Диагностирование ЭВМ

1.Методы построения и характеристики систем диагностирования.

Система автоматического  диагностирования представляет собой комплекс программных, микропрограммных и аппаратурных средств и справочной документации (диагностических справочников, инструкций, тестов).

Введем некоторые  определения, которые потребуются  в дальнейшем при описании различных  систем автоматического диагностирования .

Различают системы  тестового и функционального диагностирования. В системах тестового диагностирования воздействия на диагностируемое устройство (ДУ) поступают от средств диагностирования (СД). В системах функционального диагностирования воздействия, поступающие на ДУ, заданы рабочим алгоритмом функционирования. Обобщенные схемы систем тестового и функционального диагностирования показаны на рис. 1.

Классификация средств диагностирования приведена на рис. 2.

В средних и  больших ЭВМ используются как  встроенные, так и внешние специализированные средства диагностирования. В микро-ЭВМ чаще находят применение встроенные средства подачи тестовых воздействий и внешние

универсальные средства (например, сигнатурные анализаторы) для снятия ответов и анализа результатов.

Процесс диагностирования состоит из определенных частей (элементарных проверок), каждая из которых характеризуется подаваемым на устройство тестовым или рабочим воздействием и снимаемым с устройства ответом. Получаемое значение ответа (значения сигналов в контрольных точках) называется результатом элементарной проверки.

Объектом  элементарной проверки назовем ту часть аппаратуры диагностируемого устройства, на проверку которой рассчитано тестовое или рабочее воздействие элементарной проверки.

Совокупность  элементарных проверок, их последовательность и правила обработки результатов определяют алгоритм диагностирования.

Алгоритм диагностирования называется безусловным, если он задает одну фиксированную последовательность реализации элементарных проверок.

Алгоритм диагностирования называется условным, если он задает несколько различных последовательностей реализации элементарных проверок.

Средства диагностирования позволяют ЭВМ самостоятельно локализовать неисправность при условии исправности диагностического ядра, т. е. той части аппаратуры, которая должна быть заведомо работоспособной до начала процесса диагностирования.

При диагностировании ЭВМ наиболее широкое распространение получил принцип раскрутки, или принцип расширяющихся областей, заключающийся в том, что на каждом этапе диагностирования ядро и аппаратура уже проверенных исправных областей устройства представляют собой средства тестового диагностирования, а аппаратура очередной проверяемой области является объектом диагностирования. Процесс диагностирования по принципу раскрутки, или расширяющихся областей, показан на рис.3. Диагностическое ядро проверяет аппаратуру первой области, затем проверяется аппаратура второй области с использованием ядра и уже проверенной первой области и т.д.

Средства тестового  диагностирования (СТД) выполняют следующие функции:

загрузку диагностической  информации;

-подачу тестовых воздействий на вход проверяемого блока;

-опрос ответов с выхода проверяемого блока;

-равнение полученных ответов с ожидаемыми (эталонными) ;

-анализ и индикацию результатов.

Для выполнения этих функций встроенные СТД в общем случае содержат устройства ввода (УВ) и накопители (Н) диагностической информации (тестовые воздействия, ожидаемые ответы, закодированные алгоритмы диагностирования), блок управления (БУ) чтением и выдачей тестовых воздействий, снятием ответа, анализом и выдачей результатов диагностирования, блок коммутации (БК), позволяющий соединить выходы диагностируемого блока с блоком сравнения, блок сравнения (БС) и устройство вывода результатов диагностирования (УВР). На рис. 4 приведена Структурная схема встроенных средств тестового диагностирования.

Показанные на структурной схеме блоки и  устройства могут быть частично или  полностью совмещенными с аппаратурой ЭВМ.

Как видно из структурной схемы, приведенной на рис. 4, встроенные средства диагностирования имеют практически те же блоки и устройства, что и универсальные ЭВМ. И неудивительно, что с развитием интегральной микроэлектроники и массовым выпуском недорогих микропроцессоров и микро-ЭВМ их стали использовать в качестве средств диагностирования ЭВМ. Такие специализированные процессоры, используемые в целях обслуживания и диагностирования ЭВМ, получили название сервисных процессоров (рис. 5). Благодаря своим универсальным возможностям и развитой периферии, включающей пультовый накопитель,    клавиатуру,    пишущую    машинку    и    дисплей,

сервисные процессоры обеспечивают комфортные условия работы и представление результатов  диагностирования обслуживающему персоналу в максимально удобной форме.

Для классификации  технических решений, используемых при реализации систем диагностирования, введем понятие метода диагностирования.

Метод диагностирования характеризуется объектом элементарной проверки, способом подачи воздействия и снятия ответов.

Существуют следующие  методы тестового диагностирования: командного ядра; уровня логических схем; эталонных состояний; микродиагностирования; диагностирования, ориентированного на проверку сменных блоков.

Методы функционального  диагностирования включают в себя диагностирование:

-с помощью схем встроенного контроля;

-с помощью самопроверяемого дублирования;

-по регистрации состояния.

Процесс разработки систем диагностирования состоит из следующих этапов (рис.6):

выбора метода диагностирования;

-разработки аппаратурных средств диагностирования;

-разработки диагностических тестов;

-разработки диагностических справочников;

-проверки качества системы диагностирования.

Для сравнения  различных систем диагностирования и оценки их качества чаще всего  используются следующие показатели:

-вероятность обнаружения неисправности F;

-вероятность правильного диагностирования D.

Неисправность диагностирована правильно, если неисправный блок указан в разделе диагностического справочника, соответствующим коду останова. В противном случае неисправность считается обнаруженной, но нелокализованной. Для ЭВМ

с развитой системой диагностирования обычно F>=0,95, D>=0,90.  

Рис. 6. Этапы проектирования систем тестового диагностирования

В том случае, когда неисправность только обнаружена, необходимы дополнительные процедуры по ее локализации;

Cредняя продолжительность однократного диагностирования .

 Величина  t_д включает в себя продолжительность выполнения вспомогательных операций диагностирования и продолжительность собственно диагностирования. Часто удобнее использовать коэффициент продолжительности диагностирования

k_д=1- /_в,                             (-1-)

где _в — время восстановления. Коэффициент k_д показывает, какая часть времени восстановления остается на восстановительные процедуры. Так, например, если t_д=15мин,

а _в=60мин_> k_д= 1—15/60=0,75;

Глубина поиска дефекта L.

  Величина L указывает составную часть диагностируемого устройства с точностью, до которой определяется место дефекта. В ЭВМ за глубину поиска дефекта L часто принимается число предполагаемых неисправными сменных блоков (ТЭЗ), определяемое по формуле:

L=                                      (-2-)

где ni — число предполагаемых неисправными сменных блоков (ТЭЗ) при i-й неисправности; N —общее число неисправностей.

В качестве показателя глубины поиска дефекта можно  также использовать коэффициент глубины поиска дефекта Kг п. д, определяющий долю неисправностей, локализируемых с точностью до М сменных блоков (ТЭЗ), М=1, 2, 3, ..., т.

Пусть di= l, если при i-й неисправности число подозреваемых сменных блоков не превышает М. В противном случае di=0. Тогда (ni ≤ M)

Kг п. д. =                          (-3-) 
 

Для ЭВМ с  развитой системой диагностирования для  M<3 обычно Kг.п.д>0,9. Это означает, что для 90% неисправностей число предполагаемых неисправными сменных блоков, указанных в диагностическом справочнике, не превышает трех;

Объем диагностического ядра h — доля той аппаратуры в общем объеме аппаратуры ЭВМ, которая должна быть заведомо исправной до начала процесса диагностирования. В качестве показателя объема диагностического ядра можно пользоваться также величиной

H = 1— h                               (-4-)

Для ЭВМ, использующих принцип раскрутки и метод  микродиагностирования, H≥0,9. 

2. Методы командного ядра.

Этот метод  основан  на  использовании   программных средств автоматического диагностирования.

В системе команд ЭВМ выделяется ядро команд, включающее в себя команды, необходимые для загрузки тестов, сравнения результатов с эталонными, ветвления по несовпадению результатов и выдачи диагностического сообщения обслуживающему персоналу. Команды ядра могут также включать в себя специальные диагностические команды.

Объектом элементарной проверки при этом методе является аппаратура, используемая при выполнении команды.

Поскольку определенная часть аппаратуры ЭВМ может использоваться при выполнении различных команд, пересечение подозреваемых и исключение исправных частей ап-

паратуры может  повысить глубину   поиска   дефекта   при диагностировании.

Недостатком метода является значительный объем диагностического ядра.

3.Метод диагностирования на уровне

логических  схем.

При этом методе диагностирования объектами элементарных проверок являются произвольные логические схемы. Среди различных реализаций этого метода наибольшее распространение получила раздельная проверка схем с памятью (регистров и триггеров) и комбинационных схем. Рассмотрим две реализации этого метода: двухэтапное диагностирование и последовательное сканирование.

Двухэтапное диагностирование

Диагностическая информация, включающая в себя данные тестового воздействия, результат и состав контрольных точек элементарной проверки, адрес следующих элементарных проверок в алгоритме диагностирования, имеет стандартный формат, называемый   тестом- локализации  неисправностей (ТЛН).

Рис. 7 Формат ТЛН

Подача тестовых воздействий, снятие ответа, анализ и выдача результатов реализации алгоритма диагностирования выполняются с помощью стандартных диагностических операций «Установка», «Опрос», «Сравнение» и «Ветвление».

Стандартный формат ТЛН показан на рис. 7. Тест локализации неисправностей содержит установочную и управляющую информацию, адрес ячейки памяти, в которую записывается результат элементарной проверки, эталонный результат, адреса ТЛН, которым передается управление при совпадении и несовпадении результата с эталонным, и номер теста. Стандартные диагностические операции, последовательность которых приведена на рис. 8, могут быть реализованы аппаратурно или микропрограммно. 

 

Рис 8. Операции выполняемые при диагностирование методом двухэтапного диагностирования.

Диагностирование  аппаратуры по этому методу выполняется в два этапа:

на первом этапе  проверяются все регистры и триггеры, которые могут быть установлены  с помощью операции «Установка»  и опрошены по дополнительным выходам  операцией «Опрос»;