Введение к работе
Актуальность проблемы. Рост сложности и ответственности задач,
решаемых с помощью дискретных устройств вычислительной техники и
систем управления, предъявляет высокие требования к надежности и
достоверности их функционирования. Качество, надежность и достоверность
современных дискретных устройств (БИС, СВИС, микропроцессоры и
изделия на их основе) о значительной степени определяются
возможностями существующей теории и соответствующих
программно-аппаратных средств для их контроля .и диагностики.
К настоящему времени сложилось два подхода к контролю и диагностированию дискретных устройств. Первый основан па построении детерминированых (регулярных) тестов для заданного класса неисправностей дискретных устройств. Теория, методы и алгоритмы детерминированного подхода к контролю дискретных устройств изложены в работах Пархоменко П. П., Гулаева В. А., Клисторина И. Ф., Немолочного О. Ф., Байда Н. П., Савченко Ю. Г., Тоценко В. Г., Шаршунова С. Г., Шейнаускаса Р., Саядяна Г. А., Убар P. P., S. Thatte, Y. Abraham, М. Breuer, A. Friedman, I. Levendel, P. Mennon, S. Su, T. Lin и др. Несомненными достоинствами детерминированного подхода является компактность получаемых тестовых воздействий, точность и однозначность критериев качества соответствующих методов контроля. К недостаткам детерминированных методов контроля относятся сложность я трудоемкость алгоритмов построения регулярных тестов, жесткая ориентация на заданный класс неисправностей, высокая стоимость систем контроля.
Второй подход к контролю и диагностике дискретных устройств включает методы стохастического контроля и основан на использовании псевдослучайных (случайных) входных воздействий. Ряд важных теоретических и прикладных результатов в рассматриваемой области получен в работах Романкевича А. М., Барашко А. С, Ярмолика В. И., Жукова М. В., Вейцмана И. Н., Боршевича В. И., R. David, Р. Thevenod - Fosse, Е. McCluskey. К. Parker, V. Agrawal, Е. Eichelberger, J. Savir, H. Wunderlich и др.
Анализ главных направлений развитая научных исследований о области техническое диагностики элементов и устройств вычислительной техники и систем управления позволяет выделить основные задачи, решаемые при создании стохастических методов контроля: синтез, генерация (порождение) и оценка качества псевдослучайных тестовых последовательностей. При решении задачи синтеза по заданной модели дискретного устройства находят вероятностные параметры входной последовательности, обеспечивающие оптимизацию критериев качества процессов псевдослучайного контроля. Решение задач, связанных с порождением псевдослучайных тестовых последовательностей, заключается в исследовании принципов функционирования м создания программно-аппаратных средств для генерации испытательных последовательностей с заданными вероятностными характеристиками. Оценка качества псевдослучайных тестовых последовательностей подразумевает поиск наиболее адекватных критериев качества н разработку алгоритмов для их вычисления по соответствующей модели дискретного устройства при условии,, что все стохастические характеристики псевдослучайной тестовой последовательности известны.
Математическая теория существующих методов синтеза, генерации н оценки качества псевдослучайных тестовых последовательностей, за исключением структурно-лингвистического подхода, развита в предположении, что входные воздействия, подаваемые на объект контроля, являются независимыми. Указанное допущение не учитывает последовательностного принципа работы большинства . современных дискретных устройств, что ведет к резкому снижению эффективности известных методов стохастического контроля.
. Методы и алгоритмы структурно-лингвистического контроля
обеспечивают порождение зависимых входных воздействий, что повышает
полноту и сокращает длину псевдослучайных тестовых
последовательностей. К сожалению, механизм - порождения входных воздействия - вывод в соответствующей грамматике, - ограничивает быстродействие стохастического контроля. Интерпретация псевдослучайных тестовых последовательностей как некоторого «осмысленного* текста, вполне оправданная при контроле программно-управляемых устройств, затрудняет, а в ряде случаев делает и. невозможным формализацию и последующую алгоритмизацию процессов синтеза, генерации и оценки качества тестов дискретных устройств, заданных логической сетью, автоматной или алгоритмической моделью.
Таким образом, основные закономерности развития методов стохастического контроля подтверждают актуальность научной проблемы, решаемой в диссертационной работе: создание теории и методов
псевдослучайного функционального контроля дискретных устройств вычислительной техники и систем управления с помощью тестовых последовательностей, задаваемых однородными цепями Маркова.
Объектами исследования являются стохастические процессы
псевдослучайного функционального контроля дискретных устройств вычислительной техники и систем управления.
Цепью диссертационной работы является решение актуальной научно-технической проблемы - повышение эффективности методов стохастического контроля дискретных устройств вычислительной техники и систем управления путем представления псевдослучайных тестовых последовательностей однородными одно- и многосвязными цепями Маркова.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели небходнмо решить следующие задачи:
- разработка теоретических основ псевдослучайного функционального
коптроля дискретных устройств с помощью одно- и многосвязных
тестовых последовательностей;
исследование и разработка алгоритмов синтеза, порождения и оценки качества тестовых последовательностей, задаваемых однородными цепями Маркова;
исследование и разработка методов и алгоритмов порождения однородных марковских процессов, анализа и синтеза' генераторов псевдослучайных тестовых воздействий;
исследование и разработка структуры, принципов и алгоритмов функционирования систем имитационного моделирования процессов псевдослучайного функционального контроля дискретных устройств;
- ' практическая реализация теории я методов псевдослучайного
функционального тестирования при разработке программно-аппаратных
средств для стохастического коптроля дискретных устройств.
Ліатодь» нсспедовгнгій оснокшы па использовании аппарата математической логики, теории переключательных схем, теории детерминированых н вероятностных автоматов, теории вероятностей и теории информации.
Научная носизна диссертгционнон работы заключается в разработке и теоретическом обосновании методов и алгоритмов псевдослучайного функционального контроля дискретпых устройств вычислительной техники и систем управления с помощью одно- и многосвязных' тестовых последовательностей, задаваемых однородными цепями Маркова.
Автор защищает:
- основную концепцию псевдослучайного функционального контроля
-e-
c помощью тестовых последовательностей, описываемых одно- и миогосвязными цепями Маркова;
теоретические основы, методы и. алгоритмы синтеза псевдослучайных тестовых последовательностей по различным моделям дискретного устройства: логическая сеть, граф переходов-выходов, описание на языке регистровых передач, структурно-функциональный граф или граф информационной связности;
критерии, методы и алгоритмы оценки качества псевдослучайных тестовых последовательностей, задаваемых однородными цепями Маркова;
методы и алгоритмы порождения однородных марковских процессов и структуру генераторов псевдослучайных тестовых воздействий;
математические модели, методику анализа и проектирования специализированных многопроцессорных систем для имитационного моделирования дискретных устройств, описанных на вентильном или функциональном уровне;
структуру, принципы и алгоритмы функционирования систем имитационного моделирования процессов псевдослучайного функционального контроля дискретных устройств;
принципы построения и структуру технических средств для псевдослучайного функционального контроля дискретных устройств вычислительной техники и систем управления, подтвержденные авторскими свидетельствами, а также их опытной эксплуатацией и внедрением в производство.
Связь с государственными программами и НИР. Результаты,
изложенные в дисертащш, получены в процессе исследований и
разработок, осуществленных в соответствии с координационным планом
научно-исследовательских работ АН СССР по проблеме 1.12.8
«Измерительные процессы и системы», раздел 1.12.8.3 «Теория и методы
построения измерительных информационных систем», тема
«Автоматизирование системы проектирования контроля и диагностики микропроцессорной техники», N ГР 01860022457, а также хозяйственных договоров < НИР N ГР 81013731, 01840004673, «Диагностика - 90», «Система - 91»).
Практическая ценность дисергационной работы. Разработанные в
ходе научных исследований теория, методы и алгоритмы синтеза,
генераций и оценки качества псевдослучайных тестовых
последовательностей послужили основой для дальнейшего развития программно-аппаратных средств стохастического контроля элементов и устройств вычислительной техники и систем управления. Это позволяет повысить полноту псевдослучайного функционального контроля, снизить его трудоемкость и упростить техническую реализацию соответствующих
-?.
средств контроля. Результати теоретических исследований позволили получить рад оригинальных технических решений, новизна которых подтверждается авторскими свидетельствами СССР. Предложенные алгоритмы анализа п синтеза псевдослучайных тестовых последовательностей позволяют автоматизировать ряд трудоемких этапов проектирования, технологической подготовки производства п технической оксилултащш дпсжретшлх устройств вычислительной техники и систем управления, связанных с их контролем и диагностикой.
Реализация результатов диссертационной работы. Результаты теоретических исследований использевапы при создании математического и программного обеспеченна систем контроля цифровых блоков; микропроцессоров ц микропроцессорных комплектов, при разработке структуры ряда систем стохастического контроля и ншггациотшго иодсяпровшпш дискретных устройств. Результаты диссертационной работы внедрены на ряде предприятий г. Кишинева, Одессы, Новосибирска. Экономический гффект от внедрения результатов диссертационной работы составил 600 тыс. рублей в год.
Основные результаты работы использованы при чтении лекций, проведении лабораторных занятий, курсового и дипломного проектирования на электрофизическом факультете и 'факультете радиоэлектроники Кишиневского Политехнического Института.
По защищаемому научному направлению под руководством автора подготавлеипи и успешно ззздпщепи 3 канлдаагсхле диссертации.
Апробация работы. Осиоалыс яоложешія и результаты диссертационной работы были предстаплеипк и одо(»регга на Международном симпозиуме ЬМЕКО (г. Пена, ГДР, 1986), па международном семинаре, по проблеме реализации комплексной программы НТП арап - членов СЭВ до 2000 года (г. Кишинев, 19S7), иа Всесоюзной НТК «ІЇИС - S1» (г. Львов, 1981), на Всесоюзной НТК »Азтоматнзация проектнроватнія микропроцессорной аппаратуры» (г. Москва, 1983), га Всесоюзной НТК «ЇШС - 85» (г. Винница, 19S5), на V Всесоюзном симпозиуме по модульным информационно вычислительным системам (г. Кишинев, 1985), на Второй Всесоюзной конференции «Физические основы надежности я деградации полупрозодникозьгх приборов» (г. Кистиев, 1956), иа Всесоюзной школе-ссмиизрг «Надежность и безопасность технических средств п программного обеспечения гибких проязгодстенпых систем РЭЛ» (г. Мосхва, 1986), из научно-техническом семинаре «Вероятностные методы тестпроваияя» (г. Миисг, 1987), на НТК «Проблемы диагностирования микропроцессорных систем» (г. " Ужгород, 1987), иа Всесоюзной НТК «ИИС - 87» (г. Ташкент, 1987), ка Всесоюзной совещания по
техішческой диапіосшке {г. Ростов; 1987), на Всесоюзной кокферешцш «Теория и практика построения интеллектуальных пптегрнрошшных систем автоматизированного проектирования РЭА и БИС» (г. Алушта, 1987), иа Всесоюзной школе - семинаре вм. М.' А. Гаврилова «Развитие їеорцц дискретных систем и проблемы логического проектирования СБИС» (г. Кишинев, 1988), на III Всесоюзной НТК «Техническое н программное обеспечение. комплексен полупатурного модслировашіа» (г. Москва, 19S8), на Всесоюзной НТК «Методы синтеза топовых модульных снетеы обработки данных» (г. Москва, 198S), ш III Всесоюзной конференции «Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов» (г. Кишинев, 1991), а также иа раде других конференций, совещаний и семинаров.
По теме диссертации опубликованы 74 научные работы, включая 20 авторских свидетельств СССР ш изобретения, 1 монография и 1 учебшш для ВУЗ-ов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит кз иведеншг,
