Методы и средства повышения надежности и информационной устойчивости многопроцессорных систем для объектов критического применения

Повышение надежности многопроцессорных систем (МС) управления сложными объектами, в частности, критического назначения достигается разными путями, которые рассматриваются в работе, введением разных видов избыточности, в частности, временной и аппаратурной, и чаще всего – за счет придания им свойства отказоустойчивости. Оценивается минимальное количество дополнительных процессоров для повышения надежности (вероятности безотказной работы) системы до необходимого уровня. Предлагается метод, который использует внутренние резервы МС, не требует добавочных процессоров и дает возможность повышать надежность системы более плавно, без прыжков. Одним из необходимых условий функционирования отказоустойчивых МС является способность самотестироваться, разработаны методы оптимизации этой процедуры по критерию уменьшения времени для шинной и матричной топологий связей. Предложена новая структурно-регулярная топология и модификация метода тестирования 2-отказоустойчивых МС, целью которой является минимизация временной избыточности. Количество тестовых проверок (которое в общем определяет время тестирования) в итоге – 2n, что меньше, чем для других известных методов тестирования МС (n – общее количество процессоров). Для повышения эффективности процедур тестирования и реконфигурирования по разным критериям в общем случае предложен метод и алгоритм распределения процессоров по подмножествам, в частности, для уменьшения временной избыточности, которая может быть применима для повышения надежности. В процессе довольно долгой эксплуатации по мере выхода из строя процессоров система может перейти в опасное состояние. Для выявления такой ситуации и оценки её вероятности предложена модификация разработанной авторами модели поведения МС в потоке отказов.

Для повышения информационной устойчивости БС, связанной с негативным антропогенным влиянием при разработке, дальнейшее развитие получили методы многоверсионного проектирования процессорных устройств, в частности предложен метод создания версий на основе автоморфизмов математических моделей, для практического применения которого модифицирован методику формирования много разрядных прямых и обратных подстановок с линейной сложностью программной или аппаратной реализации. Разработан ряд версий реализации групповых операций на основе реализации группового переноса, которые имеют широкий набор соотношений затраты / быстродействие. Полученные результаты обеспечивают развитие метода создания версий компьютерных устройств с использованием арифметики в остатках.

Выполнена оценка зависимости значений прироста вероятности правильной работы процессорных устройств за счет автокоррекции при изменении значений вероятности детерминированных искажений входных сигналов. Установлено, что расчетный прирост вероятности правильной работы процессорных устройств за счет автокоректирующих свойств имеет возрастающий характер в пределах технически обоснованного роста разрядности входных сигналов. Также, показано, что этот прирост может быть вполне соизмеримым (с инженерной точки зрения) с вероятностью ошибок, вызванных искажениями входных сигналов. Аналитически определена тождественность результатов вычисления достоверности функционирования при наличии детерминированных искажений исходных данных для отдельно взятых булевых функций как без учета суперпозиций функций, так и с учетом суперпозиций.