Способы функционального контроля компьютерных систем
В зависимости от метода, положенного в основу контроля СВТ, различают два основных вида контроля:
- программный;
- аппаратурный.
Каждый из них может использоваться как в оперативном режиме, т. е. в процессе работы СВТ, так и в режиме профилактических проверок, причем контроль может быть автоматическим или с привлечением оператора.
Программный контроль СВТ основан на использовании специальныхпрограмм, контролирующих работу СВТ. Он подразделяется на
- программно-логический
- тестовый.
Программно-логический контроль основан на том,что в основную рабочуюпрограмму вводятся дополнительные операции, при выполнении которых получается избыточная информация, необходимая для обнаружения и исправления ошибок. Наличие избыточности в информации позволяет, например, находить те или иные контрольные соотношения, которые связывают получаемые в процессе расчета значения и которые можно проверять по программе в конце каждого этапа вычислений. Так, если вычисляются значения синусов и косинусов, то правильность их вычисления можно проверить по известному соотношению: сумма квадратов синуса и косинуса равна 1. Часто прибегают к двойному просчету, при котором избыточность информации создается путем повторения вычислений, а контрольные соотношения — это совпадение результатов первого и второго просчетов.
Программно-логический контроль не требует применения специальной аппаратуры и позволяет обнаруживать ошибки, обусловленные случайными сбоями, в процессе проведения вычислений. Однако этот вид контроля приводит к значительному увеличению времени решения задачи.
Тестовый контроль предназначен для проверки правильности работы СВТили ее отдельных устройств с помощью специальных программ—тестов. Контроль с помощью тестов сводится к выполнению машиной определенных действий над исходными числами и сравнению результатов с известными. В случае несовпадения ответов фиксируется ошибка.
Все тесты подразделяются на
- наладочные
- проверочные
- диагностические.
Наладочные тесты служат для проверки правильности функционированияустройств и блоков во время наладки СВТ. Эти тесты предназначаются для обнаружения грубых ошибок (ошибки в монтаже, логике работы отдельных узлов и т. д.). Наладочные тесты используются для проверки центральных процессоров, устройств ввода-вывода, оперативной и внешней памяти. Они являются
самостоятельными программами и выполняются без помощи операционной системы
Проверочные тесты предназначены для периодической проверкиработоспособности СВТ и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации. Эти тесты обеспечивают более полный контроль и создают более разнообразные режимы работы узлов СВТ. Однако как наладочные, так и проверочные тесты свидетельствуют лишь о факте появления ошибки в том или ином устройстве, не указывая места ее возникновения.
Диагностические тесты служат не только для обнаружения ошибки,но идля локализации места неисправности.
Проверочные и диагностические тесты работают под управлением специальной тестовой программы проверки — монитора (часть управляющей программы), которая осуществляет вызов, выполнение каждого отдельного теста и управление им. Проверка устройств может производиться как в профилактическом, так и в оперативном (мультипрограммном) режиме, т. е. наряду с выполнением других программ (последний вид проверки устройств СВТ называется не автономной проверкой).
В современных вычислительных системах запуск тестов может производиться и автоматически по сигналу ошибки с контрольных схем СВТ. При этом после локализации ошибки развитые системы саморемонтируются (реконфигурация системы). В менее мощных системах процесс локализации ошибки сопровождается подачей оператору соответствующего сигнала.
Аппаратурные средства контроля создаются введением в состав СВТспециального дополнительного контрольного оборудования, работающего независимо от программы. Аппаратурный контроль обеспечивает проверку правильности функционирования СВТ практически без снижения ее быстродействия. Однако использование только аппаратурного контроля приводит к значительному усложнению и удорожанию СВТ. Кроме того, введение в состав СВТ большого количества избыточного сложного оборудования может привести к снижению ее общей надежности. Поэтому в современных СВТ применяется комбинированный метод контроля, представляющий собой сочетание программных и аппаратурных средств.
С целью предупреждения существенного искажения обрабатываемой информации (т. е. до того предела, когда она не сможет быть восстановлена) обнаружение ошибок в машине должно производиться непрерывно. Поэтому эта функция возлагается на быстродействующие аппаратурные средства контроля, которые позволяют практически полностью совместить во времени выполнение основных операций СВТ и необходимых контрольных операций. Локализация места возникновения неисправности и ликвидация последствий сбоев при этом возлагаются на программный контроль.
Комбинированный метод контроля позволяет при незначительном снижении эффективности и быстродействия СВТ существенно сократить время поиска и устранения ошибок и общий объем дополнительного оборудования СВТ, потребного для этих целей.
В целом эффективность системы контроля СВТ характеризуется следующими показателями:
- отношением количества оборудования, охваченного системой контроля, к общему количеству оборудования СВТ;
- вероятностью обнаружения системой контроля ошибок в работе СВТ;
- степенью детализации, с которой система контроля указывает место возникновения ошибки (точность диагноза);
- отношением количества оборудования системы контроля к общему количеству оборудования СВТ.
Следует отметить, что эффективные системы контроля и диагностики могут быть созданы при условии, если их разработка и проектирование СВТ проводятся одновременно и взаимосвязано. Только такой подход позволяет создавать наиболее рациональный контроль с минимальными затратами на его реализацию.
Источник
Способы функционального контроля компьютерных систем
Контроль —это проверка правильности работы объекта(элемента,узла,устройства). Правильно работает устройство— схема контроля не вырабатывает никаких сигналов (в некоторых системах, правда, вырабатывается сигнал нормальной работы), неверно работает устройство— схема контроля выдает сигнал ошибки. На этом заканчиваются функции контроля. Другими словами, контроль— это проверка: правильно — неправильно.
Процесс диагноза можно разделить на отдельные части, называемые элементарными проверками.
Элементарная проверка состоит в подаче на объект тестового воздействия и в измерении (оценке) ответа объекта на это воздействие. Алгоритм диагноза определяется как совокупность и последовательность элементарных проверок вместе с определенными правилами анализа результатов последних с целью отыскания места в объекте, параметры которого не отвечают заданным значениям.
Следовательно, диагностика — это тоже контроль, но контроль последовательный, направленный на отыскание неисправного места (элемента) в
диагностируемом объекте. Обычно диагностика начинается по сигналу ошибки,выработанному схемами контроля СВТ.
Систему автоматического контроля и диагностики часто называют
системой обнаружения ошибок.
Принцип организации системы автоматического контроля.
Возникновение ошибки в каком-либо устройстве СВТ вызывает сигнал ошибки, по которому выполнение программы приостанавливается.
По сигналу ошибки сразу же начинает работать система диагностики, которая во взаимодействии с системой контроля СВТ выполняет следующие функции:
- распознавание (диагностирование) характера ошибки (сбой, отказ);
- повторный пуск программы (части программы, операции), если ошибка вызвана сбоем;
- локализация места неисправности, если ошибка вызвана отказом, с последующим ее устранением путем автоматической замены (или отключения) вышедшего из строя элемента или замены с помощью оператора;
- запись в память СВТ информации обо всех происшедших сбоях и отказах для дальнейшего анализа.
1.3.1. Диагностические программы
Для PC существует несколько видов диагностических программ (некоторые из них поставляются вместе с компьютером), которые позволяют пользователю выявлять причины неполадок, возникающих в компьютере. Диагностические программы, применяемые в ПК можно разделить на три уровня:
- Диагностические программы BIOS — POST (Power-On Self Test— процедура самопроверки при включении). Выполняется при каждом включении компьютера.
- Диагностические программы операционных систем. Windows 9x и Windows ХР/2000 поставляются с несколькими диагностическими программами для проверки различных компонентов компьютера.
Самопроверка при включении (POST)
POST— последовательность коротких подпрограмм, хранящихся в ROM BIOS на системной плате. Они предназначены для проверки основных компонентов системы сразу после ее включения, что, собственно, и является причиной задержки перед загрузкой операционной системы.
При каждом включении компьютера автоматически выполняется проверка его основных компонентов:
- процессора,
- микросхемы ROM,
- вспомогательных элементов системной платы,
- оперативной памяти и основных периферийных устройств.
Эти тесты выполняются быстро и не очень тщательно при обнаружении неисправного компонента выдается предупреждение или сообщение об ошибке (неисправности). Такие неисправности иногда называют фатальными ошибками (fatal error). Процедура POST обычно предусматривает три способа индикации неисправности:
- звуковые сигналы,
- сообщения, выводимые на экран монитора,
- шестнадцатеричные коды ошибок, выдаваемые в порт ввода-вывода.
Звуковые коды ошибок, выдаваемые процедурой POST
При обнаружении процедурой POST неисправности компьютер издает характерные звуковые сигналы, по которым можно определить неисправный элемент (или их группу). Если компьютер исправен, то при его включении вы услышите один короткий звуковой сигнал; если же обнаружена неисправность, выдается целая серия коротких или длинных звуковых сигналов, а иногда и их комбинация. Характер звуковых кодов зависит от версии BIOS и разработавшей ее фирмы.
Сообщения об ошибках, выдаваемые на экран процедурой POST
В большинстве PC-совместимых моделей процедура POST отображает на экране ход тестирования оперативной памяти компьютера. Если во время выполнения процедуры POST обнаружена неисправность, на экран выводится соответствующее сообщение, как правило в виде числового кода из нескольких цифр, например: 1790-Disk 0 Error. Воспользовавшись руководством по эксплуатации и сервисному обслуживанию, можно определить, какая неисправность соответствует данному коду.
Коды ошибок, выдаваемые процедурой POST в порты ввода-вывода
Менее известной возможностью этой процедуры является то, что в начале выполнения каждого теста по адресу специального порта ввода-вывода POST выдает коды теста, которые могут быть прочитаны только с помощью устанавливаемой в разъем расширения специальной платы адаптера. POST-плата устанавливается в разъем расширения. В момент выполнения процедуры POST на ее встроенном индикаторе будут быстро меняться двузначные шестнадцатеричные числа. Если компьютер неожиданно прекратит тестирование или «зависнет», в этом индикаторе будет отображен код того теста, во время выполнения которого произошел сбой. Это позволяет существенно сузить круг поиска неисправного элемента.
В большинстве компьютеров POST-коды в порт ввода-вывода 80h.
Диагностические программы операционной системы
В составе ОС ДОС и Windows есть несколько диагностических программ. Которые обеспечивают выполнение тестирования составных частей СВТ. Современные диагностические программы имеют графические оболочки и входят в состав операционной системы. Такими программоми являются, например:
- утилита очистки диска от ненужных файлов;
- утилита проверки диска на наличие ошибок;
- утилита дефрагментации файлов и свободного пространства;
- утилита архивации данных;
- утилита конвертирования файловой системы.
Все перечисленные программы имеются и в Windows.
Диагностические программы фирм — производителей оборудования
Производители оборудования выпускают специальные специализированные программы для диагностики конкретного оборудования, конкретного производителя. Можно выделить следующие группы программ:
Программы диагностики аппаратного обеспечения
Многие типы диагностических программ предназначены для определенных типов аппаратного обеспечения. Эти программы поставляются вместе с устройствами.
Программы диагностики устройств SCSI
Большинство SCSI-адаптеров имеют встроенную BIOS, с помощью которой можно настраивать адаптер и выполнять его диагностику.
Программы диагностики сетевых адаптеров
Некоторые производители сетевых плат, также предлагают диагностическое программное обеспечение. С помощью этих программ можно проверить интерфейс шины, контроль памяти, установленной на плате, векторы прерываний, а также выполнить циклический тест. Эти программы можно найти на дискете или компакт-диске, поставляемом вместе с устройством, или же обратиться на Web-узел производителя.
Диагностические программы общего назначения
Большинство тестовых программ можно запускать в пакетном режиме, что позволяет без вмешательства оператора выполнить целую серию тестов. Можно составить программу автоматизированной диагностики, наиболее эффективную в том случае, если вам необходимо выявить возможные дефекты или выполнить одинаковую последовательность тестов на нескольких компьютерах.
Эти программы проверяют все типы системной памяти: основную (base), расширенную (expanded) и дополнительную (extended). Место неисправности зачастую можно определить с точностью до отдельной микросхемы или модуля
1.3.2. Взаимосвязь систем автоматизированного контроля
Система автоматизированного контроля ПК носит строго иерархический характер. Первый, самый нижний, уровень представлен разнообразными программами тестирования аппаратных средств ПК. Тестирующие программы размещены в BIOS. Основная задача тестирующих программ не допустит работу ПК с неисправными аппаратными средствами с целью исключения порчи или потери информации, размещенной в ПК. Программы выполняются при каждом включении ПК, пользователь не может вмешаться в процесс тестирования.
Работа системы автоматизированного контроля начинается с момента включения ПК. Эта последовательность операций организована в специальный процесс получивший название «загрузка». Начальный этап загрузки выполняется на всех компьютерах одинаково и не зависит от установленной на данном компьютере операционной системы.
Иногда при загрузке системы появляется сообщение какой-либо программы об ошибке. Совмещая полученную информацию со знаниями о процессе загрузки, можно определить, где произошел сбой.
Загрузка: начальный этап, не зависящий от типа установленной операционной системы
Процесс стандартной загрузки компьютера можно разделить на ряд этапов тестирования.
- Включение питания компьютера.
- Источник питания выполняет самотестирование. Если все нормально и все выходные напряжения соответствуют требуемым, источник питания выдает на системную плату сигнал Power_Good. Между включением компьютера и подачей сигнал проходит 0,1-0,5 с.
- Микросхема таймера получает сигнал Power_Good и прекращает генерировать подаваемый на микропроцессор сигнал Reset.
- Микропроцессор начинает выполнять код, записанный в ROM BIOS по адресу FFFF:0000. Размер ROM BIOS от этого адреса до конца составляет 16 байт; по данному адресу записана команда перехода на реально выполняемый код ROM BIOS.
- BIOS выполняет тестирование системы, чтобы проверить ее работоспособность. Обнаружив ошибку, система подаст звуковой сигнал, так как видеоадаптер все еще не инициализирован.
- В поисках программы работы с видеоадаптером BIOS сканирует адреса памяти видеоадаптера, начиная с С000:0000 и заканчивая С780:0000. Если BIOS видеоадаптера найдена, проверяется контрольная сумма ее кода. При совпадении контрольной суммы с заданной управление передается BIOS видеоадаптера, которая инициализирует видеоадаптер и выводит на экран курсор; в противном случае появляется сообщение «С000 ROM Error».
- Если BIOS видеоадаптера не найдена, используется видеодрайвер, записанный в микросхеме ROM системной платы, который инициализирует видеоадаптер и выводит на экран курсор.
- BIOS системной платы сканирует оставшуюся память с С800:0000 по DF80:0000 с шагом 2 Кбайт в поисках BIOS любых других подключенных к системной плате адаптеров (таких как SCSI-адаптеры). Обнаруженные BIOS выполняются так же, как и BIOS видеоадаптера.
- При несоответствии контрольной суммы любых BIOS выводится сообщение ХХХХ ROM Error, где ХХХХ — сегментный адрес некорректного модуля ROM.
- BIOS проверяет значение слова по адресу 0000:0472, чтобы определить, какая загрузка выполняется (холодная или горячая). В случае горячей загрузки по этому адресу записано слово 1234h, что приводит к пропуску POST Если по этому адресу записано другое слово, выполняется POST.
- Программа BIOS ищет в дисководе «A» системную дискету и читает на ней сектор 1, находящийся на цилиндре 0, стороне 0 (самый первый сектор). Современные версии BIOS позволяют загружаться не только с дискеты, но и с других устройств, например жесткого диска и накопителя CD-ROM. Порядок поиска загрузочных устройств определяется с помощью программы установки параметров BIOS. Этот сектор загружается по адресу 0000:7C00 и проверяет, является ли диск загрузочным.
- Если значения первых байтов считанного сектора некорректны, на экране отображается сообщение об ошибке загрузочной записи дискеты 602-Diskette Boot Record Error и система останавливается.
- Если дискета была подготовлена в DOS с помощью команды Format или Sys, а два первых файла в корневом каталоге не являются системными или их нельзя прочитать, выдается сообщение о том, что диск не системный:
«Non-System disk or disk error Replace and strike any key when ready».
Если дискета была подготовлена в DOS с помощью команды Format или Sys, а загрузочный сектор испорчен, на экран выдается сообщение о сбое при загрузке с диска:
Disk Boot failure
Дальнейшие действия зависят от установленной операционной системы.
Второй уровень представлен тестовыми программами операционной
системы. Программы запускаются пользователем при необходимости проверить работу конкретного элемента (например системный динамик) или системы ПК (например системы ввода-вывода).
Третий уровень, включает тестовые программы производителей оборудования и программы общего назначения, которые позволяют выполнить тестирование ПК в целом или отдельной достаточно большой системы. Тест проводится тщательно, занимает много времени и позволяет локализовать даже отдельные сбои оборудования и плавающие неисправности.
Программы верхнего уровня могут, быть использованы, только если будут успешно пройдены тесты первого уровня.
Источник
