Виды резервирования. Основные понятия и определения

Введение

V. Текст лекции

Проблема анализа и обеспечения надежности связана со всеми этапами создания ЭВМ и всем периодом их практического использования в ведомстве МЧС.

Комплекс мероприятий по обеспечению и повышению надежности ЭВМ обычно рассматривается на протяжении всего цикла жизни вычислительных средств, а именно, на стадии проектирования, в условиях производства и в процессе эксплуатации ЭВМ.

Рассчитать надежность сложной системы — это значит определить ее показатели надежности по известным показателям надежности элементов.

Существует большое количество методов расчёта надёжности. Основными из них являются:

метод, основанный на применении классических теорем теории вероятностей;

логико-вероятностные методы;

топологические методы;

методы, основанные на теории марковских процессов;

методы интегральных уравнений;

методы статистического моделирования.

Среди методов повышения надежности, предусматриваемых при проектировании, особое место занимает использование избыточности. Избыточность- дополнительные средства (или возможности) сверх минимально необходимых для выполнения ЭВМ заданной функции.

Резервирование - это метод повышения надежности ЭВМ путем введе­ния избыточности.

Особое место, отводимое этому методу, объясняется тем, что резер­вирование наиболее полно позволяет решить задачу получения требуемой надежности ЭВМ при относительно малонадежных элементах.

В зависимости от вида используемой избыточности различают следую­щие виды резервирования:

структурное - предусматривающее использование избыточных элемен­тов; в структуре объекта (узлов, блоков, аналогичных имеющимся);

временное - предусматривающее использование избыточного времени;

функциональное - предусматривающее использование способности эле­ментов выполнять дополнительные функции;

информационное - предусматривающее использование способности к восприятию дополнительной информации, поступающей на объект;

нагрузочное - предусматривающее использование способности к восп­риятию дополнительной нагрузки.

В дальнейшем будем рассматривать лишь структурное резервирование, так как остальные виды относятся к специфическим условиям эксплуатации ЭВМ.

Одним из основных способов повышения надежности систем является структурное резервирование, которое предусматривает включение в состав системы дополнительных объектов. Структурное резервирование различается по ряду признаков:

резерв включен постоянно или резервный элемент включается по мере необходимости (резервирование замещением, ненагруженный резерв);

индивидуальное или групповое резервирование;

переход на резервный элемент происходи мгновенно или требуется конечное время на переключение;

система контроля работоспособности и управления резервом абсолютно надежна или имеет конечную надежность и т.д.

Кроме того, следует учитывать вид структуры системы – простые двухполюсные, сетевые, иерархические структуры.

Многообразие видов резервирования привело к созданию десятков различных моделей, учитывающих конкретную специфику систем.

При структурном резервировании следует различать следующие поня­тия:

основной элемент - это элемент структуры машины, минимально необ­ходимый для выполнения ЭВМ заданных функций;

резервный элемент - это элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности машины в случае отказа основного элемента;

кратность резерва - отношение числа резервных элементов к числу резервируемых или основных элементов объекта, выраженное несокращенной дробью.

Различают однократное резервирование (дублирование), кратность которого равна единице, и многократное, кратность которого больше еди­ницы.

По характеру восстанавливаемости резерва различают:

Резервирование с восстановлением - при котором работоспособности любого основного и резервного элементов в случае возникновения их от­казов подлежат восстановлению.

Резервирование без восстановления - когда любой основной или ре­зервный элемент восстановлению не подлежит.

Применение резервирования обычно связано с увеличением веса, объ­ема, стоимости изготовления и эксплуатации ЭВМ. Часто один из этих факторов является лимитирующим. Поэтому возникает необходимость подоб­рать оптимальный способ резервирования, наилучшим образом отвечающий поставленной задаче.

Под оптимальным резервированием понимают резервирование, обеспе­чивающее получение наибольшего эффекта повышения надежности с наимень­шими затратами. Выбор критерия оптимальности зависит от конкретных ус­ловий, т.е. учета конкретных доминирующих факторов.

Присоединение резервных элементов к основным производится парал­лельно.

Параллельной называется система, которая сохраняет свою рабо­тоспособность до тех пор, пока работоспособен хотя бы один ее эле­мент. Предполагается, что все элементы находятся во включенном со­стоянии с самого начала.

В инженерной практике такой резерв называют нагруженным или горячим. Параллельная система, состоящая из n элементов, описывается при помощи следующей блок-схемы надежности, представленной на рис. 1б.

В каждый момент времени функции системы выполняются ос­новным элементом, а в случае его отказа происходит мгновенное переключение на любой из исправных к данному моменту резерв­ных элементов.