Конспект лекций по дисциплине Эксплуатация ЭВМ и систем
Скачать 1.95 Mb.
|
Контроль арифметических операций и комбинационных схемАрифметические операции, как правило, можно представить в виде последовательности следующих элементарных операций: передачи слова и операции преобразования содержимого триггерных регистров – сдвиг, взятие обратного кода и сложение. При этом сдвиг также является передачей информации между соседними разрядами слова, поэтому для его контроля применимы изложенные выше методы. Операция обратного кода может быть также проконтролирована путем использования кодов с проверкой четности: если число информационных разрядов в слове четно, то после преобразования четность числа единиц в слове сохраняется. Проверка четности применима и для контроля сложения. Поскольку сумма всех разрядов слова по модулю 2 выражает четность суммы единиц слова, то для сложения чисел a и b с результирующим словом суммы S и словом переносов Р можно записать: четность S = четность a (+) четность b (+) четность Р. Однако, чтобы избежать пропуска ошибки, связанной с четным числом элементарных ошибок, необходимо контролировать правильность формирования переносов. Такой контроль может быть организован с помощью схемы, которая проверяет, что в каждом разряде существует либо перенос в прямом коде, либо инверсия переноса и не существует одновременно то и другое. Другой способ заключается в дублировании схем формирования переносов и сравнении переносов основной и дублирующей схем. Схема контроля сложения с использованием контроля по четности показана на рис.4.2. Другой тип контроля арифметических операций – контроль по модулю 3. Если в качестве контролируемого кода используется остаток по модулю R, то в качестве контрольной операции над остатками может быть выбрана та же арифметическая операция, которая производится над числами. Это следует из того, что для сложения, вычитания и умножения действительно соотношение: R(A*B) = R[R(A)*R(B)], где R(X) - остаток числа X по модулю R; * - знак арифметической операции. В любом случае автоматический контроль операций в современных ЭВМ осуществляется встроенной аппаратурой, чаще всего, предусмотренной в архитектуре интегральных схем, поэтому он в процессе эксплуатации практически незаметен. Современная элементная база достаточно надежна, поэтому для общих приложений чрезмерное усложнение аппаратуры нецелесообразно.  Рис.4.2. Схема контроля сложения Аппаратные средства контроля создаются введением в ЭВМ дополнительного контроллера оборудования, позволяющего производить проверку правильности работы ЭВМ без снижения производительности ЭВМ. Введение дополнительных аппаратных средств увеличивает стоимость ЭВМ, а также при неоправданном использовании может привести к снижению надежности функционирования. Это иллюстрирует график, представленный на рис.4.3.  Рис.4.3. Зависимость надежности устройства от его сложности Лекция 5 Система контроля неисправностей и обнаружения ошибок План лекции:
Принципы реализации систем контроля и диагностики Системы контроля ЭВМ представляют собой совокупность программных и аппаратных средств, использующихся для определения технического состояния ЭВМ и поддержания необходимого уровня эффективности ее работы. . В зависимости от метода, положенного в основу контроля ЭВМ различают 2 вида контроля: программный и аппаратный. Каждый из них может использоваться как в оперативном режиме, так и в режиме профилактических проверок, причем контроль может быть как автоматическим, так и с привлечением операторов. Программный контроль, основан на использовании специальных программ, контролирующих работу машины. Он подразделяется на программно-логический и тестовый. Программно-логический контроль основан на том, что в основную рабочую программу вводятся дополнительные операции, при выполнении которых получается избыточная информация, необходимая для обнаружения и исправления ошибки. Часто прибегают к двойному просчету, при этом контрольная операция сводится к установлению факта совпадения двух результатов. К ним также относятся: контроль четности, сверка контрольной суммы. Тестовый контроль предназначен для проверки работоспособности машины с помощью тестовых программ. Тестовая программа содержит готовый результат расчета, в случае несовпадения результатов расчета с информацией, не связанной в тесте – фиксируется ошибка. Тесты подразделяются:
Наладочные – служат для проверки правильности функционирования узлов и блоков ЭВМ при наладке после монтажа. Они позволяют выявить грубые ошибки, допущенные при сборке. Проверочные – предназначены для периодической проверки работоспособности ЭВМ и обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации. Диагностические – в дополнение к проверочным позволяют локализовать место неисправности. В построении системы автоматического контроля работы ЭВМ тесты играют самую значительную роль. В любом компьютере (вычислительной системе) работа начинается с выполнения проверочных тестов, запускаемых при включении питания (POST – Power On Self Test). Такой тест выполняется после получения сигнала начального сброса любым современным процессором (начиная с i386). В него включаются обычно действия, обеспечивающие все управляющие ПЗУ и большинство логических схем. Тест считается успешным, если после его окончания содержимое регистров EAX=EDX=0. Тестирование памяти Дефекты ЗУ могут быть связаны как с неисправностью непосредственно модулей ЗУ, так и с дефектами внешнего оборудования (замыкания/разрывы линий шин адреса и данных, дефекты блока питания, тактирующих генераторов, схем регенерации памяти, превышение нагрузочной способности выходов и т.п.). Они могут проявляться в виде замыкания разрядов адресов, замыкания разрядов данных, отдельных неисправных ячеек, искажений отдельных ячеек при нагревании, пульсациях питания и т.п. Для ПЗУ с пережигаемыми перемычками из поликристаллического кремния возможно «зарастание» перемычек. В остальных типах возможно самопроизвольное стирание. При разработке программного обеспечения тестирования ЗУ следует обратить внимание на релоцируемость программ, т.е. возможность перемещения их в памяти, необходимость восстановление стека и системных переменных после тестирования соответствующих ячеек памяти, обход участков, занятых внешними устройствами, отображенными на память и т.п. Тестирование ПЗУ сводится, как правило, к проверке корректности контрольной суммы данных, хранящихся в нем. Приведем далее некоторые типы тестов, применяемые для диагностирования ОЗУ [2]. Все нули (все единицы). Во все ячейки ОЗУ производится запись нулей (единиц), после чего производится последовательное считывание и проверка этой информации. Развитием этого теста является сканирующий. Производится запись нулей (единиц) во все ячейки ОЗУ, затем выполняется последовательное считывание и проверка. После этого во все ячейки записываются единицы (нули) и процесс повторяется. Сканирующий тест используется для проверки ОЗУ в условиях максимальной статической помехи, вызванной суммарным током утечки всех ячеек ОЗУ, находящихся в одном состоянии. Адресный. В каждую ячейку ОЗУ записывается код собственного адреса (сумма старшего и младшего байтов), затем производится последовательное считывание и проверка этой информации. Адресный тест обеспечивает проверку адресных дешифраторов ОЗУ. Шахматный. В ОЗУ записывается байты данных, содержащие чередующиеся нули и единицы в шахматном порядке. Подобный порядок образуется, например, при записи в соседние строки последовательности вида 5555h, AААAh, 5555h, AААAh,… При этом должен учитываться размер строки в матрице ОЗУ. Затем производится последовательное считывание и проверка этой информации. Шахматный тест используется для проверки взаимовлияния ячеек, содержащих информацию, записанную в обратном коде. Чередующиеся строки 0 и 1. В смежные строки ОЗУ записывается байты данных вида 0000h, FFFFh, 0000h, FFFFh, … Также следует учитывать размер строки в матрице ОЗУ. Затем производится последовательное считывание и проверка этой информации. Этот тест используется для проверки взаимовлияния адресных шин по строкам. Чередующиеся столбцы 0 и 1. В ячейки ОЗУ записывается такая информация, чтобы смежные столбцы ОЗУ содержали информацию в обратном коде, затем производится последовательное считывание и проверка этой информации. Этот тест используется для проверки взаимовлияния адресных шин по столбцам. Запись и запись/считывание вперед и назад. По всем адресам ОЗУ записываются нули, затем производится последовательное считывание и проверка этой информации. После проверки каждой очередной ячейки в нее записывается информация в обратном коде (единицы). После проверки последней ячейки и записи в нее единиц процедура повторяется от старшего адреса к младшему с чтением единиц, их проверкой и записью нулей. Этот тест используется для проверки взаимовлияния соседних ячеек при смене в них информации. Марширующий. Во все ячейки ОЗУ записываются единицы, затем производится последовательное считывание информации с проверкой и заменой ее на нули. После обращения к последнему адресу процедура повторяется с данными в обратном коде, т.е. последовательное считывание нулей, начиная с первой ячейки, с проверкой и заменой ее на единицы. После обращения к последнему адресу процедура повторяется с данными в обратном коде, т.е. с нулями, и в обратном направлении – от последней ячейки к первой. После обращения к первой ячейке процедура повторяется. Считываются нули и на их место записываются единицы. После обращения к последнему адресу выполняется чтение с проверкой единиц всех ячеек ОЗУ – от первой до последней. Этот тест является модификацией теста «запись и запись/считывание вперед и назад». Дополнительная адресация. Во все ячейки ОЗУ записывается фоновый набор единиц (нулей), затем производится считывание ячейки, начиная с первой, с последующей проверкой и записью в нее противоположной информации. Каждое второе обращение выполняется по адресу, код которого является дополнением к предыдущему. Этот тест предназначен для проверки адресных цепей, информация которых в этом тесте подвергается максимальному изменению. Долбление. Во все ячейки ОЗУ записывается тестовая информация, после чего производится многократное считывание по каждому адресу с последующей проверкой по всем адресам. Процедура повторяется при замене информации в каждой ячейке на информацию в обратном коде. Этот тест предназначен для проверки способности ячеек выдерживать многократные обращения по считыванию. Разрушение считыванием. В первую ячейку ОЗУ записывается, считывается и проверяется тестовое слово (все единицы). Выполняется приращение адреса и тестовое слово записывается во вторую ячейку. После этого информация из первой и второй ячеек считывается и проверяется. Процедура продолжается до тех пор, пока во все ячейки ОЗУ не будет записано тестовое слово. К нулевой ячейке производится n обращений, к первой – (n-1), к последней – одно. Тест «разрушение считыванием» используется для проверки взаимовлияния ячеек ОЗУ при записи в них одной и той же информации. Бегущий. В первую ячейку записываются единицы (нули), а во все остальные – фоновые нули (единицы). Затем все адреса последовательно считываются с проверкой; последней считывается первая ячейка с последующей записью в нее нулей (единиц). Последовательность операций повторяется для второй ячейки, третьей и т.д., вплоть до последней. Тест «бегущий» предназначен для обнаружения сбоев в ОЗУ, вызванных переходными процессам в разрядных цепях, так как перемещение 1 на фоне 0 (или наоборот) создает наихудшие условия для усилителей считывания. Пинг-понг. В первую ячейку ОЗУ записываются единицы, а во все остальные – нули. Затем последовательно считываются и проверяются ячейки 2,1, затем 3,1; 4,1 и т.д. пока все пары переходов, включающие ячейку 1, не будут проверены. После этого в ячейку 1 записываются нули, а во вторую – единицы. В той же последовательности операции повторяются для ячейки 2 и т.д. Цикл повторяется для инверсной информации. С помощью этого теста проверяется правильность функционирования накопительной части ОЗУ, дешифратора, а также влияние записи на сохранность информации. Галопирующий. В первую ячейку ОЗУ записываются единицы, а в остальные – нули. Затем последовательно считываются и проверяются ячейки 2,1,2, затем 3,1,3 и т.д., пока все пары переходов, включая ячейку 1, не будут проверены. После этого в ячейку 1 записываются нули, и информация считывается. Последовательность операций повторяется для ячейки 2,3 и т.д. вплоть до последней. По эффективности этот тест эквивалентен тесту «пинг-понг». Тест Баттерфильда. Все ячейки заполняются единицами, затем каждая третья ячейка начиная с первой заполняется нулями. Проверяется содержимое по всем адресам, затем программа дважды сдвигает слово, заполненное нулями, используя вторую и третью ячейки в качестве регистра сдвига. После третьего прохода во всех битах должны быть нули и операция повторяется с занесением единиц в каждую третью ячейку. Система контроля неисправностей В современной ЭВМ при управлении некоторым технологическим или экономическим причинам цена ошибки многократно возрастает. Для повышения надежности работы необходимо применять систему автоматического контроля работы и устранения ошибок. Ознакомившись с принципами контроля, покажем, какими путями реализуется система автоматического контроля в целом. Система контроля неисправностей (СКН) ЭВМ представляет собой совокупность программных и аппаратных свойств, используемых для определения технического состояния ЭВМ и поддержания необходимого уровня ее работы. Рассмотрим принцип действия системы контроля. Возникновение ошибки в каком-либо устройстве вызывает срабатывание системы прерываний, при этом выполнение основной программы приостанавливается и начинает работать система диагностики, которая во взаимодействии с системой контроля выполняет следующие функции:
|
Похожие:
 | Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-эвм в Персональной... Целью настоящего курса является дать понятие о микропроцессорах и однокристальных микро-эвм, области их применения, дать основы функционирования... |  | Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов... |
| Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов... | | Архитектура ЭВМ и систем конспект лекций Обучающие: Учить детей понимать эмоциональное состояние героев постановки, придавать физическим действиям куклы максимум выразительности... |
| Конспект лекций по дисциплине: теория систем и системный анализ санкт-Петербург... Выбор показателя эффективности, математическая постановка задачи | | Программа учебной дисциплины «эвм и периферийные устройства» Эвм, систем и их периферийных устройств, теоретических основ и практических навыков их анализа, проектирования и исследования, взаимодействия... |
| Рабочая программа учебной дисциплины ЭВМ и периферийные устройства Эвм, систем и их периферийных устройств, теоретических основ и практических навыков их анализа, проектирования и исследования, взаимодействия... | | Методические рекомендации по освоению учебной дисциплины «организация... М является усвоение базовых знаний о принципах организации современных ЭВМ и систем, на основе которых студенты могли бы самостоятельно... |
| Рефератов по дисциплине «Организация ЭВМ и систем» Сравнительный анализ процессоров мобильных устройств и встраиваемых систем (Intel Atom, pxa, armx) | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методические указания предназначены для студентов специальностей ”эвм и системы“, “Автоматизированные системы обработки информации... |
| Конспект лекций по дисциплине: «Операционные системы и среды» «Системы баз данных», «Инструментальные средства разработки аппаратно-программных систем», «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»,... | | Программа учебной дисциплины «эксплуатация систем электроснабжения» Целью изучения дисциплины «Эксплуатация систем электроснабжения» является формирование у студентов профессиональных навыков по использованию... |
| Рабочая программа учебной дисциплинЫ «монтаж и эксплуатация оборудования... Целью освоения дисциплины «Монтаж и эксплуатация оборудования систем электроснабжения» является получение студентами базовых знаний... | | Учебной дисциплины «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем» предназначена... Учебная дисциплина «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем» является общепрофессиональной дисциплиной, формирующей базовый уровень... |
| «архитектура ЭВМ и систем» Новосибирск сгга содержание Эвм различных классов; параллельные системы понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах; матричные и ассоциативные... | | Конспект лекций по учебной дисциплине «Правоведение»: учебное пособие.... «Геоэкология», 020501 «Картография», 120202 «Аэрофотогеодезия», 080500 «Менеджмент», 080507 «Менеджмент организации», 170101 «Испытание... |
