2178
.pdf1
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Л.А. Афанасьев С.В. Тюрин Г.В. Петрухнова
ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Учебное пособие
Воронеж 1999
2
УДК 681.32
Афанасьев Л.А., Тюрин С.В., Петрухнова Г.В. Основы эксплуа-тации вычислительной техники: Учебное пособие. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1999.
103с.
Вучебном пособии описываются эксплуатационные характеристи-ки средств вычислительной техники и особенности организации их эксплуатации; системы контроля и диагностирования; аппаратные средства обслуживания и исправления ошибок; уровни тестирования и приборы диагностики; особенности поиска неисправностей и обслужи-вания персональных компьютеров.
Каждая глава содержит контрольные вопросы для самопроверки. Издание предназначено для студентов старших курсов специаль-ности
220100.
Издание подготовлено на магнитном носителе в текстовом ре-дакторе WORD-97 и содержится в файле METODA.DOC.
Табл. 16. Ил. 36. Библиогр.: 19 назв.
Научный редактор д-р техн. наук О.Я. Кравец
Рецензенты: кафедра автоматизированных систем управления Воронежской Государственной технологической акаде-мии; канд. техн. наук В.Б. Авдеев
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
C Афанасьев Л.А., Тюрин С.В., Петрухнова Г.В., 1999
C Оформление. Издательство Воронежского государственного технического университета, 1999
3 |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. |
6 |
1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВТ .................................... |
7 |
1.1. Эффективность эксплуатации ВТ ............................................................... |
7 |
1.2. Показатели работы ЭВМ .............................................................................. |
8 |
1.3. Организация эксплуатации средств вычислительной техники............. |
11 |
1.4. Основные определения отказов, сбоев, восстановлений, |
|
профилактических испытаний.......................................................................... |
12 |
Контрольные вопросы ....................................................................................... |
13 |
2. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ И ХРАНЕНИИ ИНФОРМАЦИИ
................................................................................................................................. |
|
14 |
2.1. Принципы информационной избыточности и ....................................... |
14 |
|
кодовое расстояние ............................................................................................ |
14 |
|
2.2. |
Равновесные коды .................................................................................... |
14 |
2.3. Код с проверкой четности ........................................................................ |
16 |
|
2.4. Код с простым повторением..................................................................... |
17 |
|
2.5. |
Корреляционный код ................................................................................ |
17 |
2.6. |
Код Хэмминга ............................................................................................ |
18 |
2.7. Циклические коды....................................................................................... |
20 |
|
2.8. Контроль арифметических и логических операций.............................. |
23 |
|
2.9. Сравнительные характеристики избыточных.......................................... |
27 |
|
кодов .................................................................................................................... |
27 |
|
Контрольные вопросы ....................................................................................... |
28 |
|
3. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ И ИСПРАВЛЕНИЯ |
|
|
ОШИБОК ............................................................................................................... |
29 |
|
3.1. Микросхема КР1818ВЖ1 и контроль передачи ...................................... |
29 |
|
3.2. Повышение надежности систем памяти ................................................... |
32 |
|
Контрольные вопросы ....................................................................................... |
43 |
|
4. СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ВТ...................................................... |
43 |
|
4.1. Избыточность при автоматическом контроле ......................................... |
44 |
|
4.2. Методы построения системы..................................................................... |
45 |
|
диагностирования............................................................................................... |
45 |
|
4.3. Метод командного ядра.............................................................................. |
50 |
|
4.4. Метод диагностирования на уровне логических..................................... |
50 |
|
схем |
...................................................................................................................... |
50 |
4.5. Метод микродиагностирования................................................................. |
55 |
|
4.6. Метод эталонных состояний...................................................................... |
58 |
|
4.7. Метод диагностирования сменных блоков .............................................. |
60 |
|
4.8. Метод диагностирования с помощью схем встроенного контроля ..... |
61 |
|
4.9. Диагностирование с помощью самопроверяемого ................................. |
62 |
|
дублирования ...................................................................................................... |
62 |
|
4.10. Метод диагностирования по регистрации.............................................. |
63 |
|
состояния............................................................................................................. |
63 |
|
4 |
|
Контрольные вопросы ....................................................................................... |
65 |
|
5. УРОВНИ ТЕСТИРОВАНИЯ СВТ................................................................... |
66 |
|
5.1. Этапы производства и контроля СВТ.......................................................... |
66 |
|
5.2. Уровень логических вентилей ................................................................... |
68 |
|
5.3. Функциональный уровень .......................................................................... |
69 |
|
5.4. Алгоритмический уровень ......................................................................... |
70 |
|
5.5. Системный уровень описания ................................................................... |
70 |
|
6. ПРИБОРЫ ДИАГНОСТИКИ СВТ И РЭА ................................................... |
73 |
|
6.1. Простейшие контрольно-испытательные приборы ................................... |
73 |
|
6.2. Логические анализаторы ............................................................................ |
75 |
|
6.3. Сигнатурные анализаторы ......................................................................... |
82 |
|
6.4. Генераторы слов .......................................................................................... |
85 |
|
Контрольные вопросы ....................................................................................... |
88 |
|
7. ТЕСТИРОВАНИЕ, ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ ................................... |
88 |
|
И ОБСЛУЖИВАНИЕ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ........................ |
88 |
|
7.1. |
Диагностические программы ПК............................................................. |
88 |
7.2. |
Самопроверка при включении (POST)................................................... |
89 |
7.3. |
Звуковые коды ошибок, обнаруживаемых |
процедурой |
POST .................................................................................................................... |
89 |
|
7.4. Диагностические программы различных фирм ..................................... |
91 |
|
7.4.1. Диагностика фирмы IBM .................................................................... |
91 |
|
7.4.2. CHECKIT PRO...................................................................................... |
91 |
|
7.4.3. MICRO-SCOPE..................................................................................... |
92 |
|
7.4.4. Диагностика NORTON UTILITIES .................................................... |
93 |
|
7.4.5. PC TECHNICIAN ................................................................................. |
93 |
|
7.4.6. QAPLUS / FE ........................................................................................ |
93 |
|
7.4.7. SERVICE DIAGNOSTICS ................................................................... |
94 |
|
7.5. |
Проверка оборудования ............................................................................ |
95 |
7.6. Использование POST для диагностики ................................................... |
96 |
|
7.7. Рекомендации по поиску неисправностей .............................................. |
96 |
|
7.7.1. Внешние компоненты ........................................................................... |
96 |
|
7.7.2. Внутренние компоненты ...................................................................... |
97 |
|
7.7.3. Поиск неисправностей принтеров и портов..................................... |
100 |
|
Контрольные вопросы ........................................................................................ |
101 |
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................................... |
102 |
5
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
АВЛП – анализатор временных логических последовательностей АЛС –анализатор логических состояний БИС - большая интегральная схема ВК - внутрисхемный контроль ВТ - вычислительная техника ВЦ – вычислительный центр
ДУ - диагностируемое устройство ЗПР – запрос прерывания ЗУ – запоминающее устройство
КМОП - комплиментарная-МОП(металл-окисел-полупроводник) логика ЛА – логические анализаторы ЛСФД – локальные средства функционального диагностирования МП - микропроцессор
МПК - микропроцессорный комплект МПС - микропроцессорная система
НГМД – накопитель на гибком магнитном диске НЖМД – накопитель на жестком магнитном диске ОЗУ – оперативное запоминающее устройство ОП - оперативная память ОС - операционная система
ОСФД – общие средства функционального диагностирования ПЗУ – постоянное запоминающее устройство ПК - персональный компьютер ПН – пультовый накопитель ПО – программное обеспечение
ПСПС – псевдослучайная последовательность сигналов РЭА - радио электронная аппаратура СА – сигнатурный анализ СВК - система входного контроля
СВТ - средства вычислительной техники СД - средства диагностики СТД - средства тестового диагностирования
ТЛН - тест локализации неисправностей ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика
ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки ТЭЗ – типовой элемент замены ЭЛТ – электронно-лучевая трубка ЭН - эксплуатационная надежность ЭСЛ –эмиттерно-связанная логика
RAM – ОЗУ
ROM – ПЗУ
6
ВВЕДЕНИЕ
Как объект эксплуатационного обслуживания устройства вычислительной техники представляют собой сложный комплекс технических и программных средств, используемых не только автономно, но и в составе различных автоматизированных технологических цепей обработки и управления.
Средства вычислительной техники представляют собой сложные тех-
нические системы, включающие совокупность аппаратного и программного обеспечения и обеспечивающие функции обработки информации.
В общем виде под эксплуатационным обслуживанием понимается сово-
купность операций, процедур и процессов, обеспечивающих работоспособность объекта, системы или машины.
Работоспособным называется состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции и сохранять заданные характеристики в пределах технических условий.
Эксплуатационное обслуживание вычислительной техники состоит из технического и системотехнического обслуживания системы и использования ее по прямому назначению – для обработки данных.
Техническое обслуживание – это обеспечение работоспособности системы путем создания требуемых условий эксплуатации (режим электропитания, температурный режим и др.) и проведения профилактических и ремонтновосстановительных работ. На эффективность технического обслуживания наиболее влияют следующие факторы: условия эксплуатации системы (стабильность электропитания, температура и др.); надежность и ремонтопригодность системы, степень совершенства средств контроля и диагностики; режим обслуживания и квалификация обслуживающего персонала; полнота данных о сбоях и отказах технических средств.
Системотехническое обслуживание – это обеспечение эффективности использования системы, направленное на снижение стоимости обработки данных, повышение производительности системы, качества обслуживания пользователей и др. Основными задачами системотехнического обслуживания являются выбор и адаптация операционных систем, в том числе общесистемного программного обеспечения; настройка операционной системы на рабочую нагрузку – организация и выбор параметров функционирования системы, обеспечивающих требуемое качество обслуживания пользователей и максимальную производительность; совершенствование конфигурации системы – состава устройств и связей между ними.
В данном учебном пособии основное внимание уделяется освещению основных понятий и показателей эксплуатации средств вычислительной техники, систем диагностирования ЭВМ, описанию аппаратных средств диагностики, а также особенностей тестирования персональных компьютеров в ходе их эксплуатации.
7
1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВТ
1.1. Эффективность эксплуатации ВТ
Важнейшими эксплуатационными характеристиками ЭВМ являются ее производительность (П) и общий коэффициент эффективности машины (Э) :
Э = П /( СЭВМ + СЭКС ) ,
где СЭВМ - стоимость ЭВМ; СЭКС - затраты на ее эксплуатацию за определенный период времени.
Так как часто бывает трудно оценить затраты на эксплуатацию данной модели ЭВМ, то оценивают эффективность машины по упрощенной формуле
:
Э= П / СЭВМ .
П- под производительностью ЭВМ понимают число задач, выполняемых ЭВМ за единицу времени.
Рассмотренные характеристики являются только номинальными показателями; они реализуются, если ЭВМ работоспособна. Суждение о реальных возможностях машины может быть вынесено только с учетом характеристик эксплуатационной надежности машины /9/.
Н - под надежностью понимается свойство изделия (элемента, узла, устройства, машины, системы) выполнять заданные функции, сохраняя во времени свои характеристики в установленных пределах при определенных режимах и условиях использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Б - следующая характеристика ЭВМ - безотказность. Это свойство машины сохранять работоспособность в течение определенного промежутка времени при условии удовлетворения заданных ограничений на условия эксплуатации.
Безотказность ЭВМ характеризуется закономерностями возникновения отказов. Отказы делятся на внезапные и постепенные. Безотказность ЭВМ
может быть оценена средним временем наработки на один отказ ( Т0 ).
Р - ремонтопригодность ЭВМ - это степень приспособленности машины к предупреждению, обнаружению и устранению отказов. Ремонтопригодность можно оценить средним временем устранения неисправности, т.е. средним значением времени восстановления работоспособности после отказа
Надежность ЭВМ наряду с безотказностью определяется также достоверностью функционирования. Это свойство машины, определяющее безошибочность производимых преобразований информации и характеризуемое закономерностями появления ошибок из-за сбоев.
Сбоем называют событие, состоящее во временной утрате работоспособности ЭВМ и характеризуемое возникновением ошибки при выполнении
8
задач под управлением ОС или пользователя. Достоверность функционирования можно оценить средним временем наработки на один сбой (составляет примерно 0.5-1 ч)./1,6,8,10,13/
Д - долговечность ЭВМ - свойство машины при установленном для нее обслуживании сохранять указанные в технической документации характеристики в течение определенного времени хранения и эксплуатации.
С - сохранностью машины называют свойство ЭВМ сохранять исправное состояние при хранении в условиях, оговоренных технической документацией.
Эксплуатационные ресурсы - это ресурсы, необходимые для нормальной эксплуатации машины: площадь помещений, потребляемая мощность, штат обслуживающего персонала, требования к окружающей среде в помещениях (температура, помехозащищенность, влажность и т.п.).
1.2. Показатели работы ЭВМ
Коэффициент технического использования вычислительной техники
Кт.и.:
Кт.и. = |
tвкл (tо tу tсб |
tпот tпроф) |
= |
tп.р. |
, |
tвкл |
|
|
|||
|
|
|
tвкл |
где tп.р. - время практической работы ЭВМ, tп.р= tвкл - tпотерь; tо, tу - время обнаружения и устранения неисправностей; tсб - время, потерянное на сбои; tпот -
время потерь исправной ЭВМ по организационным причинам (ошибки оператора, неправильная программа, некачественные носители информации и т.п.); tпроф - время, затраченное на профилактические работы; Кт.и. - коэффициент технического использования отражает деятельность пользователей ЭВМ и качество технического обслуживания машины во время включенного состояния машины tвкл /3/.
Коэффициент готовности Кг, который характеризует долю времени правильного функционирования ЭВМ и не включает время, израсходованное на проведение профилактических мероприятий, определяется по формуле
Кг = То /(То + Тв),
где То - время безотказной работы ЭВМ за рассматриваемый период; Тв - суммарное время восстановления работоспособности ЭВМ за рассматриваемый период.
Коэффициент эффективности профилактики Кпроф определяется фор-
мулой
Кпроф = nпроф / (nо + nпроф),
где nпроф - количество неисправностей (отказов), выявленных при профилактике; nо - общее количество отказов за рассматриваемый период, происшедших за полезное время работы ЭВМ.
9
Кпроф определяет вероятность выявления отказа при проведении профилактики и характеризует существующую систему профилактического обслуживания ЭВМ в процессе эксплуатации.
Среднее время безотказной работы ЭВМ То.ср. - среднее значение нара-
ботки в часах между двумя отказами - вычисляется по формуле
tвкл (tо tу tсб tпот)
То.ср = n ,
о
характеризует общую надежность работы ЭВМ и отдельных устройств при длительной непрерывной эксплуатации.
Среднее время восстановления ЭВМ Тв.ср - среднее время вынужденного и нерегламентированного простоя, вызванного обнаружением и устранением отказа:
Тв.ср = n1 i n1 tвi ,
где tвi - время устранения i-го отказа. Показатель Тв.ср характеризует:
степень ремонтопригодности ЭВМ; уровень культуры и организации работ в системе технического об-
служвания;
оснащенность ВЦ технологической оснасткой для хранения тестового хозяйства, технической документации, ЗИП;
соответствие производственных условий и норм на ВЦ требованиям ТУ (благоприятные условия для производства работ: освещенность, уровень шумов, температура, планировка размещения ЭВМ в машинном зале, достаточное количество контрольно-измерительной аппаратуры);
квалификацию специалистов, обслуживающих машину. Производительность ЭВМ - важное понятие, характеризующее эксплуа-
тационные свойства ЭВМ. Если ЭВМ первого и второго поколения сравнивались по быстродействию (количеству команд, выполняемых в секунду), то для ЭВМ третьего поколения стали вводить такие понятия, как общая производительность машины, вычислительная мощность и др. В зависимости от области применения менее быстродействующая, но с лучшим набором команд машина часто имела большую производительность, чем более быстродействующая.
Для первых моделей ЭВМ приемлемой оценкой считалось количество операций сложения в секунду. Затем в качестве показателя производительности было избрано среднее быстродействие Vср, характеризуемое средним ко-
личеством операций в единицу времени vi |
и выражаемое через скорость вы- |
полнения каждой операции qi : |
|
k |
|
Vср = |
viqi , |
i 1 |
|
10
где k - общее количество операций, выполняемых данной ЭВМ.
Для ЭВМ второго и третьего поколений производительность оценивалась по методикам Найта и Гибсона /13/.
Вычислительная мощность Р, определяемая по методике Найта, выражается через скорость, с которой ЭВМ обрабатывает информацию; при этом главными факторами являются: скорость работы центрального процессора tc ; время простоя центрального процессора tп ; емкость памяти, выражаемая через коэффициент М:
Р = |
1012 |
М . |
|
tc tп |
|||
|
|
Благодаря особенностям оборудования две ЭВМ могут решать одну и ту же задачу с помощью различных машинных операций. Следовательно, значение Р должно определяться при решении одной и той же или эквивалентной задачи.
Следует, однако, заметить, что большинство современных универсальных машин комплектуются различными по объему устройствами памяти (более восьми вариантов), к которым может быть придано несколько разных систем ввода-вывода, арифметико-логических устройств и устройств управления (всего получается более 300 различных комбинаций вычислительных систем). Поэтому даже для небольшого числа вариантов вычисление Р затруднительно, и чаще всего рассматривается только один наиболее типичный вариант структуры каждой ЭВМ.
Для оценки производительности современных ЭВМ чаще всего прибегают к методике Гибсона. Суть ее состоит в том, что на основе частоты появления тех или иных команд в процессе выполнения программы устанавлива-
ются веса операций |
i и далее производятся вычисления по формуле /2/ |
|||
|
|
n |
||
|
|
|
i |
|
|
P = |
i |
1 |
, |
|
n |
|
||
|
|
|
iti |
|
|
|
i |
1 |
|
где ti - время выполнения i - й операции; |
i |
- вес операции. |
||
Чтобы вычислить производительность по формуле Гибсона, необходимо |
||||
привести систему команд к одноадресной структуре. |
||||
Набор весов |
i зависит от характера решаемых задач. Существует не- |
сколько систем весовых коэффициентов, отражающих статистику круга задач, решаемых на машине. Эти системы называют смесями Гибсона. Например, для оценки быстродействия машин при решении задач научного характера принята такая система весов:
Сложение, вычитание и другие короткие операции с фиксиро- |
|
ванной запятой ..................................................................................... |
33 |