Рабочая программа для студентов VІ курса специальности 071900 информационные системы и технологии (исж)

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

Российский государственный открытыЙ техниЧеский университет путей сообщениЯ

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Одобрено кафедрой Утверждено

“Вычислительная техника” Деканом факультета УПП

НАДЕЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Рабочая программа

для студентов VІ курса специальности

071900 информационные системы и технологии (ИСЖ)

Москва - 2004

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальности 071900 Информационные системы и технологии (ИСЖ).

Составители: д.т.н.,проф. Г.В. Самме

ст преп. О.П. Ермакова

ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Информационные системы интенсивно развиваются благодаря широкому применению вычислительной техники. В плане информационных технологий разрабатываются и применяются автоматизированные системы управления (АСУ). Для реализации принятой Концепции и Программы информатизации железнодорожного транспорта проводится модернизация АСУЖТ и разработка целой серии подсистем АСУЖТ. Проблемами АСУ на железнодорожном транспорте занимаются тысячи разработчиков в десятках организаций. От способности АСУ сохранять работоспособность зависят показатели работы транспорта. Вот почему вопросы надежности устройств изучаются в специальной дисциплине «Надежность информационных систем».

Данная дисциплина связана с предшествующими дисциплинами: «Схемотехника», «Основы технологии и программирование», «Интерфейсы информационных систем», «Информационные сети» и является базой для всех дисциплин, изучаемых на VI курсе, а также при выполнении дипломных проектов.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты ДОЛЖНЫ:

2.1 Знать определения надежности и её составляющих, виды потерь работоспособности (отказ и сбой), показатели и параметры надежности, модели надежности информационных систем, способы повышения надежности.

2.2 Приобрести навыки и умение выполнять расчет надежности, прогнозировать работу систем с точки зрения обеспечения заданной надежности.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы	Курс – 6
Общая трудоемкость дисциплины	102
Аудиторные занятия:	16
Лекции	8
Практические занятия	8
Лабораторный практикум
Самостоятельная работа	56
Курсовая работа	30
Вид итогового контроля		Диф. зачет

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, час	Практические занятия, час	Лабораторный практикум, час
1	Методологические аспекты надежности информационно-вычислительных систем	4
2	Факторы, определяющие надежность. Методы и средства обеспечения заданной надежности	4
3	Расчет надежности аппаратных средств.		4
4	Расчет надежности программного обеспечения.		4

4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

С внедрением и развитием сложных и сверхсложных систем в информатике, энергетике, на транспорте и в других отраслях народного хозяйства большое значение приобрела проблема надежности. От ее решения зависит работоспособность систем. Высокие требования к надежности, живучести и безопасности функционирования сложных систем привели к интенсивному развитию методов обеспечения высокой надежности систем на всех этапах: при проектировании, производстве, испытаниях и эксплуатации.

Благодаря усилиям инженеров, физиков и математиков была разработана современная теория надежности, которая широко используется в инженерной практике.

Однако проблема надежности продолжает оставаться одной из основных при проектировании и эксплуатации устройств и систем. Это объясняется тем, что непрерывно усложняются решаемые задачи и одновременно повышаются требования к надежности и достоверности работы систем.

От специалиста при принятии обоснованных и грамотных с технико-экономической точки зрения инженерных решений требуется определение количественных оценок надежности и достоверности. Данная дисциплина направлена на подготовку студента к принятию таких решений.

4.2.1. Методологические аспекты надежности информационно-

вычислительных систем

Основные определения теории надежности, классификация видов потерь работоспособности информационных систем. Характеристики надежности при внезапных и постепенных отказах. Показатели и параметры, определяющие надежность. Комплексные показатели надежности. Количественная оценка надежности.

Л. [1,5].

Факторы, определяющие надежность

Факторы, влияющие на надежность информационных систем. Факторы, определяющие надежность технических средств и программного обеспечения. Влияние контроля и диагностики на надежность обработки, передачи и хранения информации.

Л.[1,4,5,6].

4.2.3. Технологические методы и средства обеспечения надежности

Методы повышения надежности информационных систем. Влияние человека-оператора на функционирование информационных систем.

Л.[1,2,4,5,6]

4.2.4. Основы расчета надежности информационных систем

Система показателей оценки надежности. Модели надежности. Методы теории надежности. Расчет надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем. Расчет надежности резервированных систем. Испытание на надежность.

Л. [1,2,3,4,5,6,7,8]

практиЧескиЕ занЯтиЯ

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование практических занятий
1	4	Расчет надежности невосстанавливаемых систем
	4	Расчет надежности восстанавливаемых систем
	4	Расчет надежности программного обеспечения
	4	Расчет надежности резервированных систем

5. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Предусмотрена курсовая работа. В курсовой работе дается задание на выполнение расчетов надежности различных информационно-вычислительных систем. Задание на курсовую работу издается отдельным выпуском.

6. УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

6.1 Рекомендуемая литература

Основная

1. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов.

Учебное пособие. СПб. Питер,2005.–479с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и связи. Учебное пособие для вузов. железнодорожного транспорта. М: «Центр. Компьютеры» 2003.

Дополнительная

3. Иыуду К.А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем. М.: Высшая школа,1991–216с.

4. Ушаков И.А. Вероятностные модели надежности информационно-вычислительных систем. М.: Радио и связь, 1991–141с.

5. Сборник задач по теории надежности. М.: Советское радио. 1972.

Дополнительная литература

6. Горелик А.В., Ермакова О.П. Надежность информационных систем. Основы надежности устройств ЖАТС. М.: РГОТУПС. 2003.–87с.

7. КаганБ.М., Мкртумян И Б. Основы эксплуатации ЭВМ. Учебное пособие для вузов /Под ред. Б.М. Кагана. М.: Энергоатомиздат. 1988.–376с.

8. Вероятностные методы в вычислительной технике. Учебное пособие для вузов /Под ред. А.И. Лебедева, Е.А. Чернявского. М.: Высшая школа. 1986.–312с.

9. Литвинский И.Е., Прохоренко В.А. Обеспечение безотказности персональных ЭВМ. М.: Радио и связь. 1993.–205с.

7. МАТЕРИАЛЬНО–ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

При выполнении расчетов студенты могут использовать вычислительную технику в лабораториях кафедры.

8. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Методические указания к разделу4.2.1

Для изучения вопросов надежности необходимо познакомиться с основными понятиями данной проблемы.

Надежность является фундаментальным понятием теории надежности, с помощью которого определяются другие понятия

Надежность – сложное свойство, которое определяется безотказностью, долговечностью, живучестью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, достоверностью, в зависимости от назначения и условий применения объекта.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89, под надежностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

Применительно к информационно-вычислительным системам(ИВС) представляет интерес надежность технических средств и надежность программного обеспечения.

В части изучения надежности технических средств сделано очень много: разработана теория надежности, применяются различные методы количественной оценки надежности.

Программное обеспечение с точки зрения оценки надежности существенно отличается от технических средств. Если характеристики технических средств с течением времени эксплуатации меняются, накапливаются изменения, которые могут привести к отказам, то программные средства с течением времени не меняются. Однако, допущенные при разработки, отладки и загрузки программ ошибки могут в процессе эксплуатации привести к отказам или сбоям. Так как и в данном случае отказы и сбои события случайные, последовательности этих событий описываются с помощью понятий потоков, то и для определения надежности программного обеспечения применяют методы разработанные для оценки надежности технических средств.

Следует обратить внимание на следующие понятия:

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающее в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособного состояния, в результате проведения технического обслуживания и ремонтов.

При оценке надежности используются понятия долговечности, сохраняемости, живучести.

Долговечность объекта характеризуется его наработкой от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Предельное состояние – это состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безотказности или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой. Иначе говоря, наступает отказ–случайное событие. При эксплуатации информационно-вычислительных систем (ИВС) имеют место и сбои–кратковременные нарушения правильной работы, после которых самовосстанавливается работоспособность или восстанавливается оператором без проведения ремонта.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в процессе хранения и после него, а также в процессе транспортировки.

Жмвучесть технических средств – это способность противостоять крупномасштабным внешним воздействиям, приводящим к ее разрушению, Воздействия могут быть как естественного характера(стихийные природные бедствия, неблагоприятные погодные условия, и т.п.), так и преднамеренные или ошибочные.

В перечне параметров и количественных оценок надежности следует обратить внимание на:

Вероятность безотказной работы P(t),определяет то ,что невосстанавливаемый объект вероятно не откажет в течение заданного времени t.Для определения вероятности P(t) в зависимости от учета тех или факторов используют Экспоненциальное распределение плотности вероятности случайной непрерывной величины, Гамма-распределение, Равномерное распределение, распределение Вейбулла и нормальное распределение. При определении количественной оценки надежности важен не только факт потери работоспособности(отказ или сбой),но и время через которое это произошло. Так время величина непрерывная, то необходимо пользоваться законами распределения.

Параметром надежности является интенсивность отказов – количество отказов в единицу времени. Находит применение и величина обратная интенсивности отказов – наработка на отказ, математическое ожидание времени между отказами.

Показателем долговечности служит суммарная наработка устройства от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние.

Для определения надежности восстанавливаемых устройств и систем помимо рассмотренных находят применение следующие показатели: интенсивность восстановления, вероятность восстановления, плотность распределения времени восстановления комплексный коэффициент готовности и коэффициент использования.

Вопросы для самопроверки

Почему теория надежности базируется на теории вероятности?
В чем отличие надежности программного обеспечения от надежности технических средств?
От чего зависит выбор показателей надежности?
Что характеризуют комплексные показатели надежности?
Как определить количественную оценку надежности?

Методические указания к разделу 4.2.2

Надежность зависит от технологии изготовления, внешних воздействий (высокой температуры, влажности, загрязнения воздуха, ударов и вибраций, термоударов), от ошибок при разработке программ, от неправильных действий обслуживающего персонала и т. д.

К факторам, определяющим надежность ПО, можно отнести факторы, связанные с разработкой ПО (качество программирования, объем программ, логическая сложность, опыт персонала), эксплуатационные факторы (полнота и качество документации, степень адаптации документации, простота изучения и использования, степень выполнения стандартов, защищенность информации, временные ограничения).

Следует обратить внимание на изменение показателей надежности во времени. Имеется интервал времени, когда происходит приработка, выявление браков в материале и технологии, далее наступает стабильный процесс с постоянной интенсивностью отказов, после которого наблюдается рост отказов из-за старения.

На надежность восстанавливающих систем значительное влияние оказывают средства контроля, диагностирования, эффективность профилактических работ и регламентных проверок, степень резервирования систем.

Так как в настоящее время не существует стандартных методов расчета надежности ПО, таких как для аппаратуры, рассмотрим подробнее вопросы надежности ПО.

Надежность программного обеспечение может быть определена как свойство программы выполнять заданные функции в заданных условиях работы и на заданной вычислительной системе. Данное определение аналогично определению понятия надежности технических средств. Однако механизмы возникновения отказа аппаратуры и отказа ПО существенно отличаются друг от друга. Отказ аппаратуры обусловлен, как правило, разрушением или старением каких-либо элементов аппаратуры. Отказ (появление ошибки) ПО обусловлен, в большинстве случаев, несоответствием ПО поставленным задачам. Несоответствие может возникнуть по двум причинам: либо разработчиком программы допущено нарушение спецификации–технических требований к программе, либо спецификация неточная или неполная.

Несмотря на отмеченное, имеются и модели надежности, и методы оценки надежности ПО

Вопросы для самопроверки

Какие факторы определяют надежность технических средств?
Какие факторы определяют надежность ПО?
Как средства контроля влияют на надежность?
В чем специфика надежности программного обеспечения по сравнению с надежностью аппаратуры?

Методические указания к разделу 4.2.3

За последние два десятка лет актуальность проблемы повышения надежности стала очень острой. Внедрение информационных систем, АСУ на разных уровнях управления и особенно ответственных САУ без решения задач обеспечения надежности и повышения производительности было невозможно.

Стали применяться различные методы и средства обеспечения требуемой надежности.

Интеграция элементов (БИС и СБИС) способствовала повышению надежности устройств. Немаловажное значение имело также усовершенствование механических, электромеханических и оптомеханических, устройств ПУ и ВЗУ. Для повышения надежности ИВС значительную роль сыграло резервирование – способ повышения надежности при помощи аппаратуры, готовой в любой момент заменит отказавшую аппаратуру. В последние годы разрабатываются отказоустойчивые информационно-вычислительные системы, в которых высокая надежность достигается за счет автоматизации процесса восстановления

В повышении надежности очень важную роль играет контроль в системах. Под контролем ИВС понимают процессы, обеспечивающие обнаружение ошибок в работе ИВС, вызванных отказом или сбоем аппаратуры, ошибкой оператора, ошибкой в программе или другими причинами. В сочетании с мерами по включению резерва, восстановлению отказавшей аппаратуры и корректировке ошибочных программ или данных контроль является одним из самых эффективных средств повышения надежности и достоверности обработки информации.

К способам обеспечения надежности ПО относятся:

1.Усрвершенствование технологии программирования;

2.Выбор алгоритмов, не чувствительных к различного рода нарушениям вычислительного процесса;

3.Резервирование программ, введение структурной избыточности;

4. Контроль и тестирование программ с последующей коррекцией.

Решая вопросы обеспечения надежности, следует учитывать человеческие факторы. Многие из скрытых ошибок в действующих системах имеют место, когда внезапно создаются новые условия как результат непредвиденных действий пользователя.

Вопросы для самопроверки

Какие возможно повышения надежности имеются на стадии проектирования и изготовления аппаратуры?
Что дает распараллеливание вычислительных процессов для повышения надежности?
Какова роль резервирования и восстановления в решении задач повышения надежности?
Каково значение контроля для обеспечения надежности?
Каковы средства и способы повышения надежности ПО?

Методические указания к разделу 4.2.4

Расчеты надежности ИВС целесообразны на ранних этапах проектирования, когда проводятся сравнения различных вариантов построения системы, ее архитектуры, организации вычислительных и информационных процессов.

Расчеты надежности производят и на стадии технического проектирования, когда уже более детально прорабатывается состав системы, ее структура и принципы функционирования, Эти расчеты позволяют проверить правильность принятых решений, найти слабые места и выработать определенные рекомендации по повышению надежности и эффективности функционирования системы.

Расчетные методы часто оказываются незаменимыми, а порой и единственно возможными на этапе испытания сложных систем информатики.

Часто очень большие и сложные системы приходится испытывать по частям. В данном случае расчетно-экспериментальный метод позволяет получить оценку показателей надежности.

Только расчетные методы дают возможность обоснованно планировать и прогнозировать стратегию модернизации и развития больших систем информатики: систем передачи данных, вычислительных процессов.

Именно расчетные методы могут обеспечить рациональный режим эксплуатации средств информатики: аппаратуры и ПО.

В результате расчета надежности устанавливают показатели надежности. К ним относятся вероятность безотказной работы P(t), вероятность отказа Q(t), средняя наработка до отказа T₀(математическое ожидание времени между отказами), интенсивность отказов l, коэффициент готовности k_г(t).

Из перечня показателей видно, что и величины и методы расчета – объекты теории вероятностей. Следовательно, необходимо вспомнить теорию вероятностей и математическую статистику, познакомится с методами теории надежности и с теорией массового обслуживания.

Для построения моделей и выполнения расчетов необходимо знание параметров моделей, для получения которых проводят эксперименты, собирают статистические данные.

Вопросы для самопроверки

Как выбрать необходимые параметры расчета надежности для конкретных случаев эксплуатации ИВС?
Какая модель применяется для определения надежности невосстанавливаемых и нерезервированных ИВС?
Какие модели применяются для определения надежности восстанавливаемых ИВС?
Какие модели надежности применяют для ПО?
Какие оценки надежности используют для восстанавливаемых ИВС?

Blog

Рабочая программа для студентов VІ курса специальности 071900 информационные системы и технологии (исж)

Содержание