Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблемы надежности и безопасности информационно-управляющих систем 22
1.1. Анализ требований к надежности и безопасности систем 23
1.1.1. Терминология надежности и безопасности 24
1.1.2. Основные показатели качества резервированных вычислительных систем 27
1.2. Основные методы повышения надежности вычислительных систем 30
1.2.1. Классификация методов резервирования 30
1.2.2. Методы структурного резервирования 32
1.2.3. Методы голосования 33
1.3. Основные методы анализа надежности вычислительных систем и устройств 34
1.3.1. Потоки отказов, используемые при анализе надежности 34
1.3.2. Логико-вероятностные методы расчета показателей надежности 36
1.3.3. Определение показателей надежности с использованием теории случайных процессов 37
1.4. Архитектуры вычислительных систем со структурным резервированием 39
1.4.1. Отказоустойчивый вычислительный кластер 39
1.4.2. Архитектура с раздельным резервированием процессора 41
1.5. Основные методы решения задачи синтеза вычислительной системы 42
1.5.1. Применение точных методов для решения задачи синтеза 43
1.5.2. Применение эвристических методов для решения задачи синтеза 44
1.6. Этапы решения задачи синтеза вычислительной системы с резервированием 45
Выводы 47
ГЛАВА 2. Формализованная модель информационно-управляющих систем со структурным резервированием 48
2.1. Анализ функциональной организации системы 49
2.1.1. Основные задачи информационно-управляющей системы со структурным резервированием 49
2.1.2. Функциональный состав системы и ее окружения 50
2.1.3. Принципы функционирования подсистемы коммутации и контроля 53
2.2. Основные предпосылки и принципы построения модели структуры информационно-управляющей системы со структурным резервированием в виде динамического типизированного графа 55
2.2.1. Идея использования модели. Требования к модели, основные принципы ее построения 55
2.2.2. Иллюстрация представления структуры вычислительной системы графом 57
2.2.3. Разбиение вершин па классы и типы 58
2.2.4. Изменение состояний вершин и графа 59
2.3. Правила построения и модификации динамического типизированного графа 61
2.3.1. Правила представления системы в виде динамического типизированного графа (группа I) 61
2.3.2. Правила соединений вершин динамического типизированного графа (группа II) 62
2.3.3. Правила введения типов вершин (группа III) 64
2.3.4. Правила изменения состояний вершин (группа IV) 66
2.3.5. Правила распространения отказа (группа V) 67
2.3.6. Правила изменения состояния динамического типизированного графа (группа VI) 70
2.4. Задача синтеза информационно-управляющей системы специального назначения с
использованием динамических типизированных графов 71
2.4.1. Общая постановка задачи синтеза 71
2.4.2. Представление задачи синтеза в терминах динамических типизированных графов 72
2.4.3. Необходимость упорядочения динамических типизированных графов при синтезе 74
Выводы 75
ГЛАВА 3. Упорядочение множества динамических типизированных графов по критериям надежности, безопасности и стоимости. доменные структуры резервированных систем 77
3.1. Отношения порядка на множестве динамических типизированных графов 78
3.1.1. Отношения порядка па множестве типов вершин 78
3.1.2. Принципы построения графов состояний системы по динамическому типизированному графу 79
3.1.3. Определение отношений порядка на множестве динамических типизированных графов 82
3.2. Упорядочение множества динамических типизированных графов по критерию безопасности 84
3.2.1. Распространение отказа из решающих вершин, лемма 85
3.2.2. Состояние динамического типизированного графа при аварии решающей вершины, лемма 86
3.2.3. Распространение отказа из формирующих вершин, лемма 87
3.2.4. Максимальные элементы по критерию безопасности, теорема 87
3.2.5. Динамические типизированные графы с несколькими решающими вершинами 89
3.3. Упорядочение множества динамических типизированных графов по критериям
надежности и стоимости 90
3.3.1. Устранение избыточных дуг, лемма 91
3.3.2. Устранение связей между однотипными вершинами, лемма 92
3.3.3. Устранение связей между независимыми участками графа, лемма 93
3.3.4. Разбиение на узлы доменов, теорема 95
3.3.5. Параметризация доменных структур 97
3.3.6. Распространение отказа из парных вершин, лемма ...99
3.3.7. Распространение отказа из вершин одного типа, теорема 100
3.3.8. Варианты оптимальных структур 100
3.3.9. Упорядочение множества динамических типизированных графов по комбинированному критерию 103
Выводы 104
ГЛАВА 4. Анализ надежностных характеристик вычислительных систем с доменной структурой. методика синтеза структур резервированных систем 106
4.1. Программа расчета вероятности безотказной работы по динамическому типизированному графу 108
4.1.1. Принцип автоматизированного расчета вероятности безотказной работы 108
4.1.2. Краткое описание программы расчета 109
4.1.3. Расчет показателей надежности варианта масштабируемой системы с резервированием 111
4.1.4. Расчет показателей надежности двухдоменной системы 112
4.2. Сравнительный анализ вариантов доменной организации резервированных систем 113
4.2.1. Зависимость показателей надежности и стоимости устройств коммутации и контроля от числа их входов 115
4.2.2. Сравнительный анализ структур с изменяющейся устойчивостью доменов... 116
4.2.3. Сравнительный анализ структур с изменяющимся размером доменов 120
4.2.4. Сравнительный анализ структур с изменяющимся числом доменов 123
4.2.5. Сравнительный анализ структур с различным распределением устройств между доменами 126
4.3. Синтез структуры системы с доменной организацией 130
4.3.1. Сводка полученных при анализе рекомендаций 130
4.3.2. Методика синтеза структур вычислительных систем с доменной организацией 131
Выводы 134
ГЛАВА 5. Реализация структурного метода обеспечения надежности на примере системы-прототипа 136
5.1. Функциональный состав и надежностные характеристики узлов системы-прототипа 137
5.1.1. Относительные надежностные характеристики компонентов вычислительной системы 137
5.1.2. Функциональный состав системы-прототипа 138
5.1.3. Подсистема коммутации и контроля 140
5.1.4. Функциональный состав высоконадежной платы 141
5.2. Синтез структуры системы с использованием разработанного подхода 142
5.2.1. Выбор количества доменов в системе 142
5.2.2. Распределение устройств между доменами 144
5.2.3. Структура системы с одним доменом 146
5.2.4. Структура системы с двумя доменами 149
5.2.5. Обобщенная структура системы с большим количеством доменов 152
5.2.6. Структурная схема системы-прототипа 154
5.3. Требования к устройствам системы-прототипа 155
5.3.1. Доменная шина 155
5.3.2. Доменный коммутатор 156
5.3.3. Контроллер связи 158
5.4. Основные проблемы доменной организации системы и подходы к их решению... 158
5.4.1. Проблема синхронизации вычислений 159
5.4.2. Проблема конфигурации и реконфигурации системы 161
Выводы 162
Заключение 163
Список использованных источников
