Вставская Е.В. Архитектура ЭВМ, систем, сетей, лекции

Подождите немного. Документ загружается.

появление новых ошибок и уменьшение величины Т

бр

. Будем считать, что

уменьшение числа допущенных и обнаруженных ошибок идёт с

интенсивностью 

об

, а увеличение - с интенсивностью 

нов

. На рис.67

представлен характер зависимости среднего времени безошибочной работы

бр

в течение всей фазы использования. На графике можно выделить три

области изменения Т

бр

- начальный этап;

- этап нормального использования;

- этап старения.

Наличие этих этапов обусловлено изменением соотношения между

величинами 

об

и 

нов

. На начальном этапе фазы использования основные

задачи, решаемые группой сопровождения ПО СКПУ сосредоточены в

основном на устранении ошибок, допущенных на фазе разработки. Поэтому

имеет место соотношение 

об

> 

нов

, что приводит к постепенному увеличению

среднего времени безошибочной работы.

бр

Начальное

использов

ание

Нормальное

использование

Этап старения

Ф а з а и с п о л ь з о в а н и я



об



нов



об



нов



об



нов

Рис. 67 Характеристика надёжности программного обеспечения

191

Этап нормального использования характеризуется тем, что группа

сопровождения равномерно распределяет свои усилия между задачами

устранения ошибок и модернизации ПО. Для этого этапа характерно 

об

 

нов

что приводит к стабилизации величины Т

бр

С течением времени увеличивается необходимость внесения изменений в

ПО с целью модернизации. Центр тяжести в работе группы сопровождения

переносится на задачи модернизации и расширения ПО, что приводит к

соотношению 

об

< 

нов

и постепенному уменьшению величины Т

бр

. Этот этап

получил название этапа старения ПО СКПУ. На этапе нормального

использования среднее время безошибочной работы Т

бр

для отдельных

вариантов СКПУ составляет 250 ... 300 ч, а на начальном этапе может

уменьшаться до 20 ... 50 ч.

Среднее время устранения ошибки. Т

составляет обычно довольно

значительную величину. Это обусловлено тем, что необходимость

исправления одной ошибки требует, как правило, исправления довольно

значительного числа команд на уровне машинных кодов. И так как

программа записывается в постоянное запоминающее устройство, то

приходится осуществлять его перепрограммирование.

Рассмотренные выше показатели Т

бр

и Т

характеризуют надёжность ПО

в целом, т. е. учитывают ошибки, остающиеся в основном ППО и

исполнительной ОС СКПУ. Однако ошибки в различных составляющих

частях ПО по-разному влияют на возможность выполнения СК возложенных

на неё функций по установлению соединений. Например, ошибки в

коммутационных или управляющих программах исполнительной ОС могут

привести к таким неприятным последствиям, как неустановление или

неправильное соединение, преждевременное (до наступления сигнала отбоя)

нарушение соединения. Для оценки возможности потерь из-за низкого

качества ПО СКПУ вводят такие вероятностные показатели, как

192

вероятность неправильного установления соединения (p

ну

) и вероятность

нарушения установленного соединения (р

нс

На этапе нормального использования эти величины могут иметь

следующие значения: p

ну

=10

-5

...10

-4

; p

нс

=10

-6

. Ввиду малых величин этих

вероятностей их оценка на практике затруднена. (Для получения

представительной выборки из числа неверного установления соединения и

нарушения соединений до поступления сигнала отбоя пришлось бы собирать

статистическую информацию в течение длительного интервала времени

использования ПО СКПУ). Поэтому часто пользуются вспомогательным

показателем - интенсивностью перезапусков станции 

Причиной перезапуска, как правило, является обнаружение ошибки в

ПО, что происходит достаточно редко. Останавливать всю СК до устранения

обнаруженной ошибки нецелесообразно, так как повторение ситуации,

проявляющей эту ошибку в ПО, может возникнуть нескоро, а за это время

СКПУ способна нормально обслуживать поступающую нагрузку. Поэтому

производят перезапуск СК, т. е. приведение её в исходное состояние.

На этапе нормального использования величина 

, равна четырем-пяти

перезапускам в год и соизмерима с интенсивностью перезапусков из-за

неисправностей в оборудовании. На начальном этапе эксплуатации СКПУ

большинство перезапусков (65%) осуществляется из-за наличия ошибок в

ПО СКПУ. Сравнение приведенных выше показателей ПО СКПУ с ана-

логичными показателями для оборудования СК показывает, что качество ПО

оказывает более сильное влияние на надёжность СКПУ в целом. Это требует

принятия специальных мер, направленных на повышение качества ПО.

Статистика ошибок, обнаруженных в процессе верификации

разработанных СКПУ, позволяет разделить их на следующие четыре типа:

- системные;

- алгоритмические;

- программные;

193

- технологические.

Системные ошибки обусловлены отклонением параметров реальной

СКПУ от проекта и определяются прежде всего неполной информацией о

реальных процессах, протекающих в проектируемой системе коммутации.

Системные ошибки возникают на начальных стадиях разработки ПО - на

этапе спецификации и планирования системы, а также на этапе системного

проектирования. Сложность их обнаружения усугубляется тем, что часто

невозможно заранее предусмотреть всё разнообразие возможных внешних

условий и вариантов функционирования СКПУ.

Алгоритмические ошибки обусловлены тем, что на начальных этапах

фазы разработки ПО СКПУ не всегда удаётся точно описать функции,

которые должны быть реализованы отдельными алгоритмами. Функции эти

уточняются в процессе проектирования, выявляются отклонения от

спецификации. Возникновение алгоритмических ошибок происходит на

этапах системного и детального проектирования и связано прежде всего с

субъективным характером работ на этих этапах. К алгоритмическим

ошибкам следует отнести прежде всего ошибки, обусловленные

некорректным заданием спецификаций отдельных (частных) алгоритмов

функционирования СКПУ, когда неполностью оговорены все условия,

необходимые для получения правильного результата. К алгоритмическим

ошибкам относятся также ошибки сопряжения модулей и функциональных

групп программ, когда информация, необходимая для функционирования

одной программы, оказывается неполностью подготовлена другой, пред-

шествующей по времени выполнения. К этим же ошибкам относится и

неправильная передача управления между взаимодействующими

программными модулями. Алгоритмические ошибки весьма трудно

обнаружить, так как для многих алгоритмов СКПУ отсутствует

формализованная постановка задачи и точная однозначная спецификация,

которую можно использовать в качестве эталона.

194

Программные ошибки возникают вследствие неправильной записи

алгоритмов на используемом языке программирования. Количество

программных ошибок зависит от квалификации разработчиков, общего

объёма ПО СКПУ, глубины логического и информационного взаимодействия

программных модулей. Возникновение программных ошибок происходит на

этапе программирования и компоновки. Поиск этого типа ошибок осу-

ществляется путём введения в трансляторы и компиляторы с языков

программирования мощных средств синтаксического и семантического

контроля. Обнаружение программных ошибок осуществляется значительно

проще по сравнению с алгоритмическими и системными ошибками.

Технологические ошибки обусловлены ошибками при копировании

программ на машинные носители информации, т. е. при тиражировании ПО

на этапе его генерации. К этим же ошибкам относят ошибки в документации

на ПО. Выявление этого типа ошибок достаточно просто осуществляется на

основе многократных автоматизированных проверок с использованием ЭВМ.

Если сравнивать по количеству, то наибольшая доля приходится на

программные ошибки, однако, с точки зрения затрат на обнаружение и

устранение ошибок, наиболее неприятными являются системные и

алгоритмические ошибки. В общем случае оказывается справедливой

зависимость: чем раньше и на более высоком уровне допущена ошибка, тем

труднее её обнаружить и исправить.

Действительно, для исправления технологической ошибки приходится

изменять не более одной команды на уровне машинных кодов. Программные

ошибки требуют изменения в среднем шести команд, а алгоритмические -

приблизительно 14 команд. Ещё большую сложность представляет

исправление системных ошибок - одна ошибка влечёт за собой исправление

свыше 30 команд.

Следует также учитывать последствия вносимых изменений не только по

количеству изменяемых команд. Если исправление технологических и

195

программных ошибок носит локальный характер, т. е. осуществляется

исправление ошибок в некоторой ограниченной области программы, то

исправление алгоритмических и особенно системных ошибок требует

внесения изменений уже в различные программы, что повышает

трудоёмкость их исправления.

Затраты на исправление

ошибки

Вероятность правильного

исправления ошибки

Рис. 68 Характеристика затрат на исправления ошибок ПО

На рис. 68 представлен характер зависимости трудоёмкости или затрат на

исправление ошибок от момента их обнаружения. На этом же рисунке

представлена зависимость вероятности правильного исправления ошибки от

момента её обнаружения. Как видно из рисунка, дело не только в том, что

затраты на исправление ошибки тем ниже, чем раньше она будет обнаружена,

но и в том, что вероятность правильного исправления ошибки на ранних

этапах разработки ПО СКПУ значительно выше, чем в случае, если ошибка

будет обнаружена на более поздних этапах. Сказанное позволяет сделать

вывод о целесообразности возможно более ранней верификации. В пользу

ранней верификации говорит ещё одно обстоятельство. Ориентировочный

объём СКПУ оценивается на начальных этапах разработки ПО - этапах

алгоритмического проектирования. Если большинство ошибок

обнаруживается на стадиях автономной и комплексной отладки,

завершающих процесс разработки, то это может привести к увеличению

объёма ПО СКПУ в среднем на 20...30%. Статистика показывает, что на 1000

196

команд выявляется 10-30 ошибок. Устранение каждой из них требует

изменения или добавления в среднем 10-20 команд, что приведет к

указанному выше увеличению объёма СКПУ. Ранняя верификация позволяет

проводить более точный расчет предполагаемого объема ПО.

2.4.4. СТРУКТУРНОСТЬ

К числу мероприятий, препятствующих возникновению ошибок при

разработке ПО СКПУ, прежде всего следует отнести использование

принципов структурного программирования на всех этапах разработки ПО.

Структурная программа легче читается и воспринимается, в ней легче

находить и исправлять ошибки.

Остановимся более подробно на принципах структурного

программирования. При структурном программировании вся задача

разбивается на несколько уровней (слоёв) иерархии. Программирование

ведётся методом «сверху вниз», начиная с верхнего уровня. Каждый раз при

переходе на более низкий уровень степень детализации возрастает. Каждому

иерархическому уровню соответствует свой язык программирования.

Структурное программирование ограничивает программные структуры, с

помощью которых должны записываться алгоритмы функционирования на

языках, соответствующих уровням иерархии. Программы, полученные на

основе принципов структурного программирования, принято называть

структурированными или структуризованными.

Структуризованная программа - это программа, составленная из

фиксированного базового множества управляющих программных структур,

каждая из которых имеет один вход и один выход. Можно показать, что любая

программа представима с помощью только трёх основных управляющих

структур: последовательной, условной и циклической с предусловием. Однако

197

для облегчения программирования вводятся ещё три разновидности

основных структур, называемых производными:

- условная с одним тождественным оператором;

- избирательная;

- циклическая с постусловием.

Таким образом, существует всего шесть базовых структур, с помощью

которых может быть представлена любая программа на любом

алгоритмическом языке программирования. На рис.69 представлены все шесть

базовых структур структурного программирования.

Последовательная структура представляет собой простейший случай -

последовательное применение операторов Б

, Б

. В языках программирования

ей соответствует последовательное написание операторов, разделяемых

специальным знаком, например, точкой с запятой (;).

Условная структура обеспечивает проверку некоторого условия  и

выбор одного из двух путей дальнейшей обработки, представленных

операторами Б

, Б

. В свою очередь каждый из путей ведёт к точке слияния

так, что дальнейшая обработка продолжается независимо от того, какой путь

был выбран. В языках программирования условная структура реализуется с

помощью конструкций IF  THEN Б

ELSE Б

. Если условие  выполняется,

то управление передается оператору Б

, а в противном случае - оператору Б

Циклическая структура с предусловием служит для организации

многократного повторения выполнения некоторых участков программ,

называемых телом цикла. Предусловие означает, что проверка условия 

осуществляется до выполнения оператора Б, образующего тело цикла.

Циклическая структура с предусловием реализуется в языках

программирования, например с помощью конструкции WHILE  DO Б.

Если условие  истинно, то выполняется оператор Б и вновь

производится проверка условия . Таким образом, тело цикла (оператор Б)

198

выполняется до тех пор, пока условие  истинно, управление передается на

выход циклической

199

У п р а в л я ю щ и е с т р у к т у р ы Г р а ф и ч е с к а я

и н т е р п р е т а ц и я

Я з ы к о в а я и н т е р п р е т а ц и я

П о с л е д о в а т е л ь н а я

О д и н и з р а з д е л и т е л ь н ы х

з н а к о в м е ж д у

о п е р а т о р а м и , н а п р и м е р ,

;Б

У с л о в н а я



I F



T H E N Б

E L S E Б

Ц и к л и ч е с к а я с

п р е д у с л о в и е м



W H I L E



D O Б

У с л о в н а я с

т о ж д е с т в е н н ы м

о п е р а т о р о м



I F



T H E N Б

И з б и р а т е л ь н а я

( с е л е к т и в н а я )

. . .

C A S E O F I

( I

) : Б

;

( I

) : Б

;

… … .

( I

) : Б

;

Ц и к л и ч е с к а я с

п о с т у с л о в и е м



R E P E A T Б U N T I L



Рис. 69 Базовые управляющие конструкции

200