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 аппа ратуры 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 F0,95; D0,90;
-средняя продолжительность однократного диагностирования (д), производная величина: коэффициент продолжительности диагностирования kд=1 - (д)/Tв, где Tв – среднее время восстановления;
-глубина поиска дефекта L=ini/N, где ni - число предполагаемых неисправных сменных блоков при i-ой неисправности, N - общее число неисправностей. Производной величиной является коэффициент глубины поиска дефекта kгпд= i di/N, где di – булева переменная, равная единице, если при i-ой неисправности число подозрительных блоков не превышает заданной величины М. При М3 этот коэффициент должен быть kгпд 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 H0,90).
В качестве интегрального показателя системы диагностирования можно использовать безразмерный коэффициент:
Ксд = FD kд kгпдН;
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. |
