Конспект лекций по дисциплине Эксплуатация ЭВМ и систем

Скачать 1.95 Mb.

Название	Конспект лекций по дисциплине Эксплуатация ЭВМ и систем
страница	8/24
Дата публикации	20.08.2013
Размер	1.95 Mb.
Тип	Лекция

100-bal.ru > Информатика > Лекция

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 ... 24

Аппаратурно-микропрограммные методы восстановления процессора после сбоев

Для обеспечения аппаратурно-микропрограммного повторения операции, выполнявшейся ЭВМ в момент сбоя, необходимо:

Сохранение информации об операции, выполнявшейся в ЭВМ в момент сбоя;
Устранение последствий сбоя для того, чтобы в дальнейшем они не вызывали других ошибок;
Восстановление состояния определенных индикаторов, имевших место до сбоя;
Наличие исходных данных для выполнявшейся операции;
Организация повторной попытки выполнения операции.

Последовательность действий при аппаратурно-микропрограммном восстановлении приведена на рисунке в предыдущей лекции. Здесь контрольные точки основной программы приводят к выполнению всего контрольного алгоритма при наличии сигнала прерывания от схем контроля. При обнаружении схемами контроля машинной ошибки производится «замораживание» состояния ЭВМ, т.е. прекращается выполнение команд на всех уровнях совмещения и регистрация состояния ЭВМ в оперативной или специальной памяти. Затем происходит восстановление адреса команды, во время выполнения которой произошел сбои и повторное её выполнение.

При успешном восстановлении производится запись информации о сбое в системный журнал регистрации для ведения статистики и продолжается нормальная работа ЭВМ.

Обычно микропрограммы команд проверяют, пройден ли порог повторения, т.е. имело ли место изменение исходных данных. При изменении исходных данных команда выполняется по альтернативной микропрограмме.

Существуют следующие способы сохранения исходных данных:

а) запоминание исходных данных, которые могут быть изменены, в специальной памяти. В таком случае при возникновении сбоя измененные исходные данные восстанавливаются из специальной памяти и команда повторяется.

Процедура выполнения таких команд в нормальном режиме и при сбое показана на рис.6.1

Сохранение исходных данных, особенно при длинных операндах, усложняет микропрограммы, увеличивает время выполнения команды. Рассмотрим далее способы сохранения исходных данных, позволяющие сократить объем запоминаемой информации.

б) блокировка изменения первого операнда в командах формата “регистр - регистр” и “регистр-память”. В этих командах загрузки запись результата в общие регистры происходит в последней микрокоманде. Сохранность первого операнда достигается благодаря тому, что сигнал ошибки от схем контроля блокирует запись в общие регистры. Сама микрооперация записи выполняется с задержкой, достаточной для обнаружения ошибки схемами контроля процессора. Такое решение позволяет обойтись без запоминания исходных данных;

в) запоминание адреса второго операнда. Используется, например, в командах загрузки. Адрес второго операнда после вычисления запоминается в регистре хранения Х (в рабочей области местной памяти). Запись в общие регистры в процессе выполнения команды вызывает установку триггера изменения исходных данных (ТИД). При возникновении .ошибки команда повторяется согласно блок-схеме, приведенной на рис.6.2, где дан пример повторения команды ЗАГРУЗКА. Ранняя ошибка (до установки ТИД) вызывает повторение команды без каких-либо изменений. Поздняя ошибка (после установки ТИД) вызывает ветвление в начале команды по ТИД = 1 и восстановление эффективного адреса второго операнда из регистра хранения X. Такое решение позволяет отказаться от необходимости сохранения содержимого регистра базы и восстановления при повторении;

г) запоминание изменяемой части первого операнда с последующим восстановлением исходного значения при повторении по сбою. Это решение используется для повторения команд десятичной арифметики. Запоминание первого операнда по мере его обработки, а также счетчика байт производится в рабочей области местной памяти. При появлении ошибки после восстановления адреса команды и ее повторной выборки выполняется анализ ТИД (рис.6.3), который был установлен в 1 при записи результата на место первого операнда в ОП. После ветвления по ТИД=1 микропрограммно выполняется восстановление измененных байт первого операнда, и команда выполняется сначала;

д) запоминание счета успешно обработанных байт с целью продолжения выполнения команды при повторении. Это решение используется для повторения логических команд. Состояние счетчика байт, который считает число обработанных байт, запоминается в рабочей области местной памяти (рис. 6.4). Запись информации в ОП приводит к установке ТИД. При повторении команды в результате ошибки состояние ТИД вызывает ветвление в микропрограмме команды. Для обновления адреса операнда используется значение счета успешно обработанных байт. При этом обработка начинается непосредственно с байта, на котором была зафиксирована ошибка;

е) контрольные точки микропрограммных команд. В некоторых командах для фиксации этапа выполнения команды используются контрольные точки, значения которых запоминаются в регистре контрольных точек. Ошибка, возникшая при выполнении команды, вызывает повторение при котором восстанавливается состояние регистра контрольных точек, и выполнение команды продолжается с последней контрольной точки.

Повторение команд ввода-вывода и канальных команд

Основную трудность при повторении команд ввода-вывода вносит изменение положения носителя данных. Вследствие этого повторение команд ввода-вывода возможно при сочетании аппаратурно-микропрограммных и программных средств восстановления.

Повторение команд ввода-вывода на аппаратурно-микропрограммном уровне возможно до некоторого порога, определяемого началом связи с устройством по интерфейсу. Если порог аппаратурно-микропрограммного повторения команды ввода-вывода пройден, производится прерывание ввода-вывода и записываются слово состояния канала (ССК) и дополнительная информация, содержащие данные, уточняющие место, и условия, соответствующее ошибке. При этом восстановление выполняется на программном уровне с помощью специальных программ для соответствующего устройства, так как при этом требуется восстановление исходного положения носителя.

Упрощенная схема организации повторения команды ввода-вывода показана на рис. 6.5. Для указания возможности повторения команды ввода-вывода предусмотрены триггеры порогов (на рис. 6.5 для простоты показан один триггер порога, определяющий возможность аппаратурно-микропрограммного повторения). Ошибки по отношению к этому порту условно разделены на ранние и поздние ошибки во время передачи данных. При возникновении машинных ошибок в каналах выполняется регистрация состояния ЭВМ и анализ порога повторения каналов.

Если повторение возможно, команда ввода-вывода повторяется, если повторение невозможно, каналы, затронутые ошибкой, записывают свои слова состояния и дополнительную информацию об ошибке.

Если повторение было возможным и прошло успешно, для регистрации состояния ЭВМ в регистрационном файле выполняется прерывание от схем контроля. Машинная ошибка во время передачи данных вызывает прерывание ввода-вывода с записью ССК и дополнительной информации, содержащей код повторения, который показывает, на каком этапе выполнения находилась команда ввода-вывода. После этого восстановление выполняется на программном уровне с использованием программ восстановления.

Восстановление после сбоев в периферийных устройствах

Восстановление после сбоев периферийных устройств (ПУ) обычно выполняется с помощью программных средств. Для этого в операционных системах для всех типов ПУ имеются программы обработки ошибок.

Программа обработки ошибок ПУ анализирует тип ошибки и при сбое устройства уточняет состояние ПУ и пытается устранить сбойную ситуацию путем многократного повторения начальной программы, при выполнении которой произошел сбой. Число повторений зависит от типа ошибок и ПУ.
Лекция 7

Системы диагностирования ЭВМ

План лекции:

Основные понятия диагностики
Характеристики систем диагностирования ЭВМ
Методы диагностики ЭВМ

Основные понятия диагностики

Процесс определения технического состояния и поддержания технического состояния складывается из следующих стадий:

контроль (обнаружение отказов и сбоев);
классификация ошибок (определение характера: сбой или отказ);
диагностика (поиск причины ошибки);
коррекция, устранение ошибки.

Систему автоматического контроля неисправностей и диагностики называют системой обнаружения ошибок.

Между контролем работы и диагностикой ЭВМ трудно провести достаточно четкую границу, поскольку обе процедуры тесно связаны между собой. Если контроль – это проверка правильности работы объекта, то диагностика – это процесс определения причины неисправности (ошибки). Процесс диагностики можно разделить на отдельные части, называемые элементарными проверками. Каждая элементарная проверка представляет собой контрольную операцию. Эти операции проводятся в такой последовательности, которая позволяет определить, что именно не работает ( т.е.) неисправный блок.

Быстро увеличивается число ЭВМ, находящихся в эксплуатации, и возрастает их сложность. В результате растет численность обслуживающего персонала и повышаются требования к его квалификации. Увеличение надежности машин приводит к тому, что поиск неисправных элементов и ремонт их производятся сравнительно редко. Поэтому ряду с повышением надежности машин наблюдается тенденция потери эксплуатационным персоналом определенных навыков отыскания и устранения неисправностей. Таким образом, возникает проблема обслуживания непрерывно усложняющихся вычислительных машин и систем в условиях, когда не хватает персонала высокой квалификации.

Современная вычислительная техника решает эту проблему путем создания систем автоматического диагностирования неисправностей, которая призвана обеспечить качественное обслуживание и ускорить ремонт машин.

Система автоматического диагностирования представляет собой комплекс программных, микропрограммных и аппаратурных средств и справочной документации (диагностических справочников, инструкций, тестов).

Введем некоторые определения, которые потребуются в дальнейшем при описании различных систем автоматического диагностирования.

Различают системы тестового и функционального диагностирования. В системах тестового диагностирования тестовые воздействия на диагностируемое устройство (ДУ) поступают от средств диагностирования (СД). В системах функционального диагностирования воздействия, поступающие на ДУ заданы рабочим алгоритмом функционирования. Обобщенные схемы систем тестового и функционального диагностирования показаны на рис.7.1 а,б.

Классификация средств диагностирования приведена на рис. 7.2.

В средних и больших ЭВМ используются, как правило, встроенные (специализированные) средства диагностирования. В микро-ЭВМ чаще используются встроенные средства подачи тестовых воздействий и внешние универсальные средства (например, сигнатурные анализаторы) для снятия отсчетов и анализа результатов.

Процecc диагностирования состоит из определенных элементарных проверок, каждая из которых характеризуется подаваемым на устройство тестовым или рабочим воздействием и снимаемым с устройства ответом. Полученное значение ответа (значения сигналов в контрольных точках) называется результатом элементарной проверки.

Объектом элементарной проверки назовем ту часть аппаратуры диагностируемого устройства на проверку которой рассчитано тестовое или рабочее воздействие элементарной проверки.

Совокупность элементарных проверок, их последовательность и правила обработки результатов определяют алгоритм диагностирования.

Алгоритм диагностирования называется безусловным, если он задает одну фиксированную последовательность реализации элементарных проверок.

Алгоритм диагностирования называется условным, он, задает несколько различных последовательностей peaлизации элементарных проверок.

Средства диагностирования позволяют ЭВМ самостоятельно локализовать неисправность при условии исправности диагностического ядра, т. е. той части аппаратуры, которая должна быть заведомо работоспособной до начала процесса диагностирования.

При диагностировании ЭВМ наиболее широкое распространение получил «принцип раскрутки», или принцип расширяющихся областей, заключающийся в том, что на каждом этапе диагностирования ядро и аппаратура уже проверенных исправных областей представляет собой средства тестового диагностирования. а аппаратура очередной проверяемой области является объектом диагностирования. Процесс диагностирования по принципу расширяющихся областей показан на рис.7.3. Диагностическое ядро проверяет аппаратуру первой области, затем проверяется аппаратура второй области с использованием ядра и аппаратуры первой области и т.д.

Диагностическое ядро, или встроенные средства тестового диагностирования (СТД), выполняет следующие функции:-

-загрузку диагностической информации;

- выдачу тестовых воздействий на вход проверяемого блока;

- опрос ответов с выхода проверяемого блока;

- сравнение полученных ответов с ожидаемыми (эталонными);

- анализ и индикацию результатов.

Для выполнения этих функций встроенные СТД в общем случае содержат устройства ввода (УВ) и накопители (Н) диагностической информации (тестовые воздействия, ожидаемые ответы, закодированные алгоритмы диагностирования), блок управления (БУ) чтением и выдачей тестовых воздействий, снятием ответа, анализом и выдачей результатов диагностирования, блок коммутации (БК), позволяющий соединить выходы диагностируемого блока с блоком сравнения, блок сравнения (БС) и устройство вывода результатов диагностирования (УВР). На рис. 7.4 приведена структурная схема встроенных средств тестового -диагностирования.

Показанные на структурной схеме блоки и устройства могут быть частично или полностью совмещенными с аппаратурой ЭВМ. Например, в качестве устройств ввода могут использоваться внешние запоминающие устройства ЭВМ. В качестве накопителя—часть оперативной или управляющей памяти, в качестве блока управления—микропрограммное устройство управления ЭВМ, в качестве блока сравнения — имеющиеся в ЭВМ схемы сравнения, в качестве блока коммутации — средства индикации состояния аппаратуры ЭВМ, в качестве устройства вывода результатов— средства индикации пульта управления или принтер.

Как видно из структурной схемы, приведенной на рис. 4, встроенные средства диагностирования имеют практически те же блоки и устройства, что и универсальные ЭВМ. И не удивительно, что с развитием интегральной микроэлектроники, с массовым выпуском недорогих микропроцессоров их стали использовать в качестве средств диагностирования ЭВМ. Такие специализированные процессоры, проектируемые в целях обслуживания и диагностирования получили название сервисных процессоров. Благодаря своим универсальным возможностям и развитой периферии, включающей пультовый накопитель, клавиатуру, дисплей, сервисные процессоры предоставляют диагностическую информацию для персонала в наиболее удобной форме.

Характеристики систем диагностирования ЭВМ

Основные параметры системы диагностирования:

-вероятность обнаружения неисправности (F);

-вероятность правильного диагностирования (D). Для качественных систем диагностировния F0,95; D0,90;

-средняя продолжительность однократного диагностирования (_д), производная величина: коэффициент продолжительности диагностирования k_д=1 - (_д)/T_в, где T_в – среднее время восстановления;

-глубина поиска дефекта L=_in_i/N, где n_i - число предполагаемых неисправных сменных блоков при i-ой неисправности, N - общее число неисправностей. Производной величиной является коэффициент глубины поиска дефекта k_гпд= _i d_i/N, где d_i – булева переменная, равная единице, если при i-ой неисправности число подозрительных блоков не превышает заданной величины М. При М3 этот коэффициент должен быть k_гпд 0,9;

объем диагностического ядра h – доля той аппаратуры ЭВМ, которая должна быть заведомо исправной до начала диагностики. Для оценки качества используют величину H=1-h.(Должно быть H0,90).

В качестве интегрального показателя системы диагностирования можно использовать безразмерный коэффициент:

К_сд = FD k_д k_гпдН;

Для качественной системы диагностирования этот коэффициент должен быть равен или более 0,5.
Методы диагностики ЭВМ.

1.Методы тестового диагностирования:

А) Двухэтапное диагностирование

Объектами элементарных проверок на двух этапах диагностирования являются схемы с памятью (регистры и триггеры) и комбинационные схемы.

На первом этапе проверяют все регистры, которые могут быть установлены с помощью операции «Установка» и опрошены по дополнительным выходам операцией «Опрос».

На втором этапе проверяют все комбинационные схемы, а также триггеры и регистры, не имеющие непосредственной установки или опроса. Выполняется операция «Сравнение и ветвление»

Б) Метод последовательного сканирования

Является вариантом двухэтапного диагностирования, при котором схемы с памятью в режиме диагностирования превращаются в один последовательный сдвиговый регистр с возможностью установки его в произвольное состояние и опроса с помощью простой операции сдвига.

В) Метод микродиагностирования

Характеризуется тем, что объектом элементарной проверки является аппаратура, участвующая в выполнении микрооперации. Передача тестового воздействия на вход проверяемой аппаратуры выполняется с помощью имеющегося в ЭВМ набора микроопераций по существующим информационным трактам. Диагностические микропрограммы могут быть встроенными или загружаемыми.

Г) Метод эталонных состояний

Характеризуется тем, что объектом элементарных проверок является аппаратура, используемая на одном или нескольких тактах выполнения рабочего алгоритма функционирования, реализуемого в режиме диагностирования. В качестве результата элементарной проверки используется состояние аппаратурных средств диагностируемого устройства. Сравнение состояния ДУ с эталонным производится на каждом такте выполнения алгоритма.

Д) Метод, ориентированный на проверку сменных блоков

Объектами элементарных проверок являются сменные блоки. Тестовые воздействия подаются на входы этих блоков, а ответы снимаются непосредственно с их выходов.
2.Методы функционального диагностирования

А) Метод диагностирования с помощью схем встроенного самоконтроля

Объектом элементарной проверки обычно является сменный блок, а средствами функционального диагностирования – схемы встроенного контроля, конструктивно совмещенные с каждым сменным блоком.

Б) Метод диагностирования с помощью самопроверяемого дублирования

Также основан на принципе сменных блоков, однако самопроверяемость обеспечивается введением дублирующей аппаратуры.

В) Метод диагностирования по результатам регистрации состояния

Неисправность или сбой локализуется по состоянию ЭВМ, зарегистрированному в момент появления ошибки и содержащему информацию о состоянии схем контроля, регистров, адресов микрокоманд, предшествующих моменту появления ошибки.
Лекция 8

Практические методы поиска неисправностей ЭВМ

План лекции:

Особенности диагностики цифровых схем
Традиционный метод поиска с помощью измерительных приборов
Пошаговый метод поиска

Особенности диагностики цифровых схем

В предыдущей лекции была рассмотрена общая классификация методов диагностики. Однако в практической деятельности ремонтных организаций и подразделений приходится сталкиваться с множеством проблем, которые не позволяют применить описанные методы в исходном виде. Аппаратура ЭВМ состоит преимущественно из цифровых схем, которые имеют ряд особенностей:

-в них важнейшим является не числовое значение уровня напряжения, а его принадлежность к границам того или иного логического уровня;

-сигналы в таких цепях проходят большое число обратных и перекрестных связей;

-сигналы чаще всего не являются периодическими;

-важное значение имеют временные параметры сигнала.

Есть четыре наиболее распространенных подхода к поиску неисправностей ЭВМ:

1.Традиционный метод поиска с помощью измерительных приборов.

2.Пошаговый метод поиска.

3.Диагностический самоконтроль.

4.Сигнатурный анализ.