计算机系统可靠性设计方案

2017-03-22李群

电子技术与软件工程 2017年3期

李群

摘要计算机的核心是系统，系统运行的可靠性与安全性，直接影响着计算机运行的效率，因此加强计算机系统可靠性研究，有着现实的意义。文中对影响计算机系统可靠性因素，进行了简单的分析，并且提出了计算机系统硬件与软件设计的具体方案。计算机系统可靠性设计方案，除了重点考虑计算机系统内部因素外，还需要考虑外在因素的影响，全面的设计系统方案。

【关键词】计算机系统可靠性设计方案

计算机被广泛的应用于各个领域，而且发挥着重要的作用，若计算机系统运行的可靠性较差，则极易影响工程的项目设备运行的安全性以及稳定性。计算机控制系统可靠性差，主要受到各种因素的影响，包括软硬件系统，以及外部环境因素的影响，对此在开展计算机系统设计时，要进行全面分析。

1 计算机系统可靠性分析

计算机控制系统即CCS，其指的是利用计算机，借助相关辅助部件，并且与被控制对象相互联系，以此达到控制目的。计算机系统可靠性分析，即控制系统可靠性分析，主要是针对影响控制系统运行安全与可靠性的因素，包括元器件设备、系统运行参数、系统各单元MTTR等。在进行计算机系统可靠性设计前，则需要对上述影响因素，进行详细的分析，再进行系统设计。

2 计算机系统可靠性设计分析

2.1 系统输入可靠性分析

计算机系统运行，需要输入指定命令，由系统输入运行结果看，若输入错误，则极易造成系统输出结果错误，对此则需要仔细的选择传感器，确保传感器的适用性与可靠性。如果系统选用的模拟传感器，则输入的放大电路，其最好是绝对值放大电路设计，并且需要设计输入保护，以及滤波处理输入信号，以此防止由于输入信号较大，给系统接口造成损害。除此之外还需要仔细的研究传感器故障原理，以此保证传感器的可靠性与安全性。

2.2 系统输出可靠性分析

影响计算机系统输出的安全性与可靠性的因素较多，主要分为输出执行器、输出传输线、输出接口电路、输出软件等，这些因素的可靠性，直接影响着计算机控制系统输出的可靠性与安全性。因为系统输出主要依靠驱动执行器，驱动执行器属于高速运转元件，极易受到外界因素的影响，使得所存内容被破坏，最终造成系统操作错误。

2.3 诊断技术可靠性分析

当计算机系统运行时，需要借助诊断技术，对检测信号做有效判断，以此判断计算机系统是否处于正常运行状态。若想准确的判断计算机系统故障位置，则可以利用事故现象和系统故障之间的对应关系，来确定故障位置，以此减少系统故障修复所花费的时间，同时还能够提高计算机系统运行的可靠性与安全性。

2.4 冗余与容错可靠性分析

计算机系统可靠性影响因素中，冗余与容错设计比较重要。冗余技术主要分为工作冗余与后备冗余。工作冗余能够支持系统设备进行多次重复配置，当系统运行时，若任意设备发生故障，则其会脱离控制系统，不会给系统造成影响。后备冗余指的是配置两台设备，将其中的一台留作备用，若运行设备发生故障，则后备设备将会投入系统中运行，进而确保系统的可靠性。计算机冗余系统主要包括并联系统（冗余设计）、备用系统、表决系统，冗余设计的应用性较强。容错设计指的承认系统故障，確保系统故障后能够继续运行，为了提高计算机系统容错能力，通常加设冗余设计，以此实现接替容错单元功能，确保系统正常运行，同时故障系统能够自动修复，以此确保系统运行的可靠性。

3 计算机系统可靠性设计

3.1 硬件系统设计方案

计算机系统主要可以分为硬件系统与软件系统，因此可以作为设计的两大部分。硬件系统主要是由各元器件以及信息技术等构成，为了确保系统的可靠性，则需要做好运维措施以及合理设计，可以遵循以下要点：

3.1.1 冗余容错设计方案

该方案的应用较为广泛，基于硬件运行特点，则可以分为电路级冗余、静态冗余、动态冗余、混合冗余。电路级冗余设计，则需要遵循计算机控制机烯烃原则，即对系统模块电路中的极管进行冗余设计，以此确保运行模块故障后，容许电路能够代替原有电路元件运行；静态冗余容错设计，多采用表决模块，以此屏蔽系统异常，该设计方案中，主要是将单模块，利用三模冗余进行交替；动态硬件冗余容错设计，主要是基于控制系统特点，将系统设计为多各模块，构成故障检测模块、故障定位模块、系统恢复模块等，进而实现容错技术功能。混合容错设计方案，主要是将静态冗余容错与动态容错系统融合，实现系统可靠性运行目标。

3.1.2 系统可靠性运维方案

提高计算机系统运行可靠性，则需要尽量做好系统维护措施，使用高性能元器件。元器件使用性能，与其运行环境有着直接影响，尤其是温度因素，对此需要设置电源散热装置和配置，提高元器件运行可靠性。同时需要考虑元器件是基于功能组建在一起的，为了确保运行的可靠性，则需要做好元器件焊接位置检查，以及接触部位检查，防止出现系统运行故障。除此之外元器件的可靠性，直接影响着系统运行，因此其结构设计要简洁，减少元器件使用个数。基于计算机控制系统运行环境特点，做好相关的防护措施，针对主要影响因素，包括雨雪因素、温度因素、气体因素等。

3.2 软件系统设计方案

计算机控制系统可靠性设计，主要是进行软件容错设计与软件编程规范。

3.2.1 构建冗余系统

软件系统的容错能力设计，需要构成冗余系统。基于相关原理，简化系统单元模块，提高系统运行的可靠性，将控制系统分散设计为各个控制系统，再将其分解为独立单元，基于系统性能，将其构建为不同模块。为了避免通信系统运行节点故障，给计算机系统造成影响，可以使用CANBUS总线，以此来解决通信系统缺点，使其具备多主结构特点，确保系统在任意节点内，均能实现信息交互。

3.2.2 降低单元的MTTP

计算机系统中多采取模块化设计，以此来降低单元MTTR，进而使得系统故障时，能够实现快速定位与维护，缩短系统MTTR，进而提高系统可靠性。同时将系统设计成诊断故障模块，运用诊断技术、自动隔离技术等，提高系统故障处理速率。

3.2.3 软件编程规范

计算机软件系统编程规范，其主要包括设置自检程序、指令冗余法、设置软件陷阱、WATCHDOG、输入信号与输出信号的抗干扰技术，将上述技术进行组合与完善，则能够极大程度上提高计算机系统的安全性与可靠性。

3.3 计算机系统可靠性设计分析-通信系统

计算机通信系统设计，则可以遵循以下设计要点：

（1）利用冗余技术以及设备，实现系统运行故障监测，确保故障发生后的交替工作；

（2）利用现代化技术，提高网络级别。

（3）优化网络系统结构，合理组合设备，减少系统建设成本。

（4）使用高性能网络产品，同时考虑网络升级需求以及扩容需求。

层次化通信网可靠性设计要点：

（1）接入层网络体系中，使用OSI模型。该模型的首层是集线层，设备与集线层连接，则能够实现资源共享，交换机的使用，能够提高集线器的性能，具有网络连接优势，能够实现资源完整转发，以及端口识别，自动判断资源是否传送，进而提升系统可靠性。