Характеристики надежности

При расчете надежности интенсивность отказов рассматривается как постоянная во времени величина. Если принять, что отказы различных элементов взаимонезависимы и любой отказ носит катастрофический для компьютера характер, то интенсивность отказов устройства равна сумме интенсивностей отказов элементов ( в том числе соединений ), входящих в состав устройства:

где- интенсивность отказа элемента,i = 1, …, N и- количество элементов типаi в устройстве. Интенсивность отказов – основная характеристика надежности элементов, устройств и системы в целом.

Если - интенсивность отказов, то средний промежуток времени между двумя соседними отказамии называетсянаработкой на отказ:

Вероятность неисправной работы в течении времени t равна

После возникновения отказа устройство либо заменяют, либо ремонтируют и используют повторно. Затраты времени на восстановление работоспособности устройства складываются из времени поиска причины отказа и времени замены вышедшего из строя устройства. Это время – случайная величина, называемая временем восстановления . Время восстановления зависит в основном от технологии поиска неисправности в компьютере.

Эксплуатационные свойства компьютеров и составляющих их устройств принято характеризовать коэффициентом готовности :

где Т и - время наработки на отказ и время восстановления соответственно. Значение имеет двоякий смысл. Во-первых, коэффициент готовности характеризует долю времени, в течение которого устройство работоспособно. Так, если =0,99 , то в среднем 99% времени устройство работоспособно, а 1% времени устройство простаивает из-за отказов оборудования. Во-вторых, коэффициент готовностихарактеризует вероятность того, что в любой момент времениt устройство работоспособно, т.е. p(t) = . Значениеопределяет вероятность простоя устройства в произвольный момент времениt из-за отказа оборудования.

Резервирование аппаратуры

Для увеличения надежности применяется способ резервирования аппаратуры– способ параллельного включения в состав компьютерной системы нескольких устройств или компьютеров. При возникновении отказа в одном из элементов работоспособность системы сохраняется за счет наличия резервного элемента, выполняющего функции вышедшего из строя элемента. Способ резервирования позволяет строить компьютерные системы с очень высоким показателем надежности. Так, если надежность характеризовать вероятностьюбезотказной работы в течение промежутка времениt и- надежность устройства, входящего в состав компьютерной системы, то параллельное включениеk устройств обеспечит надежность

График, иллюстрирующий зависимость кратности k и вероятностиp безотказной работы за времяt , представлен на рис. 2.5.1.

Резервирование аппаратуры может выполняться по холодной и горячей схеме. При холодном резервировании компьютерная система содержит два резервируемых устройства: одно устройство работает, а другое выключено. В момент отказа, обнаруживаемого устройством, происходит останов системы, после чего включается в работу резервное устройство, производится его запуск, и спустя время система продолжает работать, используя резервное устройство. После ремонта отказавшего устройства система продолжает работать с резервным комплектом оборудования. В особо надежных компьютерных системах используется резервирование по горячей схеме. В этих системах устройства работают параллельно во времени, обрабатывая поток заданий (рис. 2.5.2).

Если в одном из устройств возникает ошибка в результатах, то схема сравнения результатов обнаружит ошибку и сформирует сигнал неравенства результатов. Этот сигнал включит в каждом устройстве систему диагностики, проверяющую работоспособность устройства. Проверка работоспособности устройств позволяет установить работоспособное устройство и переключить выходной канал на его выход: y₁=1 и y₂=0 или у₁=0 и у₂=1. В результате этого конфигурация системы изменится – в каналеX-Z будет функционировать только работоспособное устройство.

В реальных компьютерных системах с высокими требованиями к их надежности используются различные способы резервирования устройств: дублирование, троирование и т.д.