1.3. Функции, характеристики и классификация систем

контроля АСОИиУ

Как было отмечено выше возникающие в АСОИиУ неисправности (отказы и сбои) могут привести к таким негативным последствиям, как полная или частичная утрата системой работоспособности или же стать причиной ошибок в результатах осуществляемых системой преобразований. Для уменьшение ущерба от порождаемых неисправностями последствий надо контролировать работоспособность АСОИиУ и достоверность (безошибочность) выполняемых системой преобразований. Отмеченное является особенно очевидным для АСОИиУ особо ответственными объектами и процессами, когда даже кратковременная потеря системой работоспособности или ошибки в результатах преобразований могут привести к тяжелым и катастрофическим последствиям (транспорт, энергетика, экология, оборона и т.д.). Поэтому АСОИиУ обычно дополняют средствами или системами контроля (СК), основными функциями (задачами) которых являются:

– контроль работоспособности, целью которого является выяснение, выполняет ли АСОИиУ те функции, для реализации которых она создана;

– контроль достоверности (безошибочности) функционирования с целью с целью установления факта наличия ошибок в результатах осуществляемых АСОИиУ преобразований или их отсутствия. При обнаружении ошибок СК должна немедленно приостановить процесс дальнейших преобразований, выполняемых АСОИиУ, с тем, чтобы предотвратить распространение ошибок.

В ряде случаев кроме основных функций на СК возлагают выполнение следующих дополнительных функций:

– классификации ошибок, в результате выполнения которой устанавливается причина возникновения ошибок: из-за сбоя или из-за отказа;

– локализации оказавшего элемента или узла (задача диагностики неисправностей), обеспечивающая поиск отказавшего элемента или узла системы, явившегося причиной ошибки или потери работоспособности, для его последующего ремонта или замены на заведомо исправный;

– коррекции ошибок, позволяющая восстановить правильный (достовер-ный) результат преобразований.

Основными характеристиками СК являются полнота контроля и время реакции на ошибки.

Контроль АСОИиУ желательно организовать так, чтобы контролировалась достоверность если не всех, то по возможности большего числа выполняемых системой функций. Степень достижения этой цели оценивается полнотой контроля. Количественно полнота контроля определяется отношением числа контролируемых функций к общему числу выполняемых функций.

Важной характеристикой СК является время ее реакции на ошибку, измеряемое интервалом времени между моментом возникновения ошибки и формированием СК сигнала прерывания дальнейших преобразований, осуществляемых АСОИиУ. Чем меньше время реакции СК на ошибку, тем меньше вероятность размножения ошибок (их распространения на результаты последующих преобразований, осуществляемых в АСОИиУ).

СК могут быть классифицированы по ряду признаков, определяющих их назначение, структуру, состав используемых средств, по характеру взаимодействия объекта контроля (элемента, узла, устройства, системы в целом) и СК, по степени автоматизации проведения контроля и т. д. (рис. 1.2).

По назначению СК подразделяются на специализированные и универсальные. Под специализированной понимают СК, выполняющей одну из перечисленных выше контрольных функций. Универсальными называют СК, реализующие все контрольные функции.

Рис. 1.2. Классификация средств контроля

По используемым средствам СК разделяют на аппаратные, программные и программно-аппаратные, которые могут внешними, т. е. СК и объект контроля конструктивно отделены друг от друга, а могут быть встроенными, т. е. объект и СК конструктивно представляют одно изделие.

В зависимости от степени участия человека-оператора в процессе получения и обработки информации о техническом состоянии объекта контроля СК разделяют на автоматические, автоматизированные и не автоматизированные (ручные).

По характеру взаимодействия объекта контроля и СК последние подразделяют на системы функционального контроля и системы тестового контроля.

В системах функционального (рабочего, оперативного) контроля выполнение контрольных функций осуществляется в процессе эксплуатации АСОИиУ, т. е. в процессе использования системы по своему целевому назначению. Другими словами, СК контрольные функции осуществляет во времени параллельно с преобразованиями, выполняемыми АСОИиУ. При этом входными воздействиями, поступающими на объект контроля, являются рабочие воздействия, предусмотренные рабочим алгоритмом его функционирования.

В системах тестового контроля выполнение контрольных функций осуществляют в специальном режиме, когда объект контроля (АСОИиУ или его составляющие) не используются по прямому назначению. При этом на входы объекта контроля подаются так называемые тестовые воздействия, генерируемые СК. Причем некоторые из этих воздействий могут быть неосуществимыми в процессе функционирования объекта контроля.

Обобщенные схемы систем функционального и тестового контроля показаны на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Обобщенные структурные схемы систем функционального (а) и

тестового (б) контроля

Любые выполняемые АСОИиУ операции могут быть сведены к следующим четырём классам: передача информации, хранение информации, логические преобразования, арифметические преобразования. При этом подлежащая передаче, хранению или какой-либо обработке информация, как правило, представляется в виде двоично-кодированных слов.

Передача информации и ее хранение являются взаимно однозначными операциями, для которых входное слово, поступающее в устройство передачи или хранения, и слово на выходе устройства передачи или хранения должны совпадать. Обе эти операции носят как бы пассивный характер: информация лишь распространяется и сохраняется, но не подвергается активной, целенаправленной обработке. В идеале входное слово, поступающее в устройство передачи или хранения информации, и слово на выходе устройства совпадают.

Логические преобразования в общем случае состоят в формировании по некоторым правилам из входных двоичных слоев разрядностиодного выходного слова той же разрядности. При этом двоичный символ в-м разряде выходного слова зависит только от значений символов вразрядах и не зависит от значений символов в других разрядах входных слов.

В арифметических преобразованиях (операциях) из двух входных слов, задающих числовые операнды, вырабатывается в соответствии с правилами выполнения арифметических операций результирующее выходное слово, причем значение двоичного символа в -м разряде выходного слова определенным образом зависит от значений символов, как в-м, так и в некоторых других разрядах входных слов.

Из сказанного следует, что для организации и проведения контроля АСОИиУ следует располагать методами и средствами контроля передачи и хранения информации, а так же логических и арифметических преобразований.

В основе систем контроля АСОИиУ лежит принцип избыточности: временной, информационной, аппаратурной, алгоритмической.

Временная избыточность предполагает дополнительные затраты времени на выполнение контрольных операций. Наиболее ярким примером временной избыточности является решение задачи методом двойного счета со сравнением получаемых результатов.

Информационная избыточность проявляется в представлении преобра-зуемой в АСОИиУ информации в виде двоичных слов с дополнительными разрядами, используемыми в процедурах контроля и коррекции ошибок.

Аппаратурная избыточность состоит в применении помимо основной, дополнительной аппаратуры для реализации контроля и коррекции ошибок, например двух устройств, выполняющих параллельно во времени одни и те же операции со сравнением получаемых результатов.

Алгоритмическая избыточность предполагает выполнение решения задачи по преобразованию информации по разным алгоритмам (программ) с проверкой получаемых результатов на совпадение.

На практике системы контроля достоверности функционирования АСОИиУ строятся в основном на использовании информационной избыточности в сочетании с элементами избыточностей других типов, а также с некоторыми приемами и средствами, усиливающими эффект их применения.