СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА

для гр.А19201

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатация средств вычислительной техники требует наряду с подготовкой специалистов для работы по эксплуатации ЭВМ придания вычислительным машинам свойств приспособленности к процессам обслуживания, что предполагает наличие специальных аппаратно-программных средств поддержки эксплуатации. Разработка концепции эксплуатационного обслуживания машины и аппаратно-программных средств поддержки эксплуатации является неотъемлемой частью общего процесса проектирования ЭВМ. Поэтому изучение таких вопросов занимает важное место в подготовке инженеров по специальности "Вычислительные машины,комплексы,системы и сети".

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭВМ

1.1.Особенности ЭВМ как объекта эксплуатационного обслуживания.

Эксплуатация любого объекта состоит из его эксплуатационного использования и эксплуатационного обслуживания. Под последним понимают совокупность операций процедур и процессов, предназначенных для обеспечения работоспособности объекта.

Работоспособным называется состояние при котором объект способен выполнять заданные функции. Неработоспособным называется состояние при котором объект не способен выполнять заданные функции.

Особенности ЭВМ. Это сложная техн. система. ЭВМ совокупность аппаратных и программных средств. Она - универсальный преобр.информации. ЭВМ - человеко-машинная система. Она функционирует в условиях действия лучайных факторов

1.2. Основные эксплуатационные характеристики ЭВМ, Это - производительность П, т.е. число заданий выполняемых за единицу времени.

Теория надёжности позволяет понимать свойства изделия выполнять заданные функции

Рассмотрим пример.

Расчет надежности ВУ

При расчёте надежности принимаются следующие допущения:

-отказы элементов являются независимыми и случайными событиями;

-учитываются только элементы, входящие в задание;

-вероятность безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону распределения;

-условия эксплуатации элементов учитываются приблизительно с помощью коэффициентов;

-учитываются катастрофические отказы.

В соответствии с принятыми допущениями в расчётную схему должны входить следующие элементы:

-элемент К1, т.е. количество СИС и БИС;

-элемент К2, т.е. количество ИС малой степени интеграции (МИС);

-элемент К3, т.е. количество резисторов;

-элемент К4, т.е. количество конденсаторов:

-элемент К5, т.е. количество светодиодов;

-элемент К6 т.е. количество поеных соединений;

-элемент К7, т.е. количество разъёмов.

В соответствии с расчётной схемой вероятность безотказной работы системы определяется как:

где N - количество таких элементов, используемых в задании

P_i -вероятность безотказной работы i-го элемента.

Учитывая экспоненциальный закон отказов, имеем:

где n_i - количество элементов одного типа, lj-интенсивность отказов элементов j-го типа. Причём lj=kl x lj₀, где kl - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации, а lj₀ - интенсивность отказов в лабораторных условиях.

Суммарная интенсивность отказов элементов одного типа составит

Исходя из условий эксплуатации принимаем kl=1. Никаких дополнительных поправочных коэффициентов вводится не будет, так как все элементы системы работают в нормальных условиях, предусмотренных в ТУ на данные элементы.

Для элементов. используемых для построения ВУ, приняты следующие интенсивности отказов

Микросхемы с 14 выводами l₁=4.5x10^-7

Микросхемы с 16 выводами l₂=4.0x10^-7

Микросхемы с 48 выводами l₃=3.2x10^-7

Резисторы l₄=1.0x10^-5

Конденсаторы электролитические l₅=0.1x10^-5

Конденсаторы керамические l₆=0.04x10^-5

Светодиоды l₇=0.26x10^-5

Паяные соединения l₈=1.0x10^-7

Разъёмы с 48 выводами l₉=0.2x10^-5

Исходя из этих значений можно подсчитать суммарную интенсивность отказов всех элементов одного типа, а затем и для всех элементов ВУ.

Вероятность безотказной работы ВУ за Т=1000 часов

;

Среднее время наработки на отказ

Т_м = 1/l_Еобщ

2. Модели эксплуатационного обслуживания ЭВМ

Модели потоков отказов и сбоев

Под аналитической моделью некоторого процесса понимают совокупность совокупность математических зависимостей, описывающих его протекание с подробностью и точностью,: соответствующей решаемой задаче исследуемого процесса Поведение ЭВМ зависит от ряда случайных факторов: таких как возникновение отказов, сбоев восстановления работоспособности ЭВМ

Рассмотрим основные характеристики потока отказов.

Вероятность безотказной работы работы ЭВМ:

P(t) = P ¨T_о ³ 1} = 1 -F(t)

где F(t) - функция риска.

Среднее время безотказной работы:

где f(t) - плотность случайной величины

Модели потоков сбоев

Сбои - это кратковременные и самоустраняющиеся нарушения нормальной работы ЭВМ В некоторых моделях потоков сбоев аналогичны моделям потоков отказов.

Модели потоков восстановления

В ряде случаев время восстановления

Т.е. суммарное время работы обслуживающего персонала по поиску неисправности, замене отказавшего элемента и проверке работоспособности с помощью специальных тестов, можно считать случайной величиной, имеющей экспоненциальное распределение.

Рассмотрим модели процессов эксплуатационного обслуживания.

Основной составной частью этих моделей является язык GPSS/PC. Программа на языке GPSS представляет собой последовательность оператороов. Пусть необходимо осуществить моделирование работы СМО, рассмотренной ранее. Программа модели, исследующая простейшую СМО и представленная в виде программы, написанной на языке GPSS имеет вид :

EXPON FUNCTION RN1,C24

0.01/.1,.104/.2,.222/.3,.355 ......

...................................

99,4.6/.995,.53/.998,621............

*

GENERATE 100, FN $EXPON

QUEUE 1

SEIZE SYSTEM

DEPART 1

ADVANCE 160, FN $EXPON

RELEASE SYSTEM

TABULATE TQ

TERMINATE 1

*

START 1000

Для формирования потока заявок используется оператор GENERATE, порождающий поток динамических заявок, называемых в GPSS транзактами. Транзакты создаются и уничтожаются.

Блок GENERATE имеет следующий формат :

имя GENERATE A,B,C,D,E

В поле А задается среднее значение интервала времени между моментами поступления в модель 2-х последовательных транзактов.

В поле В размещается модификатор, т.е. функция, имя которой EXPPON, и которая задается верхней строкой. С её помощью генерируются транзактыы, время поступления которых распределено по экспоненциальному закону.

Блок GENERATE обязательно связан с блоком удаления транзактов ииз модели с именем TERNINATE.

В поле А указывается, на сколько единиц уменьшается содержимое счетчика. Начальное значение счетчика устанавливается блоком START 10000. Для моделирования задержки транзакта используется оператор ADVANCE :

имя ADVANCE A,B

Поля А и В имеют смысл тот же, что и GENERATE. Из значения 160 образуются случайные временные значения, имеющие экспоненциальное распределение на отрезке :

( 160-FN $EXPON, 160+FN $EXPON )

Наше СМО состоит из 2-х физических устройств :

1. очередь с именем QUEUE

2. устройство обработки с именем SYSTEM

Пусть наш транзакт вошел в очередь, и это отмечается в блоке QUUEUE, где в поле А задается имя или номер очереди, и при его прохождении на выход через блок DEPART, где происходит вычитание 1 из номера очереди, внесенное туда оператором QUEUE. Теперь транзакты заблокированы перед блоком SEIZE и находятся в QUEUE. Если очередь пуста, то транзакт поступает в SEIZE. Блок SEIZE обязательно используется совместно с блокком RELEASE, моделирующим занятие и освобождение устройства с именем SYSTEMM. Теперь устройство SYSTEM занято, из QUEUE транзакт не может попасть в него. Очередь растет. Для определения средне квадратичного значения времени нахождения в модели используется оператор TABULATE. В его поле А могут быть записаны 3 счетчика :

ТС -- счетчик входа в таблицу

ТВ -- среднее время ожидания

TD -- среднее квадратичное отклонение времени ожидания

В таблицах строятся гистограммы для R частных интервалов с шириной 100 единиц максимального времени.

Программная таблица с именем TQ отражает состояние счетчика вреемени пребывания транзакта в модели, т.к. блок табуляции ( TABULATE ) размещается перед блоком TERMINATE. Результаты решения, т.е. моделирования, представляются в машинном отчете.

Построение имитационной модели процессов отказов и восстановления ЭВМ

Рассмотрим работу ПЭВМ, в состав которой входят электронные блоки или ТЭЗы, которые могут выйти из строя в процессе эксплуатации. Считаем. что отказы возникают согласно пуассоновского распределения с параметром ¨ Под ¨ понимают среднюю интенсивность отказов, выраженную числом отказов в единицу времени. Отказавший ТЭЗ начинает немедленно ремонтироваться, т.е восстанавливаться. Распределение времени восстановления распределено по экспоненте с параметром ¨. Под ним понимают среднюю интенсивность времени обслуживания, выражаемую числом восстановленных ТЭЗов за единицу времени.

Известно. что вероятность работающего ТЭЗа P₀ и Р₁ отказавшего равны:

Пусть l= 0.1 m= 0,06. и тогда P₀= 0.33 и P₁=0.667

Построение имитационной модели такой системы массового обслуживания (СМО) осуществляется с использованием языка GPSS.

Определим используемые элементы языка (Табл.1).

Таблица 1

Структурная схема программы