Диагностика аппаратных проблем. Обзор: программные средства диагностики Аппаратурные и программные средства технического диагностирования

Все средства делят на:

1. Средства тестового контроля и диагностики. Тест – проверка с заведомо известным эталонным результатом. Тестовый контроль – выполнение контроля и диагностики с помощью теста. При проведении тестового контроля, объект контроля предварительно выводиться из контура управления.

2. Средства функционального контроля. Контроль системы в процессе функционирования.

В связи с тем, что функциональный контроля и тестовый проводятся в различных условиях, то и объёмы выполняемых проверок различны. Алгоритмы контроля и диагностики могут быть:

· Условными.

· Безусловными.

Любой процесс контроля представляет из себя процесс управления. Целью такого процесса управления является определение класса технического состояния или состояний с наибольшей достоверностью.

На практике глубина функционального контроля ниже, чем глубина тестового контроля и диагностики. Для того, чтобы можно было осуществлять контроли, при проектировании систем должны быть заложены специальные средства.

Средства контроля и диагностики и средства функционального контроля могут быть:

ü Программные.

ü Аппаратные.

ü Программно-аппаратные.

Тестовый контроль и диагностика относятся к категории превентивных средств. Средства функционального контроля рассчитаны на выявление ошибок во время функционирования системы.

Обобщённые функциональные схемы средств тестового контроля и диагностики и функционального контроля.

ОП – обслуживающий персонал.

Задатчик – прибор, формирующий вектор входных воздействий, по указанию ОП.

ОК – объект контроля.

БРИРК – блок распознавания и регистрации результатов контроля.

Решение – блок, вырабатывающий решение по результатам контроля.

МОК – модель объекта контроля.

В большинстве случаем система контроля и диагностики работает под управлением ОП. ОП из набора допустимых проверок задаёт проверку. Задатчик формирует вектор входных воздействий. В БРИРКе распознаётся вектор входных воздействий и из памяти блока выбирается эталонный результат. Объект контроля отрабатывает входные воздействия и выдаёт результат. В блоке решения результаты сравниваются два результата и делается вывод успешности теста.

В качестве модели объекта контроля может выступать достоверно проверенный тот же объект контроля, может использоваться физическая или математическая модель контроля. Особенность функционального контроля в том, что главный вывод: реакция объекта контроля и реакция, полученная на модели объекта контроля, не противоречит друг другу. Сигнал аварии срабатывает только тогда, если результаты противоречат друг другу.

Отсюда, решение в СФК является более сложным. Нужны математические факты противоречия результатов друг другу.

Средства технической диагностики и контроля (СрДК) являются основной частью СДК, определяют эксплуатационно-технические характеристики этих систем и предоставляют всю необходимую информацию потребителям о техническом состоянии диагностируемых РЭС. В диагностировании они играют роль оконечных устройств, являясь источниками информации для потребителя и одновременно приемником и устройством обработки диагностической информации. СрДК относится к широкому классу информационно-измерительных систем (ИИС), выступает в роле оконечных устройств СДК и ИИС своими параметрами определяют все выходные параметры системы. Если объект диагностирования позволяет реализовывать определённую глубину поиска места отказа, а СрДК для этого не приспособлены, то эта операция не может быть осуществлена на требуемом уровне.

Средства технической диагностики и контроля.

Таким образом, главным требованием к СрДК выдвигается необходимость обеспечения соответствия возможностей и параметров СрДК возможностям и параметрам объекта диагностирования. Кроме того, современные информационные измерительные системы для контроля и диагностирования РЭС являются сложными радиомеханическими системами, характеризующими совокупность параметров функционального использования (ПФИ), техническим и эксплуатационным параметрам. С этой точки зрения СрДК могут рассматриваться как объекты диагностирования и объекты метрологического обеспечения.

Являясь неотъемлемой частью СТД, СрДК определяют контроляпригодность объекта диагностирования, которая является свойством изделия, характеризующая его приспособленность к проведению диагностики и контроля заданными средствами. Следовательно, при анализе в СТД для любой сложной РЭС, СрДК должны или задаваться заранее, или проектироваться совместно с объектом диагностирования.

Рис. 6. Классификация СрДК.

Признаки: 1 – по характеру уникальных задач; 2 – по способу связи и расположению; 3 – по назначению и виду обработки информации; 4 – по режиму контроля объекта диагностирования и кратности применения; 5 – по способу обработки информации и представления результатов; 6 – по виду программирования, индикации и регистрации; 7 – по степени унифицированности и автоматизации.

1 признак: 8 – контроль работоспособности; 9 – контроль и диагностика; 10 – диагностика; 11 – прогнозирование работоспособности; 12 – контроль прогнозирования; 13 – контроль управления;

2 признак: 14 – встроенные; 15 – внешние; 16 – смешанные; 17 – неподвижные; 18 – подвижные;

3 признак: 19 – оперативные; 20 – предстартовые; 21 – профилактические; 22 – технологические; 23 – специализированные; 24 – универсальные;

4 признак: 25 – со статическим режимом; 26 – с динамическим режимом; 27 – с непрерывным контролем; 28 – с периодическим контролем; 29 – с последовательным поиском неисправности; 30 – с комбинированным поиском неисправности;

5 признак: 31 – аналоговые; 32 – дискретные; 33 – аналого-дискретные; 34 – с допусковой оценкой результатов; 35 – с количественной оценкой результатов;

6 признак: 36 – с внешним программированием; 37 – с внутренним программированием; 38 – с централизованной индикацией и регистрацией; 39 – со смешанной индикацией и регистрацией; 40 – с автономной индикацией;

7 признак: 41 – унифицированные; 42 – неунифицированные; 43 – полуавтоматические; 44 – автоматические.

Классифицируя СрДК как составную часть средств их можно подразделить на следующие средства:

универсального применения (на базе ЭВМ) и средства специализированного применения (стенды диагностирования);

встроенного контроля и средства с внешним контролем;

автоматические (свыше 90% операций выполняются автоматически), автоматизированные (40% - 90% операций выполняются автоматически) и ручные.

Классификация СТД позволяет дать описание назначения средств контроля, способов контроля и связи с объектом, способов получения и обработки информации.

Наиболее широкое распространение имеют СТД оценивающие технические состояние объекта в момент контроля (перспективным является СТД с прогнозированием работоспособности).

Параметры СрДК.

СрДК как средства технической эксплуатации РЭС можно классифицировать на

информационно-измерительные приборы общего применения (вольтметры, амперметры, осциллографы, генераторы и тому подобное);

имитаторы и измерители параметров систем (различные тестеры);

имитаторы сигналов отдельных типов РЭС;

комплексные приборы для проверки работоспособного состояния РЭУиС;

комплексные стенды диагностирования, контроля, регулировки и восстановления РЭУиС;

диагностические комплексы для настройки сложных систем;

автоматические и автоматизированные устройства и системы контроля на базе ЭВМ.

Основными параметрами СрДК являются: точность измерения, точность воспроизведения эмитируемых сигналов, информационная производительность, инструментальная достоверность, разрешающая способность, степень автоматизации. Все перечисленные параметры относятся к ПФИ СрДК. Технические параметры СрДК это те же технические параметры, которые рассматривались для РЭУиС (учитываются условия эксплуатации, параметры надежности).

Средства диагностирования являются так же объектами технической эксплуатации и объектами диагностирования, для этого в них предусматривается режимы самоконтроля, которые реализуются с помощью встроенных или внешних систем средств контроля и диагностики.

Точность средств измерений можно оценивать мерой точности , где- среднеквадратическая погрешность. Основную долю погрешности измерений вносят первичные преобразователи и элементы измерительного тракта. В общем случаеопределяется выражением:, где- среднеквадратическая погрешность преобразователей,- СКП нормализаторов,- СКП коммутаторов,- СКП собственно измерительного прибора.

Точность воспроизведения имитационных сигналов характеризуется погрешностями электрических или технических и функциональных параметров. Производительность СрДК задается средней оперативной продолжительностью диагностирования или количеством РЭУиС диагностируемых за заданные интервал Т: , где- продолжительность диагностирования. Производительность СрДК зависит от емкостей входов, а также от времени готовности средств к диагностированию. Под емкостью входов понимают максимальное количество диагностических показателей, которые могут определяться в процессе диагностирования. Разрешающая способность СрДК характеризует составляющую выходной информации, определяющую возможности раздельного воспроизведения данных от двух различных источников (сигналы одного блока или сигналы о состоянии двух различных блоков). Степень автоматизации показывает количество автоматизированных операций относительно их общего числа, является отношением. В качестве показателей СрДК могут применяться коэффициент технического использования СрДК () и его различные модификации.

Диагностика неисправностей КС имеет два аспекта: аппаратный и программный. Аппаратный аспект подразумевает использование аппаратурных средств диагностики - стандартной КИА, специальной КИА, сервисных плат, устройств и комплексов.

При аппаратном методе диагностики, используются инструменты и приборы для измерений напряжений, параметров сигналов и логических уровней в схемах ПК. Этот метод требует глубоких знаний логики работы ПК, микросхемотехники, радиоэлектроники, ЭРИ и определенных навыков работы с сервисным тестовым оборудованием. Следует отметить, что чисто аппаратная диагностика практически не встречается, разве что при диагностике с использованием словарей неисправностей или таблиц эталонных состояний, да и то - симптомы, которыми в этих случаях приходится руководствоваться, выработаны либо ОС, либо тест-программой, либо микропрограммным тестом, а это уже не чисто аппаратная диагностика. Чисто аппаратной можно считать диагностику отдельных узлов ЭВМ, таких как ТЭЗ, которые проверяются не при автоматическом выполнении АПС проверочных тестов, а при подаче тестирующих последовательностей на исследуемый узел непосредственно от сервисного устройства, например УТК, или генератора стимулирующих воздействий.

Программный аспект диагностики подразумевает использование тестирующих программ различных классов: микропрограммные тесты, встроенные тест-программы, внешние тест-программы общего применения, наконец, - внешние тест-программы углубленного тестирования. Сюда же следует отнести и те небольшие программы или примеры, которые приходится писать пользователями аппаратно-программных систем, для конкретных случаев диагностики неисправностей отдельного узла ПК в конкретном режиме его работы.

При программном методе диагностики, большая часть диагностических процедур возлагается на диагностические программные средства. Этот метод требует определенных знаний различных диагностических программ, начиная с POST-программы и кончая программными средствами углубленной диагностики компонент ВС.

Система автоматического диагностирования представляет собой комплекс программных, микропрограммных и аппаратурных 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 функционального диагностирования воздействия, поступающие на диагностируемое устройство, заданы рабочим алгоритмом функционирования. 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.

Windows XP получает данные о производительности от компонентов компьютера. Работающий компонент системы генерирует данные о производительности. Эти данные представляются в виде объекта производительности, который обычно называется так же, как компонент, генерирующий данные. Например, объект «Процессор» представляет собой набор данных о производительности процессоров, имеющихся в системе.

Различные объекты производительности, встроенные в операционную систему, обычно соответствуют основным компонентам оборудования, таким как память, процессоры и т. д. Другие программы могут устанавливать собственные объекты производительности. Например, такие службы, как WINS, предоставляют объекты производительности, наблюдение за которыми можно осуществлять с помощью диаграмм и журналов. Каждый объект производительности содержит счетчики, дающие сведения о конкретных элементах системы или службы. Например, счетчик «Обмен страниц в сек» объекта «Память» отслеживает скорость обмена страниц памяти. Несмотря на то, что в системе может иметься гораздо больше объектов, обычно наиболее часто для наблюдения за системными компонентами используются следующие объекты, доступные по умолчанию: кэш, память, объекты, файл подкачки, физический диск, процесс, процессор, сервер, система, поток.

Компоненты «Системный монитор» и «Оповещения и журналы производительности» предоставляют подробные сведения о ресурсах, используемых конкретными объектами операционной системы и программами, предназначенными для сбора данных. Данные о производительности отображаются в виде диаграмм. Кроме того, данные записываются в журналы (Приложение В). Компонент «Оповещения» позволяет отправить пользователям уведомление посредством службы сообщений Windows, когда значение счетчика достигнет, превысит или упадет ниже заданного порога.

Результаты наблюдения за производительностью часто используются службой технической поддержки корпорации Майкрософт при диагностике неполадки. Поэтому наблюдение за производительностью системы рекомендуется в качестве одной из задач администратора.

Диспетчер задач представляет собой еще одно средство для получения данных о производительности компьютера, работающего под управлением Windows XP. Диспетчер задач предоставляет данные о программах и процессах, выполняемых компьютером, а также сводку сведений об использовании процессора и памяти

Пакет диагностических утилит SiSoft Sandra (аббревиатура расшифровывается как System Analyzer Diagnostic and Reporting Assistant, что означает: помощник в проведении анализа и диагностики системы) является одним из решений для непрофессионального пользователя. В состав полной версии пакета входят около 70 модулей для сбора информации обо всех основных компонентах ПК. Имеется возможность проверки расположения и содержимого основных конфигурационных файлов. Графический интерфейс программы достаточно нагляден и позволяет получить самую полную информацию о компьютере, включая порой и недокументированную. Главное окно программы напоминает панель управления Windows, только с большим количеством ярлыков. Каждый из них соответствует отдельной утилите, ответственной за сбор и отображение информации об определенном устройстве, входящем в систему, с предоставлением данных о производителе, версии, дате изготовления, быстродействии и т.п. После инсталляции на Рабочем столе и в Контрольной панели появляется ярлык к SiSoft Sandra. Двойной щелчок мышью по этому значку вызывает оболочку пакета, представляющую собой окно с пиктограммами входящих в него утилит. Существует четыре режима отображения пиктограмм: информационные утилиты, утилиты оценки производительности, просмотр системных файлов, утилиты тестирования. Выбор того или иного режима осуществляется через пиктограммы на линейке вверху окна оболочки. По умолчанию устанавливается режим отображения пиктограмм информационных утилит.

Сводная информация о тестируемом компьютере представлена в Приложении А. Стресс-тестирование компьютерной системы представлен в Приложении Б.

Для контроля и диагностики цифровых устройств применяются две основные группы методов: тестовые и функциональ­ные. Для их реализации используются аппаратные и программные средства. При тестовом контроле осуществляют подачу специальных воз­действий (тестов), снятие и анализ реакций контролируемой системы (устройства, узла) в то время, когда она, как правило, не работает по своему прямому назначению. Этим и определяется область применения этого вида контроля: в процессе наладки систем, во время регламента, для автономной проверки систем перед началом штатного функционирова­ния.

Функциональный контроль предназначен для контроля и диагностирования системы в процессе ее работы. Однако если, средства функционального контроля имеются в системе, то они, как правило, используются и при тес­товом контроле. Средства функционального контроля обеспечивают:

Обнаружение неисправности в момент ее первого проявления в контрольной точке, что особенно важно в случае, когда действие не­исправности надо быстро блокировать;

Выдачу информации, необходимой для управления работой системы при наличии неисправности, в частности, для изменения (реконфигура­ции) структуры системы;

Сокращение времени поиска неисправности.

При использовании аппаратных средств функционального контроля в состав узла или устройства вводится избыточная аппаратура, которая функционирует одновременно с основной аппаратурой. Сигналы, возника­ющие в процессе функционирования основной и контрольной аппаратуры, сопоставляются по определенным законам. В результате такого сопостав­ления вырабатывается информация о правильности функционирования контролируемого узла (устройства), В качестве избыточной аппаратуры в простейшем случае используется копия проверяемого узла (так называе­мая структурная избыточность), а также и простейшее контрольное соотношение в виде сравнения двух одинаковых наборов кодов. В об­щем случае используются более простые контрольные устройства, зато усложняются способы получения контрольных соотношений.

Для контроля функционирования основного и контрольного устройств применяют методы сопоставления: входных и выходных слов, внутренних состояний и переходов.

Первому методу отвечает дублирование, мажорирование, а также контроль по запрещенным кодовым комбинациям. К нему относятся также методы избыточного кодирования. Избыточное кодирование основывается на введении во входную, обрабатываемую и выходную информации дополнительных символов, которые вместе с основными образуют коды, обладающие свойствами обнаружения (исправления) ошибок. Второй метод используют преимущественно для контроля управляю­щих цифровых устройств.

Для контроля получили распространение следующие типы кодов: код с проверкой на четность, код Хэмминга, итеративные коды, равно­весные, коды в остатках, циклические коды.

Код с проверкой четности (нечетности) образуется путем добав­ления к группе информационных разрядов, представляющих собой простой (не избыточный) код, одного избыточного (контрольного) разряда. При использовании контроля по четности контрольная цифра чет­ности равна «0», если число единиц в коде четное, и «1», если число единиц нечетное. В дальнейшем при передаче, хранении и обработке слово переда­ется со своим разрядом. Если при передаче информации приемное уст­ройство обнаруживает, что значение контрольного разряда не соот­ветствует четности суммы единиц слова, то это воспринимается как признак ошибки. По нечетности контролируется полное пропадание информации, так как кодовое слово, состоящее из нулей, относится к запрещенным. Код с проверкой четности имеет небольшую избыточность и не требует больших затрат оборудования на реализацию контроля. Этот код применяют для контроля: передача/информации между регистрами, считывания информации в оперативной памяти, обменов между устрой­ствами.

Итеративные коды применяют при контроле передач массивов ко­дов между внешним ЗУ и процессором, между двумя процессорами и в других случаях. Итеративный код образуется путем добавления дополнительных разрядов по четности к каждой строке каждому столб­цу передаваемого массива слов (двумерный код). Кроме того, четность может определяться еще и по диагональным элементам массива слова (многомерный код). Обнаруживающая способность кода зависит от чис­ла дополнительных контрольных символов. Он позволяет обнаружить многократные ошибки и прост в реализации.

Корреляционные коды характеризуются введением дополнительных символов для каждого разряда информационной части слова. Если в каком-либо разряде слова стоит 0, то в корреляционном коде это записывается как « 01», если 1, то символом «10». Признаком искажения кодов является появление символов «00» и «11».

Код с простым повторением (контроль по совпадению) основан на повторении исходной кодовой комбинации, декодирование происхо­дит путем сравнения первой (информационной) и второй (проверочной) частей кода. При несовпадении этих частей принятая комбинация считается ошибочной.

Равновесные коды используются для контроля передач данных между устройствами, а также при передаче данных по каналам связи. Рав­новесный код - это код, который имеет некоторое фиксированное чис­ло единиц (весом называется число единиц в коде). Примером равновесного кода является код "2" из "5", из "8". Существует бесконечное количество равновесных кодов.

Контроль по запрещенным комбинациям, в микропроцессорных уст­ройствах используются специальные схемы, обнаруживающие появление запрещенных комбинаций, например, обращение по несуществующему адресу, обращение к несуществующему устройству, неправильный выбор адреса.

Корректирующий код Хэмминга строится таким образом, что к име­ющимся информационным разрядам слова добавляется определенное чис­ло D контрольных разрядов, которые формируются перед передачей информации путем подсчета четности сумм единиц для определенных групп информационных разрядов. Контрольное устройство на приемном конце образует из принятых информационных и контрольных разрядов путем аналогичных подсчетов четности адрес ошибки, ошибочный разряд корректируется автоматически.

Циклические коды применяют в средствах последовательной пере­дачей двоичных символов, составляющих слово. Типичным примером таких средств служит канал связи, по которому осуществляется пере­дача дискретных данных. Особенность циклических кодов, определяющих их название, сос­тоит в том, что если N-значная кодовая комбинация принадлежит данному коду, то и комбинация, полученная циклической перестанов­кой знаков, также принадлежит этому коду. Основным элементом кодирующей и декодирующей аппаратуры при работе с такими кодами служит сдвигающий регистр с обратной связью, обладающий необходимыми циклическими свойствами. Циклический код N-значного числа, как и всякий систематичес­кий код, состоит из информационных знаков и контрольных, причем последние всегда занимают младшие разряды. Так как последовательная передача производится, начиная со старшего разряда, контрольные знаки передаются в конце кода.

Программные средства функционального контроля исполь­зуются для повышения достоверности функционирования отдельных устройств, систем и сетей в том случае, когда эффективность аппаратных средств обнаружения ошибок оказывается недостаточной. Программные методы функционального диагностирования основаны на установлении определенных соотношений между объектами, участвующи­ми в ходе работы для обеспечения обнаружения ошибок. В качестве объектов могут выступать отдельные команды, алгоритмы, программные модули, комплексы программ (функциональных и служебных).

Контрольные соотношения устанавливаются на системном, алго­ритмическом, программном и микропрограммном уровнях.

В основе формирования контрольных состояний лежат два принципа:

Реализация программными средствами различного уровня методов функционального диагностирования на основе теории кодирования, т.е. используется информационная избыточность;

Составление специальных соотношений по различным правилам на основе использования временной избыточности (двойной и многократ­ный счет, сравнение с заранее рассчитанными пределами, усечение алгоритма и др.) путем преобразования вычислительного процесса.

Оба принципа используются для диагностирования всех основных операций, выполняемых процессорными средствами - операций ввода – вывода, хранения и передач информации, логических и арифметических.

Достоинством программных средств функционального контроля является гибкость и возможность использования любого соче­тания для оперативного обнаружения ошибок. Они играют важную роль в обеспечении требуемого уровня достоверности обработки информации. Для своей реализации они требуют дополнительных затрат машинного времени и памяти, дополнительных операций по программированию и подготовке контрольных данных.

Контроль методом двойного или многократного счета состоит в том, что решение всей задачи в целом или отдельных ее частей выполняется два или более раз. Результаты сравниваются и их совпадение считается признаком верности. Используются и более сложные правила сравнения, например, мажорированные, когда за правильный принимаем результат, который соответствует большему числу правильных резуль­татов.

Реализация двойного или многократного счета состоит в том, что определяются контрольные точки, в которых будет проходить cpaвнение, и выделяются специальные объемы памяти для хранения резуль­татов промежуточных и окончательных вычислений, применяются ко­манды сравнения и условного перехода на продолжение вычисления (при совпадении результатов) либо на очередное повторение (при несовпа­дении результатов.).

Контроль по методу усеченного алгоритма, на основе анализа алгоритмов, выполняемых процессором, строится так называемый усеченный алго­ритм. Задача решается как по полному алгоритму, обеспечивающему необходимую точность, так и по усеченному алгоритму, который позволял быстро получить решение, хотя и с меньшей точностью. Затем прово­дится сравнение точного и приближенного результатов. Примером усе­ченного алгоритма является изменение шага решения (увеличение) при решении дифференциальных уравнений.

Способ подстановки . При решении систем уравнений, в том числе нелинейных и трансцендентных, предусматривается подстановка в исходные уравнения найденных значений. После этого производится срав­нение правых и левых частей уравнения с целью определения невязок. Если невязки не выходят из заданных пределов, решение считается правильным. Время, затраченное на такой контроль, всегда меньше, чем на повторное решение. Кроме того, таким способом обнаруживайте не только случайные, но и систематические ошибки, которые двойным счетом часто пропускаются.

Метод проверки предельных значений или метод "вилок". В большинстве задач можно заранее найти пределы ("вилку"), в которых должны нахо­диться некоторые искомые величины. Это можно сделать, например, на основе приближенного анализа процессов, описываемых данным ал­горитмом. В программе предусматриваются определенные точки, где реализуется проверка на нахождение переменных в заданных пределах. Таким методом можно обнаруживать грубые ошибки, которые делают бессмысленным продолжение работы.

Проверка с помощью дополнительных связей . В некоторых случая удается использовать для контроля дополнительные связи между иско­мыми величинами. Типичным примером таких связей являются известные тригонометрические соотношения. Возможно использование корреляционных связей для задач обработки случайных процессов, статической обработки. Разновидностью этого подхода являются так называемые балансовые методы их суть в том, что отдельные группы данных удовлетворяют определенным соотношениям. Метод позволяет обнаруживать ошибки, вызванные сбоями.

Метод избыточных переменных состоит во введении дополнитель­ных переменных, которые либо связаны известными соотношениями с основными переменными, либо значения этих переменных при определенных условиях известны заранее.

Контроль методом обратного счета, при этом по полученному результату (значениям функции) находят исходные данные (аргументы) и сравнивают их с первоначально заданными исходными данными. Если они сов­падают (с заданной точностью), то полученный результат считаете верным. Для обратного счета часто используют обратные функции. Применение этого метода целесообразно в тех случаях, когда реализация обратных функций требует незначительного числа команд, затрат машинного времени и памяти.

Метод контрольного суммирования . Отдельным массивам кодовых слов (программ, исходным данным и т.д.) ставятся в соответствие избыточные контрольные слова, которые заблаговре­менно получают путем суммирования всех слов данного массива. Для осуществления контроля проводится суммирование всех слов массива и поразрядное сравнение с эталонным словом. Например, при передаче данных по каналу связи все закодированные слова, числа и символы передаваемой группы записей суммируются на входе для получения контрольных сумм. Контрольная сумма записывается и передается вместе с данными.

Контроль методом счета записи. Записью называют точно установленный набор данных, характеризующий некоторый объект или процесс. Можно заранее произвести подсчет количества записей, содержащихся в отдельных массивах. Это число записывается в память. При обработке соответствующего массива данных контрольное число периодически проверяется с целью обнаружения потерянных или не­обработанных данных.

Контроль за временем решения задач и периодичностью выдаваемых результатов, является одним из принципов определения правильности хода вычислительного процесса. Чрезмерное увеличение длительности решения свидетельствует о "зацикливании" программы. Этой же цели служат так называемые маркерные импульсы (или метки времени) применяемые в системах реального времени. Маркерные импульсы используют для предотвращения того, что вследствие ошибки в пос­ледовательности команд процессор остановится или будет совершать неправильные циклы вычисления. Они используются как для всего алгоритма, так и для отдельных участков.

Реализация этих способов состоит в определении самого длинного маршрута следования команд с учетом прерываний другими программами. В составе процессора используют программный счетчик времени, на котором устанавливают предельно допустимое время реализации программы. При достижении нулевого значения в счетчике вырабатывается сигнал превышения допустимого контрольного времени, который обеспечивает прерывание программы. Контроль последовательности выполнения команд и программных модулей осуществляется двумя способами. Программа разбивается на участки, и для каждого участка вычисляется свертка (путем счета числа операторов, методом сигнатурного анализа, использование кодов). Затем снимается трасса прохождения программы и для нее вычисляется свертка и сравнивается с заранее рассчитанной. Другой способ состоит в том, что каждому участку присваивается определенное кодовое слово (ключ участка). Этот ключ записыва­ется в выбранную ячейку ОЗУ перед началом выполнения участка, одна из последних команд участка проверяет наличие "своего" ключа. Если кодовое слово не соответствует участку, то имеется ошибка. Узлы разветвляющихся программ проверяются повторным счетом, а выбор только одной ветки - с помощью ключей. Контроль циклических участков программы состоит в проверке числа повторений цикла, за счет организации дополнительного программного счетчика.

При тестовом контроле проверку узлов, устройств и системы в целом осуществляют с помощью специального оборудования - гене­раторов тестовых воздействия и анализаторов выходных реакций. Не­обходимость в дополнительном оборудовании и временные затраты (невозможность штатного (функционирования во время проведения тесте ограничивает использование тестовых методов.

Тестирование со штатной программой , функциональная схема ор­ганизации такого тестирования включает генератор тестов, содержа­щий набор, заранее подготовленных статистических тестов и анализа­тор, работающий по принципу сравнения выходной реакции с эталонной, полученной также заранее специальными средствами подготовки тестов.

При вероятностном тестировании в качестве генератора тестов используется генератор псевдослучайных воздействий, реализованный, например, сдвиговым регистром с обратными связями. Анализатор обрабатывает выходные реакции по определенным правилам (определяет математическое создание числа сигналов) и сравнивает полученные значения с эталонными. Эталонные значения рассчитываются либо получают на предварительно отлаженном и проверенном устройстве.

Контактное тестирование (сравнение с эталоном) заключается в том, что способ стимуляции может быть любой (программный, от генератора псевдослучайных воздействий), а эталонные реакции образуются в процессе тестирования с помощью дублирующего устройства (эталона). Анализатор производит сравнение выходной и эталонной реакции.

Синдромное тестирование (метод подсчета числа переключении). Функциональная схема содержит генератор тестов, который генериру­ет подсчитывает 2N наборов на вход схемы, а на выходе имеется счетчик, который подсчитывает число переключении, если число переключений не равно эталонному значению, то схема считается неисправной.

При сигнатурном тестировании выходные реакции, получаемые за фиксированный интервал времени обрабатываются на регистре сдвига с обратными связями - сигнатурном анализаторе, позволяющем сжимать длинные последовательности в короткие коды (сигнатуры). Полученные таким путем сигнатуры сравниваются с эталонными, которые получаются расчетным путем, либо на предварительно отлаженном устройстве. Стимуляция объекта контроля осуществляется с помощью генератора псевдослучайных воздействий.

В заключении следует отметить, что не существует универсаль­ного метода контроля. Выбор метода должен производиться в зависи­мости от функционального назначения цифрового устройства, структурной организации системы, требуемых показателей надежности и достоверности.

При проведении регламентных работ или во врем предполетной подготовки ИВК основными методами контроля являются тестовые методы. В процессе полета основными являются функциональны методы контроля, а тестирование в основном производится с целью локализации неисправностей, в случае их возникновения.

6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ УЧЕТЕ ВЛИЯНИЯ

УПРУГИИХ СВОЙСТВ НА ОБЪЕКТ КОНТРОЛЯ

Если надо что-то отремонтировать, для начала нужно определиться что вышло из строя, вот для этого и нужна диагностика. Желательно её выполнить, чтобы быть уверенным на 90 % в причине поломки.

Можно просто установить специальную программу для диагностики компьютера и выявить проблемы, как в софте, так и внутренних компонентов ПК, а не переустанавлива Windows. Всегда нужно учитывать и другие причины того, что компьютер может себя вести странным образом.

Так же заражённость вирусами или другим вредоносным софтом. Одна из самых распространённых проблем. Те же вирусы могут сами управлять поведение ПК, или же через его повреждения операционной системы. Тут всё решается помощью антивирусника и Firewall.

Не оптимизированность или не настроенность ПК:

Это тоже очень распространённая проблема. К примеру, какие-то ошибки в секторах компьютера. Тут всё решается с помощью софта для оптимизации ПК.

Сбой в железе или программах:

То есть какие-то проблемы с компонентами ПК, к примеру, с материнской платой, видео картой и так далее. Тут уже нужна программа для диагностики компьютера. Она поможет определить все или большинство проблем и в некотором случае оптимальные варианты их решения.

Программы для диагностики:

Универсальный программы то есть они проводят диагностику всех систем ПК. Они пригодятся, прежде всего, простому пользователю. Поскольку к тому же дают полное описание всех систем компьютера. У них есть отличный набор для тестирования всех компонентов ПК, как программ, так и устройств.

Сюда относят:

• 1) SiSoftware Sandra Lite
• 2) PC Wizard
• 3) AIDA64
• 4) Everest Home Edition.
• - специальные программы - чаще всего они специализируются на работе жёстких дисков, флешек и других накопителей. Тут же лучше пользоваться ими очень осторожно и ничего не нажимать, если точно не знаешь: для чего это и как это работает. Поскольку последствия могут быть непредсказуемыми.

Диагностика аппаратных проблем.

Для начала стоит разобраться с причинами, которые могут вызвать такое явление. Как известно и пыль и неблагоприятные климатические условия ухудшают состояние компонентов ПК. Соответственно, выход железа из строя может быть вызван окислением контактов, попаданием пыли (и следственно, статического электричества) на микросхемы и разъемы, их перегрев. Перегрев также может быть вызван и плохим охлаждением.

Также все эти причины могут стать следствием скачка напряжения, нестабильностью блока питания, а также неправильного заземления. Первое, что здесь можно порекомендовать - использовать сетевые фильтры, UPS и заземление компьютера. Лучше вообще не заземлять компьютер, чем заземлять его неправильно. Заземлять корпус ПК и модем с телефонной линией надо отдельно. Не стоит заземлять корпус на отопительную батарею, например, холодильник, стиральную машину или перфоратор. В таком случае, эта уже станет фазой с разностью потенциалов. Нежелательно заземлять несколько устройств одновременно. Не рекомендуется бытовую технику подключать в один сетевой фильтр с компьютером, а вот монитор, принтер и системный блок лучше включать от одного сетевого фильтра.

Из микросхем может привести и закорачивание какого-либо провода или попаданием питания на земляной контакт. Поэтому всегда стоит следить за качеством подключения кабелей и их состоянием.

Типичные проблемы:

Запах гари, откуда он идет. Если его нет, то стоит проверить надежность подключения питания. Если проверка не помогла, то стоит включить ПК и проверить, крутятся ли вентиляторы блока питания (БП), корпуса и кулера процессора (заодно проверьте крепление кулера). Если не крутятся, и винчестер не издает характерного звука раскручивания шпинделя, то вышел из строя блок питания. Наличие напряжения на его выходе можно проверить тестером, померив величину напряжения на контактах системной платы в том месте, где жгут проводов питания, соединен с БП. Стоит подключить новый БП и проверить целостность остальных компонентов. Для начала их необходимо визуально осмотреть на предмет наличия горелых элементов.

Несмотря на то, что рабочий монитор ломается достаточно редко, стоит проверить, подаются ли на него сигналы с видеоадаптера. Для этого осциллографом на контактах 10 и 13 (земля и синхронизация соответственно) 15-контактного разъема D-Sub видеоадаптера, вставленного в материнскую плату, нужно проверить наличие рабочих сигналов.

Чтобы облегчить задачу поиска неисправного компонента, используются наиболее часто встречающиеся симптомы поломок различного оборудования. Когда процессор выходит из строя, то чаще всего на его ножках видны следы гари.

Их можно определить по подгоревшим ножкам и потемнениям в этой области. Встречаются и выходы из строя тактовых генераторов и линий задержки, а также выгорание портов.

Также иногда встречающееся явление - нарушение контакта на плате. Это может быть вызвано помещением платы расширения в слот не до конца, прогибом платы, закорачиванием контактов на обратной стороне платы на корпус, нехваткой длины проводов, идущих от БП к материнской плате.

В жестких дисках самое уязвимое место - перегревшийся контроллер и IDE-разъем. Сгоревший контроллер можно определить по потемнениям рядом с местами его крепления. Перегрев микросхемы приводит и к ухудшению контакта между контроллером HDD и гермоблоком. Механические проблемы двигателя винчестера можно определить по сильной вибрации корпуса HDD при вращении дисков. Массовые неполадки были замечены у дисков IBM серии DTLA и Ericsson (70GXP и 60GXP), Maxtor 541DX, Quantum Fireball 3, Fujitsu серии MPG.

В CD-приводах чаще всего выходит из строя оптико-механическая часть. В частности механизм позиционирования лазера и определения диска. Как правило, такая поломка вызывается неисправностью МСУ (микропроцессор системного управления), который вырабатывает управляющие сигналы, а также драйвера двигателя лазерного считывателя, который отвечает за сигнал возбуждения. Для их проверки необходимо промерить выходные сигналы на соответствующих контактах МСУ. Характерным симптомом неисправности МСУ является отсутствие перемещения лазерного считывателя при первоначальном включении питания. У флоппи-дисководов чаще всего встречаются механические поломки связанные с подъемником и прижимом дискет.

Программно-аппаратная диагностика.

Если все вышеперечисленное не помогло определить поломку, то придется перейти к программно-аппаратной диагностике. А для того, чтобы она прошла успешно необходимо точно знать, каков порядок включения устройств ПК.

Порядок загрузки компьютера.

• 1) после включения питания БП выполняет самотестирование. Если все выходные напряжения соответствуют требуемым, БП выдает на материнскую плату сигнал Power_Good (P_G) на контакт 8 20-контактного разъема питания ATX. Между включением ПК и подачей сигнала проходит около 0,1-0,5 с.
• 2) микросхема таймера получает сигнал P_G и прекращает генерировать подаваемый на микропроцессор сигнал начальной установки Reset. Если процессор не исправен, то система зависает.
• 3) CPU работоспособен, то он начинает выполнять код, записанный в ROM BIOS по адресу FFFF0h (адрес программы перезагрузки системы). По этому адресу находится команда безусловного перехода JMP к адресу начала программы загрузки системы через конкретный ROM BIOS (обычно это адрес F0000h).
• 4) начинается выполнение конкретного кода ROM BIOS. BIOS начинает проверку компонентов системы на работоспособность (POST - Power On Self Test). Обнаружив ошибку, система подаст звуковой сигнал, так как видеоадаптер пока еще не инициализирован. Проверяется и инициализируется чипсет, DMA и происходит тест определения объема памяти. Если модули памяти вставлены не до конца или некоторые банки памяти повреждены, то или система зависает или звучат длинные повторяющие сигналы из системного динамика.
• 5) происходит разархивирование образа BIOS в оперативную память для более быстрого доступа к коду BIOS.
• 6) инициализируется контроллер клавиатуры.
• 7) BIOS сканирует адреса памяти видеоадаптера, начиная с С0000h и заканчивая C7800h. Если BIOS видеоадаптера найден, то проверяется контрольная сумма (CRC) его кода. Если CRC совпадают, то управление передается Video BIOS, который инициализирует видеоадаптер и выводит на экран информацию о версии Video BIOS. Если контрольная сумма не совпадает, то выводится сообщение «C000 ROM Error». Если Video BIOS не найден, то используется драйвер, записанный в BIOS ROM, который инициализирует видеокарту.
• 8) ROM BIOS сканирует пространство памяти начиная с C8000h в поисках BIOS других устройств, таких как сетевые карты и SCSI-адаптеры, и проверяется их контрольная сумма.
• 9) BIOS проверяет значение слова по адресу 0472h, чтобы определить, какая загрузка должна быть выполнена - «горячая» или «холодная». Если по этому адресу записано слово 1234h, то процедура POST не выполняется, происходит «горячая» загрузка.
• 10) в случае холодной загрузки выполняется POST. Инициализируется процессор, выводится информация о его марке, модели. Выдается один короткий сигнал.
• 11) тестируется RTC (Real Time Clock).
• 12) определение частоты CPU, проверка типа видеоадаптера (в том числе встроенного).
• 13) тестирование стандартной и расширенной памяти.
• 14) присвоение ресурсов всем ISA-устройствам.
• 15) инициализация IDE-контроллера. Если используется 40-контактный шлейф для подключения ATA/100 HDD, то появится соответствующее сообщение.
• 16) инициализация FDC-контроллера.
• 17) ROM BIOS ищет системную дискету или MBR жесткого диска и читает сектор 1 на дорожке 0 стороны 0, копирует этот сектор по адресу 7С00h. Далее происходит проверка этого сектора: если он оканчивается сигнатурой 55AAh, то MBR просматривает таблицу разделов (Partition Table) и ищет активный раздел, а затем пытается загрузиться с него. Если первый сектор оканчивается любой другой сигнатурой, то вызывается прерывание Int 18h и на экран выводится сообщение «DISK BOOT FAILURE, INSERT SYSTEM DISK AND PRESS ENTER» или «Non-system disk or disk error».

Что касается последнего пункта, то ошибки указанные в нем говорят о неисправности винчестера (программной или аппаратной). Теперь остается только выявить, в какой именно момент перестает работать компьютер. Если это происходит до появления сообщений на мониторе, то неисправность можно определить по звуковым сигналам. Наиболее часто встречающиеся звуковые сигналы приведены в таблице.

Таблица 1 - Звуковая сигнализация об ошибках BIOS IBM

Таблица 2 - Звуковые коды неисправностей IBM POST AMI BIOS

Стоит заметить, что звуковые сигналы могут отличаться от приведенных выше из-за различия версий BIOS. Если же и звуковые сигналы не помогли определить неисправность, то остается лишь рассчитывать на аппаратную диагностику. Она производится несколькими средствами.

Аппаратная диагностика.

Работу отдельных блоков можно проверить, дотронувшись до них рукой, чтобы проверить их нагрев. После минутного включения должны греться чипсет, процессор, чипы памяти и блоки видеокарты. Если они кажутся теплыми, то этого достаточно, чтобы сделать вывод хотя бы о том, что на эти элементы подается питание. С большой долей вероятности они должны оказаться рабочими.

Второе средство более научно и требует некоторой инженерной подготовки. Заключается оно в измерении потенциалов на различных элементах. Для этого нужен тестер и осциллограф. Желательно иметь карту разводки материнской платы, поскольку она многослойная, и прохождение сигналов не так очевидно. Начать измерения стоит с силовых элементов входных цепей и стабилизирующих и шунтирующих конденсаторов, проверить наличие +3,3 и +5 В в соответствующих местах материнской платы, работу тактовых генераторов. После этого стоит проверить наличие штатных сигналов на выводах сокета процессора. Далее проверить наличие сигналов в слотах и портах. В последнюю очередь стоит заняться логическими элементами (хотя ремонт их часто оказывается делом неразумным). Для этого потребуется знание разводки портов и слотов. Эта информация приведена в таблицах ниже.

Таблица 3 - Разводка разъема питания

Таблица 4 - Разводка портов

Третье средство диагностики - профессиональные аппаратные средства диагностики. К ним относится использование диагностических карт типа ДП-1 и комплекса PC-3000, созданных компанией «РОСК». Диагностическая плата устанавливается в свободный слот материнской платы, и после включения ПК на ее индикаторе отображается код ошибки в шестнадцатеричном виде. Применение такой платы существенно повышает вероятность локализации неисправности. Использование ДП-1 рассчитано на корректную работу процессора, а CPU выходит из строя крайне редко.

На данный момент в России диагностические карты, тестовые ROM BIOS и другие средства диагностики производятся компанией ACE Laboratory.

При аппаратной диагностике следует иметь ввиду, что в большинстве случаев выходит из строя только одно устройство, и проще всего его выявить, заменив на аналогичное, гарантированно работающее.

Что касается блоков питания и периферийных устройств, то диагностика неисправностей в них - тема отдельного разговора, но по поводу мониторов можно дать ряд советов. Достаточно часто из строя выходит промежуточный строчный трансформатор, включаемый между предоконечным и выходным транзистором строчной развертки. Основной его неисправностью, как правило, бывает короткое замыкание витков. Этот трансформатор - часть высоковольтного блока строчной развертки. Это высокое напряжение подается на ЭЛТ (Электронно-лучевую трубку). Поэтому часто отсутствие свечения на экране и отсутствие растра указывают на отсутствие высокого напряжения. Как правило, вертикальная полоса на экране также указывает на отказ блока строчной развертки. Проверить наличие высокого напряжение на ЭЛТ можно проведя рукой по поверхности экрана. Если высокое напряжение подается, то вы должны почувствовать некоторую вибрацию или потрескивания статического электричества.

Программная диагностика.

Если же компьютер все же включается, но работает нестабильно, зависает при загрузке, «выпадает» в синий экран, то это чаще всего является следствием переразгона, локального перегрева или «глючностью» памяти, а также ошибками работы HDD (к ним относится и «падение» Windows).

Стабильность их работы можно проверить под DOS, загрузившись c системной дискеты или диска. Для этого следует использовать утилиты CheckIT, PC Doctor, Memtest 86, Stress Linux, Norton Diagnostics, The Troubleshooter. Для профессионального тестирования и восстановления HDD следует использовать HDDUtility и MHDD, но они корректно работают только под MS-DOS 6.22. Первое, что требуется сделать с помощью них - проверить SMART-атрибуты состояния HDD. Также для диагностики, проверки и пометки bad-секторов можно использовать Norton Disk Doctor.

Следует помнить, что полноценную проверку железа можно произвести только под Windows, тестируя стабильность работы в burn-in тестах в течение не менее чем 24 часов. Среди таких тестов можно привести CPU Hi-t Professional Edition, CPU Stability Test, Bionic CPU Keeper, CPU Burn, Hot CPU Tester Pro, HD_Speed, DiskSpeed 32, MemTest.

Гораздо легче предупредить событие, чем исправить его последствия, поэтому гораздо легче регулярного (хотя бы раз в несколько недель) следить за параметрами выдаваемых блоком питания напряжений, смотреть SMART-параметры HDD (программы Active SMART, SMARTVision, SMART Disk Monitor), изучать температуру процессора, проверять наличие хорошего охлаждения и отсутствие посторонних звуков. Нелишним было бы и смазывание вентиляторов машинным маслом, как минимум раз в полгода.