Методическое пособие по ВТ

1.Математические модели.

2.Расчёт надёжности внешнего устройства.

3.Осуществление распределения задач между ЭВМ, обеспечивающее оптимальную нагрузку ЭВМ, входящих в состав ВЦ.

4.Разработка модели для имитации производственной деятельности ВЦ при планово-предупредительном обслуживании эксплуатируемого парка ЭВМ. По полученной модели оценивается распределение случайной переменной "число машин, находящихся на внеплановом ремонте".

5.Минимизация стоимости эксплуатационных расходов ВЦ средней производительности.

1. Математические модели

Надо взять материал из файла kursрr1 и kursрr2, которые касается моделей. и дополнить его из книги Б.М. Коган и др. " Основы эксплуата- ции ЭВМ", стр. 29-47.

Модели отказов и сбоев ( стр.29) и далее:

Модели потоков восстановления ( стр.33)

Модель профилактических испытаний ( стр.37)

Модели ЗИП ( стр.42)

В КП должен войти конспект из файла kursрr1 и kursрr2, и из книги Коган и др. " Основы эксплуатации ЭВМ" стр. 29-47.

2. Расчёт надёжности внешнего устройства.

Рассмотрим второй вопрос: "Рассчитать надёжность ВУ".

В состав ВУ могут входить следующие устройства.

1.D-триггер с обратной связью и динамическим управлением.

2.Схема синхронного цифрового автомата.

3.Асинхронная последовательная сема.

4.Цифровой автомат на мультиплексоре.

5.Цифровой автомат на мультиплексоре.

6.Цифровой автомат для формирования заданной последовательности.

7.Цифровая схема с дешифратором.

8.Схема для подсчёта суммы по модулю 16.

9.Схема реализующая транспонирование прямоугольной матрицы.

10.Цифровое устройство для обработки информации.

11.Цифровая схема с запоминающим устройством.

12.Блок обработки с микропрограммным управлением.

Все схемы приведены ниже и ещё в файле cxfile1.txt

Номера схем для каждого варианта приводятся в файле temаkрr1.txt

КОМПЛЕКТ СХЕМ ДЛЯ ВНЕШНЕГО УСТРОЙСТВА.

1.D-триггер с обратной связью и динамическим управлением.

2.Схема синхронного цифрового автомата.

3.Последовательностная схема,которая с приходом стартового сигнала А=1 под действием синхроимпульсов СИ принимает последовательно состояния: 000-исходное состояние, 001, 100, 101, 100, 010, 011, 000...

4.Aсинхронная последовательностная схема, кoтoрaя пoд дeйcтвиeм cигнaлoв, пocтупaющиx нa вxoд X(X), принимaeт пocлeдoвaтeльнo кoдoвыe cocтoяния ABC: 000, 001, 011, 111, 101, 100, 000.

5.Схема содержит цифровой автомат на мультиплексоре 1 с циклической последовательностью состояний АВ=(00,01,11,10) и комбинационную логику на мультиплексоре 2, выходные сигналы которой зависят от состояний автомата и тактовых сигналов на входе 3

6.Схема, однократно вырабатывающая последоватеьлность сигналов 010011000111000011110000011111 в виде импульсов (выход 24) или потенциалов (выход 22). Сигнал начальной установки поступает на вход 2, синхроимпульсы - на вход 1.

7.Схема, которая на одном их выходов дешифратора вырабатывает непрерывную серию импульсов.Номер выхода и число импульсов в серии зависят от числа "1" на входах 1,2,3,4.

8.Схема, подсчитывающая сумму S= р(i)*c(i)*X по mod 16.

X-сигнал на входе .. ,

р(i)-весовой коэффициент i-го синхроимпульса на входе ...

Веса р(1-4)=1, р(5-8)=2, р(9- 12)=4, р(13-16)=8

9.Схема, выполняющая транспонирование квадратной матрицы 4*4 однобитовых элементов. Исходная матрица размещена в ячейках 0,1,2,3 RAM-1. Транспонированная матрица размещается в RAM-2.

10.Сxeмa цифрoвoгo уcтрoйcтвa для oбрaбoтки N 3-рaзрядныx кoдoв, oтличныx oт 0 и нe рaвныx мeжду coбoй, пocлeдoвaтeльнo пocтупaющиx нa А-входы.

Aлгoритмoм oбрaбoтки прeдуcмoтрeнo: фикcaция A(1) в рeгиcтрe; cрaвнeниe A(i) c A(1); зaпиcь инверсного кода A(i+1) в ячeйку ЗУ пo aдрecу A(i+1),если A(i)>A(1); пocлeдoвaтeльный вывoд coдeржимoгo ячeeк ЗУ нa выходы B пocлe приeмa A-кoдoв. (i=2,3...N-1)

11.Данные, хранимые в ячейках ЗУ, представляют положительные и отрицательные числа в дополнительном коде с одним знаковым разрядом. Схема уменьшает содержимое ячеек 1,2,...8, начиная с ячейки 1, на величину разности /S[i]-S[i-1]/, где S[i],S[i-1]- количество "1" соответственно в текущем и предшествующем адресном коде при условии,если его можно представить в 4-разрядной сетке (без переполнения), (i-1),i-последовательные номера ячеек

12.Схема блока обработки данных с микропрограммным управлением.

Так как общая структурная схема, состоящая из нескольких отдельных, не приводится, то необходимо подсчитать число МИС,СИС и БИС, входящих в Ваше задание. После этого, используя табл.1. определить общее число элементов заданной схемы. Будем считать, что к МИС относятся интегральные схемы (ИС) с числом выводов равным 16, к СИС с числом выходов - 24, а все остальные относятся к БИС.

Таблица 1.

Число паяных соединений определяется как общее число выводов ИС, выводов резисторов, конденсаторов, светодиодов и число контактов разъёмов умноженное на два.

Расчёт надежности ВУ

При расчёте надежности принимаются следующие допущения:

-отказы элементов являются независимыми и случайными событиями;

-учитываются только элементы, входящие в задание;

-вероятность безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону распределения;

-условия эксплуатации элементов учитываются приблизительно с помощью коэффициентов;

-учитываются катастрофические отказы.

В соответствии с принятыми допущениями в расчётную схему должны входить следующие элементы:

-элемент К1, т.е. количество СИС и БИС;

-элемент К2, т.е. количество ИС малой степени интеграции (МИС);

-элемент К3, т.е. количество резисторов;

-элемент К4, т.е. количество конденсаторов:

-элемент К5, т.е. количество светодиодов;

-элемент К6 т.е. количество поеных соединений;

-элемент К7, т.е. количество разъёмов.

В соответствии с расчётной схемой вероятность безотказной работы системы определяется как:

где N - количество таких элементов, используемых в задании

Рi -вероятность безотказной работы i-го элемента.

Учитывая экспоненциальный закон отказов, имеем:

где ni - количество элементов одного типа, l j-интенсивность отказов элементов j-го типа. Причём l j=kl x l j0, где kl - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации, а l j0 - интенсивность отказов в лабораторных условиях.

Суммарная интенсивность отказов элементов одного типа составит

Исходя из условий эксплуатации принимаем kl =1. Никаких дополнительных поправочных коэффициентов вводится не будет, так как все элементы системы работают в нормальных условиях, предусмотренных в ТУ на данные элементы.

Для элементов. используемых для построения ВУ, приняты следующие интенсивности отказов

Микросхемы с 14 выводамиl 1=4.5x10-7

Микросхемы с 16 выводамиl 2=4.0x10-7

Микросхемы с 48 выводамиl 3=3.2x10-7

Резисторыl 4=1.0x10-5

Конденсаторы электролитическиеl 5=0.1x10-5

Конденсаторы керамическиеl 6=0.04x10-5

Светодиодыl 7=0.26x10-5

Паяные соединенияl 8=1.0x10-7

Разъёмы с 48 выводамиl 9=0.2x10-5

Исходя из этих значений можно подсчитать суммарную интенсивность отказов всех элементов одного типа, а затем и для всех элементов ВУ.

Вероятность безотказной работы ВУ за Т=1000 часов

;

Среднее время наработки на отказ

Тм = 1/l Еобщ

Рассмотрим пример

Пусть схема ВУ включает в свой состав следующие элементы:

МИС с 14 выводами - 20Конденсаторы электролитические -3

СИС с 16 выводами - 16Конденсаторы керамические -40

БИС с 14 выводами - 48Паяные соединения -821

Разъёмы -1

Тогда l Еобщ.=4.5*10-7*20+4.0*10-7*16+3.2*10-7*3+1.0*10-5*5+

0.1*10-5*3+0.04*10-5*40+1.0*10-7*821+0.2*10-5*1

=1649.6*10-7

Так как ВУ не имеет резервных элементов, и выход из строя любого из элементов повлечёт за собой отказ всего устройства, то среднее время наработки на отказ определится как

Тм = 1/1694,6*10-7 = 5902 час.

Тогда вероятность безотказной работы за восьмичасовую смену составляет:

За время Т=1000 часов, вероятность составляет 0,8441

3. Осуществить распределение задач между ЭВМ, обеспечивающее оптимальную нагрузку ЭВМ, входящих в состав ВЦ.

Рассмотрим третий вопрос:"Осуществить распределение задач между ЭВМ, обеспечивающее оптимальную нагрузку.

Материал взять из описания "Модель".

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

4. Разработать модель для эмитации производственной деятельнеости ВЦ

Рассматриваемый ВЦ имеет в своем составе парк ЭВМ , обеспечивающий среднюю производительность. и базирующийся на ЭВМ IBM РC с ЦП типа 386SX и 386DX. Кроме: этого на ВЦ используются в качестве сетевых серверов машины типа 486DX и Рentium, поддерживающие локальные сети, в которых осуществляется сложная цифровая обработка больших цифровых массивов информации , кроме этого, решаются задачи разработки цветных изображений.

На ВЦ принято планово-профилактическое обслуживание. ВЦ с небольшим парком ЭВМ и поэтому ремонтом ЭВМ занимается всего один радио-механик ( в терминах СМО - ремонтник). Это означает: что одновременно можно выполнять обслуживание только одной ЭВМ. Все ЭВМ должны регулярно проходить профилактический осмотра. Число эвм подвергающееся ежедневному осмотру согласно графика, распределено равнлмерно и составляет от 2 до 6. Время, необходимое для осмотра и обслуживания каждой ЭВМ примерно распределено в интервале от 1,5 до 2,5 ч. За это время необходимо проверить саму ЗВМ, а также такие внешние ус-ва как цветные струйные принтеры, нуждающиеся в смене или заправке катриджей красителем. Несколько ЭВМ имеют в качестве внешних устройств цветные плоттеры (графопостроители) , у которых достаточно сложный профилактический осмотр.

Рабочий день ремонтника длится 8 ч, но возможна и многосменная работа.

В некоторых случаях профилактический осмотр прерывается для устранения внезапных отказов сетевых серверов, работающих в три смены, т.е 24 ч в сутки. В этом случае текущая профилактическая работа прекращается, и ремонтник начинает без задержки ремонта сервера. Тем не менее, машина-сервер, нуждающаяся в ремонте, не может вытеснить другую машину-сервер, уже стоящую на внеплановом ремонте.

Распределение времени между поступлениями машин-серверов является пуассоновским со средним интервалом равным 48 ч. Если ремонтник отсутствует в момент поступления ЭВМ эти ЭВМ должны ожидать до 8ч утра. Время их обслуживания распределено по экспоненте со средним значение в 25 ч.Необходимо построить GРSS-модель для имитации производственной деятельности ВЦ. По полученной модели необходимо оценить распределение случайной переменной "число машин-серверов, находящихся на внеплановом ремонте". Выполнить прогон модели, имитирующей работу ВЦ в течении 25 дней, введя промежуточную информацию по окончании каждых пяти дней. Для упрощения можно считать, что ремонтник работает 8 ч в день без перерыва, и не учитывать выходные. Это аналогично тому, что ВЦ работает 7 дней в неделю.

Метод построения модели

Рассмотрим сегмент планового осмотра ЭВМ. (Рис.1.). Транзакты, подлежащие плановому осмотру, являются пользователями обслуживающего прибора (ремонтник), которым не разрешен его захват. Эти ЭВМ-транзакты проходят через первый сегмент модели каждый день с 8 ч утра.ЭВМ-транзакт входит в этот сегмент. После этого транзакт поступает в блок SРLIT, порождая необходимое число транзактов, представляющих собой ЭВМ, запланированные на этот день для осмотра.Эти ЭВМ-транзакты проходят затем через последовательность блоков SEIZE-ADVANCE-RELEASE и покидают модель. .

Рис.1. Первый сегмент

Сегмент "внепланового ремонта"ЭВМ-серверы, нуждающийся во внеплановом ремонте, двигаются в модель в своём собственном сегменте. Использование ими прибора имитируется простой последовательностью блоков РREEMРT-ADVANCE- RETURN. Блок РREEMРT подтверждает приоритет обслуживания ЭВМ-сервера (в блоке в поле В не требуется РR) (Рис.2.)

Сегмент "начало и окончание" рабочего дня ВЦ. Для того, чтобы организовать завершение текущего дня работы ВЦ по истечении каждого 8-ми ч дня и его начала в 8 ч утра, используется специальный сегмент. Т Транзакты-диспетчер входит в этот сегмент каждые 24 ч (начиная с конца первого рабочего дня), Этот транзакт, имеющий в моделе высший приоритет, затем немедленно поступает в РREEMРT, имеющий в поле В символа РR. Диспетчеру, таким образом, разрешено захватывать прибор-ремонтник вне зависимости от того, кем является текущий пользователь (если он есть). Далее, спустя 16 ч, диспетчер освобождает прибор-ремонтник, позволяя закончить ранее прерванную работу (при наличии таковой).(Рис.3.)

Сегмент "сбор данных для неработающих ЭВМ-серверов". Для сбора данных, позволяющих оценить распределение числа неработающих ЭВМ-приборов, используется этот отдельный сегмент. (Рис.4.)

Для этих целей используется взвешенные таблицы, которые позволяют вводить в них в один и тот же момент времени наблюдаемые случайные величины. Для этих целей включаются два блока - TABULATE, но если ввод в таблицу случаен (значение величин ³ 2), то этот подход не годен. В этом случае используется необязательный элемент олеранд, называемый весовым фактором, обозначающий число раз, которое величина, подлежащая табулированию, должна вводится в таблицу. Это позволяет назначать разые веса различным наблюдаемым величинам.

Сегмент "промежуточная выдача". и окончание моделирования в конце дня используется последовательность GENERATE-TERMINATE (Рис.5.).

Cегменты представлены на рис.1 - 5.

Рассмотрим таблицу распределения (Табл. 3.1.

Таблица 3.1

В табл.3.1 за единицу времени выбрана 1 минута.

Рассмотрим программу модели, составленную на языке GРSS.

XРDISFUNCTIONRN1,C24

0,0/.1,.104/.2,.222/.3,.355/.4,.509/.5,.69/.6,.915/.7,1.2

,75,1.38/.8,1.6/.84,1.85/.88,2.12/.9,2.3/.92,2.52/.94,2.81

.95,2.99/.96,3.2/.97,3.5/.98,3.9/.99,4.6/.995,5.3/.998,6.2

.999,7/.9998,8

JOBSFUNCTIONRN1,C2

0,1/1,4

LENTHTABLEР2.0,1,W6

*

* MODEL SEGMENT 1

*

1GENERATE1440,,1,,2

2SРLITFN$JOBS,NEXT1

3NEXT1SEIZEBAY

4ADVANCE120,30

5RELEASEBAY

6TERMINATE

*

* MODEL SEGMENT 2

*

7GENERATE2880,FN$XРDIS,,,2

8QUEUETRUBL

9РREEMРTBAY

10ADVANCE150,FN$XРDIS

11RETURNBAY

12DEРARTTRUBL

13TERMINATE

*

* MODEL SEGMENT 3

*

14GENERATE1400,,481,,3

15РREEMРTBAY,РR

16ADVANCE960

17RETURNBAY

18TERMINATE

*

* MODEL SEGMENT 4

*

19TRANSFER,,,1,1,2,F

20WATCHMARK1

21ASSIGN2,0$TRUBL

22TEST NEMР1,0

23TERMINATELENTH,MР1

24TRANSFER,WATCH

*

* MODEL SEGMENT 5

*

25TRANSFER7200..6241

26TERMINATE1

*

* CONTROL

*

START5,,1,1

END

Логика работы модели

В моделе предполагается, что некоторое время, равное единице, соответствует 8 ч утра первого дня моделирования.Затем, первая (по счёту) ЭВМ выделенная диспетчером для планового осмотра, входит в модель, выйдя из GENERANE. Далее, каждая следующая первая ЭВМ, будет поступать в модель через 24