Физическая теория надежности

1) Тепловая энергия – изменение температуры

2) Механическая энергия – вибрация, удары.

3) Световая энергия – перегрев, ускоряется процесс старения органич. Материалов.

4) Химическая энергия – изменение влажности, т.е коррозия.

,

Δx – запас прочности,

 - вероятностная прочностная хар-ка, зависящая от вида материала, технологии изготовления, конструкции.

- скорость изменения запаса прочности из-за физико-хим. Процессов, протекающих в устройстве.

Если P(t)=1,

Полученные зависимости позволяют: 1)произвести правильный выбор материалов и запаса прочности. 2) Предусмотреть конструктивные запасы прочности при различных энергетич. воздействиях. 3) Учесть влияние режимов и условий работы на возникновение внезапных и постепенных отказов.

Разрушающее напряжение равно разрушающему воздействию при нормальных условиях, умноженное на коэффициент. , где σp – разрушающее напряжение, μ – коэф. Теплоотдачи единицы длины, ΔT – изменение температуры, m – коэф. Учитывающий вид материала, σx – текущее напряжение.

 - запас прочности, Kз – коэф.запаса прочности.

; , Wa- энергия активации реакции. T – температура, R –универсальная газовая постоянная.

Средняя наработка до отказа. , h-номинальная толщина, hkp – критич.толщина проводника.

Электрич.прочность. , Uпр- напряжение пробоя., h-толщина.

Интенсивность отказа. , ki-поправочные коэф-ты.

Критерии и показатели надежности ПО

Используются два подхода при выборе показателей надежности:

1) Для описания надежности используются те же показатели, что и для обычных технич. устройств: P(t), f(t),вероятность отсутствия ошибок за время t - (λ(t)), среднее время между ошибками Tcp, среднее время восстановления Tв.

Они используются, если ПО работает непрерывно. Если ПО работает не регулярно, то в качестве показателей надежности используют следующие: Вероятность успешного одного прогона программ; вероятность того, что данное ПО сумеет решить произвольную задачу из потока реальных задач. Случайное событие – это проявление ошибки.

2) Для описания надежности используют спец. показатели, которые определяют качество ПО. Показатели : 1.Предполагаемое число ошибок в ПО(плотность ошибок) – число ошибок на одну команду. 2. Устойчивость – способность ПО функционировать в условиях возмущений внешней среды. 3. Исправляемость – способность ПО к внесению исправлений. 4. Защищенность – способность способность ПО защищаться от постороннего вмешательства.

Критериями надежности ПО должны быть: Вероятностные или статич. хар-ки относительно длительности получения достоверной инф. в процессе функционирования ПО.

Резервирование ПО

Д/резервирования ПО исп-ся временное, информ-ое и структурн. Резервирование.

Временное резервир-ие закл-ся в созд-ие опред-го резерва по производительности АСУ. Д/контроля вып-ия программ и возобновление вычислит-го процесса.

1. Эти ф-ции м б заложены в различных программах блоков программно-логич контроля

2. они все м б сконцентр-ны в спец-но предназнач д/этого программе

Информац-ое резер-ие.Состоит в дублировании или даже троировании исходных или накапливаемых промежуточных данных (данные кот-ые в наиб степени влияют на функционирование ПО)

Д/менее важной инф-ции инф-ции информ резерв-ние реализ-ся помехозащиещнными кодами. Их исп-ие позволяет тока обнаружить искажение. В больш-ве случаев этого достаточно.

В случае искажения данных, влияющих на функц-ие сист, управляемый объект может лишиться необходимой инф-ции. Это ведет к потере упр-ия. В этом случае информ резерв-ие позволяет не только обнаружить искажение данных, но и восстановить их.

Структурное резерв-ие. Закл-ся в исполнении неск-ких || вариантов решения некот задачи. Эти варианты различ-ся или алгоритмом реш, или программ. Реализацией дан алгоритма. Затем сравниваем полученные данные и находим искажения. В наст время практич отказыв-ся от временного и структурн резерв-ия, т.к. программы контроля и восстановления – обязат-ый элемент ОС.

Модели надежности ПО

Математические модели надежности ПО предназначены для оценки зависимости надежности ПО от других его пар-ров, которые могут быть известны или измерены. Все модели делят на группы: 1)Прогнозирующие, 2)Оценочные, 3)Измерительные.

1)Прогнозирующие модели предназначены для определения количественных показателей надежности ПО исходя из хар-к самого ПО, среды его разработки или данных о показателях надежности аналогичных ПО. Эти моедли используются на этапах проектирования, до тестирования. Показатели надежности ПО связаны с показателем “Число ошибок, оставшихся не выявленными”. Простой метод оценки числа ошибок – метод оценки среднего числа ошибок на один оператор. Если нет точных данных можно воспользоваться выражением: X=5V/1024; где, x-число ошибок, v-объем памяти в словах.

2) Оценочные модели. Предназначены для априорной оценки и прогнозирования показателей надежности по данным об отказах, полученным в рез-те тестирования ПО. Эти модели используются при комплексной отладке, испытаниях, при опытной эксплуатации. 

1. Модель Джелинского-Моранди. Модель основана на допущениях: а) время между отказами распределено экспоненциально. б) интенсивность отказов ПО пропорциональна кол-ву оставшихся ошибок. Для определения числа оставшихся ошибок и коэф, связывающего интенсивность отказов с числом не выявленных ошибок – метод максимального правдоподобия.

2.Модель Шумана. Отличается от модели Джелинского тем, что периоды времени эксплуатации и отладки ПО рассматриваются отдельно, вводится коэф, учитывающий сложность структуры программы.

3. Шика-Волвертона. Интенсивность отказов пропорциональна произведению числа невыявленных ошибок на время затраченное на отладку.

4. Модель Муссы. Рассматривает время функционирования ПО как время работы изделия в процессе эксплуатации и как суммарное время на тестирование и отладку в процессе разработки. Это разделение времени позволяет считать интенсивность отказов по вине ПО величиной постоянной в течение оперативного времени и зависящей от суммарного времени(числа не выявленных ошибок). Введение 2-х впеменных показателей аозволяет определить устранение ошибки при выполнении программы от их увеличения, что упрощает анализ.

Тестирование ПО

Это проверка работы программы по результ-ам ее вып-ия на спец-о подобранных задачах/тестах. При этом тестир-ие: полное и выборочное (проверка в отдельных частях простр-ва исход данных).

Полное тестир на всех возможных вход наборах программы нереально, т.к. число тестов будет недопустимо большим.

Использ-ся структурнео выборочное тестир-ие, основанное на разделении простр-ва исход данных на классы. Каждый класс позволяет подтвердить опред-ое св-во/работоспособ-ть опред-х эл-тов структуры классов. Осн. задача здесь: построение генераторов тестовых наборов д/автоматич генерирования.

Простое выборочное тестир-ие не может гарантировать надежность программ, тк охватывает только часть программ.

- Тестир-ие ветвей (динамическое тестир-ие) закл-ся в том, что выбранные пути должны перекрывать все ветви структуры программы (или все разветвления по всем напрвлениям)

- Верификация программ – доказ-во их правильности на основе исп-ия матем методов док-ва теорем. Программа разбив-ся наряд более простых послед-тей, состящих из ряда простых утверждений, док-во кот-ых не составляет труда.