Пристрій для моделювання оцінки надійності програмного забезпечення

Винахід відноситься до галузі автоматики та обчислювальної техніки і призначений для моделювання характеристик надійності програмного забезпечення відмовостійких обчислювальних систем. Відомий пристрій для моделювання імовірнісного графа, що містить перший та другий регістри, перший, другий та третій постійні запам'ятовуючі пристрої, формувач, першу, др угу та третю схеми порівняння, перший та другий генератори випадкових сигналів, першу та др угу схеми збігу, перший та другий елементи АБО, лічильник об'єму моделювання, реверсивний лічильник, перший та другий накопичуючі суматори, перший та другий блоки задания константи, перший та другий блоки ділення та індикатор [І]. Цей пристрій дозволяє моделювати статистичні характеристики процесу автоматичного відновлення за допомогою імовірнісного графа. Недоліком пристрою є те, що він не дозволяє визначити характеристики надійності програмних засобів відмовостійких обчислювальних систем. Відомий пристрій для моделювання оцінки надійності програмних засобів, що містить регістр, генератор випадкових сигналів, перший, другий, третій та четвертий постійні запам'ятовуючі пристрої, першу та другу схеми порівняння, формувач, першу та другу схеми збігу, елемент АБО, блок задания константи, накопичуючий суматор, блок ділення, лічильник та індикатор [2]. Цей пристрій дозволяє моделювати статистичні характеристики надійності програмних засобів. Недоліком пристрою є те, що елементарні показники надійності кожної вершини графа є сталими величинами, що зменшує достовірність результатів моделювання, що отримуються. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для моделювання статистичних характеристик надійності програмного забезпечення відмовостійкої обчислювальної системи за допомогою імовірнісного графа, в якому за рахунок моделювання випадкових значень елементарних показників надійності і багаторазового проходження різних маршрутів графа підвищується достовірність оцінки середньої імовірності безвідмовного виконання програми. Поставлена задача вирішується тим, що до пристрою, який містить регістр, перший генератор випадкових сигналів, перший, другий, третій та че твертий запам'ятовуючі пристрої, першу та другу схеми порівняння, формувач, першу та другу схеми збігу, елемент АБО, блок завдання константи, накопичуючий суматор, блок ділення, лічильник та індикатор, причому вихід першого запам'ятовуючого пристрою (ПЗП) підключений до першого входу першої схеми порівняння, другий вхід якої з'єднаний з виходом першого генератора випадкових сигналів, а перший вихід з'єднаний з першим входом першої схеми збігу, др угий вхід якої підключено до виходу другого ПЗП, другий вихід першої схеми порівняння підключено до другого входу др угої схеми збігу, перший вхід якої з'єднаний з виходом третього ПЗП, адресний вхід якого з'єднаний з відповідними адресними входами першого, другого та четвертого ПЗП, із входом формувача і підключений до виходу першого регістра, інформаційний вхід якого з'єднаний з першим входом другої схеми порівняння і з виходом елемента АБО, перший і другий входи якого підключені до виходів відповідно першої та другої схеми збігу, вхід запуску першого регістра є входом пристрою, а вхід скидання першого регістра з'єднаний із входом скидання лічильника і підключений до виходу др угої схеми порівняння, другий вхід якої підключено до виходу блока задания константи, вихід лічильника підключений до першого входу блока ділення, вихід якого з'єднаний із входом індикатора, а другий вхід підключено до виходу накопичуючого суматора, у відповідності з винаходом додатково введені другий генератор випадкових сигналів, блок масштабування, суматор і блок множення, вхід др угого генератора випадкових сигналів з'єднаний з першим входом суматора і входом блока масштабування і підключений до виходу четвертого ПЗП, а вихід підключений до першого входу блока множення, другий вхід якого з'єднаний з виходом блока масштабування, а вихід підключений до другого входу суматора, вихід якого з'єднаний із входом накопичуючого суматора. На фіг.1 показано блок-схему пристрою, а на фіг.2 наведено приклад імовірнісного графа програми. Вихід першого регістра 1 з'єднаний з адресними входами відповідно першого 2, другого 3, третього 4, четвертого 5, ПЗП і з входом формувача 6. Вихід першого ПЗП 2 з'єднаний з першим входом першої схеми порівняння 7, другий вхід якої підключено до виходу першого генератора випадкових сигналів 8, вхід якого підключений до виходу формувача 6. Перший і др угий ви ходи першої схеми порівняння 7 підключені відповідно до першого і другого входів першої 9 і другої 10 схем збігу. Другий вхід першої схеми збігу 9 підключений до виходу др угого ПЗП 3, а перший вхід др угої схеми збігу 10 підключений до виходу третього ПЗП 4. Виходи першої 9 і другої 10 схем збігу підключені відповідно до першого і другого входів елемента АБО 11, вихід якого підключений до першого входу другої схеми порівняння 12 і інформаційного входу першого регістра 1, вхід скидання якого з'єднаний із входом лічильника 13. Вхід запуску першого регістра 1 є входом пристрою. Вихід другого генератора 14 випадкових сигналів підключений до першого входу блока множення 15, вихід якого з'єднаний з першим входом суматора 16, а другий вхід з'єднаний із виходом блока масштабування 17, вхід якого з'єднаний із входом генератора 14 випадкових сигналів і першим входом суматора 16 і підключений до виходу четвертого ПЗП 5, ви хід суматора 16 підключений до входу накопичуючого суматора 18. Вихід накопичуючого суматора 18 з'єднаний із входом блока 19, другий вхід якого підключений до виходу лічильника 13, а вихід з'єднаний із входом індикатора 20. Вихід блока 21 задания константи з'єднаний із другим входом другої схеми порівняння 12. Принцип роботи пристрою такий. Програмний модуль з програмного забезпечення відмовостійкої обчислювальної системи може бути поданий графовою моделлю програми. При моделюванні обчислювального процесу за такою моделлю передбачається надання кожній вершині графа деякого значення, наприклад, елементарного показника dі, що дорівнює логарифму ймовірності правильної роботи операторів, пов'язаних з даною вершиною. Динаміка функціонування програми визначається вибором визначеного маршруту на графі. Цей вибір обумовлюється сук упністю реалізацій передач керування в логічних вершинах, які зв'язані з випадковим процесом надходження на вхід програми різних векторів вхідних даних, що приводить до випадкового вибору маршрутів на графі. Вибір маршрутів залежить від значення транзитивних ймовірностей переходів Рij від і-ї до j-ї вершини графа, якими навантажуються дуги гра фа. Очевидно, що окремий маршрут L реалізується з деякою імовірністю P(L ) = ÕP ij , i, jÎL а середня оцінка ймовірності відмови може бути визначена як ì ü ï ï Q= di ý , íP(L ) ´ ï L ï î iÎL þ тому що параметр надійності Q є дискретною випадковою величиною і його середнє значення визначається на множині реалізацій як середнє по імовірності. Але для багаторозгалужених графови х моделей, які мають багато логічних вершин (вершин з двома виходами), кількість можливих маршрутів різко зростає. Наприклад, якщо граф має 20 логічних вершин, то при певних умовах кількість маршрутів досягає 220 » 106. В таких випадках оцінку надійності функціонування програми можна одержати тільки за допомогою імітаційного моделювання. Кількість реалізацій маршрутів визначає об'єм моделювання М. Тоді å Q@ åd å i iÎL , M М а внесок маршрутів в оцінку Q буде пропорційним ймовірності їх реалізацій. Однак значення цих показників di отримують за результатами статистичних даних, які, як правило, не повні як за обсягом, так і за кількістю враховуємих факторів. Наприклад, елементарним показником може бути величина di=-ln ri, де ri - імовірність безвідмовного виконання послідовності операторів, що асоціюються з і-ю вершиною, яка може бути надана фірмами - розробниками програмного забезпечення. Звичайно, використовують статистичні дані, які накопичені під час відлагодження та експлуатації подібних програмних засобів, і отримують деяку величину q, як оцінку можливої кількості помилок в програмі, нормовану на одну команду (оператор). Тоді di=m i q, де m i - кількість команд, пов'язаних з і-ю вершиною. Тому, для підвищення достовірності результатів моделювання оцінки надійності програмного забезпечення, елементарному показникові di пропонується надати розкид, наприклад, за нормальним законом з математичним сподіванням, яке дорівнює di, і дисперсією 0,1 di2, що еквівалентно моделюванню шуму реального процесу функціонування алгоритму програми. Отримана під час такого моделювання середня оцінка надійності буде більш достовірною. Закон розподілу та його параметри можуть бути узгоджені з представниками фірм - розробників програмного забезпечення. На фіг.2 показані один з можливих варіантів імовірнісного графа програми. Блоки 1-12, що показані на фіг.1, визначають ту чи іншу реалізацію маршруту на імовірнісному графі. Перший генератор випадкових сигналів 8 формує реалізацію неперервної випадкової величини, яка має рівномірний розподіл на інтервалі [0, 1]. В першому ПЗП зберігаються значення ймовірностей переходів у відповідності з послідовними номерами вершин графа. Наприклад, у першій комірці, яка відповідає вершині Z1 (номер вершини - 1) записане число, яке дорівнює найменшому значенню ймовірності переходу (Р12 чи Р13), у другій комірці ПЗП 2 записане значення Р24, або Р25, У че твертій комірці (відповідає четвертій вершині) записується одиниця і т.д. У другому ПЗП 3 записується найменший номер вершини графа, яка пов'язана з поточною вершиною, а у третьому ПЗП 4 записується номер другої вершини, що зав'язана з поточною (при відсутності такої вершини записується 0). Нехай, наприклад, на виході регістра 1 встановлено код поточної вершини Z5 (п'ять), а Р56Р12 активізується другий ви хід схеми порівняння 7. Крім того, значення показника надійності d1 першої вершини надходить до входів генератора 14 випадкових сигналів і блока масштабування 17 та до першого входу суматора 16. Генератор 14 формує випадкове число, яке 1 множиться у блоці множення 15 на число 10 2 di з виходу блока масштабування 17, так що на виході суматора 16 1 утворюється число di+10 2 di ´r 12, r12 - випадкове число, що формує генератор 14. Сума з виходу суматора 16 підходить до інформаційного входу накопичуючого суматора 18. Далі код з виходу першої схеми збігу 9 через елемент АБО 11 (на виході елемента АБО утворюється код поточної вершини графа при проходженні маршруту) надходить до інформаційного входу першого регістра 1 і далі подається на адресні входи усі х ПЗП. На виході першого ПЗП 2 встановлюється код Р24 (якщо Р24

Р34; то код вершини Z5 передається на вихід елемента АБО 11 і це вершина стає поточною тощо. Після проходження маршруту на ви ході елемента АБО 11 встановлюється код останньої вершини Z14 , а на ви ході суматора 18 утворюється код, відповідний сумарному показнику надійності реалізованого маршруту. Крім того поточний номер вершини на виході елемента АБО 11 надходить до першого входу др угої схеми порівняння 12, де порівнюється з кодом останньої вершини Z14, який надходить з виходу блока 21 задания константи. Якщо коди співпадають, то на виході схеми порівняння 12 утворюється сигнал, який додає одиницю у лічильнику 13. Крім того, цей сигнал встановлює перший регістр 1 в початковий стан, що відповідає номеру першої вершини Z1. Далі процес повторюється. Таким чином на виході накопичуючого суматора 18 утворюється поточна сума показників надійності для вершин реалізованих маршрутів, так що на виході блока ділення 19 утворюється поточна оцінка середньої імовірності відмови програми. Це значення відображається на індикаторі 20. З метою спрощення схеми та її опису в блок-схемі відсутні елементи затримки (у вигляді ланцюгів елементів І), які необхідні для забезпечення стійкої роботи пристрою. Пристрій може бути реалізований у цифровому варіанті на стандартних мікросхемах. Література: 1. Патент України 34114А, G06G7/48, Пристрій для моделювання імовірнісного графа (аналог). 2. Патент України 36399А, G06G7/48, Пристрій для моделювання оцінки надійності програмних засобів (прототип)