输入输出系统-- 可靠性、可用性和可信性

合集下载

第三章计算机系统的可靠性

备份介质
异地备份的备份信息至少不能存放在同一建筑物业务数据由于系统或人为误操作造成损坏或丢失
后，利用本地备份信息实现数据恢复；当发生地域性灾难时，使用异地备份实现数据及
整个系统的灾难恢复常规数据备份一般要求一份数据至少应有两个拷
贝，一份放在生产中心以保证数据的正常恢复和数据查询恢复，另一份则要移到异地保存。
硬件冗余通过硬件的重复使用来完成容错能力软件冗余的基本思想是用多个不同软件执行同一
功能信息冗余利用在数据中外加的一部分信息位来检
测或纠正信息在运算或传输中的错误而达到容错时间冗余是通过消耗时间资源来实现容错，通过
重复运算来检测故障。按照重复运算是在指令级还是程序级分为指令复执和程序复算冗余设计可以是元器件的冗余设计，部件级、分系统级的，或系统级的冗余设计
按备份的策略可分为完全备份、差分备份、增量备份、按需备份
完全备份：对包括系统应用程序和数据库等一个备份周期内的数据完全备份
差分备份：只备份上次完全备份以后有变化的数据
增量备份：只备份上次备份以后有变化的数据按需备份：根据临时需要有选择的进行数据备份备份的数据量：完全备份>差分备份>增量备份
容错系统的概念
容错是用冗余的资料使计算机具有容忍故障的能力，即在产生故障的情况下，仍有能力将指定的算法继续完成

计算机体系结构第6章答案

一填空题

六、输入输出系统（28空）

1、连接特性I/O系统容量

2、响应时间吞量

3、寻道时间旋转时间

4、传输时间控制器开销

5、从盘面到缓冲存储器从缓冲存储器到主机

6、面密度

7、提高转速提高记录密度

8、可用性可信性

9、可用性可信性可靠性

10、容量大可靠性高

11、RAID1 RAID2

12、同步异步

13、通用串行总线

14、必须独占使用

15、周边元件扩展接口廉价磁盘冗余阵列

六、输入输出系统（10个）

6.1 引言

6.2 外部存储设备

6.3 可靠性、可用性和可信性

1、系统可靠性：系统可靠性是指系统从初始状态开始一直提供服务的能力,可靠性通常用平均无故障时间(MTTF)来衡量。

2、系统可用性：系统可用性是指系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。

3、系统可信性：系统的可信性是指服务的质量，即在多大程度上可以合理的认为服务是可靠的。可信性是不可以度量的。

4、故障容忍技术：通过冗余措施，虽然可能出现故障，但是可以

通过冗余信息保证服务仍然能够正常进行。

6.4 廉价磁盘冗余陈列RAID

5、RAID：即廉价磁盘冗余陈列，通过在磁盘阵列中增加冗余信息来容错，提高磁盘阵列的可靠性。当单个磁盘失效时，丢失的信息可以通过冗余盘中的信息重新构建。

6、RAID1：亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。镜像是最昂贵的解决方法。特点是系统可靠性很高，但效率很低。

6.5 I/O设备与CPU和存储器的连接

可靠性设计分析试题A

1．判断题（共20分，每题2分，答错倒扣1分）

(1)（）系统可靠性与维修性决定了系统的可用性和可信性。

(2)（）为简化故障树，可将逻辑门之间的中间事件省略。

(3)（）在系统寿命周期的各阶段中，可靠性指标是不变的。

(4)（）如果规定的系统故障率指标是每单位时间0.16，考虑分配余量，可以按每单位时间0.2

进行可靠性分配。

(5)（）MTBF和MFHBF都是基本可靠性参数。

(6)（）电子元器件的质量等级愈高，并不一定表示其可靠性愈高。

(7)（）事件树的后果事件指由于初因事件及其后续事件的发生或不发生所导致的不良结果。

(8)（）对于大多数武器装备，其寿命周期费用中的使用保障费用要比研制和生产费用高。

(9)（）所有产品的故障率随时间的变化规律，都要经过浴盆曲线的早期故障阶段、偶然故障

阶段和耗损故障阶段。

(10)（）各种产品的可靠度函数曲线随时间的增加都呈下降趋势。

2．填空题（共20分，每空2分）

(1)MFHBF的中文含义为。

(2)平均故障前时间MTTF与可靠度R(t)之间的关系式是。

(3)与电子、电器设备构成的系统相比，机械产品可靠性特点一是寿命不服从分

布，二是零部件程度低。

(4)在系统所处的特定条件下，出现的未预期到的通路称为。

(5)最坏情况容差分析法中，当网络函数在工作点附近可微且变化较小、容差分析精度要求不

高、设计参数变化范围较小时，可采用；当网络函数在工作点可微且变化较大，或容差分析精度要求较高，或设计参数变化范围较大时，可采用

。

(6)一般地，二维危害性矩阵图的横坐标为严酷度类别，纵坐标根据情况可选下列三项之一：

系统工程导论第十章系统可靠性.ppt

的可用性、提高产品的任务成功性、减少维修人力和减少保障费用等，
即从产品的研制、生产、试验、使用、维修及保障都要与其他各项工作
协调，以取得产品最佳的效能与全寿命周期费用。
❖
研究系统可靠性的目的之一是要考虑经济性，亦即全寿命周期费用，
如图10-2所示。其中曲线I为系统研制和购置费用，曲线Ⅱ为系统的使用、
维护费用，曲线Ⅰ和Ⅱ之和为全寿命周期费用。
❖ 所谓产品的寿命周期是从产品开始构思到最终将产品淘汰之间的时间区间。寿命周期分为6个阶段：：
❖ (1)概念和定义阶段； ❖ (2)设计与开发阶段： ❖ (3)生产阶段； ❖ (4)安装阶段； ❖ (5)运行和维修阶段； ❖ (6)处理阶段。
❖ 10．2．3 可靠性指标的特征量
❖ 1．可靠度
❖ 系统的可靠度指的是系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。它是时间的函数，记为R(t)，O≤R(t)≤1。
❖ 2．故障率或失效度
❖ 故障率与失效度属于同一性质的概念。在我国，对于整机、部件等系统用故障率，对于元器件则用失效度，两者的总称仍用故障率一词。故障率与失效度均用λ(t)表示。
❖
1．基本形式之一
❖
如图10-11所示，系统由m个子系统并联构成，第i个子系统由ni个元
件串联组成，元件(i，j)的可靠度为Rij，子系统i的可靠度为Ri ，整个

可靠性基础知识讲解

六、维修性设计
（1）简化设计（2）可达性设计（3）标准化、互换性与模块化设计（4）防差错及识别标志设计（5）维修安全性设计（6）故障检测设计（7）维修中的人的因素工程设计
第三节可靠性试验
可靠性试验的概念 —— 可靠性试验：实验室试验，现场试验
可靠性试验
工程试验统计试验
环境应力筛选试验
二、可靠性分配在产品设计阶段，将产品的可靠性定量要求
按规定的准则分配到规定的产品层次的过程。常用方法：评分分配法；比例分配法评分分配法选择故障率入为分配参数，主要考虑四个
影响因素：
复杂度：组成分系统的元器件数数量及组装调试的难易程度
技术成熟度：分系统的技术水平和成熟程度
重要度：分系统的重要性
IEC 60300-3-6《软件可信性应用指南》 IEC 61713《软件生存期的软件可信性应用指南》
六、可用性和可信性的概念
1．可用性可用性是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映
2．可信性可信性是一个集合术语，用来表示可用
性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保障。
七、可靠度函数、累积故障（失效）分布函数 1．可靠度可靠度：R(t) R( t ) P(T t ) 2．累积故障分布函数：F(t) F t PT ≤t
Rt F t 1
3．故障密度函数：f(t)

设备的可靠性评估

可靠性是质量的一个重要组成内容，可靠性技术是提高产品质量的一种重要手段。

一、故障的相关术语

故障：产品或产品的一部分不能完成或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障。例电视机出现故障。

失效：不可修复产品不能完成或将不能完成预定功能的事件或状态称为失效。例灯泡灯丝烧断。实际上故障是产品失效后的状态，也可能失效前就存在。

故障模式——故障的表现形式，如三极管的短路、开路和灯丝烧断

故障机理——引起失效的的内在原因（物理、化学的）例如电阻开路的失效机理可能是引线根部弯曲过大造成伤害以致断开，又如有的器件是对静电高度敏感的，把它装在塑料盒中或用手去接触就会造成静电损伤因而失效。

故障的分类：按故障规律分为偶然故障（偶然因素引起的）与耗损故障（产品的规定性能随时间增加逐渐衰退引起的，例如汽车行驶若干距离后因零件损坏而熄火）。前者只能通过概率统计方法预测，后者可通过预防维修延长产品寿命。

二、可靠性、可用性和可信性的定义

可靠性：产品在规定的条件下和规定时间内完成规定功能的能力。例电脑在正常工作条件下一年内始终正常运行的能力。条件包括使用时的环境条件和工作条件；时间是广义的，除时间外还可是里程、次数等。

可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。前者是设计、制造中赋予的，后者还要考虑安装、操作使用和维修等因素。

可靠性还可分为基本可靠性和任务可靠性。前者是产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品对维修人力的要求；后者

是产品在规定的任务期内完成规定功能的能力。

可用性（要用时就能用）：在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定时刻（时间区间）内处于可执行规定功能状态的能力（例如飞机在外部条件：驾驶员、燃油、机场配合等外部条件满足下能正常飞行的能力）。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映。可靠性从延长其正常工作时间来提高产品可用性，维修性从缩短因维修的停机时机来提高可用性。

吉林大学-计算机系统结构题库-第六章

第六章输入输出系统

知识点汇总

系统响应时间、存储外设可靠性能参数（可靠性/可用性/可信性）、、与外设进行输入/输出方式（程序查询、中断、、通道）、分离事务总线、同步总线、异步总线、通道处理机功能、通道处理工作过程、字节多路通道、选择通道、数组多路通道、通道流量（最大流量、实际流量）

简答题

1.反映存储外设可靠性能的参数有哪些？（知识点：存储外设可靠性能参数）

答：（1）可靠性：系统从初始状态开始一直提供服务的能力。

（2）可用性：系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。

（3）可信性：服务的质量，即在多大程度上可以合理地认为服务是可靠的。

2.简述同步总线和异步总线的优缺点。（知识点：同步总线、异步总线）

答：(1) 同步总线。同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。同步总线成本低，因为它不需要设备之间互相确定时序的逻辑。但

是同步总线也有缺点，总线操作必须以相同的速度运行。

(2) 异步总线。异步总线上的设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。异步总线容易适应更广泛的设备类型，扩充总线时不用担心时钟时序和时钟同步问题。但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。

3.简述通道完成一次数据传输的主要过程。（知识点：通道处理工作过程）

答：(1) 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。

(2) 通道处理机执行为它组织的通道程序，完成指定的数据工作。

(3) 通道程序结束后向发中断请求。响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对中断请求进行处理。

计算机体系结构试题及答案

计算机体系结构试题及答案1

2008年01月23日22:21

1、计算机高性能发展受益于：(1)电路技术的发展；(2)计算机体系结构技术的发展。

2、层次结构：计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次结构，每一层以不同的语言为特征。第六级：应用语言虚拟机-> 第五级：高级语言虚拟机-> 第四级：汇编语言虚拟机-> 第三级：操作系统虚拟机-> 第二级：机器语言(传统机器级) ->第一级：微程序机器级。

3、计算机体系结构：程序员所看到的计算机的属性，即概括性结构与功能特性。

For personal use only in study and research; not for commercial use

4、透明性：在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，从某一角度来看又好像不存在的概念称为透明性。

5、Amdahl提出的体系结构是指机器语言级程序员所看见的计算机属性。

6、经典计算机体系结构概念的实质3是计算机系统中软、硬件界面的确定，也就是指令集的设计，该界面之上由软件的功能实现，界面之下由硬件和固件的功能来实现。

7、计算机组织是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机系统的物理实现。

8、计算机体系结构、计算机组织、计算机实现的区别和联系？

答：一种体系结构可以有多种组成，一种组成可以有多种物理实现，体系结构包括对组织与实现的研究。

9、系列机：是指具有相同的体系结构但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。

10、软件兼容：即同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各机器，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。

63 可靠性、可用性和可信性

生了失效；
(4) 系统中的所有部件的故障、错误和失效均存在这样的关系。
2／8
6.3 可靠性、可用性和可信性
2. 故障的分类 (1) 按故障产生的原因分
◆ 硬件故障：设备失效产生的故障
◆ 设计故障 ◆ 操作故障：由于用户操作的失误引起的故障 ◆ 环境故障
(2) 按故障出现的周期分
◆ 暂时性故障 ◆ 间歇性故障 ◆ 永久性故障
3／8
6.3 可靠性、可用性和可信性
3. 系统可靠性
◆ 系统从初始状态开始一直提供服务的能力
◆ 用平均无故障时间MTTF来衡量
4. 系统可用性
◆ 系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时
间中所占的比率
◆ 用MTTF/MTBF（平均失效间隔时间）来衡量
5. 系统可信性
◆ 多大程度上可以合理地认为服务是可靠的 ◆ 可信性不可度量
6.3 可靠性、可用性和可信性
1. 故障、错误和失效之间的关系 (1) 一个故障可能会导致一个或者多个错误； (2) 错误通常具有以下特性
◆ 错误在潜在状态和有效状态间相互转换； ◆ 潜在的错误可能通过激活而有效； ◆ 有效错误的影响可以传递，引起新的错误。
(3) 如果错误影响到部件正常的服务时，部件就发
4／8
6.3 可靠性、可用性和可信性
例6.2 假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下：

63 可靠性、可用性和可信性

8／8
4／8
6.3 可靠性、可用性和可信性
例6.2 假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下：
(1) 磁盘子系统由10个磁盘构成，每个磁盘
的MTTF为1000000小时； (2) 1个SCSI控制器，其MTTF为500000小时； (3) 1个不间断电源，其MTTF为200000小时； (4) 1个风扇，其MTTF为200000小时；
3／8
6.3 可靠性、可用性和可信性
3. 系统可靠性
◆ 系统从初始状态开始一直提供服务的能力
◆ 用平均无故障时间MTTF来衡量
4. 系统可用性
◆ 系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时
间中所占的比率
◆ 用MTTF/MTBF（平均失效间隔时间）来衡量
5. 系统可信性
◆ 多大程度上可以合理地认为服务是可靠的 ◆ 可信性不可度量
第六章输入/输出系统
6.3 可靠性、可用性和可信性
◆ 反映存储外设可靠性能的参数

可靠性（Reliability）可用性（Availability）可信性（Dependability）故障（fault）错误（error）失效（failure）
1／8
◆ 与可靠性相关的三个术语

6.3 可靠性、可用性和可信性
1. 故障、错误和失效之间的关系 (1) 一个故障可能会导致一个或者多个错误； (2) 错误通常具有以下特性

系统的安全与可靠性

第三讲计算机系统的可靠性与容错性
三、容错性
三机表决系统三台主机同时运行，由表决器 (Voter)根据三台机器的运行结果进行表决，有两个以上的机器运行结果相同，则认定该结果为正确。通常可靠性比双机系统要高。缺点：成本高。当一台机器出现故障后表决已失去意义，其可靠性甚至比不上一个双机系统。因此当三机中坏掉一台后就当作双机备份系统来用，不再进行表决。
13
第三讲计算机系统的可靠性与容错性
三、容错性
集群系统(Clusting) 集群系统指均衡负载的双机或多机系统。 DEC公司最早在其 VAX系统上实现了集群技术，多服务器集群系统的主要目的是使用户的应用获得更高的速度、更好的平衡和通信能力，而不仅仅是数据可靠性很好的备份系统。集群系统对于金融、证券等大型关键业务系统是最好选择。
四、磁盘阵列
RAID0：无冗余无校验的磁盘阵列简单将数据分配到各个磁盘上，不提供真正容错性。至少需要2个硬盘，可支持8/16/32个磁盘。整个逻辑盘的数据是被分条（stripped）分布在多个物理磁盘上，可以并行读/写，速度最快，但无容错能力。优点：更好地利用磁盘空间，延长磁盘寿命，多个硬盘并行工作，提高了读写性能。缺点：不提供数据保护，任一磁盘失效，数据 21 可能丢失，且不能自动恢复。
25
四、磁盘阵列
循环奇偶校验阵列(RAID5) 优点：校验分布在多个磁盘中，写操作可以同时处理。为读操作提供了最优的性能。一个磁盘失效，分布在其他盘上的信息足够完成数据重建。缺点：数据重建会降低读性能；每次计算校验信息，写操作开销会增大，是一般存储操作时间的3倍。

吉林大学计算机系统结构题库第六章

知识点汇总

系统响应时间、存储外设可靠性能参数（可靠性/可用性/可信性）、RAID、CPU与外设进行输入/输出方式（程序查询、中断、DMA、通道）、分离事务总线、同步总线、异步总线、通道处理机功能、通道处理工作过程、字节多路通道、选择通道、数组多路通道、通道流量（最大流量、实际流量）

简答题

1.反映存储外设可靠性能的参数有哪些？（知识点：存储外设可靠性能参数）

答：（1）可靠性：系统从初始状态开始一直提供服务的能力。

（2）可用性：系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。

（3）可信性：服务的质量，即在多大程度上可以合理地认为服务是可靠的。

2.简述同步总线和异步总线的优缺点。（知识点：同步总线、异步总线）

答：(1) 同步总线。同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。同步总线成本低，因为它不需要设备之间互相确定时序的逻辑。但是同步总线也有缺点，总线操作必须以相同的速度运行。

3.简述通道完成一次数据传输的主要过程。（知识点：通道处理工作过程）

答：(1) 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。

(2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。

(3) 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断请求进行处理。

第五章可靠性基础知识

可信性 ----一个集合性术语,用来表示可用性及其影响因素:
可靠性、维修性和维修保障. ----其定性和定量具体要求是通过可用性、可靠性、维修性和维修保障的定性和定量要求的. 12
3. 可靠性的主要度量参数
----pp.217-219
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
可靠度故障(失效)率平均失效(故障)前时间(MTTF) 平均故障间隔时间(MTBF) 贮存寿命平均修复时间(MTTR) 可用度*
要长时间保持性能就是不要出故障,不出故障或出了故障能很快维修好是产品很重要的质量特性----“可靠性是经得起时间考验的质量”. 要使产品高可靠、好维修就要在产品开发中开展可靠性、维修性设计、试验与管理工作. 23
二、基本的可靠性维修性设计与分析技术
1. 2. 3. 4. 5. 6. 可靠性设计的基本内容和主要方法可靠性模型及串并联模型的计算可靠性预计和可靠性分配故障模式影响及危害性分析FMECA 故障树分析FTA 维修性设计与分析的基本方法
n个串并联模型的可靠性框图见p221.
其可靠度、故障率计算见下页. 计算例见pp.221-222,[例5.2-1,2].
26
并串联模型的可靠度、故障率计算
如图,当系统由n个相互独立工作单元组成, Ri (t ), i (t ) 分别为第i=1,2, …,n单元的可靠度、故障率, 则串联( S1 )、并联(S2 )系统的可靠度分别为

可靠性基本概念(术语)

以下是可靠性术语第一部分-基本概念1、基本概念

以下是可靠性术语第二部分-故障2、故障

以下是可靠性术语第三部分-维修3、维修

以下是可靠性术语第四部分-时间4、时间

以下是可靠性术语第五部分-可靠性和维修性参数5、可靠性和维修性参数

以下是可靠性术语第六部分-可靠性和维修性管理6、可靠性和维修性管理

以下是可靠性术语第七部分-可靠性和维修性设计7、可靠性和维修性设计

以下是可靠性术语第八部分-可靠性和维修性试验8、可靠性和维修性试验

以下是可靠性术语第九部分-其他术语9、其他术语

输入输出系统-- 可靠性、可用性和可信性

第三章 计算机系统的可靠性

计算机体系结构第6章答案

可靠性设计分析试题A

系统工程导论第十章系统可靠性.ppt

可靠性基础知识讲解

设备的可靠性评估

吉林大学-计算机系统结构题库-第六章

计算机体系结构试题及答案

63 可靠性、可用性和可信性

63 可靠性、可用性和可信性

系统的安全与可靠性

吉林大学计算机系统结构题库第六章

第五章可靠性基础知识

可靠性基本概念(术语)

第三章计算机系统的可靠性