Сутність та принципи роботи ЕОМ

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Сутність та принципи роботи ЕОМ

Сутність та принципи роботи ЕОМ

Курсова робота

ЕОМ - електро-обчислювальнi машини

1. Загальнi положення функцiонування ЕОМ

Електроннi обчислювальнi машини (ЕОМ) з кожним роком знаходять все бiльше застосування у всiх сферах дiяльностi. Вони використовуються в обчислювальних центрах, автоматизованих системах керування (АСУ), iнформацiйно-пошукових системах (IПС) i т.д., тому до ЕОМ пред'являються пiдвищенi вимоги по забезпеченню надiйного функцiонування i високої ймовiрностi результатiв розв'язуваних ними задач.

Для розрахунку надiйностi складних систем, до яких вiдносяться й ЕОМ, у даний час використовуються рiзнi математичнi апарати, кожний з який пристосований для оцiнки надiйностi ЕОМ при визначених допущеннях i обмеженнях. Правильний вибiр методу i вихiдних припущень дозволяє пiдвищити ймовiрнiсть результатiв.

На показники надiйностi ЕОМ i особливо на ймовiрнiсть видаваних ними результатiв iстотний вплив роблять використовуванi методи контролю обчислень i правильностi функцiонування. Кожний з методiв по-своєму впливає на показники ефективностi ЕОМ. Комбiноване використання рiзних методiв контролю дозволяє в багатьох випадках домогтися компромiсу мiж витратами на систему контролю, з одного боку, i витратами на продуктивнiсть ЕОМ i достовiрнiсть результатiв -- з iншої.

Умiння правильне оцiнити вплив тiєї чи iншої системи контролю на достовiрнiсть результатiв рiшення задач обчислювальною машиною, вибрати вiдповiдний метод i розрахувати її показники надiйностi особливо необхiдно розроблювачам обчислювальних систем. На етапi системного проектування, коли тiльки формується представлення про майбутню обчислювальну машину, зважуються задачi, зв'язанi з розподiлом норм надiйностi мiж її складовими частинами, вибором спiввiдношень ефективностi рiзних компонентiв системи контролю, оптимiзацiєю частот включення в роботу рiзних видiв контролю т. д. При цьому необхiдно враховувати специфiку ЕОМ i сферу її майбутнього застосування.

2. Основнi поняття та визначення

Пiд надiйнiстю ЕОМ (а також окремих її пристроїв, блокiв, вузлiв) розумiється їхня властивiсть виконувати заданi функцiї, зберiгаючи в часi значення встановлених експлуатацiйних показникiв у заданих межах, що вiдповiдають заданим режимам i умовам використання, технiчного обслуговування, ремонту, збереження i транспортування.

В залежностi вiд того, чи цiкавляться повною вiдповiднiстю ЕОМ усiм вимогам, запропонованою до неї нормативно-технiчною документацiєю (НТД), чи тiльки її здатнiстю виконувати заданi функцiї, стани ЕОМ роздiляють на справне i несправне або на працездатне i непрацездатне.

Стан, при якому ЕОМ вiдповiдає усiм вимогам, встановленим НТД, називають справним (справнiстю). Якщо ж ЕОМ не вiдповiдає хоча б однiй з вимог НТД, то вона знаходиться в несправному станi (несправнiсть). Порушення справностi ЕОМ називається пошкодженням.

Стан, при якому ЕОМ здатна виконувати заданi функцiї, зберiгаючи значення заданих параметрiв у межах, встановлених НТД, називають працездатним (працездатнiстю). Якщо значення хоча б одного параметра, що характеризує здатнiсть ЕОМ виконувати заданi функцiї, не вiдповiдає встановленим НТД вимогам, то ЕОМ знаходиться в непрацездатному станi (непрацездатнiсть ЕОМ). Порушення працездатностi ЕОМ називається вiдмовою (вiдмовленням).

Поняття несправностi, як правило, ширше поняття непрацездатностi, так що вiдмова може бути одиничним випадком пошкодження. При цьому пошкодження ЕОМ можна подiляти на несуттєвi, при яких працездатнiсть зберiгається (наприклад, вихiд з ладу iндикаторної лампочки, порушення декоративних покриття), i iстотнi, що є причиною порушення працездатностi. При оцiнках надiйностi ЕОМ враховуються тiльки iстотнi несправностi, тобто вiдмови. Однак вiдмови ЕОМ не обов'язково зв'язанi з їхнiми пошкодженнями. Так, наприклад, введення оператором ЕОМ помилкових даних або наявнiсть помилок у програмi ЕОМ можуть привести до одержання невiрних результатiв, тобто вiдмовi. При цьому сама ЕОМ пошкоджень не має.

Як i будь-яка складна система, ЕОМ складається з бiльш простих частин (елементiв), взаємодiючих мiж собою в процесi виконання машинних операцiй, i її працездатнiсть залежить вiд працездатностi елементiв. Змiст поняття елемента конкретизується i в кожному окремому випадку, в залежностi вiд глибини деталiзацiї дослiджуваної системи. Так, наприклад, деякий вузол ЕОМ може розглядатися стосовно блоку (пристрою) не тiльки як елемент, до складу якого вiн входить, але i як система, в свою чергу яка складається з елементiв: iнтегральних мiкросхем, резисторiв, роз'ємiв i iн. Тому з погляду надiйностi пiд елементом розумiють не обов'язково невiд'ємну частину ЕОМ чи логiчний елемент, але й взагалi будь-яку частину (вузол, блок, пристрiй i навiть ЕОМ у цiлому), надiйнiсть якого вивчається без розгляду надiйностi її власних складових частин. У тих випадках, коли поняття надiйностi однаково застосовнi i до деякої системи, i до її елементiв, зручно користатися загальним для них найменуванням -- об'єкт.

4. Зовнiшнi носiї інформації

Зовнiшнi носiї iнформацiї призначенi для накопичення iнформацiї, створення резервних копiй i т.д. для подальшого її використання незалежно вiд стану комп'ютера (включений чи виключений). Вони є енергонезалежнi та можуть використовувати рiзнi фiзичнi принципи зберiгання iнформацiї - магнiтний, оптичний, електронний.

По методу доступу до iнформацiї зовнiшнiх носiїв iнформацiї подiляються на пристрої з прямим та послiдовним доступом. Прямий доступ (direct access) - можливiсть звернення до блокiв по їх адресам у будь-якому порядку. Традицiйними пристроями з прямим доступом є дисковi накопичувачi, з послiдовним - є накопичувачi на магнiтнiй стрiчцi.

Головна характеристика пристроїв - ємнiсть зберiгання (capacity), яка вимiрюється в Кбайтах, Мбайтах, Гбайтах та Тбайтах. Важливими загальними параметрами пристроїв є час доступу, швидкiсть передачi даних та питома вартiсть збереження iнформацiї.

Час доступу (access time) визначається як середнiй iнтервал вiд видачi запиту на передачу блоку даних до фактичного початку передачi. Дисковi пристрої мають час доступу вiд одиниць до сотень мiлiсекунд.

Швидкiсть запису i зчитування iнформацiї визначається як вiдношення об'єму записуваних або зчитуваних даних до часу, який витрачається на операцiю.

Швидкiсть передачi даних (Transfer Speed, Transfer Rate) визначається як продуктивнiсть обмiну даними, яка вимiряється пiсля виконання пошуку даних.

Визначення питомої вартостi збереження iнформацiї для накопичувачiв з фiксованими носiями залишається постiйною, а для змiнних потрiбно пам'ятати про вартiсть самих пристроїв накопичування.

Гнучкi дисководи. Зараз найбiльш поширенi 3,5 дюймовi дискети з об'ємом 1,44 Мбайти. Стандартний формат дискети HD-двостороннi, 80 дорiжок, 18 секторiв по 512 байт на дорiжцi. Дисководи розрахованi на гнучкi диски мають малий об'єм i низьку швидкодiю.

Твердi дисководи. На сьогоднiшнiй день об'єм дисководiв становить 120 Гбайт. Середнiй час доступу складає 5-12 мс. Альтернативою для традицiйних дисководiв стали пристрої, якi поєднують магнiтну i оптичну технологiю запису i читання даних - магнiтооптичнi нагромаджувачi (МО). Його поверхня покрита спецiальним шаром магнетика. Iнформацiя на диску зберiгається у виглядi послiдовностi намагнiчених дiлянок. Але на сьогоднi МО поступаються твердим дискам швидкiстю запису. МО зручнi при роботi з мультимедiа.

CD-ROM диски. CD-ROM - пам'ять на диску, яка використовується тiльки для читання iнформацiї. На компакт-диску використовується єдина спiральна дорiжка, нанесена на поверхню диску. При оцiнцi швидкостi зчитування з компакт-диску за еталон прийнято величину 150 Кбайт. Диск, який забезпечує таку швидкiсть зчитування iнформацiї, називається 1-швидкiсним.

DVD диски. Вдосконалення оптичних методiв запису iнформацiї i досвiду експлуатацiї вiдповiдних пристроїв, таких як CD, CD-ROM сприяли появi i розвитку технологiй DVD, якi базуються на використаннi дискiв DVD - унiверсальний цифровий запис. Диски DVD можуть бути як одностороннi так i двостороннi. На кожнiй сторонi можуть бути один або два робочих шари, якi мiстять iнформацiю в цифровому виглядi. Це дозволяє нарощувати об'єм диску вiд 4,7 до 17 Гбайт.

CD-R, CD-RW, DVD-RAM. Розвиток iнформацiйних технологiй викликав потребу створення пристроїв для збереження iнформацiї великого об'єму, можливостi перезапису. Така технологiя давно використовується в нагромаджувачах з одноразовим записом i багаторазовому зчитуваннi. Записування вiдбувається шляхом “пропалювання”. У результатi отримуємо компакт-диск, який можна використовувати як звичайний CD-ROM.

5. Рiзновид системних плат та чiпсети

Найважливiшим вузлом ПК є системна плата (main board). На нiй розташованi процесор, оперативна пам'ять, BIOS, чiпсет, допомiжнi мiкросхеми. СП в основному визначає продуктивнiсть та функцiональнi можливостi комп'ютера, включаючи можливiсть модернiзацiї. Високi параметрi СП досягаються за рахунок їх постiйного удосконалення, що базується на використаннi новiших комп'ютерних технологiй. Вибираючи системну плату (далi СП), потрiбно розглянути її з усiх сторiн. Не потрiбно забувати про технiчну пiдтримку на професiйному рiвнi та технiчну документацiю.

При оцiнюваннi будь-якого IВМ - сумiсного комп'ютера можна видiлити наступнi критерiї: процесор, посадочне мiсце процесора, швидкодiя системної плати, кеш-пам'ять, модулi оперативної пам'ятi, тип шини, BIOS, конструкцiя, вмонтованi iнтерфейси, технологiя Plag-and-Play (PnP), керування живленням, чiпсети, документацiя.

Процесор. Потрiбно врахувати пiдтримку процесора, та можливiсть удосконалення.

Посадочне мiсце процесора. Кожний тип процесорiв має своє посадочне мiсце - слот або сокет. При виборi материнської плати потрiбно враховувати сумiснiсть процесора та посадочного мiсця на материнськiй платi.

Швидкодiя системної плати. На системнiй платi є перемикач тактової частоти, якщо нi, тодi управлiння проводиться BIOS-ом. Кожний тип процесорiв працює з материнською платою на визначених частотах, їх може бути кiлька.

Приклад. На СП з процесором 486 повинен бути перемикач тактової частоти для роботи на частотах 33 та 40 МГц. Цi системнi плати можуть допускати перемикання на iншi частоти. Системна плата з процесором Pentium або Pentium Pro повинна мати тактову частоту 50, 60 або 66 МГц з можливiстю перемикання мiж цими значеннями. Pentium 75 працює на СП з частотою 50 МГц; Pentium 60, 90, 120, 150 i 180 МГц працюють на СП iз тактовою частотою 60 МГц; Pentium 66, 199, 133, 166 i 200 МГц працюють при встановленнi тактової частоти СП, рiвнiй 66 МГц; Pentium Pro 150, 180 i 200 працюють на частотах системної плати 50, 60 i 66 МГц вiдповiдно. На даний час частота СП досягає 800 МГц.

Кеш-пам'ять. Деякi старi СП мають рознiми для встановлення додаткових модулiв кеш-пам'ятi 2-го рiвня. Сучаснi СП не всi мають такi рознiми, оскiльки кеш-пам'ять 2-го рiвня вмонтована на кристалi процесора.

Модулi оперативної пам'ятi. Модулi пам'ятi вiдрiзняються не тiльки конструктивно, а ще й ємнiстю, швидкодiєю та робочою частотою. Їх можна класифiкувати по-рiзному, а саме: по ємностi, робочiй частотi. Розрiзняють такi типи оперативної пам'ятi: SIMM, DIMM, DRAM, SDRAM, DDR, RIMM та iншi.

Приклад. СП з процесором 486 можуть мати рознiми для 30 та 72-контактних модулiв SIMM. На СП з процесорами Pentium та Pentium Pro можуть бути встановленi 72-контактнi SIMM або 168-контактнi модулi DIMM. Завдяки 64-розряднiй конструкцiї цих плат 72-контактнi модулi SIMM можна встановлювати парами а модулi DIMM - по одному. Для забезпечення максимальної продуктивностi необхiднi системи, якi пiдтримують модулi SDRAM (Synchronous DRAM) i EDO (Extended Data Out). Для процесорiв Pentium 4 можна використовувати модулi RIMM, DDR, DIMM, а для процесорiв типу Athlon - DDR, DIMM в залежностi вiд пiдтримки СП. На даний час найбiльша робоча частота модуля RIMM, що становить 800 МГц.

Тип шини. Системнi плати можуть мати шини ISA, PCI, AGP, USB, AMR, кожна з яких працює на своїй частотi. Тому при виборi СП слiд звернути увагу на периферiйнi пристрої, якi будуть приєднуватись до СП.

BIOS. В СП повинна виконуватись стандартна програма BIOS (базова система введення-виведення). Для спрощення модернiзацiї BIOS повинна бути записана в мiкросхемах Flash-ROM або EEPROM i пiдтримувати технологiю Plag-and-Play, Enhanced IDE або Fast ATA. В BIOS повинна передбачатися система розширеного управлiння живлення АРМ (Advanced Power Management).

Конструкцiя. Найбiльш унiверсальною є конструкцiя типу Baby AT. Її можна встановлювати в корпуси рiзної конструкцiї i модифiкувати в бiльшостi комп'ютерiв. Для досягнення бiльш високої продуктивностi i унiверсальностi в багатьох СП i комп'ютерах використовується нова конструкцiя АТХ. Для того, щоб вибрати корпус потрiбно врахувати розмiри СП.

Вмонтованi iнтерфейси. СП повинна мати як можна бiльше вмонтованих контролерiв та iнтерфейсiв (крiм вiдеоадаптера). На нiй повиннi бути встановленi контролер дисководу, рознiм Enhanced IDE локальної шини (РСI або VL-Bus), два вмонтованих послiдовних порти (з мiкросхемами UART типу 16550А) i високошвидкiсний паралельний порт (EPP або ECP). Також бажано вмонтований рознiм для пiдключення мишки типу PS/2, хоч для цього можна використовувати будь-який послiдовний порт. Деякi новi системи включають вмонтований стандарт USB (Universal Serial Bus), а також AGP та AMR. Вмонтований порт SCSI є ще одною перевагою iнтерфейсу ASPI (Advanced SCSI Programming Interface). На платi може бути встановлений мережний адаптер, звукова карта, вiдео адаптер.

Технологiя Plag-and-Play (PnP). СП повинна пiдтримувати стандарт Plag-and-Play фiрми Intel. Це забезпечує автоматичну конфiгурацiю адаптерiв РСI, а також ISA-адаптерiв стандарту Plag-and-Play.

Керування живленням. СП повинна пiдтримувати всi можливостi процесорiв модифiкацiї SL Enhanced з системою розширеного керування живленням АРМ (Advanced Power Management)i способи керування системою SMM (System Management Mode), якi дозволяють переводити рiзнi вузли комп'ютера на рiзнi рiвнi готовностi та енергопотреби.

Чiпсети. СП мають велику кiлькiсть рiзних чiпсетiв. Саме краще використовувати самi новi чiпсети.

Документацiя. СП обов'язково повиннi супроводжуватися технiчною документацiєю. В нiй повиннi описуватися всi перемикачi та перемички якi є на СП, розводки контактiв всiх рознiмiв, параметри мiкросхем кеш-пам'ятi, модулiв SIMM та других елементiв замiни, а також повинна знаходитися i iнша необхiдна iнформацiя.

Класична архiтектура чiпсетiв передбачає використання основних мiкросхем набору, що називаються North Bridge (Пiвнiчний мiст) та South Bridge (Пiвденний мiст). При цьому за параметри та функцiональнi можливостi, пов'язанi з роботою процесора, вiдеоадаптера, оперативної пам'ятi та шини РСI, в основному вiдповiдає пiвнiчний мiст. За пристроями з iнтерфейсами IDE та USB, послiдовними та паралельним портами, шину ISA, зв'язок з BIOS та периферiйними пристроями, робота яких характеризується вiдносно низькими потоками iнформацiї - пiвденний мiст.

Особливостi мережної архiтектури колишнiх версiй Windows NT (багаторiвнева модель захисту вiд несанкцiонованого доступу, специфiка модульної побудови системи i т.п.) обмежували її пропускну здатнiсть при роботi в мережах Fast Internet. У версiї 4.0 були полiпшенi алгоритми кешування мережних запитiв, оптимизованi модулi пiдсистеми подiлу ресурсiв, змiнений механiзм генерацiї переривань (при переходi до високошвидкiсних мереж ця функцiя зненацька стала джерелом проблем для мережних ОС). Друга змiна, на яку вказує Microsoft - збiльшена продуктивнiсть ОС при виконаннi графiчних операцiй. Розроблювачi, що "переодягали" Windows NT, перенесли частину коду модулiв USER i GDI в ядро системи, що дозволило прискорити виконання графiчних операцiй на 15-20 %. Однак реальну вигоду вiд цього полiпшення оцiнити важко - операцiї виведення на екран являють собою лише малу частину роботи, що виконують типовi програми для Windows NT. Виведення вiд бiльш швидкої графiки одержать переважно САПР i ПО для мультимедiа, але навiть у цьому випадку переваги далеко не очевиднi - швидко виконавши запити на вивiд зображення, операцiйна система, як правило, вiддає час, що звiльнився, процесам з бiльш високими прiоритетами.

Сполучення потужної мережної ОС i графiчного iнтерфейсу, створеного для неквалiфiкованих користувачiв, виглядає досить незвично. Windows NT 4.0 - це не просто чергова версiя популярної операцiйної системи. Вона являє собою основу для нового поколiння програмних продуктiв, орiєнтованих на роботу в мережi Internet. Можливiсть створення iнфраструктури intranet, простота в звертаннi i гарнiй репутацiї минулих

версiй Windows NT у сполученнi з тенденцiєю, що пiдсилюється, до створення однорангових мереж роблять її привабливої для користувачiв зi сфери бiзнесу.

З метою збiльшити продуктивнiсть i знизити вимоги до пам'ятi розроблювачi Windows NT 4.0 вирiшили перемiстити багато служб API операцiйної системи з пiдсистеми Win32 у ядро ОС. У новому модулi Win32K Executive розташовуються три важливих елементи операцiйної системи: диспетчер вiкон, iнтерфейс графiчних пристроїв (GDI) i драйвери графiчних пристроїв, що передають результати роботи GDI на екран i на принтер. У Windows NT 3.x цi компоненти були частиною пiдсистеми Win32. В ОС Windows NT 4.0 вони ввiйшли до складу модуля Windows NT Executive, де доступ до них, як i до iнших служб ядра, можна одержати в контекстi викликаючих процесiв.

Нова архiтектура обiцяла рiзко пiдвищити продуктивнiсть, особливо при роботi з графiкою. Всi операцiї виводу на екран виконуються через звертання до функцiй GDI. Тепер, коли GDI стала частиною ядра, прикладнi програми можуть безпосередньо звертатися до функцiй GDI, уникаючи сполучених з великими накладними витратами переключень контексту, вiдеодрайвери можуть швидше одержувати доступ до апаратних засобiв, а служби Win32 API - звертатися до служб у модулi Windows NT Executive, не переходячи через границi кiлець.

Звертання до службових функцiй GDI i диспетчера вiкон iз прикладної програми кiльця 3 як i ранiше приводить до переходу через границi кiлець, але фiрма Microsoft знову знайшла кiлька цiкавих способiв оптимiзацiї, що дозволяють досягти максимальної продуктивностi. Один приклад: якщо кiлька функцiй GDI викликаються послiдовно одна за iншою, то вони органiзуються в чергу в користувальницькому режимi i потiм направляються в ядро єдиним пакетом, що зводить до мiнiмуму число переходiв через границю кiльця. За твердженням Microsoft, нова архiтектура GDI дозволить програмам, що iнтенсивно використовують графiчнi засоби, таким, як PowerPoint, виводити зображення на екран на 15-20% швидше.

Продуктивнiсть в iнших областях також покращилася. Перемiщення диспетчера вiкон у ядро виключає основне вузьке мiсце, що обмежувало швидкiсть передачi iнформацiї мiж диспетчером вiкон i прикладними програмами, що звертаються до служб диспетчера вiкон.,

Тепер, коли основна частина програм i даних, що реалiзують служби Win32 API операцiйної системи, вiдображається в адресний простiр кожного процесу, необхiднiсть у серверних потоках i спiльних буферах пам'ятi зникає. Отже, вимоги системи до пам'ятi знижуються. Однак отримана економiя майже цiлком "перекривається" розмiром оболонки, що збiльшилася, iнтерфейсу користувача. Тому хоча твердження, що Windows NT 4.0 використовує пам'ять бiльш ефективно, нiж версiя 3.x, правильне, однак вiрно i те, що для досягнення прийнятної продуктивностi як i ранiше знадобиться щонайменше 16-мбайт ОЗУ.

Фрагменти операцiйної системи, перенесенi з пiдсистеми Win32 у модуль Windows NT Executive, зараз захищенi не гiрше, нiж ранiш, хоча тепер це зроблено по-iншому.

Критики вказують на те, що погано налагоджений вiдеодрайвер чи драйвер принтера тепер може привести до краху ядра, тодi як ранiш вiн мiг лише викликати збiй пiдсистеми чи Win32. Фiрма Microsoft заперечує - i обґрунтовано, - що як Windows NT 3.x, так i версiя 4.0 стабiльнi в тiй мiрi, наскiльки це забезпечується драйверами пристроїв, використовуваними разом з ОС. От чому фiрма Microsoft проводить тестування драйверiв для Windows NT, у тому числi розроблених незалежними постачальниками, i сертифiкує лише бездоганнi продукти. Якщо якiсть графiчних драйверiв Windows NT 4.0 виявиться такою ж чи перевершить якiсть графiчних драйверiв версiї 3.x, то немає причин, по яких Windows NT може виявитися менш надiйною, нiж 3.x. З iншого боку, iнсталяцiя несертифiкованого графiчного драйвера в системi Windows NT 4.0 теоретично бiльш ризикована, нiж iнсталяцiя того ж драйвера в системi 3.x, оскiльки графiчнi драйвери Windows NT 4.0 працюють у привiлейованому режимi ядра ЦП.

Що стосується безпеки, то Windows NT 4.0 спроектована з врахуванням вимог стандартiв безпеки точно так само, як i її попередники. Архiтектурнi змiни не торкнулися пiдсистеми захисту iнформацiї, що, як i iншi пiдсистеми, виконується у видi окремого процесу в режимi користувача.

Тонкi змiни, внесенi в архiтектуру Windows NT у версiї 4.0, вiдбивають нове вiдношення до системи з боку її розроблювачiв. Спочатку Windows NT проектувалася як операцiйна система "рiвних можливостей", здатна виконувати прикладнi програми iнших ОС так само легко, як i свої власнi. Але тепер, коли центральне мiсце придiляється службам Win32 API, система Windows NT оптимiзована на виконання програм Win32 з бiльшою швидкiстю, нiж ранiше. Windows NT 4.0 працює набагато швидше, нiж її попередники, i при цьому, мабуть, не поступається тими якостями, що зробили її знаменитою. Зваживши всi обставини, можна сказати, що користувачi навряд чи можуть побажати чогось кращого.

11. Нормативно-технічна документація

Запропонована експлуатацiйна документацiя електронно-обчислювальних машин (ЕОМ) в навчальних закладах для полегшення роботи системного адмiнiстратора по обслуговуванню ЕОМ та виявлення причин можливих її несправностей, вiдмов та збоїв апаратної чи програмної частини.

Електронно-обчислювальнi машини (ЕОМ) з кожним роком знаходять все бiльше використання у всiх сферах дiяльностi. Вони використовуються в обчислювальних центрах, автоматизованих системах управлiння (АСУ) i т.д., що ставить високi вимоги, для забезпечення надiйного функцiонування i високої достовiрностi результатiв, виконуваних ними завдань.

Сьогоднi актуально вважати ЕОМ як одиницю певної системи чи мережi, а не як окремий персональний комп'ютер, не зв'язаний з iншими. Це дозволяє створювати цiлi апаратнi та програмнi комплекси, великi iнформацiйнi бази даних, а також економить мiсце на жорстких магнiтних носiях iнформацiї, виключає переповнення iнформацiйних ресурсiв дублюванням тiєї ж самої iнформацiї.

ПК являє собою сукупнiсть апаратних та програмних засобiв. Iз стрiмким розвитком нових технологiй апаратне забезпечення стало бiльш надiйним, а також значно випередило розвиток програмного забезпечення, яке цiлком могло б використовувати апаратнi ресурси.

Програмнi засоби (ПЗ) чи програмнi комплекси на даний час можуть являти собою до кiлькох десяткiв мiльйонiв команд. Звичайно, написати такий програмний продукт чи комплекс, а також протестувати його, врахувавши всi можливi апаратнi ресурси дуже важко, можна сказати не можливо. Тому програмне забезпечення при виникненнi в ньому помилки збоїть, вiдмовляє.

На пiдприємствi чи в навчальних закладах, дослiдницьких лабораторiях, бiблiотеках i т.д. за станом роботи слiдкують системнi адмiнiстратори. В загальному випадку це один або декiлька чоловiк в залежностi вiд кiлькостi робочих станцiй та матерiальних затрат на усунення неполадок в роботi. Тому повнiстю прослiдкувати можливi збої чи вiдмови ЕОМ чи обчислювальних систем в цiлому не можливо.

Необхідність експлуатаційної документації

Локальну документацiю необхiдно тримати в одному визначеному мiсцi на диску. Деякi документи краще оформляти на паперi, у виглядi брошур, а деякi - у виглядi таблиць, що прикрiпляються до ПК.

На всiх системних консолях повиннi бути прикрiпленi надрукованi iнструкцiї iз вказанням iменi машини, послiдовностi її завантаження, архiтектури i спецiальних комбiнацiй клавiш, що використовуються. Iм'я машини повинно бути видно з другого кiнця кiмнати.

На принтерах потрiбно вказувати їх iмена, короткi iнструкцiї по друку та iмена машин з якими вони працюють (у випадку великої системи чи мережi).

Крiм цього доцiльне введення в локальне середовище, в навчальних закладах важливу роль вiдiграє документацiя по найбiльш поширених командах програмного комплексу, оскiльки в такому середовищi користувачi найчастiше змiнюються i не мають великого досвiду роботи з системою чи програмним комплексом ПК.

Якщо розглянути навчальнi заклади, то комп'ютернi класи, науковi лабораторiї знаходяться в захищеному примiщеннi, тому їхня робота стабiльна i не залежить вiд зовнiшнiх умов, а саме: температурний режим, електромагнiтнi поля, струси i т.д.

У нашому випадку причину вiдмови в роботi ПК слiд шукати в програмнiй частинi (програмному комплексi) ЕОМ. До основних причин вiдмови чи збою програмного забезпечення (ПЗ) можна вiднести:

1.Помилки, схованi в самiй програмi:

*помилки обчислень;

*логiчнi помилки;

*помилки введення-виведення;

*помилки манiпулювання даними;

*помилки сумiсностi;

*помилки пов'язанi зi сполученням.

2.Перекручування вхiдної iнформацiї, що пiдлягає обробцi,

-перекручування даних на первинних носiях iнформацiї;

-збої i вiдмови в апаратурi при введеннi даних з первинних носiїв iнформацiї;

-шуми i збої в каналах зв'язку при передаваннi повiдомлень по лiнiях зв'язку;

-збої i вiдмовлення в апаратурi при передаваннi або прийманнi iнформацiї;

-втрати чи перекручування повiдомлень у буферних нагромаджувачах обчислювальної системи;

-помилки в документацiї, яка використовується для пiдготовки даних, що вводитиметься;

-помилки користувачiв при пiдготовцi первинної вхiдної iнформацiї.

3.Невiрнi дiї користувача.

4.Несправностi апаратури ЕОМ, на якiй реалiзується обчислювальний процес.

Створення експлуатаційної документації

Для того, щоб можна було б використовувати, проводити технiчне обслуговування ЕОМ потрiбна документацiя про склад, технiчнi параметри i спецiальних вказiвок по експлуатацiї. Цей вид конструкторської документацiї повинен бути розрахований на обслуговуючий персонал, що пройшов спецiальну пiдготовку по технiчному та програмному обслуговуванню i використанню ЕОМ даного класу. Комплект експлуатацiйних документiв встановлюється в залежностi вiд виду, складностi та умов експлуатацiї ЕОМ.

Пропонується “Експлуатацiйна документацiя”, яка мiстить в собi всi необхiднi данi для забезпечення функцiонування та експлуатацiї технiчного та програмного забезпечення ЕОМ.

Згiдно ГОСТ 2.601-68 “Документы експлуатационные” та єдиної системи конструкторської документацiї (ЄСКД) передбаченi наступнi пункти:

*технiчний опис (ТО);

*iнструкцiя по експлуатацiї (IЕ);

*iнструкцiя по технiчному огляду (IО);

*iнструкцiя по монтажу, пуску, регулювання ЕОМ на мiсцi його використання (IМ);

*формуляр (ФО);

*вiдомiсть експлуатацiйних документiв (ЕД).

Вони служать для повiдомлення користувачу гарантованих заводом-виробником технiчних параметрiв i для ведення облiку технiчного стану та експлуатацiї ПК та його програмного комплексу.

Рiшення будь-якої задачi, виконання будь-якої функцiї, покладеної на ЕОМ, можливо тiльки при вiдповiднiй взаємодiї i функцiонуваннi апаратурних i програмних засобiв обчислювальної машини. Тому при аналiзi надiйностi виконання ЕОМ заданих функцiй, варто розглядати, як єдиний комплекс апаратних та програмних засобiв i враховувати, що надiйнiсть роботи ЕОМ залежить не тiльки вiд надiйностi апаратних засобiв, але i вiд надiйностi програмного забезпечення.

За аналогiєю з термiнологiєю, яка прийнята для надiйностi технiчних засобiв, пiд надiйнiстю програмного забезпечення (ПЗ) будемо розумiти властивiсть виконувати заданi функцiї, зберiгати свої характеристики у встановлених межах за певних умов експлуатацiї.

Надiйнiсть програмного забезпечення (або просто програми) визначається його (її) безвiдмовнiстю i здатнiстю до вiдновлення. Безвiдмовнiсть програми чи програмного забезпечення є її (його) властивiсть зберiгати працездатнiсть при використаннi в процесi обробки iнформацiї на ЕОМ.

Безвiдмовнiсть програмного забезпечення можна оцiнити iмовiрнiстю його роботи без вiдмовлень при визначених рiвнях зовнiшнього середовища протягом заданого перiоду спостереження. У цьому визначеннi пiд вiдмовленням програми чи системи програмного забезпечення розумiється неприпустиме вiдхилення характеристик процесу функцiонування програми вiд необхiдних. Визначенi умови зовнiшнього середовища враховують сукупнiсть вхiдних даних i стану обчислювальної системи. Заданий перiод спостережень вiдповiдає, як правило, необхiдному для виконання розв'язуваної на машинi задачi.

Безвiдмовнiсть програмного забезпечення можна також характеризувати середнiм часом мiж виникненнями вiдмовлень у функцiонуваннi програми. При цьому передбачається, що апаратура ЕОМ знаходиться цiлком у працездатному станi.

З погляду надiйностi принципова вiдмiннiсть програмного забезпечення вiд апаратури полягає в тому, що програми не зношуються i, отже, їхнiй вихiд з ладу через поломку неможливий. Тому характеристики функцiонування програмного забезпечення залежать тiльки вiд його якостi, зумовлюваного процесом розробки.

Безвiдмовнiсть програмного забезпечення визначається його коректнiстю (правильнiстю) i, отже, цiлком залежить вiд наявностi в ньому помилок, внесених на етапах його створення, у той час як безвiдмовнiсть апаратури визначається в основному випадковими вiдмовленнями, що залежать вiд змiн параметрiв апаратури, що вiдбуваються пiд час експлуатацiї.

Надiйнiсть (чи краще безвiдмовнiсть) апаратури i програмного забезпечення iстотно по-рiзному залежить вiд вхiдних даних i часу функцiонування системи. Оброблюванi данi, як правило, не впливають на вiдмову апаратури. Процес виходу з ладу окремих елементiв апаратури не залежить вiд вхiдних даних, що надходять. У той же час прояв помилок програмного забезпечення зв'язане з тим, що в деякi моменти часу на обробку надходять ранiше що не зустрiчалися сукупностi даних, що програма не в змозi коректно обробити. Таким чином, вхiднi данi значною мiрою впливають на функцiонування програмного забезпечення.

Звернемося до рис. 7.1, на якому показанi типовi залежностi, що вiдображають змiну в часi надiйностi апаратури (крива 1) i програми (крива 2).

Iнтенсивнiсть вiдмов апаратури, власне кажучи, залежить вiд часу експлуатацiї. Збiльшення надiйностi програми є наслiдком того, що в процесi експлуатацiї виявляються й усуваються схованi помилки програми.

Важливою характеристикою надiйностi програмного забезпечення є його здатнiсть до вiдновлення, що визначається витратами часу i працi на усунення вiдмовлення через помилку, що проявилася, у програмi i його наслiдках. Вiдновлення пiсля вiдмови в програмi, може полягати в коректуваннi i перекомпiляцiї вихiдного або декомпiльованого тексту програми, що сприяє виправленню даних, внесення змiн в органiзацiю обчислювального процесу. Цi дiї часто виявляється необхiдними при роботi ЕОМ у реальному масштабi часу. Здатнiсть до вiдновлення програмного забезпечення може бути оцiнена середньою тривалiстю усунення помилки в програмi i вiдновлення її працездатностi, здатнiсть до вiдновлення програмного забезпечення залежить вiд багатьох факторiв, у тому числi i вiд складностi структури комплексу програм, структурованостi самих програм, алгоритмiчної мови, на якiй розроблялася програма, стилю програмування, якостi документацiї на програму i т.п.

Можна також говорити про стiйкiсть функцiонування програмного забезпечення, розумiючи пiд цим здатнiсть обходити власнi помилки i несприятливi впливи з зовнi. (несправностi апаратури, некоректнiсть вхiдних даних, помилки оператора та iн.) чи протистояти їм.

Стiйкiсть програмного забезпечення може бути пiдвищена за допомогою рiзних форм структурної, iнформацiйної i тимчасової надмiрностi, що дозволяють мати дублюючi модулi програм, альтернативнi програми для рiшення тих самих задач, здiйснювати контроль за процесом виконання програм (контроль за зацикленням, виникненням самоблокувань, перевантаженнями по пропускнiй здатностi) i т.д.

Причини вiдмови програмного забезпечення

Основними причинами, що безпосередньо викликають порушення нормального функцiонування програми, є:

*помилки, схованi в самiй програмi;

*перекручування вхiдної iнформацiї, що пiдлягає обробцi,

невiрнi дiї користувача;

*несправностi апаратури установки, на якiй реалiзується обчислювальний процес.

Схованi помилки програми

Специфiка створення складних програмних засобiв полягає в тому, що в процесi їхнього налагодження практично неможливо знайти i лiквiдувати всi помилки. У результатi в програмах залишається деяка кiлькiсть схованих помилок. Вони можуть викликати невiрне функцiонування програм при визначених сполученнях вхiдних даних. Наявнiсть схованих помилок програмного забезпечення є головним чинником порушення нормальних умов його функцiонування.

Можна видiлити наступнi основнi класи помилок у програмах.

*Помилки обчислень. Помилки даного класу мiстяться в закодованих математичних виразах i одержаних з їх допомогою результатах. Прикладами помилок, що вiдносяться до даного класу, є невiрне перетворення типiв змiнних, невiрний знак операцiї, помилка у вираженнi iндексу, помилки пов'язанi з переповненням та втратою значимих розрядiв при обчисленнях.

*Логiчнi помилки є причиною перекручування алгоритму рiшення задачi. Такого роду помилки виникають у зв'язку з невiрною передачею керування, невiрно заданий дiапазон змiни параметра циклу, невiрною умовою i т.д.

*Помилки введення-виведення, пов'язанi з такими дiями, як керування введенням-виведенням iнформацiї, формуванням вихiдних записiв, визначення розмiрiв записiв i нiшi. Прикладами помилок введення-виведення є неправильна форма введення (або виведення), помилка в наданнi числу кiлькостi розрядiв пiсля коми, надання виведення (сторiнок) при роздрукуваннi, вiдсутнiсть ознаки кiнця файлу i iншi помилки, якi легко знайти численному програмному забезпеченнi.

*Помилки манiпулювання даними. Прикладами таких помилок є невiрно визначене число елементiв даних; невiрнi початковi значення, якi потiм присвоюються даним; невiрно зазначена довжина операнду, iм'я змiнної та iн.

*Помилки сумiсностi пов'язанi з вiдсутнiстю сумiсностi з операцiйною чи системою iншими прикладними програмами, використовуваними в данiй програмi.

*Помилки пов'язанi зi сполученням викликають невiрна взаємодiя програми з iншими програмами (пiдпрограмами), iз системними програмами, пристроями ЕОМ, вхiдними даними i т.д. Прикладами помилок пов'язаними зi сполученням можуть бути несумiснiсть аргументiв i параметрiв пiдпрограми, вiдсутнiсть у системi необхiдної пiдпрограми, порушення синхронiзацiї при асинхронному виконаннi програм i т.д.

* Застосування захищених вiд запису дискет при копiюваннi файлiв на твердий диск. Це зупинить проникнення вiрусу на дискету i наступне зараження iнших ЕОМ.

* Перевiрка дискет перед завантаженням з них файлiв.

* Постiйне використання резидентної частини антивiрусної програми, що стежить за всiм пiдозрiлим у роботi ЕОМ.

Застосування стiйких до збоїв програм

Стiйкi до збоїв програми одержують, як правило, шляхом багаторазового повторення обчислень на рiвнi мiкрооперацiй, операцiй, команд, дiлянок чи програм усiєї програми. Так, наприклад, в ЕОМ "Стретч" всi арифметичнi операцiї перевiрялися як спецiальними схемами контролю, так i повторним рахунком, який сумiщався з виконанням наступної команди.

Для пiдвищення надiйностi по збоях всiєї ЕОМ широко використовується метод багаторазового рахунку на рiвнi дiлянок програм. Сутнiсть його полягає в тому, що програма розбивається на ряд дiлянок, кожна з яких обчислюється двiчi, а результати порiвнюються. Якщо результати першого i другого обчислень збiгаються, то вважають, що результат одержали вiрний i переходять до наступної дiлянки обчислень. При розбiжностi, обчислення повторюють доти, поки не будуть отриманi два однакових результати. Достоїнством методу є його простота. При складаннi програми необхiдно лише передбачити вiдповiднi дiї, апаратних витрат метод не вимагає. Недолiком методу подвiйного рахунку є збiльшення часу рiшення задачi бiльш нiж у два рази i неможливiсть виявлення помилок, викликаних вiдмовами.

Продуктивнiсть ЕОМ при використаннi методу подвiйного рахунку залежить вiд числа дiлянок, на яке розбивається програма. Дiйсно, при великiй довжинi дiлянки ймовiрнiсть появи збою буде велика. Отже, замiсть двох прорахункiв прийдеться три i бiльш рази повторювати обчислення, через що час рiшення задачi буде збiльшуватися. З iншого боку, при малiй довжинi дiлянки значна частина часу буде йти на порiвняння i запис у ЗП (запам'ятовуючий пристрiй) результатiв обчислень, виконаних на окремих дiлянках програми.

У зв'язку з цим виникає задача про знаходження оптимального числа дiлянок, на якi варто розбивати програму i при яких час рiшення задачi буде мiнiмальним. Введемо позначення:

- час рiшення задачi при однократному рахунку;

- тривалiсть обчислень на однiй дiлянцi;

- ймовiрнiсть вiдсутностi збою за час .

Тодi вiдношення буде дорiвнює числу дiлянок, на якi розбивається програма. Визначимо ймовiрностi двох-, трьох- або в загальному випадку, i-кратного повторення рахунка якої-небудь однiєї дiлянки програми. Якщо збої є незалежними подiями, то ймовiрнiсть того, що дана дiлянка програми буде обчислюватися двiчi, дорiвнює iмовiрностi вiдсутностi збою при першому i другому рахунках, тобто , аналогiчно, дорiвнює ймовiрностi того, що в одному з двох перших обчислень вiдбувся збiй, а в третiм обчисленнi отриманий правильний результат, тобто

, де .

Аналогiчно, дорiвнює ймовiрностi того, що в i-ому та в одному з попереднiх обчислень збої були вiдсутнi, а в iнших були збої, тобто

.

Отже, середнє число обчислень буде дорiвнює:

.

Легко показати, що:

.

.

Таким чином, час, витрачений на обчислення, буде дорiвнює . Час , необхiдний для виконання операцiй порiвняння i запису промiжних обчислень у ЗП, залежить вiд типу використовуваного ЗП, кiлькостi промiжних результатiв i числа дiлянок програми, тобто , де - середнiй час виконання операцiй порiвнянь i звертання до ЗП для запису результатiв однiєї дiлянки програми. Якщо вважати, що , то

.

Для деяких типiв машин експериментально встановлено, що , де - iнтенсивнiсть збоїв, рiвна, наприклад, у розрахунку на один логiчний елемент 10-4 год-1.

У цьому випадку приймає мiнiмальне значення при , яке можна визначити з рiвняння:

.

В деяких випадках можна вважати, що

.

Тодi:,.

Таким чином, знаючи , можна визначити оптимальну довжину дiлянки програми i вiдповiдне їй число дiлянок, при яких мiнiмальне. Звiдси випливає, вiдношення, однак, слiд помiтити, що продуктивнiсть ЕОМ падає бiльше нiж у два рази.

.

Захист вiд збоїв i вiдновлення файлiв у windows 2000

Збої в роботi ЕОМ, неправильнi дiї оператора, вiруси й iншi причини можуть викликати втрату даних i необоротнi змiни операцiйної системи (ОС), що вимагають переустановки всiєї ОС чи окремих її файлiв. Внаслiдок цього в нових ОС уводяться засоби, що дозволяють звести до мiнiмуму ризик втрати даних i спростити процедуру вiдновлення пошкодженої ОС. Для цих цiлей рекомендується регулярно виконувати наступнi профiлактичнi процедури:

*резервне копiювання системних файлiв, реєстру i усiх важливих даних; створення диска аварiйного вiдновлення перед кожною змiною конфiгурацiї ОС;

*щоденний перегляд журналiв системних подiй, куди заносяться данi про помилки (це необхiдно робити для того, щоб не допустити попадання пошкоджених даних на резервну копiю);

*перевiрку дискiв для своєчасного виявлення помилок файлової системи;

*дефрагментацию дискiв для усунення втрати продуктивностi;

*при установцi додаткового устаткування необхiдно користатися драйверами, сумiсними з встановленою ОС (наприклад, у Windows 2000 введенi додатковi засоби захисту системних файлiв i драйверiв за допомогою цифрового пiдпису, що гарантує їхню сумiснiсть i коректну роботу).

При ушкодженнi головного завантажувального запису чи при виникненнi збоїв у роботi диска, на якому знаходиться системний роздiл, завантаження ЕОМ допоможе виконати завантажувальна дискета. Для створення завантажувальної дискети необхiдно вiдформатувати дискету з Windows 2000 i скопiювати на цю дискету файли: Ntldr, Ntdetect.com, Boot.ini, Bootsect.dos (для мультизавантажувальної системи) i Ntbootdd.sys (якщо у файлi Boot.ini застосовується синтаксис scsi()).

У Windows 2000 для резервного копiювання i вiдновлення даних застосовується вмонтована утилiта Backup, що дозволяє виконувати резервне копiювання iнформацiї, у тому числi системних конфiгурацiйних файлiв, на будь-який ЗП, який пiдтримується ОС (гнучкi чи твердi диски, магнiтооптичнi нагромаджувачi та iн.). Основнi засоби захисту вiд збоїв i вiдновлення ушкодженої ОС Windows 2000 включають:

-захист системних файлiв цифровим пiдписом (захист системних файлiв, перевiрка системних файлiв i версифiкацiя системних файлiв);

-безпечний режим завантаження;

-консоль вiдновлення;

-диск аварiйного вiдновлення.

Цифровий пiдпис Microsoft гарантує, що файл, пiдписаний нею, тестувався на сумiснiсть з Windows 2000 i не був модифiкований чи переписаний пiд час установки програмного забезпечення. У залежностi вiд встановленої опцiї настроювання, ОС може або iгнорувати драйвери, що не мають цифрового пiдпису, або виводити попередження при виявленнi таких драйверiв (за замовчуванням), чи ж просто не допускати їхньої установки. Функцiя захисту системних файлiв (System File Protection), що працює за принципом визначення цифрових пiдписiв захищених системних файлiв, не дозволяє довiльно модифiкувати i замiщати цi файли. Ця функцiя захищає усi файли, встановленi програмою Windows 2000 Setup. Утилiта перевiрки системних файлiв (System File Checker) при перезапуску ЕОМ перевiряє версiї системних файлiв. Якщо ця утилiта знайде, що один iз системних файлiв, що захищаються, був замiщений, вона знайде коректну версiю цього файлу i запише її поверх змiненого файлу. Використання засобу версифiкацiї цифрового пiдпису файлiв дозволяє iдентифiкувати усi встановленi файли, що перевiряється на ЕОМ, тi, що не мають цифрового пiдпису, i одержати про цi файли наступну iнформацiю: iм'я файлу i шлях до нього; дату модифiкацiї файлу; тип файлу.

При завантаженнi в безпечному режимi ОС використовує стандартнi параметри настроювання (встановлює тип монiтора VGA, не робить запуск мережних засобiв, запускає мiнiмальну кiлькiсть драйверiв). Наприклад, якщо пiсля iнсталяцiї нового програмного забезпечення ОС перестала запускатися, то цiлком можливо, що перезавантаження в безпечному режимi дозволить виконати запуск ОС. Пiсля такого перезавантаження можна буде змiнити параметри настроювання ЕОМ, що не дозволяли ранiше виконувати коректний запуск Windows 2000, чи видалити програмне забезпечення, що викликало цi проблеми.

Використовуючи консоль вiдновлення Windows 2000 (Recovery Console), можна запускати i зупиняти сервиси, форматувати диски, виконувати читання i запис даних на локальнi твердi диски, усувати проблеми з пошкодженим головним завантажувальним записом i пошкодженими завантажувальними секторами та iн. Ця нова можливiсть Windows 2000 може також виявитися корисною, якщо для вiдновлення системи потрiбно скопiювати на твердий диск один чи кiлька системних файлiв або ж переконфiгурувати сервiс чи драйвер, некоректна конфiгурацiя якого заважає виконати завантаження Windows 2000.

Застосування диска аварiйного вiдновлення (Emergency Repair Disk) дозволить вирiшити проблеми з пошкодженими системними файлами, порушеннями конфiгурацiї в мультизавантажувальному режимi, пошкодженням реєстру i з пошкодженим завантажувальним сектором на завантажувальному роздiлi. Важливою особливiстю диска аварiйного вiдновлення в Windows 2000 є те, що процес аварiйного вiдновлення можна виконати навiть у тому випадку, коли диск аварiйного вiдновлення не був виготовлений заздалегiдь. Але в цьому випадку всi змiни, внесенi до складу системи, будуть загубленi, а встановлене в системi додаткове програмне забезпечення може зажадати переустановки. Якщо процес аварiйного вiдновлення системи завершиться успiшно, то ЕОМ буде автоматично перезавантажена. При неуспiшному завершеннi процесу можна скористатися опцiями консолi вiдновлення. Якщо не допоможе i це, то ймовiрнiше всього, прийдеться переустановити ОС.