Введение в архитектуру компьютеров

Классификация ошибок и их характеристики


Систематические ошибки. Они появляются, как правило, в результате отказов одного или нескольких схемных элементов, входящих в цепи передачи информации или в устройства, с помощью которых выполняются арифметические и логические операции. Если повторяется одна и та же операция над одними и теми же данными, ошибка будет повторяться всякий раз. При других данных или других операциях она может и не повторяться. Тем не менее вычисления бессмысленны.

Случайные ошибки. Это результат сбоя в элементах машины. Эти ошибки – источник основных затруднений для эффективной эксплуатации ВС. Единственный способ установить наличие или отсутствие ошибки – это контроль каждой операции или всего решения в целом.

Одиночные и кратные ошибки. Определение их зависит от вида обработки информации, характера операции и т. д. При хранении информации или ее передаче одиночная ошибка состоит в изменении одного двоичного знака. Если же изменению подверглось несколько знаков, ошибку называют кратной. Так же определяются ошибки результата поразрядных логических

операций.

Иначе дело обстоит с ошибками в результатах арифметических операций. При выполнении сложения, например, ошибка в одном разряде из-за переносов может привести к тому, что двоичные символы в нескольких позициях будут неправильными. То же самое – сбой в цепи переноса. Тем не менее такие ошибки классифицируются как одиночные, ибо разность между правильным результатом и ошибочным будет иметь единицу только в одной

позиции.

Пример. Пусть правильный результат ~ 101111, а нами получен ~ 110000. Результаты отличаются в пяти позициях, но их разность равна 000001. Следовательно, ошибка одиночная.

Кратными считаются ошибки (две и более), которые произошли независимо при выполнении одной операции в нескольких разрядах.

С повышением кратности обнаружение и исправление ошибок затруд-

няются.

Наиболее просто обнаруживать и исправлять одиночные ошибки. Поэтому важно выяснить законы распределения вероятностей ошибок в числе или слове.
Наиболее просто это сделать для компьютера параллельного действия. Здесь каждый двоичный разряд передается по отдельному каналу и обрабатывается в отдельных устройствах, связанных друг с другом только цепями переноса. Следовательно, возникновение ошибок в отдельных двоичных разрядах можно считать независимыми случайными событиями, имеющими одинаковую вероятность. Тогда для ошибок i-й кратности в n-разрядном числе справедлив биномиальный закон распределения:







(3)

где Qi – вероятность ошибки i-й кратности в числе; q – вероятность ошибки в одном разряде при выполнении одной операции.

Формула (3) позволяет определить вероятность ошибки i-й кратности при условии, что в остальных n–i разрядах ошибок нет. Из формулы (3) следует, что для очень малых значений q наибольшую вероятность имеет случай одиночной ошибки.

Для компьютеров последовательного действия положение осложняется тем, что ошибки в разных разрядах числа происходят, вообще говоря, в разное время. Поэтому кратность ошибок в числе, очевидно, зависит от соотношения между быстродействием узлов компьютера и длительностью сбоя. Во всяком случае, вероятности кратных ошибок следует ожидать более высокими, чем в предыдущих случаях, при одинаковой вероятности сбоя в ап-

паратуре.

То же можно сказать о ЗУ на НМЛ и НМД. Запись и чтение информации с них обычно выполняются последовательным или последовательно-параллельным способом. Кроме того, причиной ошибок могут быть различные механические повреждения магнитной поверхности. При большой плотности записи последняя ситуация является источником целой группы ошибок.


Содержание раздела