3. Согласовать распределение данных так, чтобы минимизировать затраты на пересылку данных.

В общем случае такие алгоритмы построить не удаётся.

Технология //-го программирования OpenMp.

Это нек-рый стандарт описывающий дополнительные команды, расширяющие возможности по параллелизации программ – для языков Fortran, Си, Си++ и работает в Unix и в Windows NT.

Идея: пользователь должен сам разбить программу на последовательные и //-ные секции. Технология ориентирована на SMP – с-мы. Зона ОС порождает нить (или процесс), причём 0-нить или мастер-н ить выполняет все последовательные секции программы. Нек-рые данные общие (должны быть одинаковы во всех нитях) и данные локальные, за ними особо следить не надо. Задача автоматизации и распараллеливания не решена.

Другая с-ма MPI (Message Passing Interface) – интерфейс и с-ма обмена сообщениями.

Ориентирована на мульти компьютеры или кластерные с-мы, работает в СИ, Fortran. Работает в стиле MIMD. Много инструкций, много данных. Стандарт описывает как отдельные процессы выполняемые в разных узлах кластеров обмениваются между собой сообщениями. MIMD – множество //-ных взаимодействующих процессов, каждый процесс работает в своём адресном пространстве, общих данных или переменных в этом языке нет. Способ взаимодействия между процессами – явная посылка сообщений. Для обмена сообщениями создаётся среда – коммуникатор, каждый процесс MPI имеет атрибут – N процессора. Коммуникатор определяется тем, какие процессы по номерам посылают с его помощью сообщения. Сообщение – это набор данных разных типов, каждое сообщение имеет набор атрибутов:

1 - номер процесса открывателя;2 - номер процесса получателя; 3 - идентификатор (имеет своё уникальное имя) – номер от 0 до 32 К.

Лекция 5.

Расчёты надёжности аппаратных и программных средств.

П од надёжностью изделия понимают св-во изделия выполнять заданные ф-ции при сохранении эксплутационных показателей в заданных пределах.

Классификация отказов:

а) внезапный отказ;

б) постепенный или параметрический отказ;

в) перемежающийся отказ или сбой.

Показатели надёжности: работоспособность; сохраняемость – св-во изделия, определённое время находиться в неработоспособном состоянии, а затем при включении переходить в работоспособное состояние; ремонтно способность – приспособленность к ремонту; долговечность. Количественные показатели характеризуют работоспособность по отношению к внезапному отказу. Работоспособность оценивается с помощью теории вероятности. Различают два основных типа изделий: не восстанавливаемые – после отказа выбрасываются, изделия не выше уровня микросхемы; восстанавливаемые – могут быть для разного типа аппаратуры по-разному ремонтируются.

Характеристики: 1 – невосстанавливаемые (аппаратура не выше м/с):

- вероятность безотказной работы за время t: Р(t); Q(t) = 1 – P(t). За время t=0: Р(0) = 1.

- св-во безотказности для невосстанавливаемых изделий: .

- со временем вероятность безотказной работы только уменьшается в процессе жизни изделия: . 1 и 2 св-ва характерны и для восстанавливаемых аппаратов. N₀ – начальное кол-во изделий; Р^*(t) - экспериментальное значение; N_x(t) – число работоспособных интегральных схем на момент времени t. Если к-л величина отказала, то меньше 1, вероятность отказа: - число отказавших микросхем.

- ф-ция плотности распределения времени до отказа изделия f_t(x).

- среднее время наработки до отказа: Т. t_i – время в течении которого работает, а потом отказывает каждая конкретная м/с. - усреднить времена наработки до отказа.

- теоретический подход к определению среднего времени наработки. - вероятность без отказной работы; . Среднее время наработки: . Изменение вероятности может быть разным.

- Интенсивность отказов – λ испытание на надёжность как временную шкалу. От чего будет зависеть? n – число отказавших м/с n(t)=λNt. N – число работоспособных м/с. Малое убывание числа м/с: N_x – изменение числа работоспособных м/с. N_x = - λN_xt. ; . Под интегралом стоит вероятность безотказной работы. . В течении времени жизни изделия интенсивность отказа λ(t) изменяется как показано на рисунке. I – этап, приработка изделия; II – этап, нормальной эксплуатации; III – этап старения. Для II-го этапа: λ (t) считается величиной постоянной (λ (t) = const), используя закон: ; Т = 1/λ.

Характеристики восстанавливаемых изделий.

N – Электронные работоспособные блоки. За время t восстанавливаем изделия. Например: отказал один блок, а восстановили два, т.е. больше отказавшись.

. P(t), Q(t), где Q(t) – вероятность отказа; λ(t) – интенсивность отказа; μ(t) – интенсивность восстановления; Т – время наработки на отказ; Т_в – среднее время восстановления изделия. Интегральная характеристика – это коэффициент готовности: . Коэффициент который отображает часть, находящихся в работоспособном состоянии в любой произвольно выбранной момент времени t.

- Выбор показателя надёжности:

Если изделие работает в течении небольшого заданного времени, t_{заданное} <<Т, Т – наработка на отказ, то в качестве характеристик надёжности подходит вероятность безотказной работы по P(t_зад) – это подходит для авиационной техники; время когда самолёт летит (заданное), считается самолёт не упал. Если отказ изделия не влечёт опасных последствий и само изделие работает до момента отказа, то надёжность удобно характеризовать: Т и Т_В (работа компьютера; работает до тех пор, пока он не отказал, а затем его чинят). Если изделие характеризуется постоянным значением интенсивности отказов (электрические изделия), то в качестве характеристики надёжности удобно использовать интенсивность отказа λ. Характеристики надёжности сильно зависят от климатических, механических факторов, в которых электронному изделию приходиться работать.

1. Климатический факторы:

а) повышенная температура - возможны отказы:

1) нестабильность и деградация электрических параметров изделия;

2) тепловой пробой диэлектриков и р-n переходов транзисторов.

Б) пониженная температура привод к:

1) обрывы и короткие замыкания в металлизации, из-за возникновения механических напряжений в результате сжатия проводников;

2) потеря герметичности корпусов из-за возникновения механических напряжений;

в) повышенная влажность:

1) пробой диэлектриков;

2) коррозия металлизации и всех металлических частей.

2. Механические факторы:

а) удары, вибрации:

1) ослабление сварных и резьбовых соединений, потеря герметичности.

2) возникновение механических напряжений в проводниках и обрывов.

Типовые ограничения на эти факторы:

1) изменения температур для электрических изделий: - 40÷50⁰С.

2) относительная влажность воздуха не более 98%.

Механические воздействия:

1) одиночные удары обеспечивать ускорение меньше 1000g.

2) многократные удары могут быть с ускорением 200g.

3) допустимые вибрации в диапазоне частот 5÷500 Гц, при ускорении до 40g.

Типовые способы повышения надёжности.

Р азновидности резервирования. Самый простой вариант: аппаратного резервирования, когда для одного блока ставят 2 компьютера. Какой выигрыш надёжности получается? Р=е^-λt=1- λt. (λt<<1); g  λt. В случае одного компьютера: Р того, что он выполнил k-N программу без сбоя и отклонения  Р  1 - λt  0,9  с такой вероятностью досчитает до конца, а может и нет. g  0,1 (хорошо бы, чтобы вероятность отказа g была поменьше). Поставим // компьютер, то отказ такой с-мы, за пол дня счёта откажет и один и другой компьютер, если они работают независимо, то можно считать Q=g₁g₂=0,01. Надёжность работы двух компьютеров выше Р_с=1-q=0,99.

Информационное резервирование.

Использование корректирующих кодов: код Хэмминга; код Рида – Соломона.

К од Хэмминга – позволяет обнаруживать в информационном слое две ошибки, а одноразрядные корректировать. Используется 20% дополнительных контрольных разрядов от числа информационных (приводит к повышению вероятности).

Временное резервирование.

Если появляется сомнение, что результат выполнения правильно, можно запустить эту программу нес-ко раз, теряем время, но повышаем достоверность в полученном результате.

Расчёт надёжности невосстанавливаемой аппаратуры.

λ – const. Надёжность модуля. Модуль: