Diagnostika pota DGP01 Prof Ing Karel Vlek CSc

Diagnostika počítačů DGP_01 Prof. Ing. Karel Vlček, CSc. karel. vlcek@vsb. cz Katedra Informatiky, FEI, VŠB - TUO K. Vlček: Diagnostika počítačů

Úvod do diagnostiky počítačů n Termín diagnostika je převzat z lékařství n Problém černé skříňky - strukturu neznáme n Slovo diagnostika je z řečtiny „dia“ = skrz n Druhá část slova „gnosis“ = poznání n Hlavní metodou zjišťování příčin chybné funkce je dedukce K. Vlček: Diagnostika počítačů 2

Vznik technické diagnostiky n Vznik diagnostiky číslicových obvodů jako oboru je důsledkem složitosti závislostí chování změněného vlivem poruchy (fault) n Zjišťuje se odchylka chování proti chování popsanému v technických podmínkách od výrobce n Odchylka chování se nazývá chyba (error), není to příčna, ale důsledek poruchy K. Vlček: Diagnostika počítačů 3

Základní pojmy (1) n Předmětem zájmu při provádění diagnostiky je tzv. testovaná jednotka n Provádění testů testované jednotky zprostředkovávají primární vstupy n O odezvě na test nás mohou informovat primární výstupy K. Vlček: Diagnostika počítačů 4

Základní pojmy (2) n Technický stav testované jednotky může být poruchový nebo bezporuchový n Poruchu, která se neprojevila nazýváme latentní porucha n První úlohou diagnostiky je detekce poruchy n Druhou úlohou je lokalizace poruchy K. Vlček: Diagnostika počítačů 5

Diagnostické testy (1) n Test je množina dvojic vstupních a výstupních vektorů n Vstupní vektor a odpovídající výstupní vektor se nazývá krok testu n Počet kroků udává délku testu n Diagnostické pokrytí je množství poruch detekovaných testem, je-li 100%, test je nazýván úplný K. Vlček: Diagnostika počítačů 6

Diagnostické testy (2) n Test je nazýván minimální je-li úplný a má nejkratší délku n Má-li test za cíl vyzkoušet všechny funkce, je zpravidla nejdelší a označuje se pojmem triviální test n Komparační test je test, který provádí srovnání testované jednotky s etalonem n Odezvy etalonu mohou být zapamatované K. Vlček: Diagnostika počítačů 7

Formy diagnostiky n Klasifikace forem diagnostiky a příklady jejich realizace: Vnější Vnitřní -------------------------------periodická zkoušeč diagnostický procesor průběžná K. Vlček: zdvojení Diagnostika počítačů kódové zabezpečení 8

Periodická diagnostika n Periodická diagnostika vnější: Zkoušeč Testovaná jednotka n Periodická diagnostika vnitřní: Testovaná jednotka Zkoušeč K. Vlček: Diagnostika počítačů 9

Průběžná diagnostika n Průběžná diagnostika (anglicky concurrent testing) n Základem nepřetržitého testování je použití kódového zabezpečení a tzv. hlídače n Tento způsob testování se také nazývá zabezpečení systému n Forma průběžné diagnostiky je vnitřní n Může být použito i zdvojení (resp. zálohování, pak se jedná o průběžnou diagnostiku vnější K. Vlček: Diagnostika počítačů 10

Ekonomika testování n Diagnostika použitá v průběhu výroby může výrazně zlevnit výrobu n Porucha zjištěná u zákazníka je odstranitelná při vynaložení větších nákladů n Požadavky na spolehlivost výrobku určují úroveň a formu diagnostiky n Platí věta: „Testovat musí být lacinější než netestovat“ K. Vlček: Diagnostika počítačů 11

Poruchy v číslicových obvodech n Fyzikální porucha je jev, který skutečně v obvodu nastal a působí změnu činnosti n Logická porucha je model fyzikální poruchy n Stejná logická porucha může být representací i několika různých fyzikálních poruch, jedná se tedy o zjednodušení popisu činnosti n Detailní popis poruchy je motivován požadavkem vysoké spolehlivosti n Zjednodušení popisu je požadavkem ekonomickým K. Vlček: Diagnostika počítačů 12

Poruchy typu t n Nejčastěji používaným modelem poruchy je trvalá nula t 0 nebo trvalá jednička t 1 n Potucha typu t je definována jako připojení zdroje poruchové úrovně v místě působení poruchy n Při poruše typu t předpokládáme, že všechny logické členy pracují správně K. Vlček: Diagnostika počítačů 13

Zkrat mezi signálními vodiči n Pro presentaci zkratu mezi signálními vodiči může být vzorem pro modelování použití fiktivního logického členu n Při diagnostikování obvodů v technologii TTL lze obvykle předpokládat, že zkrat výstupů dvou logických hradel stejného logického zisku se chová jako fiktivní součinový člen n Representace modelu poruchy sleduje impedanční vlastnosti výstupů zkratovaných hradel K. Vlček: Diagnostika počítačů 14

Poruchy obvodů CMOS n Kromě poruch typu t je pro praxi významné modelování poruch obvodů CMOS n Při poruše může docházet k nastavení výstupu hradla do stavu vysoké impedance n Pak se obvod s poruchovým hradlem chová jako paměťový člen n Detekce poruchy je velmi obtížná, v 50% případů je na výstupu hodnota shodná s bezporuchovým stavem n Typ poruchy je nazvána přerušení K. Vlček: Diagnostika počítačů 15

Poruchy programovatelných logických polí n Struktura programovatelných logických polí (PLA) je tvořena součiny logických vstupních proměnných, jejichž výstupy jsou podrobeny logickému součtu n Přitom může vznikat poruchou součinové matice zvětšení nebo zmenšení počtu implikantů n Porucha součtové matice způsobuje vytvoření nežádoucího termu nebo zmizení termu požadovaného K. Vlček: Diagnostika počítačů 16

Nestálé poruchy n Chování poruchy v čase určuje jakou strategii testování budeme muset použít n Některá porucha se objevuje nepravidelně n Poruchy, které se v čase nemění označujeme jako stálé poruchy n Poruchy, které vykazují odlišné výsledky testování budou nazývány nestálé nebo občasné n Výhodné je zde použití průběžné diagnostiky K. Vlček: Diagnostika počítačů 17

Typické zdroje poruch (1) Poruchy zásuvných desek: n Zkraty n Chybně osazené součástky n Přerušení vodičů n Poruchy součástek K. Vlček: Diagnostika počítačů 75% 12% 7% 6% 18

Typické zdroje poruch (2) Poruchy integrovaných obvodů: n Poruchy čipu n Poruchy hliníkových spojů n Přerušení zlatých vodičů n Poruchy ultrazvukových svarů n Poruchy pouzder K. Vlček: Diagnostika počítačů 51, 7% 6, 6% 10, 5% 5, 2% 26 % 19

Generování testů n Hlavním předpokladem úspěšné diagnostiky je práce s kvalitním testem n Sestavování (generování) testů je klíčovou úlohou při přípravě testů a ovlivňuje efektivitu diagnostiky n Testy strukturní jsou zaměřeny na lokalizaci poruch n Když není struktura známá, používají se funkční testy. To je často nezbytné u obvodů LSI a VLSI K. Vlček: Diagnostika počítačů 20

Literatura n Hlavička J. : Diagnostika a spolehlivost, Vydavatelství ČVUT, Praha (1990), ISBN 80 -01 -01846 -6 n Musil, V. , Vlček, K. : Diagnostika elektronických obvodů, TEMPUS Equator S_JEP-09468 -95, ÚMEL, FEI VUT v Brně (1998) n Hlavička, J. , Kottek, E. , Zelený, J. : Diagnostika Elektronických číslicových obvodů, Praha SNTL (1982) n Drábek, V. : Spolehlivost a diagnostika, VUT Brno, (1983) K. Vlček: Diagnostika počítačů 21