Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра «Электронных вычислительных машин»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО КОНТРОЛЬНО-КУРСОВОЙ РАБОТЕ
по дисциплине
ЭКСПЛУАТАЦИЯ Э В М И СИСТЕМ
Специальность: 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Формы обучения: очная, очно-заочная
Тула 2010 г.
Методические указания по ККР составлены доц. каф ЭВМ Лебеденко Ю.И. и обсуждены на заседании кафедры ЭВМ факультета кибернетики
протокол № 15 от "_18_"____мая_____ 2010 г.
Зав. кафедрой _______________________ В.С. Карпов
Методические указания по ККР пересмотрены и утверждены на заседании кафедры ЭВМ факультета кибернетики,
протокол №___ от "___"______________ 200_ г.
Зав. кафедрой _______________________ В.С. Карпов
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………………………..…….4
1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНО-КУРСОВОЙ РАБОТЫ……………………………………………………………………………………...4
2.ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНТРОЛЬНО-КУРСОВОЙ РАБОТЕ……………………………………………………………………..…………….….4
2.1 Тематика контрольно-курсовой работы……………………………………..…………3
2.2 Исходные данные к контрольно-курсовой работе……………………………………………………………………….………………..4
2.3 Задание на контрольно-курсовую работу…………………………………………………………………….…………………..5
2.4 Объем контрольно-курсовой работы……………………………………………………………….………………………..5
2.5 Оценка результатов контрольно-курсовой работы………………………………………………………………………………………...5
3.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ НАД ЗАДАНИЕМ……………….……...6
3.1 Основные этапы выполнения работы…………………………………………………..6
3.2 Методические указания к выполнению отдельных этапов работы………..…………6
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………….…9
Приложение ………………………………………………………………………………….10
ВВЕДЕНИЕ
Контрольно-курсовая работа по курсу «Эксплуатация ЭВМ и систем» выполняется либо по реальному заданию, выданному преподавателем в рамках индивидуального задания по НИРС, либо по типовому заданию. Контрольно-курсовая работа выполняется в 9 или 10 семестре. Она выполняется на базе знаний и навыков, полученных студентами при изучении дисциплин «Организация ЭВМ», «Основы электроники» и «Схемотехника ЭВМ», «Системное программное обеспечение», «Высшая математика».
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Контрольно-курсовая работа выполняется с целью закрепления знаний по курсу «Эксплуатация ЭВМ и систем» и получения практических навыков самостоятельной оценки надежности вычислительных систем.
Задачами контрольно-курсовой работы являются:
- практическое овладение методикой оценки надежности вычислительной системы на основе изученных математических методов, и знаний об эксплуатации технических средств вычислительной техники;
- оценка эксплуатационных параметров исследуемых вычислительных систем;
- получение навыков реферирования необходимой технической информации.
Решение перечисленных задач невозможно без знания ряда смежных дисциплин, изучаемых в 1 - 8 семестрах и умения пользоваться справочной литературой, другими источниками.
ККР выполняется в течение семестра по заданию, выдаваемому преподавателем каждому студенту индивидуально. Задание должно быть выдано не позднее 10 недели семестра. Задание включает ряд ситуативных и теоретических задач, которые следует письменно решить и оформить установленным образом.
Решение оформляется в тетради (12 – 18 листов) от руки и сдается преподавателю не позднее начала экзаменационной сессии. Правильно выполненное в целом и оформленное выполнение ККР является основанием для допуска студента к экзамену. Студенты, не выполнившие ККР к экзамену не допускаются.
2.ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНТРОЛЬНО-КУРСОВОЙ РАБОТЕ
2.1.Тематика контрольно-курсовой работы
В основном разделе контрольно-курсовой работе исследуется вычислительная система, предназначенная для реализации заданного алгоритма обработки входных данных, структура которого задается в виде направленного графа.
Такая математическая модель соответствует, во-первых, марковской модели взаимодействия частей программного комплекса, в которой каждому модулю, включенному в комплекс программ соответствует некоторой состояние системы, моделируемой вершиной графа. Каждому ребру графа соответствует переход от выполнения одного модуля к другому. Во-вторых, данная модель может использоваться при отображении вычислительной системы обработки данных, в которой каждой вершине графа соответствует определенной устройство (компьютер), а каждому ребру – передача обрабатываемой информации. Устройства программно реализуют ряд функций приема, обработки и накопления информации. УВ. Пример такого графа показан на рисунке 1.
Рисунок 1.
В графе выделена одна особая вершина F, которая соответствует сбою программы или отказу аппаратных средств.
При представлении марковской модели надежности программного обеспечения каждое ребро имеет числовое значение, соответствующее вероятности перехода. При представлении в виде данной модели комплекса аппаратуры это числовое значение может соответствовать производительности канала передачи информации. Как в первом, так и во втором случаях, величина, соответствующая вершине графа показывает надежность работы модуля.
Задачами в процессе выполнения контрольно-курсовой работы являются:
1-оценка надежности комплекса программ путем вычисления результирующего показателя вероятности безотказной работы по марковской модели;
2-применение экспоненциальной модели надежности для определения необходимого времени испытания программного модуля (по варианту задания выполняется п.1 или п.2);
3-построение программного обеспечения тестирования выделенной области памяти по заданному алгоритму;
4-оценивание эксплуатационных характеристик всей системы в целом и каждого аппаратного устройства путем сбора и обработки статистических данных о работе комплекса аппаратных средств при обработке заданного объема входных данных;
5-определение возможных причин отказов периферийных устройств ЭВМ в соответствии с технической информацией.
2.2.Исходные данные к контрольно-курсовой работе
Исходные данные определяются в соответствии с номером варианта (определяемого номером студента в списке групп учебного потока).
Вариант задания определяется индексами r0, r1, r2, r3, вычисляемыми по порядковому номеру N студента в группе с помощью операции взятия остатка от деления:
r0=mod(N/9); r1=mod(N/4); r2=mod(N/5); r3=mod(N/13).
Индекс r0 определяет номер варианта графа, представляющего исследуемую модель, или данные экспоненциальной модели, определяемые вариантом в приложении:
Индекс r1 определяет коэффициент масштабирования для показателей вероятности переходов (весов первых ребер графа):
r1=0 – коэффициент масштабирования при вероятности перехода из первого ребра - 0,8;
r1=1 – коэффициент масштабирования при вероятности перехода из первого ребра - 0,6;
r1=2– коэффициент масштабирования при вероятности перехода из первого ребра - 0,4;
r1=3 – коэффициент масштабирования при вероятности перехода из первого ребра – 0,2.
Остальные ребра при каждой вершине будут иметь такие веса, чтобы суммарная вероятность переходов по всем возможным направлениям составляла 1.
Вариант задания по составления программы тестирования ОЗУ (задание 3) определяет преподаватель. Отдельные параметры вариантов заданий могут быть скорректированы в ходе выполнения работы.
Параметр r2 определяет вариант исходных данных для расчета эксплуатационных характеристик вычислительной техники (задание 4).
Параметр r3 определяет тип периферийного устройства для определения характерных неисправностей и возможных причин отказов по 5 пункту задания.
2.3.Задание на контрольно-курсовую работу
Задание на выполнения работы выдается отдельно на каждого студента, включая индивидуальные задания. Задание на ККР выдается не позднее 10 недели семестра и предусматривает расчет надежности программно-аппаратного комплекса вычислительной системы и его эксплуатационных характеристик, а также реферирование технической информации. В течение первых четырех недель с момента выдачи задания исходные данные могут быть откорректированы по согласованию с руководителем ККР. Индивидуальное задание должно быть согласованно с лектором, ведущим курс «Эксплуатация ЭВМ и сетей».
2.4.Объем контрольно-курсовой работы
Результаты выполнения работы представляются в виде пояснительной записки объемом 10 - 15 машинописных страниц (без приложений) или в тетради объемом 12 – 18 листов. Необходимые структурные и функциональные схемы обычно оформляются в виде рисунков, входящих в текст записки.
Пояснительная записка (ПЗ) к контрольно-курсовой работе должна содержать:
титульный лист,
задание,
основное содержание,
В основное содержание ПЗ необходимо включить следующие разделы:
-
расчет надежности комплекса программ с помощью марковской модели матричным методом;
-
расчет необходимого времени испытаний модуля с учетом заданных статистических характеристик;
-
имитационное моделирование работы аппаратуры вычислительного комплекса;
-
расчет эксплуатационных характеристик комплекса с учетом заданных и полученных статистических данных;
-
определение характерных неисправностей и возможных причин отказов периферийного устройства ЭВМ.
2.5.Оценка контрольно-курсовой работы
Выполненная и оформленная полностью контрольно-курсовая работа представляется руководителю на проверку, который оценивает ее и выставляет оценку «зачтено» («не зачтено»). Выполнение ККР является необходимым условием допуска студента к экзамену. Кроме того, качество ККР, степень самостоятельности при ее выполнении, а также равномерность выполнения по времени могут служить основанием для выставления оценок текущей аттестации по дисциплине «Эксплуатация ЭВМ и систем».
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ НАД ЗАДАНИЕМ
3.1 Основные этапы выполнения работы:
Выполнение ККР состоит из следующих этапов:
Э1 - анализ задания и изучение литературы;
Э2 - расчет надежности комплекса программ с помощью марковской модели матричным методом;
Э3 - расчет необходимого времени испытаний модуля с учетом заданных статистических характеристик;
Э4 - моделирование работы аппаратуры вычислительного комплекса;
Э5– расчет эксплуатационных характеристик комплекса с учетом полученных и заданных преподавателем статистических данных;
Э6 - определение характерных неисправностей и возможных причин отказов периферийного устройства:
Э7 - оформление результатов.
По согласованию с преподавателем некоторые этапы могут быть сокращены.
3.2 Методические указания к выполнению отдельных этапов работы
Э2. Для определения надежности больших программных комплексов используются марковские модели. В марковском процессе выбор следующего модуля зависит только от модуля, выполняемого в данный момент и не зависит от предыстории. Структуру управления программой по марковской модели можно представить в виде графа (рис.1).
Каждое состояние программы может быть оценено вероятностью безотказной работы -го модуля . Вероятность перехода от -го модуля к -му показана величиной .
Вероятность отказа равна . Таким образом можно составить матрицу переходных вероятностей:
Для каждого целого k>0 Рk(i, j) будет определять вероятность перехода из состояния i в состояние j за k шагов. Тогда матрица
Будет определять вероятность перехода и одного состояния в другое за произвольное число шагов.
Вычеркнув из матрицы P две последние строки и два последних столбца, соответствующие успеху С и отказу F, получаем матрицу Q.
Пусть . Положив W = I – Q, имеем:
S = W-1 = (I – Q)-1, откуда надежность программного комплекса:
R = S (1,n ) Rn.
Э3. Расчет необходимого времени испытаний модуля с учетом заданных статистических характеристик. Выполняется с помощью численных методов, используемых для решения нелинейных уравнений, описывающих поведение программы одного из модулей при испытания, которые проводятся с целью выявления ошибок. При расчете следует использовать следующие положения.
В модели вводится суммарное время функционирования , которое отсчитывается с момента начала тестирования до контрольного момента оценки надежности. Число ошибок m, выявленных за время будет определяться зависимостью:
m = M(1- exp(-Kτ)),
где К – коэффициент пропорциональности;
М – число ошибок, имевшееся перед фазой тестирования.
Пусть среднее время наработки на отказ.
Если ввести величину- начальное значение средней времени наработки на отказ, то:
,
Получаем, что .
Для того, чтобы определить, какое время тестирования необходимо для обеспечения указанного времени наработки, то необходимо рассчитать параметры закона распределения k и M. Зная эти параметры можно рассчитать прогнозируемое количество в любой момент времени. Следовательно, чтобы определить, какое время тестирования необходимо для определения необходимого времени наработки, нужно итеративно высчитывать промежутки времени между ошибками до тех пор, пока необходимое время наработки не будет достигнуто (см. рис.2).
Рисунок 2
Э4. Моделирование работы аппаратуры вычислительного комплекса производится с помощью программы, разрабатываемой студентом самостоятельно. В программе должен быть предусмотрен цикл, при каждом проходе которого (при шаге по времени) оценивается объем обработанной информации, переданной между устройствами системы. В случае отказа аппаратуры с заданной вероятностью информация на соответствующем шаге не передается. Результаты работы моделирующей программы лучше всего представить в виде журнала учета машинного времени [1, 2]. Программное обеспечение необходимо представить в тексте ПЗ.
При проектировании ПО можно использовать литературу [3].
Э5. Для обработки статистических данных с целью получения эксплуатационных характеристик надежности можно использовать следующие формулы [1, 4].
Коэффициент использования ; – (далее жирным шрифтом) для группы;
;
– время, в течение которого ЭВМ находится во включенном состоянии;
– ресурс рабочего времени, например за квартал.
Коэффициент технического использования
;
;
– время полезной работы;
, – время на обнаружение и устранение неисправностей;
– время на сбои;
– время потерь по организационным причинам (отсутствие расходных материалов, ошибки оператора и т.п.);
– время на профилактические работы.
Коэффициент готовности
– время безотказной работы ЭВМ за рассматриваемый период;
– суммарное время восстановления ЭВМ за рассматриваемый период.
Этот коэффициент характеризует долю времени правильного функционирования ЭВМ и не включает время, израсходованное на проведение профилактических мероприятий.
Для группы компьютеров: коэффициент готовности отдельного компьютера – .
Обозначим – число сочетаний из N элементов по M; – номер сочетания из N элементов по m; – номер сочетания из N элементов по m; – индекс нумерации элементов в сочетании; – индекс нумерации элементов вне сочетания.
Тогда коэффициент готовности в точности m ЭВМ из N определяется выражением:
Частные случаи:
- коэффициент готовности одной (любой) ЭВМ из N:
;
- коэффициент готовности всех ЭВМ
Эффективность эксплуатации ЭВМ в целом можно оценить по формуле:
где Р – производительность, оцененная по одному из критериев [1];
СЭВМ – стоимость приобретения ЭВМ;
Сэкспл – стоимость эксплуатации, вычисляемая как произведение стоимости единицы времени эксплуатации С’экспл на время эксплуатации tэкспл.. В качестве времени эксплуатации можно принять расчетное время включения, задаваемое в исходных статистических данных.
Э5. В практике эксплуатации ЭВМ наименее надежными элементами аппаратуры представляются периферийные устройства, для ремонта и технического обслуживания которых приходится часто использовать «интуитивный» подход и имеющиеся подручные средства. В этих условиях важно бывает найти техническую документацию по конкретному устройству: описание, принципиальные и монтажные схемы, характерные неисправности и способы их устранения. В задании на ККР преподавателем указывается не конкретная модель устройства, а лишь определенный класс периферийных устройств (например, принтеры или жидкокристаллические мониторы). Для указанного класса нужно указать как общие принципы подхода к устранению неисправностей, так и желательно привести для конкретных моделей устройств более определенную информацию. Можно например, привести принципиальные схемы таких несложных устройств, как манипулятор «мышь». При поиске информации можно активно использовать ресурсы сети Internet.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Каган Б.М., Мкртумян И.В. Основы эксплуатации ЭВМ: учебное пособие. – М.:Энергоиздат, 1988. – 429 с.
2. Гук М. Аппаратные средства IBM PC: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2005 – 923 с.
3. Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК: Энциклопедия.– СПб.: Питер, 2004. – 573 с.
4. Гук М. Дисковая подсистема ПК.– СПб.: Питер, 2006. – 336 с.
5. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей.– СПб.: Питер, 2004. – 576 с.
6. Кучеров Д.П. Источники питания ПК и периферии / Д.П.Кучеров; СПб: Наука и техника. 2002 – 384 с.
7. Эраносян С.А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. – Л.:Энергоатомиздат, 1991. – 172 с.
8. Степаненко О. Техническое обслуживание и ремонт IBM PC. – Киев, 1994. – 192 с.
9. Скэнлон Л. Персональные ЭВМ IBM PC и XT. Программирование на языке ассемблера. - М.: Радио и связь, 1989. - 336 с.
10. Архангельский А.Я.. Программирование в Delphi 6. – М.: «Издательство БИНОМ», 2003 г. – 1120 с.: ил..
11. Майерс Г. Надежность программного обеспечения / Г. Майерс. М.: Мир, 1980 – 360 с.
12. Литвинский И.Е., Прохоренко В.А. Обеспечение безотказности персональных ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1993. – 208 с.
Приложение
Варианты заданий
Задание 1, 2. По исходным данным составить аналитическую модель надежности программного обеспечения (марковскую или экспоненциальную).
Рассчитать в первом случае надежность комплекса программ. Во втором случае рассчитать параметры модели и время, необходимое для выявления всех ошибок оценить.
|
