計(jì)算機(jī)技術(shù)可靠性分析

李宗澤

摘 要： 隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到普及，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的可靠性也越來越重視。文章對(duì)常用的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)計(jì)算機(jī)特性進(jìn)行更進(jìn)一步的闡述，為微機(jī)應(yīng)用和鑒定的使用者提供系統(tǒng)方案，并分析計(jì)算機(jī)可靠性的發(fā)展趨向。

1.引言

技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)科技的發(fā)展，微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域范圍不斷延伸[1-2]。人們對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性要求更加嚴(yán)格，供應(yīng)商也提供越來越多的技術(shù)手段。因此本文以常用的可靠性技術(shù)手段為基礎(chǔ)，對(duì)其特性進(jìn)行全面分析，為使用者提供決策依據(jù)[3]。

2.可靠性技術(shù)研究

微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是指給定固定時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行的概率，影響因素是在運(yùn)行過程的故障率造成的。對(duì)于一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)無故障，只能通過降低故障率來提高運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性。

一般對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)的應(yīng)用，按要求不同使用相應(yīng)的技術(shù)。影響故障的因素主要有運(yùn)行系統(tǒng)的費(fèi)用、操作技術(shù)人員的生命和使用者的需求，分出不同的等級(jí)，有以下相應(yīng)技術(shù)。

1）費(fèi)用的影響主要適用于商業(yè)領(lǐng)域；

2）對(duì)于微機(jī)軍用系統(tǒng)或者核電站等重要或危險(xiǎn)場(chǎng)所對(duì)操作人員的生命影響比較大；

3.可靠性

3.1故障的分類和故障機(jī)理

從系統(tǒng)運(yùn)行功能上分析，主要分為三大故障：硬件、軟件和過程故障，不同原因?qū)?yīng)不同的故障特點(diǎn)。硬件故障：設(shè)計(jì)不合理；整體結(jié)構(gòu)不完善；可靠性不高等；軟件故障：代碼編寫不正確；系統(tǒng)無法正確讀取數(shù)據(jù)等；運(yùn)行故障：操作步驟不完善，文件不正確等。

從可靠性方面分析，主要故障有：很多對(duì)于可靠性的高要求在實(shí)際運(yùn)行中可能只是對(duì)于某一些故障類別有特殊要求，在設(shè)計(jì)過程中可以對(duì)此進(jìn)行費(fèi)用、程序進(jìn)行合理規(guī)劃，既能節(jié)省費(fèi)用也能提高可靠性。

3.2可靠性參數(shù)

常用度量可靠性參數(shù)主要有可靠性、可維性、可用性，被稱為RAS技術(shù)。其中常用的指標(biāo)是可靠性技術(shù)指標(biāo)。在實(shí)際使用過程中，雖然可靠性技術(shù)指標(biāo)指向明確，但是在供應(yīng)商和使用者之間對(duì)故障率存在不同看法。比如，對(duì)于一臺(tái)中央處理機(jī)的可靠性進(jìn)行檢測(cè)，往往使用者發(fā)現(xiàn)的故障遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工程師檢測(cè)的故障率，而對(duì)于這些故障問題，大多情況下只需要關(guān)閉系統(tǒng)重新起動(dòng)即可。

為了使使用者切實(shí)感受到微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使用者可以選擇最好的運(yùn)行系統(tǒng)，并對(duì)故障提前做出應(yīng)對(duì)措施，讓使用者充分了解系統(tǒng)的可維護(hù)性、診斷性以及如何恢復(fù)等操作技能。

3.3可靠性的技術(shù)條件

為了對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行綜合分析，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論：

1）系統(tǒng)開發(fā)成本：決定了系統(tǒng)級(jí)別，也是可靠性技術(shù)的一個(gè)重要支撐；

2）技術(shù)的復(fù)雜性：主要是硬件的復(fù)雜程度，為系統(tǒng)工藝精確性提供保障；

3）系統(tǒng)的開發(fā)難度：決定了系統(tǒng)的成本和適用范圍；

4可靠性技術(shù)剖析

硬件、軟件和使用流程都是影響可靠性的因素，包括一些技術(shù)手段、防錯(cuò)技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)、維護(hù)措施等，針對(duì)這些技術(shù)特點(diǎn)，本文進(jìn)行詳細(xì)闡述，為使用者提供更完善的決策依據(jù)。

4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)

對(duì)于系統(tǒng)的可靠性往往從使用者要求的服務(wù)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行選擇合適系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于子系統(tǒng)的可靠性一般采用軟件技術(shù)，而子系統(tǒng)的可靠性對(duì)整體系統(tǒng)的影響也至關(guān)重要。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于一個(gè)擁有四個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)，串聯(lián)系統(tǒng)要比串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性高。

4.2防錯(cuò)技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中提前考慮影響因素并避免。遵守的原則有：

1）保證元件質(zhì)量：在保證成本合理情況下，選用可靠性高的元件；

2）結(jié)構(gòu)合理：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)化，使用比較成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)施，減少故障率；

3）設(shè)計(jì)合理：對(duì)于仿真模擬電路要進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)；減少集成電路的分電路，對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化；

4）采用先進(jìn)的并且成熟的技術(shù)。

4.3容錯(cuò)技術(shù)

為了提高系統(tǒng)的可靠性，容錯(cuò)技術(shù)是對(duì)軟件和硬件技術(shù)很重要的一項(xiàng)技術(shù)措施。容錯(cuò)技術(shù)可以對(duì)一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的補(bǔ)充，使系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。

冗余技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)是容錯(cuò)技術(shù)的兩大組成部分。

（1）冗余技術(shù)

作為容錯(cuò)技術(shù)的重要組成部分，冗余技術(shù)是附加軟件、硬件、時(shí)間或他們之間的組合。他們的特點(diǎn)主要有：

1）屏蔽冗余，也稱為靜態(tài)冗余，能夠通過附件分元件對(duì)故障元件進(jìn)行屏蔽。有N模冗余系統(tǒng)，一般N為奇數(shù)，若多塊模塊可靠性高，則必須保證單個(gè)模塊的性能提高。糾錯(cuò)碼在冗余系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)故障的自行監(jiān)測(cè)和故障屏蔽，他的特點(diǎn)是當(dāng)容錯(cuò)能力固定時(shí)，N模冗余模式相對(duì)于編碼可靠性更高；當(dāng)復(fù)雜程度是定值時(shí)，合理編碼更能提高可靠性。

2）動(dòng)態(tài)冗余，指的是系統(tǒng)運(yùn)行過程中，指定一個(gè)模塊運(yùn)行，若此模塊發(fā)生故障則直接被換掉。

3）混合冗余，此方式可以通過計(jì)算設(shè)備模塊的數(shù)量，來計(jì)選擇模塊的最佳值，達(dá)到最優(yōu)可靠性。

4）自清除方式，其特點(diǎn)是與一般冗余方式相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；若果系統(tǒng)具備修復(fù)功能時(shí)，則更能顯示此系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，特別對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)效果更加明顯；隨著現(xiàn)代設(shè)備容量的加大，表決器也會(huì)變得更加復(fù)雜；如果改用其他的元件，不僅會(huì)增加成本，可靠性也會(huì)大打折扣。

（2）檢測(cè)技術(shù)

容錯(cuò)要求系統(tǒng)運(yùn)行過程應(yīng)把故障進(jìn)行屏蔽，但過多的故障累計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的失敗。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，需建立相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)來發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)進(jìn)行維修，減少故障率，降低維修時(shí)間，減少成本。建立故障檢測(cè)機(jī)制分為硬件檢測(cè)和軟件檢測(cè)。硬件檢測(cè)要對(duì)編碼進(jìn)行檢驗(yàn)，并定時(shí)重復(fù)校驗(yàn)，硬件檢驗(yàn)設(shè)施比較全面。軟件故障檢驗(yàn)主要是對(duì)數(shù)據(jù)和控制程序和功能進(jìn)行檢驗(yàn)，但在實(shí)際運(yùn)行過程中比較復(fù)雜，應(yīng)用成本高。

4.4降格恢復(fù)運(yùn)行

除了采用冗余技術(shù)改善系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，我們也可以運(yùn)用分離方式把故障模塊分隔，再對(duì)其余模塊進(jìn)行重組，通過降級(jí)使系統(tǒng)工作，就是降格恢復(fù)運(yùn)行。這種運(yùn)行方式工作的首要條件是系統(tǒng)能夠接受降級(jí)工作，再次降格不影響系統(tǒng)工作的正常運(yùn)行，并在不能維修的狀況下能實(shí)施全恢復(fù)。對(duì)于效率要求高的系統(tǒng)中，比較適合采用此方法。

5可靠性技術(shù)比較

在避錯(cuò)、檢測(cè)和動(dòng)靜態(tài)冗余這幾項(xiàng)技術(shù)中，綜合成本避錯(cuò)技術(shù)最低，靜態(tài)冗余的可靠性改善程度最好，但復(fù)雜性也是偏高，技術(shù)難度較大，而避錯(cuò)技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)易。

6可靠性設(shè)計(jì)方法

（1）可靠性分配

明確各項(xiàng)要求指標(biāo)，并確定在系統(tǒng)中的重要程度和復(fù)雜程度以及維修成本和是否易于維修，對(duì)各部分進(jìn)行合理分配，使子系統(tǒng)、整體和操作人員得到優(yōu)化配置。

（2）可靠性評(píng)估

根據(jù)系統(tǒng)要求確定材料的可靠性，進(jìn)行整體評(píng)估，提出方案，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（3）可靠性設(shè)計(jì)

1）根據(jù)使用者和系統(tǒng)本身的要求，分析材料，設(shè)計(jì)合適方案。

2）如果設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行可靠性低，則要采取措施提高可靠性，既要防止人為的失誤操作，也要增加系統(tǒng)的安全指數(shù)；可運(yùn)用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行故障分析。

3）設(shè)計(jì)過程中，如出現(xiàn)沖突，要對(duì)矛盾進(jìn)行分析，減少損耗，進(jìn)行合理取舍，最終達(dá)到較強(qiáng)功能和可靠性的方案。

4）可靠性預(yù)測(cè)和驗(yàn)證

了解系統(tǒng)性能，對(duì)改進(jìn)提出適應(yīng)方案。并在使用壽命，應(yīng)用環(huán)境和維修以及模擬階段進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。通過這些環(huán)節(jié)確定系統(tǒng)的可靠性，如果不達(dá)標(biāo)，及時(shí)找出問題進(jìn)行改進(jìn)。

7結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)和應(yīng)用電子的發(fā)展使微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用更加廣泛。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜要求微機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)組成部件設(shè)計(jì)更加精細(xì)，再加上人為操作等社會(huì)環(huán)境的偶然因素，都使系統(tǒng)可靠性受到影響。

針對(duì)這些原因，我們更要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮我們的特長(zhǎng)，不斷設(shè)計(jì)過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高系統(tǒng)的整體性能。

參考文獻(xiàn)

[1]黃永勤， 金利峰， 劉耀. 高性能計(jì)算機(jī)的可靠性技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展， 2010， 589-594.

[2]于銀鳳. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性提高方法研究[J]. 電大理工， 2016， 28-29.

[3]李霄， 郭彤， 王常洲. 企業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測(cè)試技術(shù)研究[J]. 中國(guó)科技信息， 2013， 87-88.