АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ МУЛЬТИВЕРСИОННЫХ АРХИТЕКТУР АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Авторы
Файлы

Антамошкин О.А. Дегтерев А.C. Русаков М.А. Усольцев А.А. Статья в формате PDF 122 KB На сегодняшний день достаточно сложно с большой точностью оценить надежность какого-либо информационно управляемого аппаратно - программного комплекса. Сбои происходящие в аппаратном обеспечении не могут быть заменены функциями программного обеспечения и наоборот. Анализируя бортовые аппаратно-программные комплексы, следует отметить, что механизмы распространения сбоев оказываются достаточно сложными, а последствия, как правило, трудными или невозможными для прогнозирования [1].

Существует множество моделей оценки как надежности аппаратного, так и надежности программного обеспечения [1-4]. В статье рассматривается одна из моделей, объединяющая в себе мультиверсионную избыточность аппаратной и программной части, используемую для повышения надежности аппаратно-программного комплекса (АПК) в целом.

Иерархическое представление АПК приведено на рисунке 1. Программная система состоит из набора программных модулей. Программные модули выполняют функции посредством выполнения наборов инструкций микропроцессора (или микропроцессоров). Аппаратные компоненты - микропроцессоры, память и другие устройства, непосредственно участвующие в выполнении инструкций.

Рисунок 1. Иерархическое представление АПК

Предполагается, что во время простоя системы сбоев не происходит. Кроме того, когда уровни сбоя аппаратных компонент постоянны и в программном обеспечении отсутствуют сбои, то уровень сбоя одной инструкции может быть определен как произведение суммы уровней сбоя аппаратных компонент на время выполнения инструкции [1]:

, (1)

где - время необходимое для выполнения j-й инструкции.

Уровень сбоя в программном модуле можно определить как:

, (2)

где - вероятность использования модуля, - общее количество инструкций j в k-м модуле. Здесь определяется операционным профилем архитектуры ПО [2].

Уровень сбоя всей системы определим по формуле:

. (3)

Как известно ПО, функционирующего без сбоев, пpaктически не бывает. Поэтому формула (3) может быть легко преобразована в выражение, учитывающее сбои в программном обеспечении (без использования отказоустойчивости в аппаратном обеспечении).

. (4)

Это значение может быть определено путем тестирования ПО.

Более того, формула (4) может быть расширена до следующего вида:

, (5)

где коэффициент С определяется как отношение количества сбоев, устраненных отказоустойчивой системой, к общему количеству сбоев в системе. Данный коэффициент не имеет математического описания и получается опытным путем, например, с использованием имитации сбоев и ошибок в системе [2].

Анализ результатов

В заключение в качестве иллюстрации рассмотрим следующий пример.

Предположим, что в АПК возможно применение аппаратной избыточности (дублирования) и мультиверсионной избыточности ПО.

Исходные данные имеют следующие обозначения:

количество процессоров: M;
количество версий ПО: N;
надежность одного аппаратного модуля: Pi , (i=1,..., M);
стоимость одного аппаратного модуля: Срi , (i=1,..., M);
надежность одной версии ПО: Rj, (j=1,..., N);
стоимость одной версии ПО: Сrj, (j=1,..., N);
среднее время появления сбоя [3] MTTF= max(MTTFj), (j=1,..., N).

Надежность аппаратно-программного комплекса:

(6)

Стоимость аппаратно-программного комплекса:

(7)

Таблица 1. Пример расчета надежности АПК для разных вариантов архитектур ПО

	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4
M	1	3	1	3
Pi	0,9	0,9	0,9	0,9
Cpi	500	500	500	500
N	1	1	3	3
Rj	0,8	0,8	0,8	0,8
Crj	200	200	200	200
W	0,720	0,799	0,893	0,991
C	700	1700	1100	2100

Из приведенной таблицы видно, что самый надежный вариант - последний, однако, очевидно, он же обладает и максимальной стоимостью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Jong Gyun Choi, Hyun Gook Kang. "Reliability Estimation of Nuclear Digital I&C System using Software Functional Block Diagram and Control Flow". FastAbstract ISSRE Copyright 2000.
Telmo Menezes, Diamantino Costa. "On the Extention of Exeption to Support Software Fault Models". FastAbstract ISSRE Copyright 2000.
Ковалев И.В., Юнусов Р.В. Оценка надежности аппаратно-программного информационно-управляющего комплекса. САКС-2002: Тез. докл. Междунар. науч.-пpaкт. конф. (6-7 дек. 2002, Красноярск)/ СибГАУ. Красноярск, 2002. С. 352-353.
Ковалев И.В., Алимханов А.М., Юнусов Р.В. Мультиверсионный метод повышения качества программно-информационных технологий для корпоративных структур//Россия в III тысячелетии: Сборник научных трудов по материалам Всероссийской научной конференции/ Изд-во АМБ, Екатеринбург, 2002. С. 171-173.

МОРФОЛОГИЯ СТЕНКИ МОЧЕТОЧНИКА И ЕГО ИНТРАМУРАЛЬНОГО НЕРВНОГО АППАРАТА ПРИ УРЕТЕРОГИДРОНЕФРОЗЕ

Статья в формате PDF 112 KB...

02 05 2026 0:31:34

ЖЕНСКИЙ ОБРАЗ В КУЛЬТУРЕ НАРОДОВ ВОЛГО-КАМЬЯ

Статья в формате PDF 264 KB...

01 05 2026 11:47:26

ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУДОВМЕЩАЮЩИХ ТОЛЩ И МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ЗОЛОТОНОСНОГО УЧАСТКА «ЖАРКИЙ» (МАГАДАНСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Статья в формате PDF 1477 KB...

30 04 2026 9:17:18

О РОЛИ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ФЕРМЕНТНОГО И НЕФЕРМЕНТНОГО ЗВЕНЬЕВ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ КЛЕТОК В ПАТОГЕНЕЗЕ ОЖОГОВОЙ БОЛЕЗНИ

Статья в формате PDF 183 KB...

29 04 2026 7:19:59

УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АМНИОТИЧЕСКОГО ЭПИТЕЛИЯ БЕЛЫХ КРЫС В УСЛОВИЯХ СОЛЕВОЙ НАГРУЗКИ МАТЕРИНСКОГО ОРГАНИЗМА

Статья в формате PDF 94 KB...

28 04 2026 21:58:12

КОНЦЕНТРИЧЕСКАЯ ГИПЕРТРОФИЯ МИОКАРДА ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА У БОЛЬНЫХ ХРОНИЧЕСКОЙ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ

Статья в формате PDF 109 KB...

27 04 2026 16:36:22

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ В ЗОЛОТОРУДНОМ СЫРЬЕ МЕТОДОМ ИНВЕРСИОННОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ

Статья в формате PDF 100 KB...

26 04 2026 23:49:13

ВНЕРАЦИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ

Статья в формате PDF 138 KB...

25 04 2026 14:45:54

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЯЧЕИСТЫХ КОМПОЗИТОВ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ

Со дня введения новых СНиПов проектировщики и строители оказались в весьма затруднительном положении. Если строить из традиционных материалов пришлось бы толщину стен увеличить чуть ли не втрое. На наш взгляд, наиболее полно отвечают всем требованиям изделия из газобетона, которые могут одновременно служить стеновым и теплоизоляционным материалом. ...

24 04 2026 3:16:15

ПРОБЛЕМА ЗАМЕЩЕНИЕ ИМПОРТНЫХ ПОТОКОВ КАОЛИНА

Статья в формате PDF 121 KB...

23 04 2026 12:35:24

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВАЛЬЦЕВАНИЯ МАЛОВЯЗКОЙ ТЯЖЕЛОЙ СУСПЕНЗИИ

Статья в формате PDF 779 KB...

22 04 2026 15:14:55

ТРАНСПЛАЦЕНТАРНЫЙ КАНЦЕРОГЕНЕЗ, ВЫЗВАННЫЙ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИМИ АРОМАТИЧЕСКИМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ

Статья в формате PDF 164 KB...

21 04 2026 4:27:40

ПИЩЕВЫЕ КРАСИТЕЛИ ИЗ ЛЕПЕСТКОВ КАЛЕНДУЛЫ

Статья в формате PDF 131 KB...

20 04 2026 9:40:53

СТИМУЛИРУЮЩАЯ РОЛЬ ОЦЕНКИ ТРУДА В СИСТЕМЕ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

Статья в формате PDF 119 KB...

19 04 2026 4:13:38

РАЗРАБОТКА СОСТАВА И БИОЛОГИЧЕСКИЙ СКРИНИНГ БАД К ПИЩЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ «МОРСКОЙ КАЛЬЦИЙ»

Статья в формате PDF 108 KB...

18 04 2026 12:59:35

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ОТБОРА АБИТУРИЕНТОВ

Статья в формате PDF 98 KB...

17 04 2026 18:20:37

Функциональное состояние микрофагоцитов периферической крови у пациенток с расстройствами репродуктивной системы в пубертатном периоде

Статья в формате PDF 126 KB...

16 04 2026 16:39:23

МИКРОФЛОРА ЖЕЛЧИ ПРИ ОСТРОМ ГНОЙНОМ ХОЛАНГИТЕ НА ФОНЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЖЕЛТУХИ НЕОПУХОЛЕВОЙ ЭТИОЛОГИИ

Статья в формате PDF 181 KB...

15 04 2026 16:23:52

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДЕНДРИТНЫХ КЛЕТОК С ЦИТОТОКСИЧЕСКИМИ ЛИМФОЦИТАМИ

Статья в формате PDF 106 KB...

14 04 2026 1:48:14

ПОКАЗАНИЯ К УДАЛЕНИЮ ПОСТОЯННЫХ ЗУБОВ ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЯ ФРОНТАЛЬНО-ДИСТАЛЬНОЙ ДИАГОНАЛИ ЗУБНОЙ ДУГИ

Статья в формате PDF 290 KB...

13 04 2026 14:10:30

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЕ ПРЕБЫВАНИЕ В УСЛОВИЯХ НЕВЕСОМОСТИ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТРЕХГЛАВОЙ МЫШЦЫ ГОЛЕНИ У ЧЕЛОВЕКА: ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ЗАДЕРЖКА И МЫШЕЧНО-СУХОЖИЛЬНАЯ ЖЕСТКОСТЬ

Исследовали влияние продолжительного пребывания в условиях невесомости на механические свойства и электромеханическую задержку (ЭМЗ) трехглавой мышцы голени (ТМГ) у 7 космонавтов до полета и на 3-5 день после возвращения на Землю. Механические свойства ТМГ оценивали по показателям максимальной произвольной силы (МПС), максимальной силы (Ро; частота 150 имп/с), силы одиночного сокращения (Рос), времени одиночного сокращения (ВОС), времени полурасслабления (1/2 ПР), времени развития напряжения до уровня 25, 50, 75 и 90% от максимума. Рассчитывали силовой дефицит (Рд) и тетанический индекс (ТИ). ЭМЗ регистрировали во время произвольного и непроизвольного сокращения ТМГ. В ответ на световой сигнал космонавт выполнял произвольное подошвенное сгибание при условии «сократить как можно быстро и сильно». Определяли общее время реакции (ОВР), премоторное время (ПМВ) и моторное время (МТ) или иначе ЭМЗ. В ответ на супрамаксимальный одиночный электрический импульс, приложенный к n. tibialis, определяли латентный период между М-ответом и началом развития Рос. После полета Рос, МПС и Ро уменьшились на 14,8; 41,7 и 25.6%, соответственно. Величина Рд и ТИ увеличилась на 49,7 и 46,7%, соответственно. ВОС увеличилось на 7,7%, а время 1/2 ПР уменьшилось – на 20,6%. Время развития произвольного изометрического сокращения значительно увеличилось, тогда как электрически вызванное сокращение не обнаружило существенных различий. ЭМЗ произвольного сокращения увеличилась на 34,1%, а ПМВ и ОВР уменьшились на 19,0 и 14,1%, соответственно. ЭМЗ электрически вызванного сокращения существенно не изменилось. Таким образом, механические изменения предполагают, что невесомость изменяет не только периферические процессы, связанные с сокращениями, но изменяет также и центрально-нервную комaнду. ЭМЗ при вызванном одиночном сокращении простой и быстрый метод оценки изменения жесткости мышцы. Более того, ЭМЗ при вызванном одиночном сокращении мышцы может служить показателем функционального состояния нервно-мышечного аппарата, а соотношение ЭМЗ при произвольном и вызванном сокращениях показателем функционального состояния центральной нервной системы. ...

12 04 2026 2:24:40

Новые приборы в реологии пищевых систем

Статья в формате PDF 114 KB...

11 04 2026 2:59:52

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА (часть I)

Изложены ключевые положения главных системных концепций современного естествознания — системологии (общей теория систем) и синергетики (теории самоорганизующихся систем). Рассмотрены основные свойства системных объектов: дискретность, элемент, связи, структура, паттерн, организация, целостность, интеграция, иерархия, управление, самоорганизация. Охаpaктеризованы особенности биологических систем: обмен веществ, итеративность, дискретность (прострaнcтвенная и временная), избыток структурных элементов и связей между ними, наследственность и изменчивость, способность к самоорганизации и саморазвитию, раздражимость и возбудимость, способность к адаптации, самовоспроизведение (размножение). ...