Достоверность вычислительных систем

 

 

Достоверность вычислительных систем определяется достоверностью выходной информации, которая зависит от используемых алгоритмов ее обработки. Это означает, что если алгоритм спроектирован правильно и на вход подается корректная информация, то вычислительная система выдаст результат решения задачи не содержащий ошибок.

Как правило, а это показывает опыт разработки вычислительных систем, со временем описанных выше двух условий становится не достаточно. Ошибки могут возникать на различных стадиях обработки информации. Поэтому в данном разделе мы рассмотрим достоверность информации в вычислительных системах, как основного источника неверного решения задачи.

К основным этапам обработки информации в вычислительных системах относятся1: сбор информации, содержащейся в «бумажных» документах; перенос информации на машинные носители; передача информации по каналам связи; ввод информации в ЭВМ; обработка информации в ЭВМ пользовательским ПО; вывод информации из ЭВМ в виде, пригодном для дальнейшего использования.

Перенос информации на машинные носители и ввод информации в ЭВМ. Ключевым аспектом возникновения ошибок при переносе информации являются сбои в оборудовании, которое для этого используется. Эти сбои могут появляться по различным причинам, однако основные из них все же стоит выделить отдельно.

Перенос на носитель знаков, не соответствующих тем, которые набираются на клавиатуре или некорректное распознавание отсканированной копии документа, из-за поломки сканирующего устройства – это неисправность устройства ввода. И, конечно же, ошибочные действия оператора-человека.

Передача информации по каналам связи. В этом случае уместно рассмотреть причины, приводящие к искажению заведомо правильной информации, подготовленной для передачи.

Причинами искажения информации и появления в ней ошибок при передаче по каналам связи в большинстве случаен являются: ошибки, вносимые оконечными комплектами аппаратуры передачи данных; искажения, вносимые каналом: шум канала, частотные искажения, потери информации по причине временной неработоспособности.

Обработка информации в ЭВМ пользовательским ПО. Здесь причины возникновения ошибок очевидны – это сбои в работе аппаратного и программного обеспечения ЭВМ. Во-первых, ошибочная работа внешних накопителей. Во-вторых, сбои в работе процессора, например, в результате работы вредоносных программ. В-третьих, ошибки, содержащиеся в коде ПО, ошибочно реагирующие на некоторую комбинацию входных данных. И, наконец, неверная реакция оператора на консольные сообщения операционной системы или программ пользователя.

Вывод информации из ЭВМ. Причинами ошибок, возникающих на этапе вывода, являются: неисправная работа печатающих устройств; неудобная форма выходных данных, способная привести в принятию неверного решения.

Для исключения возможности возникновения на перечисленных выше этапах используются различные методы. Кратко рассмотри наиболее важные из них.

Математические методы контроля. Они используются для обнаружения ошибок, являющихся следствием неверного порядка выполнения вычислительных операций или использования данных, выходящих за установленные диапазоны, а также некорректных операндов. Например, способ подстановки состоит в том, что в результат решения уравнении подставляются корни. Если левая и правая части уравнений оказываются равными с заданной погрешностью, то результат считается верным. Способ позволяет обнаружить случайные и систематические ошибки.

Проверка с помощью дополнительных связей может использоваться в том случае, если между контролируемыми величинами имеются однозначные или корреляционные зависимости.

Проверка предельных значений используется для предотвращения дальнейших вычислений, если контролируемая величина оказалась в недопустимых для нее пределах.

Методы контроля, использующие избыточность.

Контроль по методу избыточных цифр базируется на добавлении к контролируемому числу проверочной цифры. Если в числе будет допущена ошибка, то результат преобразований не совпадет с заданным результатом.

Контроль, использующий принцип обратной связи, широко применяется при передаче данных по каналам связи. В случае обнаружения на приемной стороне ошибки на передающую сторону посылается повторный запрос.

Логические методы контроля основаны на логической непротиворечивости контролируемых данных.

Метод смысловых проверок базируется на оценке семантического значения контролируемых величин и реализуется в установлении пределов, превышение которых лишает контролируемую величину смысла.

Контроль по отклонениям состоит в том, что контролируются отклонения получаемых многократно величин от их предыдущих значений. Если эти отклонения существенны, то это является сигналом для детальной проверки и выявления возможных ошибок.

Контроль заданной последовательности записей. Осуществляется по порядковому номеру, который присваивается записям, подлежащим обработке. Нарушение порядка в последовательности номеров свидетельствует об ошибке (например, неверном результате сортировки).

Метод шаблонов является методом формальной проверки правомерности наличия символов и цифр в информации, участвующей в данной фазе обработки. Например, в шифре изделия, составленном по определенному классификатору, не должно быть букв.

Контроль за временем решения задачи позволяет в случае чрезмерного увеличения времени решения задачи сделать вывод о неправильной работе ЭВМ или зацикливании программы.

Метод экспертных оценок используется для окончательной оценки полученной информации после обработки.

Кроме того, используются аппаратные методы контроля достоверности информации, например, применение модулей памяти с обнаружением и коррекцией ошибок (см. п. 3.5).

При написании программного обеспечения следует уделять особое внимание контролю корректности вводимой информации, проверять диапазоны вводимых значений, там, где это возможно заменять ручной ввод данных выбором из выпадающих списков и т.д.

1 Об этом можно подробно прочитать по адресу

http://www.info-system.ru/is/theory/theory_reality_info.html

 


Лекция добавлена 28.02.2013 в 00:35:16