компьютерных систем (КС) Методы и средства обеспечения надежности аппаратуры обладают высокой эффективностью Развитие теории надежности применительно к программным средствам, сетевым технологиям и web-системам идёт недостаточно эффективно.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 11 Причины 1. Классическая теория надёжности ориентирована на исследование объектов, работоспособность которых нарушается вследствие отказов физической природы (технических объектов) 2. Разработка КС ведётся людьми иной инженерной философии, базирующейся на подходах к разработке и анализу результатов скорее как к искусству, а не как строгой науке 3. Сохраняется ориентация на качественные, а не количественные инструментарии и оценки

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 12 Следствие Основные причины отказов КС Дефекты программных средств (проектные ошибки) Перегрузки компьютерных сетей Несанкционированные информационные взаимодействия

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 13 Понятие о гарантоспособности Гарантоспособность (dependability) - надежность в широком смысле – способность КС пре доставлять требуемые услуги, которым можно оправданно доверять является комплексным свойством объединяет свойства классической надежности, функциональной и информационной безопасности Гарантоспособная КС (ГКС) – это система, обладающая полным или частичным набором первичных свойств, составляющих гарантоспособность.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 14 Эволюция теории надежности ВремяПарадигмаСистемаЭлементы 50 – е годы XX века Надежная система из ненадежных элемен- тов (reliable system out of on unreliable elements) (RS/URE), резервирование релейно- контактные или простейшие цифровые устройства реле, триггеры, регистры и т.п. 60 – 70 – е годы Надежная система из ненадежных элемен- тов с контролем и реконфигурацией при отказах компьютеры, компьютерные системы интегральные микросхемы и устройства на их основе

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 15 Эволюция теории надежности ВремяПарадигмаСистемаЭлементы 80 – 90 - е годы Надежная система из ненадежных аппарат- ных и программных компонент, принцип многоверсионного проектирования компьютеры, компьютерные системы и сети интегральные микросхемы и устройства на их основе, компьютеры, серверы … конец XX начало XXI века Гарантоспособная сис- тема из негарантоспо- собных компонент (dependable system out of on undehendable components) (DS/UDC) компьютеры, сервис- ориенти- рованые КС и сети интегральные микросхемы и устройства на их основе, компьютеры, серверы …

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 16 Основные направления теории надежности 1. Математическая теория надёжности закономерности возникновения отказов методы количественного измерения надежности инженерные расчеты показателей надежности 2. Статистическая теория надёжности методы сбора и обработки статистических данных о надёжности статистические характеристики надёжности

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 17 Основные направления теории надежности 3. Физическая теория надёжности изучение физических причин отказов, влияния старения и прочности материалов на надёжность, внешних и внутренних воздействий на работоспособность систем. 4. Прикладная теория надёжности КС – применение методов и средств теории надежности для обеспечения надежности в области компьютерных технологий.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 18 Факторы, влияющие на надежность системы а) при проектировании: Количество и качество элементов в системе Режим работы элементов Применение стандартных и унифицированных элементов резко повышает надёжность системы хороший доступ к блокам, элементам системы для осмотра, ремонта; защитные устройства, сигнализация об отказе элемента.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 19 Факторы, влияющие на надежность системы б) при производстве: Качество материалов и комплектующих изделий Чистота рабочих мест, оборудования, рабочего помещения Соблюдение технологии изготовления и сборки Периодический контроль качества и надежности готовой продукции

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 20 Факторы, влияющие на надежность системы б) при эксплуатации: Квалификация и ответственность обслужи- вающего персонала. Соблюдение условий эксплуатации Тщательно продуманная стратегия обслужи- вания (уход, контроль, профилактика). Фактор времени (старение).

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 21 Оценка роли отдельных факторов 1. Ошибки при проектировании40-45% 2. Ошибки при производстве20% 3. Условия эксплуатации 20% 4. Естественный износ и старение5-7%

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 22 Пути повышения надёжности: 1.Устранение влияния факторов, приводящих к снижению надёжности. 2. Резервирование аппаратуры, многовер- сионное проектирование и использование программных средств. 3. Сбор во время эксплуатации системы полных и достоверных данных о параметрах надежности.

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 23 Надежностный синтез и надежностное проектирование компьютерных систем Надежностный синтез – процесс создания, преобразования или дополнения системы с целью повышения ее надежности используются модели проектирования системы из конкретной предметной области итерационная процедура последовательного приближения к заданным надежностным характеристикам

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 24 Этапы надежностного синтеза 1. Составление технического задания – важно объективно оценить требуемый уровень надежности; 2. Разработка алгоритма выполнения функций – разные алгоритмы имеют разную надежность 3. Разработка структурной схемы системы - при необходимости в структуру вводятся резервные, восстанавливающие, контролирую- щие элементы

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 25 Этапы надежностного синтеза 4. Выбор элементной базы – в зависимости от требований по надежности и имеющихся финансов 5. Разработка функциональных и принципи- альных схем эквивалентные с точки зрения функций элементы и схемы имеют разную надежность 6. Разработка рабочей документации (рабочий проект) – необходимо разработать оптималь- ную конструкцию для ремонта, замены, обслуживания

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 26 Этапы надежностного синтеза 7. Изготовление опытного образца и доработка конструкции- надежность повышается за счет оптимизации проведения профилактических работ 8. Эксплуатация

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 27 Задачи надежностного проектирования 1.Обеспечение максимальной безотказности при заданных ограничениях на структуру устройства 2.Обеспечение заданной безотказности при минимальных затратах на надежность

СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 1 28 Особенности надежностного проектирования 1) Аналитическая зависимость между характе- ристиками надежности и необходимой избы- точностью аппаратных и программных средств для общего случая неизвестна 2) Для различных условий применения и эксплуатации необходимо максимизировать различные показатели надежности 3) Задачи надежностного проектирования распадаются на некоторое множество задач надежностного синтеза с различными методами решения