1.
Специальность: 09.02.03 Программирование в компьютерных системах
ПМ Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностям служащих рабочей профессии «Наладчик технологического
оборудования»
СПбКТ
Лекция. Понятие контроль, диагноз, диагностика, система
обнаружения ошибок
План занятия:
1. Принцип организации системы автоматического контроля.
2. Виды контроля: программный, аппаратный и комбинированный.
3. Система автоматического диагностирования.
4. Понятие о диагностике состояния аппаратуры и устройств, ее назначение и периодичность.
2.
1. Принцип организации системы автоматического
контроля.
При эксплуатации СВТ для оценки достоверности результатов решения задач и
определения надежности работы служит система технического контроля — совокупность
методов и средств, предназначенных для обнаружения неисправностей СВТ и выявления
их причин.
При техническом обслуживании средства вычислительной техники подвергают
различным видам автоматизированного контроля: профилактическому, контролю
работоспособности и диагностическому. Неисправности могут возникать как в
электромеханических, так и в электронных устройствах.
Неисправности могут быть внешними и внутренними (скрытыми).
К внешним неисправностям относятся механические повреждения электрических
цепей (обрывы проводов, повреждение изоляции проводов), элементов схемы
(оплавленные и обгоревшие детали), механизмов (люфт, поломки движущихся частей) и
другие неисправности, определяемые визуально.
К внутренним относятся неисправности без видимых внешних проявлений, для
определения которых требуется проверка элементов всех блоков и устройств машины и на
основании этих проверок — анализ возникших неисправностей. После обнаружения
неисправностей производится необходимый ремонт.
3.
2.Виды контроля: программный, аппаратный и
комбинированный.
Типовая система технического обслуживания
В зависимости от метода, положенного в основу СВТ, различают два основных вида
контроля: программный и аппаратный. Каждый из них может использоваться как в
оперативном (в процессе работы машины), так и в профилактическом режиме.
Программный контроль основан на использовании специальных программ,
контролирующих работу машины. В качестве программных средств контроля и диагностики
СВТ используются наладочные, проверочные и диагностические тесты, входящие в комплекс
программно-технического обслуживания, который включает также ряд управляющих и
сервисных программ (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Виды программного контроля
4.
Контроль с помощью тестов сводится к выполнению на ПК определенных действий
(заданий) и сравнению полученных результатов с известными. В случае несовпадения
результатов фиксируется ошибка.
Наладочные тесты служат для проверки правильности функционирования устройств и
блоков во время наладки СВТ. Эти тесты предназначены для обнаружения грубых ошибок (в
монтаже, логике работы отдельных устройств и т. д.). Обычно наладочные тесты
используются для проверки центральных процессоров, устройств
ввода-вывода,
оперативной памяти.
Проверочные тесты предназначены для периодической проверки работоспособности
СВТ и обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации. Эти тесты обеспечивают более
полный контроль и проверяют разнообразные режимы работы узлов машины.
Наладочные и проверочные тесты свидетельствуют лишь о факте появления ошибки в
том или ином устройстве, но не указывают место ее возникновения.
Диагностические тесты служат не только для обнаружения ошибки, но и для
локализации места неисправности. Проверочные и диагностические тесты работают под
управлением специальной тестовой программы проверки — монитора (часть управляющей
программы), которая осуществляет вызов, выполнение каждого отдельного теста и
управление им. Проверка устройства может производиться как в профилактическом, так и в
оперативном (мультипрограммном)режиме.
5.
Аппаратный контроль производится путем введения в состав СВТ специального
дополнительного контрольного оборудования, работающего независимо от программ.
Аппаратный контроль классифицируется по назначению, режиму
работы,
степени
использования и конструктивному исполнению (рис 2.2).
В ПК в системных платах ведущих производителей оснащены термодатчиками для
определения температуры процессора.
Аппаратный контроль состояния периферийных устройств тоже распространен
достаточно широко. Наиболее ярким примером являются принтеры. Обычно на их передней
панели располагается несколько
индикаторов, позволяющих определить состояние
устройства в данный момент.
Использование только аппаратного контроля приводит к удорожанию и усложнению
средств СВТ.
6.
Виды комбинированного контроля
Комбинированный метод контроля, представляющий собой оптимальное сочетание
программных и аппаратных средств.
По назначению комбинированный контроль
подразделяется на наладочный,
проверочный и мониторинг.
Комбинированный контроль может производиться как в режиме реального времени
при работе СВТ, так и при проведении профилактических мероприятий.
Примерная классификация комбинированного контроля приведена на рис. 2.3.
7.
Самым распространенным примером наладочного комбинированного контроля является проверка
работоспособности локальной вычислительной сети (ЛВС). С помощью программы ping проверяется
работоспособность каждой рабочей станции в сети. Если она не «пингуется», значит либо неправильно
настроен данный узел сети, либо поврежден кабель, либо имеются проблемы с коммутатором.
С проверочным комбинированным контролем мы сталкиваемся сразу же, как только включаем ПК.
При его загрузке начинает свою работу программа РOST (Power-On Self Test — «процедура самопроверки
при включении»), и если она выдает ошибки (например не опознается видеокарта или жесткий диск),
то далее мы должны решать эти проблемы аппаратно.
Самым распространенным примером мониторинга является проверка количества чернил в
картридже принтера. Диагностическая программа показывает нам количество чернил в картридже, а
когда они заканчиваются, мы решаем эту проблему аппаратно. Существуют и более сложные
диагностические программы, контролирующие, например, термодатчики материнской платы, но
проблему нагревания мы опять же решаем аппаратно.
Комбинированный метод позволяет существенно сократить время поиска и устранения ошибок.
8.
3.Система автоматического диагностирования.
Система автоматического диагностирования представляет собой комплекс
программных, микропрограммных, аппаратных средств и справочной документации
(диагностических справочников, инструкций, тестов). Различают системы тестового и
функционального диагностирования.
В системах тестового диагностирования воздействия на диагностируемое устройство
поступают от средств диагностирования.
В системах же функционального диагностирования воздействия, поступающие на
диагностируемое устройство, заданы рабочим алгоритмом функционирования.
Классификация средств диагностирования приведена на рис. 2.4
Рис. 2.4. Классификация средств автоматического
диагностирования
9.
В ПК обычно используются встроенные или специализированные средства
диагностирования и встроенные средства подачи тестовых воздействий на внешние
универсальные средства (например, сигнатурные анализаторы) для снятия ответов и анализа
результатов.
Процесс диагностирования состоит из определенных этапов (элементарных проверок),
каждый из которых характеризуется подаваемым на устройство тестовым или рабочим
воздействием и снимаемым с устройства ответом. Получаемое значение ответа (набор
значений сигналов в контрольных точках) называют результатом элементарной проверки.
10.
4.Понятие о диагностике состояния аппаратуры и устройств, ее
назначение и периодичность.
Оборудование в процессе эксплуатации постепенно изнашивается. В результате
происходят поломки, остановки технологических линий. Это ведет к убыткам для предприятия.
Чтобы этого избежать, проводится диагностика состояния оборудования. Такая процедура
позволяет определить, нуждается ли аппаратура в ремонте, еще до остановки машины. Для
этого применяют современные средства диагностики.
Техническое диагностирование является процедурой, направленной на снижение затрат
предприятия в ходе выполнения своей основной деятельности. Это составная часть
обслуживания аппаратуры, которая выявляет потребность в проведении целевого ремонта.
Эта область знаний охватывает теоретические и практические методы выявления состояния
оборудования. Процедура диагностирования может быть комплексной, плановой и
периодической.
В ходе периодической плановой проверки проводится ряд процедур. При постановке
оборудования на баланс предприятия технологи осматривают машины, осуществляют
контроль их узлов и механизмов. Это позволяет свести к минимуму внезапные остановки
оборудования. Диагностика позволяет контролировать степень старения аппаратуры.
11.
В ходе выполнения комплексного определения состояния производственных агрегатов
решается ряд задач:
• Устанавливается техническое состояние оборудования в настоящий момент. Эта
информация позволяет принять решение о необходимости проведения ремонта. Если
есть возможность, интервалы между сервисным обслуживанием удается продлить.
Расход запчастей в этом случае будет меньше.
• Комплексное диагностирование позволяет снизить количество запасных частей на
складах. Это высвобождает денежные средства из оборота. Их можно направить на
развитие организации.
• Получив достоверную, всестороннюю информацию о состоянии агрегатов, можно
сократить длительность самого ремонта. Остановка оборудования будет короткой.
• Качество сервисного обслуживания также улучшается.
• В соответствии с установленными стандартами, получается продлить рабочий ресурс
аппаратуры. Безопасность эксплуатации машин возрастает.
• При грамотной обработке полученной информации о состоянии оборудования
получается снизить затраты энергоресурсов на объекте.
В ходе проведения исследования применяются определенные методы и средства
диагностики. Они позволяют всесторонне отследить изменения работы агрегата.
12.
Средствами диагностики называется специальная аппаратура, программы, которые
позволяют выполнить всесторонний контроль.
Диагностирование может быть трех типов: функциональное, тестовое и экспресспроцедура. Они применяются с разной целью:
• Тестовое определение состояния оборудования предполагает воздействие на объект
исследования опытным путем. При помощи этой методики можно определить, как
оборудование будет себя вести в тех или иных условиях. На основе полученной
информации удается рассчитать, как быстро износится агрегат или его отдельные
компоненты. Для этого проводятся замеры определенных показателей. Диагностика
машин в тестовом режиме позволяет, например, определить, насколько износилась
узлы агрегата.
• В ходе проведения функционального диагностирования проверяется работа
оборудования в процессе его работы не в тестовом, а в обычном режиме или при
определенных условиях эксплуатации.
• Экспресс-диагностика выполняется максимально оперативно. В ходе такой проверки
проверяется ограниченное количество параметров за ограниченное время.
13.
Процедуры безопасной работы в лаборатории. Процедуры защиты людей
Общая безопасность.
Безопасные условия работы помогают избежать травм и повреждения компьютерного
оборудования. Безопасное рабочее место должно содержаться в чистоте и порядке, иметь
надлежащее освещение. Все должны знать и соблюдать технику безопасности.
Следуйте требованиям инструкции по безопасности, чтобы избежать порезов, ожогов,
ударов электрическим током и нарушения зрения. Рекомендуется убедиться, что под рукой
имеются огнетушитель и набор для оказания первой медицинской помощи. Неправильно
размещенные или незакрепленные кабели могут стать травмоопасными препятствиями при
монтаже сети. Во избежание риска для кабельной разводки рекомендуется использовать
кабельные каналы или короба.
Ниже представлен неполный список мер предосторожности при работе с
компьютером:
• Отключите питание и отсоедините кабели питания оборудования из розеток перед
началом ремонтных работ.
• Заклейте острые края внутри компьютера изоляционной лентой.
• Никогда не разбирайте блок питания или монитор со встроенным блоком питания.
14.
• Не прикасайтесь к горячим частям принтера или деталям принтера, находящимся под
высоким напряжением.
• Узнайте, где находится огнетушитель и как им пользоваться.
• Не держите еду и напитки на рабочем месте.
• Поддерживайте свое рабочее место в чистоте и порядке.
• Сгибайте колени, когда поднимаете тяжелые предметы, чтобы не повредить спину.
• Используйте защитные очки во избежание повреждения глаз.
• Перед очисткой или ремонтом оборудования убедитесь, что инструменты находятся в
исправном состоянии. Почистите, почините или замените те из них, которые не
функционируют должным образом.
Электрическая безопасность.
Следуйте инструкциям по электрической безопасности, чтобы избежать возгораний
электросети, травм и несчастных случаев со смертельным исходом.
Некоторые детали принтеров нагреваются во время использования, а другие, такие как
блоки питания, могут находиться под высоким напряжением. Изучите инструкцию к принтеру,
чтобы узнать расположение деталей под напряжением. Некоторые детали сохраняют высокое
напряжение даже после выключения принтера. Перед началом ремонтных работ убедитесь,
что прошло достаточно времени, чтобы принтер остыл.
15.
Электрические устройства имеют определенные требования к электропитанию. Например,
для разных ноутбуков выпускаются разные адаптеры переменного тока. Использование
адаптера переменного тока от другого ноутбука или устройства другого типа может вызвать
повреждение самого адаптера и ноутбука.
Пожарная безопасность.
Следуйте правилам безопасности для защиты жизни, сооружений и оборудования. Во
избежание удара электрическим током и для предупреждения повреждений компьютера
перед началом ремонтных работ выключите компьютер и отключите питание.
Пожар может очень быстро распространиться и нанести серьезный ущерб. Правильное
использование огнетушителя предупредит распространение и выход из-под контроля
небольшого пожара. Пользуйтесь мнемонической подсказкой В-Н-Н-О, чтобы запомнить
основные правила использования огнетушителей:
В — Выдернуть чеку.
Н — Направить на основание огня, а не на само пламя.
Н — Нажать на рычаг.
О — Описывать соплом дуги из стороны в сторону.
16.
Ознакомьтесь с типами огнетушителей, которые применяются в вашей стране и регионе.
Разные типы огнетушителей содержат разные химические вещества для борьбы с различными
типами пожаров, в зависимости от их источника:
• Бумага, дерево, пластик, картон
• Бензин, керосин, органические растворители
• Электрооборудование
• Легковоспламеняющиеся металлы
При работе с компонентами компьютера обращайте внимание на запахи, исходящие от
компьютеров и электрических устройств. Когда происходит короткое замыкание или перегрев
электрических компонентов, от них идет запах гари. В случае пожара выполняйте следующие
правила безопасности:
Никогда не пытайтесь бороться с вышедшим из-под контроля или нелокализованным
пожаром.
Перед началом работы обязательно ознакомьтесь с маршрутом эвакуации в случае
пожара.
Быстро покиньте здание.
Обратитесь в аварийно-спасательные службы за помощью.
Найдите и прочитайте инструкции по эксплуатации огнетушителей на своем рабочем
месте перед тем, как использовать их.
17.
Процедуры защиты оборудования и данных
ЭСР и ЭМП
Электростатический разряд (ЭСР) может возникнуть при накоплении электрического
заряда (статического электричества), который имеется на поверхности, контактирующей с
другой поверхностью с противоположным зарядом. Если предварительно не снять
электрический заряд, то ЭСР может вызвать повреждения оборудования компьютера. Чтобы
предотвратить повреждение оборудование и потерю данных, следуйте соответствующим
руководствам по эксплуатации, принимайте во внимание состояние окружающей среды и
используйте оборудование для стабилизации электропитания.
Чтобы человек мог почувствовать ЭСР, должно накопиться как минимум 3000 вольт
статического электричества. Например, статическое электричество может накапливаться на
теле человека, когда человек идет по ковровому покрытию. Когда человек прикасается к
другому человеку, оба испытывают удар током. Если разряд вызвал боль или сопровождался
шумом, то напряжение составляло более 10 000 вольт. Для сравнения, повреждение
компонентов компьютера может быть вызвано статическим электричеством с напряжением
менее 30 вольт.
18.
ЭСР может привести к необратимому повреждению электрических компонентов. Следуйте
приведенным рекомендациям, чтобы предотвратить повреждения от ЭСР:
• Храните все компоненты в антистатических пакетах, пока не потребуется их устанавливать.
• Используйте заземленные коврики на рабочем месте.
• Используйте заземленные напольные коврики в рабочих зонах.
• При ремонте компьютера используйте антистатический браслет.
Электромагнитные помехи (ЭМП) — это вмешательство внешних электромагнитных
сигналов в среду передачи данных, например медные кабели. В сетевой среде ЭМП искажает
сигнал таким образом, что у принимающих устройств возникают трудности с его
интерпретацией.
ЭМП исходят не только от тех устройств, от которых их принято ожидать, например от
мобильных телефонов. Другие типы электрического оборудования могут испускать
бесшумное, невидимое электромагнитное поле радиусом более километра.
Существует множество источников ЭМП:
• Любой источник, генерирующий электромагнитные волны
• Антропогенные источники, такие как линии электропередач и электродвигатели
• Природные явления, такие как грозы, солнечное или космическое излучение
19.
Беспроводные сети чувствительны к радиочастотным помехам (РЧП). РЧП вызываются
радиопередатчиками и другими устройствами, работающими на той же частоте. Например,
беспроводной телефон может вызвать проблемы с беспроводной сетью, если оба устройства
используют одну и ту же частоту. Микроволновые печи также могут вызывать помехи, если они
находятся вблизи устройств беспроводной сети.
На работу компьютеров также влияют
температура
и
уровень
влажности
окружающей
среды.
Климатические
условия по-разному могут влиять на
компьютерное оборудование:
• Если температура окружающей
очень высока, оборудование
перегреваться.
среды
может
• При очень низкой влажности повышается
вероятность ЭСР.
• При
очень
высокой
оборудование
может
повреждение от влаги.
влажности
получить
20.
Типы колебаний напряжения электропитания
Напряжение — это мера энергии, которая требуется для перемещения заряда из одного
места в другое. Движение заряженных частиц (например, электронов) называется
электрическим током. Компьютерным схемам для работы электронных компонентов требуется
напряжение и электрический ток. Если напряжение в компьютере нестабильно или
неправильно, компоненты компьютера могут работать некорректно. Нестабильность
напряжения называется колебаниями или скачками напряжения электропитания.
Следующие типы колебаний напряжения питания переменного тока могут привести к
потере данных или аппаратному сбою:
• Отключение: полная потеря питания переменного тока. Причиной отключения может стать
перегоревший предохранитель, поломка трансформатора или повреждение линии
электропередачи.
• Пониженное напряжение (проседание напряжения): снижение уровня напряжения
переменного тока, продолжающееся на протяжении определенного периода времени.
Понижение происходит, когда напряжение на линии электропередачи составляет менее
80% от нормального уровня напряжения, а также в случае перегрузки электрических схем.
21.
• Шум: помехи от генераторов и молний. Шум снижает качество электропитания, что может
вызвать ошибки в компьютерной системе.
• Всплеск: резкое повышение напряжения, которое длится в течение короткого периода и
превышает 100% от нормального напряжения на линии. Всплески могут быть вызваны
ударами молнии. Они также могут происходить при восстановлении электрической
системы после отключения.
• Скачок напряжения: значительное повышение напряжения относительно нормального
потока электричества. Скачок напряжения длится несколько наносекунд, или миллиардных
долей секунды.
Устройства для защиты электропитания
Чтобы избежать проблем с колебаниями напряжения электропитания, используйте
устройства для защиты данных и компьютерного оборудования:
• Сетевой фильтр защищает от повреждений, наносимых скачками и всплесками
напряжения. Сетевой фильтр отводит излишнее электрическое напряжение с линии в
заземление.
22.
• Источник бесперебойного питания (ИБП, UPS) защищает от возможных проблем с
электропитанием, предоставляя нужный уровень электропитания для компьютера или
другого устройства. Аккумулятор ИБП постоянно заряжается, когда устройство находится в
работе. ИБП обеспечивает необходимое качество электропитания при пониженном
напряжении и отключении электропитания. Многие устройства ИБП могут напрямую
взаимодействовать с операционной системой компьютера. Эта связь позволяет ИБП
безопасно выключить компьютер и сохранить данные до того, как разрядится аккумулятор
ИБП.
• Резервный источник питания (РИП) помогает защитить от возможных
проблем с электропитанием. Резервный аккумулятор РИП обеспечивает
питание, если поступающее напряжение падает ниже нормального
уровня. В нормальном режиме работы аккумулятор неактивен. Когда
напряжение падает, аккумулятор подает постоянный ток на инвертор
питания, который преобразует его в переменный ток для питания
компьютера. Это устройство не так надежно, как ИБП, поскольку
требуется время, чтобы переключиться на питание от аккумулятора.
Если переключающее устройство выходит из строя, аккумулятор не
может подавать питание на компьютер.
ВНИМАНИЕ! Производители ИБП не рекомендуют подключать к ним
лазерные принтеры, так как это может вызвать перегрузку ИБП.
23.
Паспорт безопасности
Паспорт безопасности также называется паспортом безопасности материала (ПБМ). Он
представляет собой информационный бюллетень со сводными данными по составу
материала, включая опасные ингредиенты, которые могут негативно воздействовать на
здоровье людей, пожароопасность и требования по оказанию первой помощи. ПБМ содержит
информацию о химической реактивности и несовместимости. Кроме того, в нем приводятся
сведения о безопасном обращении с материалом и его хранении, действия в случае разлива и
утечки, а также инструкции по утилизации.
• В паспорте безопасности указаны сведения о материале, а также инструкции по его
надлежащей утилизации.
• В нем также указывается информация о структуре материала, его влиянии на здоровье
человека, сведения о пожароопасности, а также требования к оказанию первой
медицинской помощи.
• Кроме того, в нем приводятся сведения о безопасном обращении с материалом и его
хранении, действия в случае разлива и утечки, а также инструкции по утилизации.
В ПБМ указан наиболее безопасный способ утилизации потенциально опасных
материалов. Всегда сверяйтесь с местными законами, касающимися разрешенных методов
утилизации, прежде чем приступить к утилизации электронного оборудования.
24.
В Евросоюзе 1 июня 2007 года в силу вступил регламент регистрации, оценки, разрешения
и ограничения химических веществ (REACH), который заменил многочисленные директивы и
регламенты единой системой.
Утилизация оборудования
Надлежащая утилизация или переработка опасных компонентов компьютеров является
глобальной проблемой. Убедитесь в соблюдении регламентов по утилизации конкретных
элементов. Организации, которые нарушают эти регламенты, могут быть оштрафованы или
вовлечены в дорогостоящие судебные разбирательства. Регламенты по утилизации
компонентов компьютера отличаются в разных странах. Для получения актуальных
сведений по этому вопросу обратитесь в местную природоохранную организацию.
Батареи и аккумуляторы часто содержат редкоземельные металлы, которые могут
нанести вред окружающей среде. В аккумуляторах портативных компьютеров могут
содержаться свинец, кадмий, литий, марганец и ртуть. Эти металлы не разлагаются и остаются
в окружающей среде на долгие годы. Ртуть повсеместно используется в производстве батарей
и является исключительно токсичной и вредной для человека.
Отправка батарей и аккумуляторов на переработку должна входить в список стандартных
действий. Все батареи и аккумуляторы, включая литий-ионные, никель-кадмиевые, никельметаллогидридные и свинцово-кислотные, подлежат процедурам утилизации, которые
соответствуют местному природоохранному законодательству.
25.
Мониторы. Соблюдайте осторожность при обращении с ЭЛТ-мониторами. В ЭЛТмониторах может сохраняться высокое напряжение, даже после отключения от источника
питания.
Мониторы содержат стекло, металл, пластик, свинец, барий и редкоземельные металлы.
Согласно Агентству по охране окружающей среды (АООС) США, мониторы могут содержать
приблизительно 1,8 кг свинца. Утилизация мониторов должна производиться в соответствии с
природоохранным законодательством.
Комплекты тонеров, картриджи и проявители. Использованные комплекты тонеров и
картриджи для принтеров необходимо надлежащим образом утилизировать в соответствии с
применимым природоохранным законодательством. Они также подлежат переработке.
Некоторые поставщики и производители тонеров и картриджей принимают пустые картриджи
на повторную заправку. Некоторые компании специализируются на заправке пустых
картриджей. Можно приобрести наборы для заправки картриджей для струйных принтеров,
однако это не рекомендуется делать, так как чернила в принтере могут протечь и привести к
необратимым повреждениям. Использование повторно заправленных картриджей для
струйных принтеров может аннулировать гарантию на принтер.
26.
Химические растворители и аэрозольные баллоны. Обратитесь в местную компанию по
вывозу отходов, чтобы узнать, как и где производить утилизацию химикатов и растворителей,
используемых для очистки компьютеров. Не выливайте химикаты и растворители в раковину
или в стоки, которые соединены с коллектором городской канализации.
К баллонам и бутылкам, содержащим растворители или другие чистящие вещества,
необходимо относиться с осторожностью. Убедитесь, что они помечены как особо опасные
отходы, и соответствующим образом обращайтесь с ними. Например, некоторые аэрозольные
баллоны взрываются при нагревании, если их содержимое не было использовано до конца.
соответствующие разрешенным кодовым комбинациям, расположены в пространстве равномерно. Проиллюстрируем построение корректирующего кода на следующем примере. Пусть исходный алфавит, состоящий из четырех букв, закодирован двоичным кодом: х1 = 00; х2 = 01; х3 = 10; х4 = 11. Этот код использует все возможные комбинации длины 2, и поэтому не может обнаруживать ошибки (так как d=1). Припишем к каждой кодовой комбинации один элемент 0 или 1 так, чтобы число единиц в нем было четное, то есть х1 = 000; х2 = 011; х3 = 101; х4 = 110. Для этого кода d=2, и, следовательно, он способен обнаруживать все однократные ошибки. Так как любая запрещенная комбинация содержит нечетное число единиц, то для обнаружения ошибки достаточно проверить комбинацию на четность (например, суммированием по модулю 2 цифр кодовой комбинации). Если число единиц в слове четное, то сумма по модулю 2 его разрядов будет 0, если нечетное – то 1. Признаком четности называют инверсию этой суммы.
Рассмотрим общую схему организации контроля по четности (контроль по нечетности, parity check – контроль по паритету).
Рис. 4.4.
На n-входовом элементе M 2 формируется признак четности Р числа, который в качестве дополнительного, (n+1)-го контрольного разряда (parity bit) отправляется вместе с передаваемым словом в линию связи или запоминающее устройство. Передаваемое (n+1)-разрядное слово имеет всегда нечетное число единиц. Если в исходном слове оно было нечетным, то инверсия функции М2 от такого слова равна 0, и нулевое значение контрольного разряда не меняет число единиц при передаче слова. Если же число единиц в исходном слове было четным, то контрольный разряд Р для такого числа будет равен 1, и результирующее число единиц в передаваемом (n+1)- разрядном слове станет нечетным. Вид контроля, когда по линии передается нечетное число единиц, по строгой терминологии называют контролем по нечетности.
На приемном конце линии или из памяти от полученного (n+1)-разрядного слова снова берется свертка по четности, Если значение этой свертки равно 1, то или в передаваемом слове, или в контрольном разряде при передаче или хранении произошла ошибка. Столь простой
контроль не позволяет исправить ошибку, но он, по крайней мере, дает возможность при обнаружении ошибки исключить неверные данные, затребовать повторную передачу и т.д.
Систему контроля можно построить на основе не только инверсии функции М2, но и прямой функции М2 (строго контроль по четности). Однако, в этом случае исходный код “все нули” будет иметь контрольный разряд, равный 0. В линию отправится посылка из сплошных нулей, и на приемном конце она будет неотличима от весьма опасной неисправности – полного пропадания связи. Поэтому контроль по четности в своем чистом виде почти никогда не применяют, контрольный разряд формируют как четности, и в нестрогой терминологии “контролем по четности” называют то, что, строго говоря, на самом деле является контролем по нечетности.
Контроль по четности основан на том, что одиночная ошибка (безразлично – пропадание единицы или появление линией) инвертирует признак четности. Однако две ошибки проинвертируют его дважды, то есть оставят без изменения, поэтому двойную ошибку контроль по четности не обнаруживает. Рассуждая аналогично, легко прийти к выводу, что контроль по четности обнаруживает все нечетные ошибки и не реагирует на любые четные. Пропуск четных ошибок – это не какой-либо дефект системы контроля. Это следствие предельно малой избыточности, равной всего одному разряду. Для более глубокого контроля требуется соответственно и большая избыточность. Если ошибки друг от друга не зависят, то из не обнаруживаемых чаще всего будет встречаться двойная ошибка, а при вероятности одиночной ошибки, равной Р, вероятность двойной будет Р2. Поскольку в нормальных цифровых устройствах P<<1, необнаруженные двойные ошибки встречаются значительно реже, чем обнаруженные одиночные. Поэтому далее при таком простом контроле качество работы устройства существенно возрастает. Это верно лишь для взаимно независимых ошибок.
Признаки четности можно использовать для контроля только неизменяемых данных. При выполнении над данными каких-либо логических операций признаки четности слов в общем изменяются, и попытки компенсировать эти изменения оказываются неэффективными. Счастливое исключение – операция арифметического сложения: сумма по модулю 2 признаков четности двоичных слагаемых и всех, возникших в процессе сложения переносов, равна признаку четности кода арифметической суммы этих слагаемых.
Контроль по четности – самый дешевый по аппаратурным затратам вид контроля, и применяется он очень широко. Практически любой канал передачи цифровых данных или запоминающее устройство, если они не имеют какого-либо более сильного метода контроля, защищены контролем по четности.
Продолжим рассмотрение примера построения корректирующего метода. Чтобы код был способен и исправлять однократные ошибки, необходимо добавить еще не менее двух разрядов. Это можно сделать различными способами, например, повторить первые две цифры:
|
х1 = 00000; х2 = 01101; х3 = 10110; х4 = 11011; |
||||||
|
Матрица расстояний этого кода: |
||||||
|
Таблица 4.2. |
||||||
|
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
|||
|
x1 |
||||||
|
3 |
3 |
4 |
||||
|
x2 |
||||||
|
D= |
3 |
4 |
3 |
|||
|
3 |
4 |
3 |
x3 |
|||
|
x4 |
||||||
|
4 |
3 |
3 |
Видно, что d ≥ 3, что отвечает неравенству (d ≥ 2+3+1).
Пример23: Постройте корректирующий код для передачи двух сообщений:
1)обнаруживающий одну ошибку;
2)обнаруживающий и исправляющий одну ошибку;
3)обнаруживающий две и исправляющий одну ошибку.
КОНТРОЛЬ ПРАВИЛЬНОСТИ РАБОТЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ Общие сведения
Впроцессе работы цифрового устройства возникают ошибки, искажающие информацию. Причинами таких ошибок могут быть:
◙ выход из строя какого-либо элемента, из-за чего устройство теряет работоспособность; ◙ воздействие различного рода помех, возникающих из-за проникновения сигналов из
одних цепей в другие через различные паразитные связи.
Выход из строя элемента устройства рассматривается как неисправность. При этом в устройстве наблюдается постоянное искажение информации.
Иной характер искажений информации имеет место под воздействием помех. Вызвав ошибку, помехи могут затем в течение длительного времени не проявлять себя. Такие ошибки называют случайными сбоями.
Всвязи с возникновением ошибок необходимо снабжать цифровые устройства системой контроля правильности циркулирующей в ней информации. Такие системы контроля могут предназначаться для решения задач двух типов:
◙ задачи обнаружения ошибок; ◙ задачи исправления ошибок.
Система обнаружения ошибок, производя контроль информации, способна лишь выносить решения: нет ошибок и есть ошибка, причем в последнем случае она не указывает, какие разряды
слов искажены.
Система исправления ошибок сигнализирует о наличии ошибок и указывает, какие из разрядов искажены. При этом непосредственное исправление цифр искаженных разрядов представляет собой уже несложную операцию. Если известно, что некоторый разряд двоичного слова ошибочен, то появление в нем ошибочного лог.0 означает, что правильное значение — лог. 1 и наоборот.
Трудно локализовать ошибку, т.е. указать, в каких разрядах слова она возникла. После решения этой задачи само исправление сводится лишь к инверсии цифр искаженных разрядов, поэтому обычно под исправлением ошибок понимают решение задачи локализации ошибок.
При постоянном нарушении правильности информации, обнаружив ошибку, можно принять меры для поиска неисправного элемента и заменить его исправным. Причины же случайных сбоев обычно выявляются чрезвычайно трудно, и такие изредка возникающие ошибки желательно было бы устранять автоматически, восстанавливая правильное значение слов с помощью системы исправления ошибок. Однако следует иметь в виду, что система исправления ошибок требует значительно большего количества оборудования, чем система обнаружения ошибок.
Ниже раздельно рассматриваются методы контроля:
◙цифровых устройств хранения и передачи информации;
◙цифровых устройств обработки информации.
Кустройствам первого типа могут быть отнесены запоминающие устройства, регистры, цепи передачи и другие устройства, в которых информация не должна изменяться. На выходе этих устройств информация та же, что и на входе. К устройствам второго типа относятся устройства, у которых входная информация не совпадает с выходной и в тех случаях, когда ошибки не возникают. Примером могут служить арифметические и логические устройства.
Обнаружение одиночных ошибок в устройствах хранения и передачи информации
Для дальнейшего изложения потребуется понятие кодовое расстояние по Хеммингу. Для двух двоичных слов кодовое расстояние по Хеммингу есть число разрядов, в которых разнятся эти слова. Так, для слов 11011 и 10110 кодовое расстояние d = 3, так как эти слова различаются в трех разрядах (первом, третьем и четвертом).
Пусть используемые слова имеют m разрядов. Для представления информации можно
использовать все 2 m возможных комбинаций от 00 … 0 до 11 … 1. Тогда для каждого слова найдутся другие такие слова, которые отличаются от данного не более чем в одном разряде. Например, для некоторого слова 1101 можно найти следующие слова: 0101, отличающиеся только в четвертом разряде; 1001, отличающееся только в третьем разряде, и т.д. Таким образом,
минимальное кодовое расстояние d min = 1. Обнаружить ошибки в таких словах невозможно.
Например, если передавалось слово N 1 = 1101, а принято N 2 = 0101, то в принятом слове невозможно обнаружить никаких признаков наличия ошибки (ведь могло бы быть передано и
слово N 2 = 0101). Для того чтобы можно было обнаружить одиночные ошибки (ошибки, возникающие не более чем в одном из разрядов слова), минимальное кодовое расстояние должно
удовлетворять условию d min ≥ 2. Это условие требует, чтобы любая пара используемых слов отличалась друг от друга не менее чем в двух разрядах. При этом, если возникает ошибка, она образует такую комбинацию цифр, которая не используется для представления слов, т.е. образует так называемую запрещенную комбинацию.
Для получения d min = 2 достаточно к словам, использующим любые комбинации из m информационных двоичных разрядов, добавить один дополнительный разряд, называемый контрольным. При этом значение цифры контрольного разряда выбирают таким, чтобы общее число единиц в слове было четным. Например:
В первом из приведенных примеров число единиц информационной части четно (8), поэтому контрольный разряд должен содержать 0. Во втором примере число единиц в информационной части слова нечетно (7), и для того, чтобы общее число единиц в слове было четным, контрольный разряд должен содержать единицу. Таким способом во все слова вводится определенный признак — четность числа единиц. Принятые слова проверяются на наличие в них этого признака, и, если он оказывается нарушенным (т.е. обнаруживается, что число содержащихся в разрядах слова единиц нечетно), принимается решение, что слово содержит ошибку.
Этот метод позволяет обнаруживать ошибку. Но с его помощью нельзя определить, в каком разряде слова содержится ошибка, т.е. нельзя исправить ее. Кроме того, при этом методе не могут обнаруживаться ошибки четной кратности, т.е. ошибки одновременно в двух, четырех и т.д. разрядах, так как при таком четном числе ошибок не нарушается четность числа единиц в разрядах слова. Однако наряду с одиночными ошибками могут обнаруживаться ошибки, возникающие одновременно в любом нечетном числе разрядов.
На практике часто вместо признака четности используется признак нечетности, т.е. цифра контрольного разряда выбирается такой, чтобы общее число единиц в разрядах слова было нечетным. При этом, если имеет место, например, обрыв линии связи, это обнаруживается, так как принимаемые слова будут иметь 0 во всех разрядах и нарушится принцип нечетности числа единиц.
Рассмотрим схемы, выполняющие операцию проверки на четность (нечетность). Проверка
на четность требует суммирования по модулю 2 цифр разрядов слова. Если а1 , а2 ,…, аn —
|
цифры разрядов, результат проверки на четность определится выражением р = а1 |
а2 а3 |
|
|
,…, аn . Если р = 0, то число единиц в разрядах слова четно, в противном случае оно нечетно. |
||
|
Наиболее просто эта операция реализуется, когда контролируемое слово передается |
в |
|
|
последовательной форме. Суммирование в этом случае может быть |
выполнено |
в |
последовательности р = …((a1 а2 ) а3 ) … аn . К результату суммирования рi первых разрядов прибавляется цифра очередного поступающего разряда (i + 1), находится результат
суммирования (i + 1) разрядов p i +1 = p i аi +1 , и так до тех пор, пока не будут просуммированы цифры всех разрядов.
Из таблицы истинности Таблица 1
для операции p i +1 = p i аi +1 (табл. 1) видно, что лог.0 не должен менять состояния
устройства суммирования (p i +1 = pi), лог.1 переводит устройство в новое состояние (p i +1 = pi ). Эта логика соответствует работе триггера со счетным входом (рис.1).
Рис.1. Триггер со счетным входом.
Действительно, пусть триггер был предварительно установлен в состояние 0, после чего на его синхронизирующий вход стали поступать логические уровни, соответствующие цифрам контролируемого слова. При этом первая лог.1 переведет триггер в состояние 1, вторая лог. 1 вернет триггер в состояние 0 и т.д. Следовательно, после подачи четного числа единиц триггер окажется в состоянии р = 0; при поступлении нечетного числа единиц — в состоянии р = 1.
Если разряды контролируемого слова передаются в параллельной форме, то последовательность действий при проверке на четность может быть следующая:
Согласно этому выражению для нахождения р вначале попарно суммируются по модулю 2 цифры разрядов контролируемого слова, далее полученные результаты также суммируются попарно и т.д.
Этот принцип вычисления р использован в схеме проверки на четность на рис.2.
Рис.2. Схема проверки на четность.
Цифры разрядов (и их инверсии) поступают на входы элементов (на рис.2 обозначены =1) первого яруса схемы, в которых они попарно суммируются по модулю 2. Полученные результаты попарно суммируются в элементах второго яруса и т.д.
Результат проверки на четность образуется на выходе элемента старшего яруса. Каждый из элементов схемы реализует следующую логическую функцию:
Построенная по данному выражению схема элемента, выполняющего операцию суммирования по модулю 2, приведена на рис.3.
Рис.3.Схема элемента, выполняющего операцию суммирования по модулю 2.
Определим число ярусов и число элементов в этой схеме проверки на четность. Пусть число разрядов n контролируемого слова составляет целую степень двух. Число элементов в
|
отдельных ярусах а i составляет геометрическую прогрессию 1,2,4,8,…, |
n/2, знаменатель |
|
которой q = 2. Для последнего k-то яруса аk = 1, для первого яруса а1 =a k q k −1 |
откуда 2 k −1 = n/2 |
или 2 k = n.
Из этого соотношения можно найти число ярусов k. Число суммирующих элементов в схеме равно сумме членов приведенной выше геометрической прогрессии:
Контроль арифметических операций
В устройствах хранения и передачи информации одиночная ошибка вызывала искажение цифры лишь одного разряда слова. При выполнении арифметических операций одиночная ошибка в получаемом результате может вызвать искажение одновременно группы разрядов.
Пусть в суммирующем счетчике хранится число N1 = 10111 и на вход поступает очередная
единица. Произойдет сложение: N 2 = N1 +1. При этом
Пусть в процессе суммирования из-за ошибочной работы устройства не будет передан перенос из 2-го разряда в 3-й. Такая одиночная ошибка приведет к следующему результату:
Сравнивая ошибочный результат N 2ош с правильным N 2 , видим, что они различаются в
двух разрядах. Тем не менее считаем, что в N 2ош содержится одиночная ошибка. Во всех случаях, когда ошибочный результат связан с арифметическим прибавлением (или вычитанием) ошибочной единицы к одному из разрядов, имеет место одиночная ошибка. И если ошибочный результат может быть получен из правильного результата путем арифметического суммирования (или вычитания) единицы не менее чем в k разрядах, кратность ошибки равна k.
Для контроля арифметических операций чаще всего используется контроль по модулю q. Этот метод более универсален и годится также для контроля устройств хранения и передачи информации. Сущность метода состоит в следующем.
Контролируемое число N арифметически делится на q, и выделяется остаток r N . Остаток вписывается в контрольные разряды числа N вслед за его информационными разрядами.
Принятое число N* делится на q и выделяется остаток r N *. Эту операцию выполняет устройство свертки по модулю q (рис.4).
Рис.4. Устройство свертки по модулю q.
Устройство сравнения сравнивает r N и r N *, в случае их несовпадения выносит решение о наличии ошибки в принятом слове. Схема на рис. 5 иллюстрирует принцип контроля суммирующего устройства.
Рис.5. Схема, иллюстрирующая принцип контроля суммирующего устройства.
Пусть в результате суммирования чисел N1 и N 2 получено N*. Остатки r N1 и r N 2 также
суммируются с выделением остатка r N . Если остаток r N *, полученный от деления числа N* на
модуль q, не совпадает с r N , то элемент сравнения сигнализирует о наличии ошибок в работе устройства.
Чаще всего используется q = 3, иногда выбирается q = 7. При увеличении значения q возрастает способность метода к обнаружению ошибок, но одновременно увеличивается объем контролирующего оборудования.
|
Рассмотрим пример применительно к схеме на рис. 5. Пусть q = 3, N1 |
= 3210 = 100000 2 , |
|
|
N 2 |
= 2910 = 011101 2 . Соответствующие этим числам остатки равны r N1 = 210 |
= 10 2 , r N 2 = 210 = |
|
10 2 |
(при q = 3 остатки могут принимать значения 0, 1, 2 и для их представления в двоичной |
форме достаточно двух контрольных разрядов). При отсутствии ошибок в работе устройства результат суммирования чисел N* = N1 + N 2 = 6110 = = 111101 2 , значение свертки по модулю 3
равно r N * = 01 2 . Суммируя r N1 и r N 2 и выделяя остаток по модулю 3, получаем r N = 01 2 .
Совпадение r N * = r N указывает на отсутствие ошибок. При наличии ошибок не имело бы места
совпадение остатков r N * и r N .
Эффективность контроля по модулю характеризуется данными, приведенными в табл. 2. Таблица 2
Втаблице указано, какую часть всех возможных комбинаций ошибок составляют ошибки, которые не обнаруживаются при контроле по модулю. Как видно из приведенных данных, обнаруживаются все однократные ошибки; доля ошибок высокой кратности, оказывающихся необнаруженными, при модуле 7 меньше, чем при модуле 3. Тем самым эффективность контроля по модулю 7 выше, чем при модуле 3. Однако при контроле по модулю 7 контрольная часть слов содержит три двоичных разряда (вместо двух разрядов при модуле 3) и, кроме того, сложнее схемы формирования остатков (схемы свертки).
Взаключение рассмотрим построение схем свертки по модулю 3. Общим для этих схем является следующий метод получения остатка. Каждый разряд числа вносит определенный вклад
вформируемый остаток. В табл. 3 приведены остатки от деления на 3 значений, выражаемых единицами отдельных разрядов (т.е. весовых коэффициентов разрядов). Эти остатки для единиц нечетных разрядов равны 1, для четных разрядов они равны 2. Следовательно, для получения остатка от деления на 3 всего числа достаточно просуммировать остатки для единиц отдельных его разрядов и затем для получения суммы найти остаток от деления на 3.
Таблица 3
Например, пусть N = 11001011 2 ; сумма остатков, создаваемых отдельными разрядами,
S=1·2+1·1 + 0·2 + 0·1 + 1·2+0·1+1·2+1·1 = 8; далее, деля 8 на 3, получаем остаток r N = 2.
Схема свертки по модулю 3 для последовательной формы передачи чисел
Схема может быть выполнена в виде двухразрядного счетчика с циклом 3, построенного таким образом, что единицы нечетных разрядов поступающего на вход числа вызывают увеличение содержимого счетчика на единицу, а единицы четных разрядов вызывают увеличение числа в счетчике на два. Функционирование такого счетчика описывается табл. 4.
Здесь b— код, определяющий четность номера очередного разряда числа, поступающего на вход счетчика; примем для четных разрядов b = 0, для нечетных разрядов b = 1.
Таблица 4
Содержание
- Способы функционального контроля компьютерных систем
- Способы функционального контроля компьютерных систем
- 1.3.1. Диагностические программы
- 1.3.2. Взаимосвязь систем автоматизированного контроля
Способы функционального контроля компьютерных систем
В зависимости от метода, положенного в основу контроля СВТ, различают два основных вида контроля:
- программный;
- аппаратурный.
Каждый из них может использоваться как в оперативном режиме, т. е. в процессе работы СВТ, так и в режиме профилактических проверок, причем контроль может быть автоматическим или с привлечением оператора.
Программный контроль СВТ основан на использовании специальныхпрограмм, контролирующих работу СВТ. Он подразделяется на
- программно-логический
- тестовый.
Программно-логический контроль основан на том,что в основную рабочуюпрограмму вводятся дополнительные операции, при выполнении которых получается избыточная информация, необходимая для обнаружения и исправления ошибок. Наличие избыточности в информации позволяет, например, находить те или иные контрольные соотношения, которые связывают получаемые в процессе расчета значения и которые можно проверять по программе в конце каждого этапа вычислений. Так, если вычисляются значения синусов и косинусов, то правильность их вычисления можно проверить по известному соотношению: сумма квадратов синуса и косинуса равна 1. Часто прибегают к двойному просчету, при котором избыточность информации создается путем повторения вычислений, а контрольные соотношения — это совпадение результатов первого и второго просчетов.
Программно-логический контроль не требует применения специальной аппаратуры и позволяет обнаруживать ошибки, обусловленные случайными сбоями, в процессе проведения вычислений. Однако этот вид контроля приводит к значительному увеличению времени решения задачи.
Тестовый контроль предназначен для проверки правильности работы СВТили ее отдельных устройств с помощью специальных программ—тестов. Контроль с помощью тестов сводится к выполнению машиной определенных действий над исходными числами и сравнению результатов с известными. В случае несовпадения ответов фиксируется ошибка.
Все тесты подразделяются на
- наладочные
- проверочные
- диагностические.
Наладочные тесты служат для проверки правильности функционированияустройств и блоков во время наладки СВТ. Эти тесты предназначаются для обнаружения грубых ошибок (ошибки в монтаже, логике работы отдельных узлов и т. д.). Наладочные тесты используются для проверки центральных процессоров, устройств ввода-вывода, оперативной и внешней памяти. Они являются
самостоятельными программами и выполняются без помощи операционной системы
Проверочные тесты предназначены для периодической проверкиработоспособности СВТ и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации. Эти тесты обеспечивают более полный контроль и создают более разнообразные режимы работы узлов СВТ. Однако как наладочные, так и проверочные тесты свидетельствуют лишь о факте появления ошибки в том или ином устройстве, не указывая места ее возникновения.
Диагностические тесты служат не только для обнаружения ошибки,но идля локализации места неисправности.
Проверочные и диагностические тесты работают под управлением специальной тестовой программы проверки — монитора (часть управляющей программы), которая осуществляет вызов, выполнение каждого отдельного теста и управление им. Проверка устройств может производиться как в профилактическом, так и в оперативном (мультипрограммном) режиме, т. е. наряду с выполнением других программ (последний вид проверки устройств СВТ называется не автономной проверкой).
В современных вычислительных системах запуск тестов может производиться и автоматически по сигналу ошибки с контрольных схем СВТ. При этом после локализации ошибки развитые системы саморемонтируются (реконфигурация системы). В менее мощных системах процесс локализации ошибки сопровождается подачей оператору соответствующего сигнала.
Аппаратурные средства контроля создаются введением в состав СВТспециального дополнительного контрольного оборудования, работающего независимо от программы. Аппаратурный контроль обеспечивает проверку правильности функционирования СВТ практически без снижения ее быстродействия. Однако использование только аппаратурного контроля приводит к значительному усложнению и удорожанию СВТ. Кроме того, введение в состав СВТ большого количества избыточного сложного оборудования может привести к снижению ее общей надежности. Поэтому в современных СВТ применяется комбинированный метод контроля, представляющий собой сочетание программных и аппаратурных средств.
С целью предупреждения существенного искажения обрабатываемой информации (т. е. до того предела, когда она не сможет быть восстановлена) обнаружение ошибок в машине должно производиться непрерывно. Поэтому эта функция возлагается на быстродействующие аппаратурные средства контроля, которые позволяют практически полностью совместить во времени выполнение основных операций СВТ и необходимых контрольных операций. Локализация места возникновения неисправности и ликвидация последствий сбоев при этом возлагаются на программный контроль.
Комбинированный метод контроля позволяет при незначительном снижении эффективности и быстродействия СВТ существенно сократить время поиска и устранения ошибок и общий объем дополнительного оборудования СВТ, потребного для этих целей.
В целом эффективность системы контроля СВТ характеризуется следующими показателями:
- отношением количества оборудования, охваченного системой контроля, к общему количеству оборудования СВТ;
- вероятностью обнаружения системой контроля ошибок в работе СВТ;
- степенью детализации, с которой система контроля указывает место возникновения ошибки (точность диагноза);
- отношением количества оборудования системы контроля к общему количеству оборудования СВТ.
Следует отметить, что эффективные системы контроля и диагностики могут быть созданы при условии, если их разработка и проектирование СВТ проводятся одновременно и взаимосвязано. Только такой подход позволяет создавать наиболее рациональный контроль с минимальными затратами на его реализацию.
Источник
Способы функционального контроля компьютерных систем
Контроль —это проверка правильности работы объекта(элемента,узла,устройства). Правильно работает устройство— схема контроля не вырабатывает никаких сигналов (в некоторых системах, правда, вырабатывается сигнал нормальной работы), неверно работает устройство— схема контроля выдает сигнал ошибки. На этом заканчиваются функции контроля. Другими словами, контроль— это проверка: правильно — неправильно.
Процесс диагноза можно разделить на отдельные части, называемые элементарными проверками.
Элементарная проверка состоит в подаче на объект тестового воздействия и в измерении (оценке) ответа объекта на это воздействие. Алгоритм диагноза определяется как совокупность и последовательность элементарных проверок вместе с определенными правилами анализа результатов последних с целью отыскания места в объекте, параметры которого не отвечают заданным значениям.
Следовательно, диагностика — это тоже контроль, но контроль последовательный, направленный на отыскание неисправного места (элемента) в
диагностируемом объекте. Обычно диагностика начинается по сигналу ошибки,выработанному схемами контроля СВТ.
Систему автоматического контроля и диагностики часто называют
системой обнаружения ошибок.
Принцип организации системы автоматического контроля.
Возникновение ошибки в каком-либо устройстве СВТ вызывает сигнал ошибки, по которому выполнение программы приостанавливается.
По сигналу ошибки сразу же начинает работать система диагностики, которая во взаимодействии с системой контроля СВТ выполняет следующие функции:
- распознавание (диагностирование) характера ошибки (сбой, отказ);
- повторный пуск программы (части программы, операции), если ошибка вызвана сбоем;
- локализация места неисправности, если ошибка вызвана отказом, с последующим ее устранением путем автоматической замены (или отключения) вышедшего из строя элемента или замены с помощью оператора;
- запись в память СВТ информации обо всех происшедших сбоях и отказах для дальнейшего анализа.
1.3.1. Диагностические программы
Для PC существует несколько видов диагностических программ (некоторые из них поставляются вместе с компьютером), которые позволяют пользователю выявлять причины неполадок, возникающих в компьютере. Диагностические программы, применяемые в ПК можно разделить на три уровня:
- Диагностические программы BIOS — POST (Power-On Self Test— процедура самопроверки при включении). Выполняется при каждом включении компьютера.
- Диагностические программы операционных систем. Windows 9x и Windows ХР/2000 поставляются с несколькими диагностическими программами для проверки различных компонентов компьютера.
Самопроверка при включении (POST)
POST— последовательность коротких подпрограмм, хранящихся в ROM BIOS на системной плате. Они предназначены для проверки основных компонентов системы сразу после ее включения, что, собственно, и является причиной задержки перед загрузкой операционной системы.
При каждом включении компьютера автоматически выполняется проверка его основных компонентов:
- процессора,
- микросхемы ROM,
- вспомогательных элементов системной платы,
- оперативной памяти и основных периферийных устройств.
Эти тесты выполняются быстро и не очень тщательно при обнаружении неисправного компонента выдается предупреждение или сообщение об ошибке (неисправности). Такие неисправности иногда называют фатальными ошибками (fatal error). Процедура POST обычно предусматривает три способа индикации неисправности:
- звуковые сигналы,
- сообщения, выводимые на экран монитора,
- шестнадцатеричные коды ошибок, выдаваемые в порт ввода-вывода.
Звуковые коды ошибок, выдаваемые процедурой POST
При обнаружении процедурой POST неисправности компьютер издает характерные звуковые сигналы, по которым можно определить неисправный элемент (или их группу). Если компьютер исправен, то при его включении вы услышите один короткий звуковой сигнал; если же обнаружена неисправность, выдается целая серия коротких или длинных звуковых сигналов, а иногда и их комбинация. Характер звуковых кодов зависит от версии BIOS и разработавшей ее фирмы.
Сообщения об ошибках, выдаваемые на экран процедурой POST
В большинстве PC-совместимых моделей процедура POST отображает на экране ход тестирования оперативной памяти компьютера. Если во время выполнения процедуры POST обнаружена неисправность, на экран выводится соответствующее сообщение, как правило в виде числового кода из нескольких цифр, например: 1790-Disk 0 Error. Воспользовавшись руководством по эксплуатации и сервисному обслуживанию, можно определить, какая неисправность соответствует данному коду.
Коды ошибок, выдаваемые процедурой POST в порты ввода-вывода
Менее известной возможностью этой процедуры является то, что в начале выполнения каждого теста по адресу специального порта ввода-вывода POST выдает коды теста, которые могут быть прочитаны только с помощью устанавливаемой в разъем расширения специальной платы адаптера. POST-плата устанавливается в разъем расширения. В момент выполнения процедуры POST на ее встроенном индикаторе будут быстро меняться двузначные шестнадцатеричные числа. Если компьютер неожиданно прекратит тестирование или «зависнет», в этом индикаторе будет отображен код того теста, во время выполнения которого произошел сбой. Это позволяет существенно сузить круг поиска неисправного элемента.
В большинстве компьютеров POST-коды в порт ввода-вывода 80h.
Диагностические программы операционной системы
В составе ОС ДОС и Windows есть несколько диагностических программ. Которые обеспечивают выполнение тестирования составных частей СВТ. Современные диагностические программы имеют графические оболочки и входят в состав операционной системы. Такими программоми являются, например:
- утилита очистки диска от ненужных файлов;
- утилита проверки диска на наличие ошибок;
- утилита дефрагментации файлов и свободного пространства;
- утилита архивации данных;
- утилита конвертирования файловой системы.
Все перечисленные программы имеются и в Windows.
Диагностические программы фирм — производителей оборудования
Производители оборудования выпускают специальные специализированные программы для диагностики конкретного оборудования, конкретного производителя. Можно выделить следующие группы программ:
Программы диагностики аппаратного обеспечения
Многие типы диагностических программ предназначены для определенных типов аппаратного обеспечения. Эти программы поставляются вместе с устройствами.
Программы диагностики устройств SCSI
Большинство SCSI-адаптеров имеют встроенную BIOS, с помощью которой можно настраивать адаптер и выполнять его диагностику.
Программы диагностики сетевых адаптеров
Некоторые производители сетевых плат, также предлагают диагностическое программное обеспечение. С помощью этих программ можно проверить интерфейс шины, контроль памяти, установленной на плате, векторы прерываний, а также выполнить циклический тест. Эти программы можно найти на дискете или компакт-диске, поставляемом вместе с устройством, или же обратиться на Web-узел производителя.
Диагностические программы общего назначения
Большинство тестовых программ можно запускать в пакетном режиме, что позволяет без вмешательства оператора выполнить целую серию тестов. Можно составить программу автоматизированной диагностики, наиболее эффективную в том случае, если вам необходимо выявить возможные дефекты или выполнить одинаковую последовательность тестов на нескольких компьютерах.
Эти программы проверяют все типы системной памяти: основную (base), расширенную (expanded) и дополнительную (extended). Место неисправности зачастую можно определить с точностью до отдельной микросхемы или модуля
1.3.2. Взаимосвязь систем автоматизированного контроля
Система автоматизированного контроля ПК носит строго иерархический характер. Первый, самый нижний, уровень представлен разнообразными программами тестирования аппаратных средств ПК. Тестирующие программы размещены в BIOS. Основная задача тестирующих программ не допустит работу ПК с неисправными аппаратными средствами с целью исключения порчи или потери информации, размещенной в ПК. Программы выполняются при каждом включении ПК, пользователь не может вмешаться в процесс тестирования.
Работа системы автоматизированного контроля начинается с момента включения ПК. Эта последовательность операций организована в специальный процесс получивший название «загрузка». Начальный этап загрузки выполняется на всех компьютерах одинаково и не зависит от установленной на данном компьютере операционной системы.
Иногда при загрузке системы появляется сообщение какой-либо программы об ошибке. Совмещая полученную информацию со знаниями о процессе загрузки, можно определить, где произошел сбой.
Загрузка: начальный этап, не зависящий от типа установленной операционной системы
Процесс стандартной загрузки компьютера можно разделить на ряд этапов тестирования.
- Включение питания компьютера.
- Источник питания выполняет самотестирование. Если все нормально и все выходные напряжения соответствуют требуемым, источник питания выдает на системную плату сигнал Power_Good. Между включением компьютера и подачей сигнал проходит 0,1-0,5 с.
- Микросхема таймера получает сигнал Power_Good и прекращает генерировать подаваемый на микропроцессор сигнал Reset.
- Микропроцессор начинает выполнять код, записанный в ROM BIOS по адресу FFFF:0000. Размер ROM BIOS от этого адреса до конца составляет 16 байт; по данному адресу записана команда перехода на реально выполняемый код ROM BIOS.
- BIOS выполняет тестирование системы, чтобы проверить ее работоспособность. Обнаружив ошибку, система подаст звуковой сигнал, так как видеоадаптер все еще не инициализирован.
- В поисках программы работы с видеоадаптером BIOS сканирует адреса памяти видеоадаптера, начиная с С000:0000 и заканчивая С780:0000. Если BIOS видеоадаптера найдена, проверяется контрольная сумма ее кода. При совпадении контрольной суммы с заданной управление передается BIOS видеоадаптера, которая инициализирует видеоадаптер и выводит на экран курсор; в противном случае появляется сообщение «С000 ROM Error».
- Если BIOS видеоадаптера не найдена, используется видеодрайвер, записанный в микросхеме ROM системной платы, который инициализирует видеоадаптер и выводит на экран курсор.
- BIOS системной платы сканирует оставшуюся память с С800:0000 по DF80:0000 с шагом 2 Кбайт в поисках BIOS любых других подключенных к системной плате адаптеров (таких как SCSI-адаптеры). Обнаруженные BIOS выполняются так же, как и BIOS видеоадаптера.
- При несоответствии контрольной суммы любых BIOS выводится сообщение ХХХХ ROM Error, где ХХХХ — сегментный адрес некорректного модуля ROM.
- BIOS проверяет значение слова по адресу 0000:0472, чтобы определить, какая загрузка выполняется (холодная или горячая). В случае горячей загрузки по этому адресу записано слово 1234h, что приводит к пропуску POST Если по этому адресу записано другое слово, выполняется POST.
- Программа BIOS ищет в дисководе «A» системную дискету и читает на ней сектор 1, находящийся на цилиндре 0, стороне 0 (самый первый сектор). Современные версии BIOS позволяют загружаться не только с дискеты, но и с других устройств, например жесткого диска и накопителя CD-ROM. Порядок поиска загрузочных устройств определяется с помощью программы установки параметров BIOS. Этот сектор загружается по адресу 0000:7C00 и проверяет, является ли диск загрузочным.
- Если значения первых байтов считанного сектора некорректны, на экране отображается сообщение об ошибке загрузочной записи дискеты 602-Diskette Boot Record Error и система останавливается.
- Если дискета была подготовлена в DOS с помощью команды Format или Sys, а два первых файла в корневом каталоге не являются системными или их нельзя прочитать, выдается сообщение о том, что диск не системный:
«Non-System disk or disk error Replace and strike any key when ready».
Если дискета была подготовлена в DOS с помощью команды Format или Sys, а загрузочный сектор испорчен, на экран выдается сообщение о сбое при загрузке с диска:
Disk Boot failure
Дальнейшие действия зависят от установленной операционной системы.
Второй уровень представлен тестовыми программами операционной
системы. Программы запускаются пользователем при необходимости проверить работу конкретного элемента (например системный динамик) или системы ПК (например системы ввода-вывода).
Третий уровень, включает тестовые программы производителей оборудования и программы общего назначения, которые позволяют выполнить тестирование ПК в целом или отдельной достаточно большой системы. Тест проводится тщательно, занимает много времени и позволяет локализовать даже отдельные сбои оборудования и плавающие неисправности.
Программы верхнего уровня могут, быть использованы, только если будут успешно пройдены тесты первого уровня.
Источник