Введение к работе
- З -
Актуальность проблемы. Бурное развитие вычислительной техники и информатики в последние десятилетия сопровождалось стремительным становлением новой области знания - технической диагностики вычислительных систем (ВО), что обуславливается неизбежностью искажений характеристик ВС вследствие неидеального характера процессов проектирования, изготовления, применения и эксплуатации. Действительно, не приходится надеяться на то, что в один прекрасный день БО перестанут отказывать, а программы станут безупречными. Это подтверждается опытом эксплуатации современных персональных компьютеров.-Несмотря на свою чрезвычайно высокую эксплуатационную надёжность они также выходят из строя. При этом они иллюстрируют ещЗ одну закономерность - смещение объема диагностирования со стадии эксплуатации на стадии проектирования и изготовления ЭВМ.
Неизбежность искажений характеристик вычислительных систем на различных стадиях жизненного цикла побуждает проектировать диагностическое обеспечение ВС. Под ним понимается комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средстз, необходимых для осуществления диагностирования на всех стадиях кизнешого цикла -ВС. Диагностическое обеспечение специализируется относительно стадий жизненного цикла . На стадии проектирования оно входит в качестве составляющей в САП? ВС, на стадии изготовления - в АСУ технологического процесса и в состав контрольно-испытательного оборудования, на стадии эксплуат зш - в состав ВС и специализированных испытательных систем.
Несмотря на специализацию диагностического обеспечения в ним можно выделить общую - концептуальную часть. Она представляется системой понятий, общими диагностическими моделями ВС и методами диагностирования и является метасистемой по отношению к конкретным моделям и методам. Назовбм е8 общим диагностическим обеспечением (ДО) ВС. В зависимости от конкретных условий ДО может быть оформлено как информационно-справочная или информационно-советующая система. Последняя характеризует более высокую ступень информационного обслуживания, поскольку наряду со справочными задачами позволяет решать задачи выбора вариантов относительно заданных ограничений и критериев оценки.
-4.-
Ядром современных информационных оиотем являются Сазы знаний и данных. Проектирование баз знаний и данных общего До ВО требует глубокого проникновения в основы технической диагностики с целью создания полк й и непротиворечивой системы знаний. Решению последней проблемы посвящены работы К.В.Карандеева, А.В.Мозга-Л8ВСКОГО, П.П.Пархоменко, В.А.Гуляева. В.П.Калявина и других исследователей. Однако показатели полноты и непротиворечивости системи знаний технической диагностики относительны во времени, поскольку на них оказывают влияние развитие этой области знания и изменение потребностей практики.
Наиболее очевидным отношением, в котором находятся между собой понятия, диагностические модели и метода диагнострования ВО, является отношение толерантності. Известен эмпирический подход установления отношений толерантности, основанный на нейронной парадигме. Однако получаемые отношения имеют вероятностный характер. Детермш^лрованный подход к их определению, основан на виявлений базовых элементов знания о последующим их комбинированием в производные элементы, находящиеся в отношении толерантности. Это требует стратификации знаний по уровням общности, упорядочения их внутри уровней и между ними. тот подход принят за основу формирования предметной области техническое диагностирование ВС.
С позиций экономичности и полноты знаний целесообразно хранить в базах не сами знания, а их признаки. Это даёт возможность генерировать различные вариант знания и принимать те или иные варианты в зависимости от конкретных условий. Такой путь стал возможным благодаря существенному повышению производительности ЭВМ, в том числе персональных. Он позволяет реализовать машгннов представление общего диагностического обеспечения ВС в виде семейства интеллектуальных справочников.
Цель работы. Разработка методов и алгоритмов для построения непроті^оречивого диагностического обеспечения вычислительных систем и ннформациотаой тьлюлогии его машинного представления.
Объекты исследования. Понятия в области технического диагностирования ВО, диагностические модели дискретных компонентов ВС различного назначения и степени сложности, методы технического диагностирования ВО и ее* компонентов, способы представления диагностического обеспечения ВС в ЭВМ.
- б -
лОласть исследований, Формализация построения систем понятий, диагностических моделей и методов диагностирования ВС в задачах нормализации и унификации общего методического обеспечения диагностирования ВО; разработка конструктивных диагностических моделей осноЕШХ компонентов ВС и методов построения их тестов для этапов производства и эксплуатации ВО; компактное, полное и непротиворечивое представление диагностического обеспечения ВС в ЭВМ для решения исследовательских зрчач, составления технических заданий на разработку диагностичского обеспечения ВС, анализа и синтеза отказоустойчивости ВС, планирования отказоустойчивых вычислений в вычислительных сетях и ЭВМ, обучения персонала.
Направления исследований. Исследования проводились в следующих направлениях:
разработка теоретических основ порождения понятий, как методологической основы формализации построения систем понятий, моделей и методов методического обеспечения диагностирования ВС;
разработка формализованного языка представления определений понятий, предназначенного для установления логических связей между понятиями по их определениям;
разработка метода построения системы понятий предметной области и построение с его помощью системы понятий технического диагностирования ВС;
систематизация диагностических моделей ВС с целью сопоставления известных моделей и построения новых;
систематизация методов диагностирования ВС с целью сопоставления известных методов и построения новых;
разработка конструктивных диагностических моделей различных узлоЕ ВС и методов построения тестов;
разработка теоретических основ машинного представления общего методического обеспечения диагностирования ВО;
разработка интеллектуального справочника по сетевым методам Диагностирования;
планирование отказоустойчивых вычислений для ЭВМ с динамической архитектурой с применением сетевых методов диагностирования.
Методы исследований. Приведённые в диссертационной работе теоретические исследования основаны на методологии системного
*->
--6-,
рнализо, использовании теории и методов техничэокой диагностики, формальной логики и различных разделов математики - общей алгебры, математической логики, алгебры логики, математической лингвистики, комбинаторного анализа, теорий множеств, графов и конечных автоматов, математической статистики.
Научная новизна. Проведенные научные исследования позволили выявить логические противоречия в существовавшей термкносистеме технической диагностики, разработать eS новую версии и конкре-тизизировать последнюю применительно к диагностированию современных вычислительных систем.
В работе впервые систематизированы диагностические Модели и методы диагностирования ВС с применением формального подхода, Последний позволил не только корректно сопоставлять известные модели и методы, но и генерировать новые, обладающие заданными свойствами.
Разработаны оригинальные диагностические модели комбинационной и последовательноотной схем, однородной структуры и микропроцессорного элемента, использованные для построения тестов ряда интегральных микросхем и вычислительных уотройств.
Разработана.методика создания баз знаний нового типа, рэали-вующих аксиоматический метод. Они обеспечивают полноту и непротиворечивое! ь предметного знания, возможность получения различных выборок вариантов знания в зависимости от задаваемых ограничений.
Впервые построена программная система, реализующая идеи вариантных баз знаний нв примере генерации сетевых методов диагностирования вычислительных сетей.
Предложен новый подход к организация отказоустойчивых вычислений на ЭВМ с динамической архитектурой, заключающийся в обеспеченна различных уровней отказоустойчивости относительна требований, предъявляемых к правильности решаемых на ней задач;
В ходе исследований получены следующие новые результаты:
предложен метод построения систем 'понятий;
разработан формализованный язык представления определений понятий;
предложен Wofl построения теоретико-мнокествевша диагностических моделей ВО на основе алгебраической системы;
предложен принцип систематизации методов диагностирования ВС, основанный на конструировании функционального базиса операций
диагностирования и его ядра}
выбрани критерии оденки методов поиска дефектов и найдены их количественные значения для распространенных методов поиска -комбинационного, о выделением и равномерным разбиением модификаций объекта диагностирования;
аксиоматизирован опоооб построения сетевого метода диагностирования;
построена модель графа З-достижкмых вернин, использованная для автоматической генерации баз сравнений при синтезе сетевого метода диагностирования;
найдены количественные оценки модели графа S-доскгаимых вер-Hiffl, использованные для разработки программы генерации сетевых изтоА в диагностирования;
разработан способ постановки диагноза вычислительных модулей сети на основе оценок истинности получаемых в них результатов вычислений;
разработаны модель и общий алгоритм генерации вариантов знаний с управлением і..: выборками и сокращением перебора вариантов;
прэдлокены архитектура и алгоритм функционирования базы знаний переборного типа;
определены свойотва сетевых методов отказоустойчивых вачис-леннй й потребляемые ими ресурсы;
разработана методика планирования отказоустойчивых вычисле-ттЛ на сетевом уровне ЭВМ о динамической архитектурой.
Практическая ценность. Полученные результаты исследований позволяют;
выполнять анализ, обнаруживать неполноту и логические противоречия понятий, моделей и методов предметной области;
сопоставлять понятия по их' определениям (дефинициям) для установления вида логической связи между ними;
строить непротиворечивые системы понятий, моделей и методов предметной области;
сопоставлять различные модели или методы между собой с целью выявления мер их сходства и различия;
попользовать предложенные в работе диагностические модели для построения тестов соотретстегших компонентов ВС;
порождать формальным путбм блок-схемы диагностирования ВС в зависимости от предъявляемых к ним требований;
разрабатывать формальные модели предметного внтдая, ориентированные на Генерацию различных 6 го вариантов!
разрабатывать спецнализироъвдэзшб блоки и универсальной сиа-теме порождения вариантов знанийі
реализовать ^етодичаакбе обеспечение диагностирований Ю в виде семейства интеллектуальных справочников}
иопольвовать сетевые метода для диагностирования 6ОД с сетевой врхитетурой it вычислительных сетей}
ооуїЦвотьлять планирование отиввоуртойчиьаоти ЩІ о динамической архитектурой применительно к решавши ответотьииш видач,
Квалификация рабэти < В работе сформулирйьзіш и решены проо-ламы поровдаяия и выбора вариантов диагностического знания и раа-работки технологии его машинного представления. НооЛедняя открывает направление разработки cefoeflowi интеллектуальных справочников no диагностическому обеспечению ВО.
Досторерностъ научных положении и .выводов. Она подтверждена корректныш доказательствами рада теоретических положений, результатами практического использования предло&зиних в диссертации моделей, методов и разработанных Маиныных программ, обсукдением полученных результатов на согласительных совещаниях и научных ыеродриктпях.
Связь с государственными программами и MP. Исследования Проводились, начиная с 1968 года, в рамквх 11 госбюджетных и хозрасчётных научна-исслсдоьателъскитс ргОот в области спадания нових образцов вычислительной техники и еб элементной Оази, разработки нормативной документации но обеспечении их качества и надймюсти. ІЇсолздования пополнялись по состгатотвушим программном и планам Министерств электронной и судостроительной промышленности, Госстандарта и АН сопр.
рвШШ^я результатов работа. Результаты исследовании реализованы в следующих промышленных л йаучных ртряОотках.
1. Нормативная документацій.
Государственный стандарт гоот Р09Н-09 "Гмхнжеокая диагностика. Термины и определения";
Отраслевой стандарт ОСІ 11 305. 009-84 "Микропроцессорные средства вычислительной техники Контроль технического состояния и поиск дефекте. Іермюш и определения";
Отраслевой руководящий материал РМ 11 0(4).051--77 "Класси-
фпкшшя иодол^й umfpaBUX интегральных ахем и методов построения тестов"і
(йтогичвские укааапня "ЬШропрогрвммпо-упрапляемцв устройства. Построение тестов", Л, НПО "Гракиї", 19В7,
2, Программные системы,
ПОТКМО - автоматического построения тестов н словарей
НеНСПраПНОПТей ДЛЯ 1ШОГОВЫХОД11МХ КОМбИЯЫЦИОШШХ OXOfifl
ШШЕТ - генерации сетевых методов дивгаоотвроппиия , Э» Построение тестов.
Тест контроля и поиска дефектов длл дгухмерной. однородной структура}
Тесты и оловари неиспрагагаотяй Для сврийпых микроахем
4, Отиазоуптопчнгюсп Ш\»
Адаптация полстшт контроля ВДа к рвялизоции ряэ/сгшиа
сетевых методов ДИОГНОПТИрОВаНИЯ.
Впэдреяиа перечисленных разработок не ігракт«К9 подтверждается соответствующими яктпмя и справками.
Апробация работы, Осгсовт/0 яолоквния и результати диосерто-цяотгой работа докладав&лись на Веесоюэных совещаниях по технической диагностике (г*. Москва 1969» 1'* Ленинград 19Т2» г. Минск 1975,' г. Ростоя-иа-Доиу 19Э7, г. Овратов 1990), Бсессдоннх юколах-семинарах по технической диагностика (г. Москва 1974, Г. Ялта 1975, г. Челябинск (Миаса) 1976, г. Паланга 19вЗ, г. ерзиян 1987, Ленинград (Репино) 1999« Всесоюзной научной сессии НТО им. /.0. Поіговз (г. Москва 1969), Всесоюзном совещании по теории рвміїїш устройств и конечній автоматов (г. Рига 1971), Всосснсяной конференции "Проблеїм Надежности при проектировании систем управления" 1976), конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы кибернетики" г. Ленинград 1969, семинарах в Ленинградском Дома няучно-трхгмчеокоя пропаганда - по автоматизации проектирования (1969, 1984), по надежности ЭВМ (1990), Республиквкоких семинарах - "Гибридные вычислительные машины и комплексы" (г. Одесса 1976), "Информационно-измерительные системы для контроля и диагностика электронной аппаратуры" (г. Кишішбв 1983), "Опроси обеспечения нечестна и надВжиисти информационных систем4 (г. Киев f97fl), "Передовей опыт прсбктировпния, диагностики и прямвнепля атасро-процессорных систем" (г. Киев 19В5), "Автоматизированное проектирование средств обеспечения надежности к диапюстики" (г. Киэв
1990), "Проектирование вычислительных средств" (г, Кауиеа 1909),
"Автоматизированное проектирование радиоелектронной аппаратур!" (г. Каунао 1991), Всесоюзном семинарз "Отказоустойчивость вычислительных систем" (г. Орджоникидзе 1999), Есвсотаной конференции "Основные направления развития и совериенстЕования терминологии в XI пятилетке" (г. Москва 1983), Всесоюзной школы-семинара го вычислительным сетям <г. Ленинград (Кавголово) 1990), Ленинградском симпозиуме цо теории адаптивных систем (г. Ленинград 1991), семинарах Ленинградского отдаления общества А.О.Попова (на секции электроники 1974, на секции САПР 1988, 1989), секции радиоэлектроники общества АН.Крылова (г. Ленинград 1985, 1986), отраслевых семинарах по качеству и надёжности изделий электронной техники (г. Гатчина 1974, Москва 1976, г. Запорожье 1977« г. Зеленоград 1981, г. Гатчина 1982, Новосибирск 1983, г» Саратов 1933), Ленинградском общегородском семинаре по технической диагностике (1930, 1931, 1983), на лабораторном семинаре Ленинградского института информатики и автоматизации АН СХР.
Публикации по работе. Основные результаты работы изложены в
49 печатных трудах, 11 отчЗтах по НИР, 4 нормативных документах
государственного и отраслевого применения. \
Структура к объем диссертации.. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, основного списка использованной литературы (154 наименования) и приложения. Объём работы 349 с. основного машинописного текста, 42 рисунка и 22 таблицы.
На защиту ..выносятся:
1. Теоретические основы порождения понятий, как методология
проектирования общего диагностического обеспечения ВО.
2. Формализованный язык, предназначенный для извлечения
существенных признаков из определений понятии с целью формального
установления отношений мевду понятиями предметной области.
-
Метод построения непротиворечивой системы понятий технического диагностирования ВС.
-
Система понятий технического диагностирования ВО.
-
Теоретическое обоснование и принцип построения системы диагностических моделей ВО.
-
Теоретическое обоснование и принцип построения системы методов диагностирования ВО.
-
Конструктивные диагностические модели узлов ВО и кетода
построения тестов,
8. Методология машинного представления общего диагности
ческого обеспечения ВО в виде семейства интеллектуальных спра
вочников.
9. Система генерации сетевых методов диагностирования ВС.
10. Применение вариантов диагностические знаний к анализу от
казоустойчивости МДА и планированию отказоустойчивых вичислений.
