Кириш диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати

§2.2. Микропроцессорли қурилмаларнинг носозликлари ва диагностика модели

МПҚнинг асосий ҳолати яроқли бўлган қурилманинг барча техник ҳужжатлар талабларни қониқтирадиган ҳолати ҳисобланади. Акс ҳолда қурилма яроқсиз ҳолатлардан бирида бўлади.

МПҚнинг яроқсизлиги яроқсиз компонентларнинг қўлланилиши, компонентлар орасидаги уланишларда узилишлар ёки қисқа туташувлар, схеманинг ишлатилиши шартларининг бузилиши, лойиҳалаштириш ва ишлаб чиқаришда хатоликларнинг мавжудлиги, шунингдек, бошқа қатор омиллар натижасида пайдо бўлади.
Диагностика қилиш воситалари ва усулларини илмий асосланган МПҚларнинг яроқсизликларини синчиклаб ўрганиш ва таҳлил қилиш, шунингдек уларнинг қайси синфга тегишлилигини аниқлаш зарур. Бунда диагностика қилиш усули яроқсизлик модели асосига мос айнан қабул қилинган даражада у ишлатиладиган МПҚ учун мос бўлади.
­ рад этишлар жадаллиги орқали характерланиши мумкин бўлган рақамли схемаларнинг техник ишлатилишининг ҳаётий даври 2.2­расмда келтирилган [10, 34, 35, 78]:

2.2­расм. Рақамли схемалар техник ишлатилишининг учта босқичи

Эгри чизиқда қуйидаги учта характерни ажратиш мумкин:

1. 
   Ишлатишдан олдинги машқ қилиш ва синаш;
   
2. 
   Нормал ишлатиш;
   
3. 
   Эскириш, яроқсизланиш ва ҳисобдан чиқариш.
   

Кўп ҳолларда қуйидаги яроқсизлик турлари кўриб чиқилади:

1. 
   Доимий (константали) яроқсизликлар: константали ноль (0) ва константали бир (1), бу яроқсиз мантиқий элемент киришлари ва чиқишида мантиқий ноль (0) ёки мантиқий бир (1) ўзгармас сатҳини бўлишини билдиради;
   
2. 
   “Қисқа туташув” туридаги яроқсизликлар (кўприкчасимон яроқсизликлар) мантиқий элементлар киришлари ва чиқишларининг қисқа туташувида пайдо бўлади ва икки турга: мантиқий элементлар киришларининг қисқа туташуви келтириб чиқарадиган яроқсизликларга ва тескари алоқа туридаги яроқсизликларга бўлинади;
   
3. 
   Инверс яроқсизликлар бу схемага кирадиган мантиқий элемент кириши ёки чиқиши бўйича сохта инверторни пайдо бўлишига олиб келадиган рақамли схемаларнинг физик носозликларини тавсифлайди;
   
4. 
   “Адаштириш” туридаги яроқсизликлар рақамли схемалар алоқаларини адаштирилишидан иборат ва схема бажарадиган функцияларни ўзгартирадиган рақамли схемаларни лойиҳалаштириш ва ишлаб чиқаришда вужудга келадиган хатоликларни келтириб чиқаради.
   

Қурилманинг ишга яроқли ҳолатда бўлиш эҳтимоллиги коэффициент орқали ифодаланади:
(2.1)
бу ерда – бузилишгача ўртача ишлаш муддати (вақти);
- қайта тикланишнинг ўртача вақти;
– техник хизмат кўрсатишнинг ўртача давомийлиги.
МПҚда носозликни қидириш жараёнини марков занжири бўйича кўриб чиқамиз [10, 20, 25, 27, 35]. N элементдан иборат тизим бўлсин, бунда рад этишларни тақсимланиш эҳтимоллиги фактларга асосланмаган бўлсин. Маълумки носоз тизим, яъни

Бўлиши мумкин  тизим бир қанча элементларнинг тўплам остини қамраб олади ва иккита ҳолат бўлиши мумкин: ижобий ва манфий. қадамлар оҳирги сонида бирор бир носоз элементни қидириш учун етарли деб ҳисоблайлик.  самарали стратегияни, яъни носозликларни қидиришда ўртача йўқотишларни минималлаштиришни талаб қилади.
МПда носозликни қидириш жараёнини марков бошқарув занжирини қўллаш марков бошқарув занжири ўхшаш носозликни қидириш жараёнини тасаввур қиламиз.  – тизим ҳолатининг оҳирги ҳолати, бу ерда ҳар бир координата нолга тенг бўлган N-вектор ўлчови сифатида тасаввур қилинади, агар -элемент текширилган бўлса ва тўғриланган бўлса бирга тенг бўлади, агар -элемент бирор марта текширилмаган бўлса “носоз” ҳолатда бўлиши мумкин деб тасавур қилинади.
Маълумки дискрет вақтли тасодифий сон марков занжирини ифодалайди, агар эҳтимоллик 1 га тенг бўлса
(2.2)
Бироқ, текшириш майдони ёки шунга ўхшаш равишда бошқариш ҳаракатларининг қийматлари майдони берилганлиги боис, агар  боғлиқ ўтиш эҳтимоли тўплами берилса, бошқариладиган занжирлар тўғрисида гаплашиш мумкин.
ҳар бир вақт онининг  аниқ текширувини танлаш тўғрисида ечим  аввалги кузатиш натижалари асосида амалга оширилади.
(2.3)
Бу ерда - айрим функцияларни бажаради.
Агар вақтида кузатиш натижалари  бўлса ва танланган бошқарув функцияни тавсифласа, унда онида тизим ҳолати қуйидаги ўтиш эҳтимоллиги бўйича аниқланилади.
(2.4)
Ҳал қилувчи функция  тўплам
(2.5)
Берилган айрим тасодифий бўлмаган стратегия  носозликни излайди. Олинган жараён бошқариладиган занжир деб аталади. стратегия агар ҳал қилувчи функциянинг ҳар бири фақат сўнги аргументга
боғлиқ бўлса марков деб аталади.
Марков жараёнлари назариясида, ҳолатлар тўплами ўтиши, уни бир марта орқага қайтариб бўлмайдиган тўплам, эргодик ҳолатлар тўплами эса бир марта киритилган ва бир марта киритиб бўлмайдиган тўплами деб аталади.
Шунга асосланиб, барча ўтиш ҳолатлари ютилган марков занжири бўлади.
Ушбу моделнинг ўзига хос хусусияти шундаки, у минимал миқдордаги параметрларни ўз ичига олади, бу муҳандислик ҳисоб-китобларини соддалаштиради ва канални тозалаш учун таниқли модел асосида тавсифланади. Носозликлар эҳтимоллиги учун матрица қуйидаги шаклга эга:

Биз учун ўтиш графигини келтирамиз (2.3-расм):


2.3-расм: ва канал ҳолати учун ўтиш графиги.

Шубҳасиз, битта носоз элементни қидиришда -ни ютувчи ҳолатлар ўлчовли векторлар билан ифодаланади, уларнинг барча координаталари нолга тенг ва фақат битта координат бирга тенгдир.

Барча ютувчи ҳолатлар битта умумий ютувчи ҳолат  сифатида кўриб чиқилади.
агар қадамда  ҳолати кузатилаётган ва текширув ўтказилаётган бўлса n чи қадамда кутилаётган йўқотиш оҳирги қиймати бўлади. га боғлиқ эмас. бўлсин чи қадамда кутилаётган йўқотиш  бирор бир стратегиясини амалга ошириш натижасида пайдо бўлади.
 эҳтимоллик билан носозликларни қидириш вазифаси учун барча чун ютувчи ҳолат бўлади, бу ерда С-синфи бўлиши мумкин барча қидириш стратегиялари. Унда қидириш оптимал стратегиясини қуйидаги тарзда шакллантириш мумкин. Бундай  стратегияни қидириш талаб этилади.
(2.6)
бу ерда - дастлабки ҳолатидан ҳолатигача тизимни ўтишида кутилаётган умумий йўқотишлар.
Агар ва охирги нуқта қийматларидан иборат бўлса, бўлса, рухсат этилган стратегия синфида бўлади, бунда барча n да оптимал тасодифий бўлмаган марков стратегияси изланади
 , ягона ечувчи  аниқланади.
Умумий ҳолатда  ни аниқлаш қийин. Хусусий ҳолатларда  мустақил текшириш экстремум баъзи  функциялар орқали ифодаланади. Мураккаблиги шундаки умумий ҳолатда  яққол кўринишда аналитик ифодалаш мумкин эмас, мураккаб кўринишда ифодалаш мумкин. Бунда ҳар бир ҳолат зарурий тасдиқни бериши керак бўлади.
Шунинг учун носозликни қидириш масаласи бирор бир  қидириш стратегияси учун чизиқли дастурлаш масаласига олиб келади. Бу ерда - тасодифий марков стратегиясининг синфи,  ҳолат – эҳтимолиги 1 га тенг бўлган текширувларда олинган оҳирги сон қийматидаги ҳолатлардан бири.
Ушбу ҳолатда  ифодалаш сифатида белгиланади.
Агар  вектор-устун  ютиш онидаги умумий ўртача йўқотиш бўлса, яъни носоз элемент аниқлашга қадар, унда

Бу ерда  - ўтиш эҳтимоллик занжири матрицаси 
-Матрица бирлиги;
- бевосита кутилаётган йўқотишлар вектор-устуни.
Носоз элементни қидириш самарали қидириш стратегияси 2.4-расмда тасвирланган алгоритм бўйича топиш мумкин. Алгоритм бўйича яқинлашиш  бўлганда беркитади, бу ҳолатда  . Дастлабки яқинлашиш сифатида стратегияни танлаш таклиф этилади, носоз элементни жойлашган ўрни тўғрисида кутилаётган ахборотни ҳар бир учун максималлаштирилади.
Ушбу моделдан фойдаланиб, ишламай қолиш эҳтимоли юқори бўлган нуқта танланади, сўнгра сигнатурани ҳақиқий ёки нотўғри эканлигига қараб, ушбу модел қайта ҳисоблаб чиқилади ва ишдан чиқиш эҳтимоли юқори бўлган жой яна танланади. Шундай қилиб, ҳар доим диагностика тизимининг биринчи ишлаши учун муаммоларни бартараф этишнинг самарали стратегиясига эга бўлинади.
Фараз қилайлик функцияси соз ҳолатда бўлсин, у ишчи объектнинг  сигнатуралар тўпламига мос келади, улар тизимда эталон сигнатура массивида сақланади. Бирор бир схемани элементлар тўплами сифатида тасавур қилинади, чиқиш яъни бошқа элементларнинг киришига боғланади ёки объектни чиқиши бўлади. Элементларнинг ҳар қандай киришлари - бу бошқа элементларнинг чиқишлари ёки объектнинг киришлари бўлади. Шунинг учун, диагностика сеанси пайтида сигнатуралар фақат элементларнинг чиқиш жойларидан чиқарилади ва объектнинг модели уларнинг орасидаги барча уланишларни кузатишга имкон беради. Ушбу усулда элементнинг бирор бир аниқ функцияси бизни қизиқтирмайди.
2.4– расм. Носоз элементни қидириш жараёнини самарали алгоритми

Схемада бўлиши мумкин носозликлар қатнашади, умумлаштирилган сигнатуралар тўплами олинади, бунда бўлиши мумкин барча тўғри ва нотўғри сигнатураларни ўз ичига олади. Носоз элемент деб шубҳаланиш учун  ёзиш мумкин. Бу ерда биттаси ҳеч бўлмаса , барчаси эса  , унда эталонга тенг барча сигнатуралар киришда бўлади, ҳеч бўлмаса чиқишлардан бири носоз тўпламнинг сигнатурасига эга бўлади. Айтиш қийин носоз деб шубҳаланётган элемент, агар битта сигнатура ,  бўлса, лекин агар  бўлса,  эса, унда бундай элемент носоз деб тахмин қилинади. Бу ҳолатни содир бўлиш эҳтимоллиги кичик, шунинг учун кўриб чиқилмайди. Диагностика тизимида ҳар бир синов узунлиги учун бирга ва нолга тенг сигнатура мавжуд. Барча беқарор сигнатуралар битта элементдан иборат бўлган  махсус тўпламини ҳосил қилади.

Объектни модели бўйича биринчи ўтишдан сўнг худди шундай носоз элементларни тўпламига эга бўламиз

Иккинчи ўтиш носозликни янада аниқроқ аниқлаш учун амалга оширилади. Агар  барқарор сигнатуралар орасида  ёки  бўлса, унда, элементнинг чиқиш манбаи мос равишда қувватга ёки ерга улаш ҳақида диагностик хабар шакллантирилади. Агар  бўлса, унда ушбу элементни ўз ичига олган элементларнинг чиқишлари ўртасида қисқа туташув мавжуд. Нотўғри сигнатура мавжуд бўлса, уни нотўғри киритган элементлар эмаслигини ва нотўғри киритилганларни эмас, балки модел томонидан осонгина аниқланадиган кейинги элемент эканлигини аниқлаймиз.
Схеманинг яроқсизлиги ҳақида унинг бузилган битларга реакциясининг бўлиши бўйича ҳукм чиқарилади. Яроқсиз схеманинг чиқиш реакциялари разрядларининг бузилишини хатоликни эквивалент алоқа каналидан узатишда хатолик вектори реакциясига таъсири натижаси сифатида тасаввур қилиш мумкин, назорат қилиш жараёнини ўзини эса 2.5-расмда келтирилган яроқсиз схема моделидан фойдаланиб тавсифлаш мумкин.
Идеал схема, яъни яроқсизликлардан холи бўлган схема кириш кетма-кетлигига жавоб сифатида бузилмаган битларни чиқиш реакциясини беради. Реакция эквивалент каналга битлар кетма-кет берилади. Каналда реакцияга хатоликлар манбаи ишлаб чиқарадиган хатолик вектори таъсир қилади. Хатоликлар манбаи деганда, таъсир натижаси хатолик вектори ҳисобланган тасодифий жараён тушунилади. Хатолик векторининг -разрядидаги бир чиқиш реакциясининг қарама-қарши -разрядига алмаштиради. Канал бўйича узатишда олдин ва кейин чиқиш реакцияларининг мос келмаслиги хатолик узатилишидан, яъни схемада яроқсизлик борлиги ҳақида гувоҳлик беради.

2.5-расм. Яроқсиз схема модели

Кўриниб турибдики, турли назорат қилиш усуллари хатоли кетма­кетликни ўтказиб юборилиш эҳтимолликларини, бошқача айтганда яроқсиз схема сифатида қабул қилиниши эҳтимолликларининг турли қийматларини кафолатлайди. Турли назорат қилиш усулларининг самарадорлигини таққослаш ва баҳолаш, хатоликларнинг ўтказиб юборилиши минимал эҳтимоллилигига эришишга имкон берадиган усулга талабларни ифодалаш учун эквивалент алоқа каналида хатолик манбаининг математик моделига эга бўлиш керак.

Рақамли қурилмаларни назорат ва диагностика қилиш муаммоларининг муҳим жиҳатларидан бири яроқсизликларни ўрганиш ва таснифлаш, шунингдек, уларнинг бўлиши мумкин моделларини таҳлил қилиш ҳисобланади. Шунинг учун диагностика қилиш воситалари ва усулларини илмий асосда диагностика қилишга йўналтирилиши керак бўлган яроқсизликларни аниқлаш зарур. Бу шу билан боғлиқки, рақамли қурилмани исталган диагностика қилиш усули у ёки бу яроқсизлик моделига асосланади ва шу яроқсизлик моделига мувофиқ у ёки бу яроқсизликни аниқлашга мўлжалланган. Шунинг учун диагностика қилиш усули дигностика қилинадиган рақамли қурилмага асосга мос қабул қилинган яроқсизлик модели даражасида мос бўлади.
Маълумки, техник эксплуатация қилиниши даврида МУТнинг ҳаёт даври тизимлар ишончлилигининг λ­характеристикаси орқали характерланиши мумкин [10, 35, 36].
Эксплуатация қилишдан олдинги синовларнинг биринчи даврида асосан кўплаб ишлаб чиқариш носозликлари ва яроқсизликлари аниқланади. Улар умуман тизимнинг 70....80 % рад этишларини ташкил этади [10, 25, 27].
Бу жараённинг турли аниқликдаги даражаларда тавсифлайдиган турли рад этишларнинг математик моделлари мавжуд. Рад этишлар кўринишида ҳодисаларни кам пайдо бўлиши сабабли, вақт бўйича оқибатсиз рад этишлар ординар оқими Пуассон қонуни орқали тавсифланади [35, 74, 101]:
(2.7)
бу ерда вақт оралиғида интенсивликда пайдо бўладиган интенсивликлар сони.
вақтда рад этишларнинг бўлмаслик эҳтимоллиги қуйидагига тенг [10, 35, 36, 67]:
(2.8)
Элементларнинг тўсатдан рад этишлари ҳолатида рад этишсиз ишлаш вақти қуйидаги эҳтимоллик зичлиги экспоненциал қонун бўйича тақсимланади:

бу ерда ­ тўсатдан рад этишлар интенсивлиги.
Аста­секин рад этишлар бўйича рад этишсиз ишлаш вақтининг тақсимланиши қуйидагича аниқланади:
(2.9)
бу ерда ­ рад этишсиз ўртача ишлаш вақти.
Тизимнинг икки тури бўйича рад этишсиз ишлаш вақтининг тақсимланиши қуйидагича аниқланади:
(2.10)
бу ерда С₁ ва С₂ ­ меъёрлаштирувчи коэффициентлар.
Баъзи элементлар учун рад этишсиз ишлаш вақти Вейбулл тақсимот қонунига бўйсунади:
(2.11)
бу ерда ва ­ тақсимот параметрлари.
Рад этишсиз ишлаш экспоненциал қонуни учун рад этишсиз ишлашнинг ўртача вақти қуйидагига тенг:
(2.12)
Экспоненциал қонуни учун ўртача қайта тикланиш вақти қуйидагига тенг:
(2.13)
бу ерда ­ тизимнинг қайта тикланиш интенсивлиги.
Агар рад этишлар стационар тасодифий жараёнлар талабларига мос пайдо бўлаётган бўлса, у ҳолда барча кўрсатилган моделлар вақт бўйича битталик рад этишлар оқими ҳисобланади. Кўплаб рад этишлар ёки уларнинг гуруҳланиш ҳолатларида рад этишлар пакетлари оқимини (хатоликлар, ишлашдаги узилишлар) вақт бўйича кўриб чиқиш зарур, у ҳолда бош моделнинг қўлланилиши зарур бўлади.
Бундай модел дискрет вақтли қайта тикланиш жараёнлари асосида акс эттирилиши мумкин.
Дискрет вақтли қайта тикланиш жараёни ноллар туркумлари ва туркумлари учун тақсимланишларни берилиши орқали аниқланадиган иккилик кетма-кетлик ҳисобланади (2.6а-расм).
тасодифий катталик ноллар туркумлари узунлиги, эса туркумдаги тартиб номери ҳисобланади (2.6б-расм). тасодифий катталик бирлар туркумлари узунлиги, эса туркумдаги тартиб номери ҳисобланади (2.6в-расм). иккилик кетма-кетликка ўз тартиб номерлари мос келади.
Агар тасодифий катталиклар биргаликда статистик мустақил бўлса, у ҳолда кетма-кетлик бир ўлчамли тақсимланишларнинг берилиши орқали аниқланадиган чегараланган натижали бирлар оқими дейилади. Агар тасодифий катталиклар биргаликда мустақил бўлса, у ҳолда кетма-кетлик чегараланган натижали ноллар оқими дейилади. У бир ўлчамли тақсимланишларнинг берилиши орқали аниқланади.
Барча ва лар учун барча ноллар туркуми бир хил тақсимланишларга эга бўлган чегараланган натижали бирлар оқими оний қайта тикланишли қайта тикланиш дейилади. Барча ва лар учун га эга бўлган чегараланган натижали ноллар оқими оний рад этишли жараён дейилади.
Моделнинг умумий схемасини кўриб чиқамиз. Кўриб чиқиладиган модел бўйича кетма-кетлик бирлик элементлардан иборат иккита хатоликлар пакети ва пакетлар орасидаги интерваллар бўлакларига бўлиниши мумкин. Ҳар бир бўлакда ва шартли эҳтимолликлар мустақил хатоликлар вужудга келади. оралиқлар узунлиги ва пакетлар узунлиги биргаликда мустақил ҳисобланади. Шунинг учун кетма-кетлик бир ўлчамли тақсимланишлар ва , эҳтимолликлар орқали тўлиқ аниқланади. Бу канал иккита “яхшироқ” ва “ёмонроқ” ҳолатларга эга эканлигини билдиради. Маълумки бўлади. ҳолатлари кетма-кетлиги дискрет вақтли қайта тикланиш жараёни дейилади.

2.6-расм. Иккилик кетма-кетликлар а – ҳолатлари; б – ноллар туркуми; в – бирлар туркуми.
ва кетма-кетлик хатоликлар кетма-кетлиги билан мос тушади. Бу ҳолда каналнинг “яхшироқ” ҳолатида хатоликлар бўлмайди, “ёмонроқ” ҳолатда эса барча символлар нотўғри қабул қилинади. хатоликлар мустақил бўлади ва каналнинг “яхшироқ” ва “ёмонроқ” ҳолатларини ажратиб бўлмайди.
Элементнинг хатоликлар пакетига тушиб қолиш эҳтимоллиги қуйидагига тенг:
(2.14)
бу ерда - пакетлар ва оралиқларнинг ўртача узунликлари. Бу позициянинг (бу элементнинг) хатоликлар пакетининг бошланиши эҳтимоллиги қуйидагига тенг:
(2.15)
эҳтимоллик шунингдек, бу позициянинг (бу элементнинг) оралиқлар ва хатоликлар пакетларининг орасининг бошланиши ҳисобланиши мумкин.
Бирлик элементдаги хатоликлар эҳтимоллиги қуйидагига тенг:
(2.16)
Диагностиканинг барча қўйилган масалаларини ечадиган тизим техник диагностиканинг умумий тизими дейилади.
Техник диагностика объектини техник диагностика воситалари билан ўзаро муносабатларининг характерига қараб техник диагностика тизимлари қуйидагиларга бўлинади:

• 
  функционал диагностикали тизимлар: буларда диагностика масалалари техник диагностика объекти мўлжалланиши бўйича ишлаш жараёнида ўз ечимини топади;
  
• 
  тестли диагностика тизимлари: бунда диагностика масалалари техник диагностика объекти ишлашининг махсус режимида, тест сигналлари берилган ҳолда амалга оширилади.
  

Фойдаланиладиган техник диагностика воситаларига кўра техник диагностикани қуйидагиларга ажратиш мумкин:

• 
  универсал воситаларга эга техник диагностика тизимлари;
  
• 
  махсус воситаларга эга тизимлар (иҳтисослашган ШКлар);
  
• 
  ташқи воситаларга эга тизимлар, буларда техник диагностика объекти билан воситалари конструкцияси бўйича бир - биридан алоҳида жойлаштирилган.
  

Воситалар таркибий қисми сифатида киритилган тизимлар: буларда техник диагностика объекти ва техник диагностика тизими конструкцияси бўйича битта восита хисобланади.
Автоматлаштирилиши бўйича техник диагностика тизимларини қуйидагиларга ажратиш мумкин:

• 
  автоматик: буларда техник диагностика объектининг техник ҳолати ҳақидаги маълумот олиш жараёни ходим аралашмасдан амалга оширилади;
  
• 
  автоматлаштирилмаган (қўлда бажариладиган): бунда маълумот олиш ва унга ишлов беришни ходим-оператор амалга оширади.
  

Техник диагностика объектига кўлланишда диагностика тизимлари қуйидаги ишларни бажариши лозим:
- доимий ишдан чиқишларни олдини олиш;
- белги бермайдиган ишдан чиқишларни аниқлаш;
- носоз тугунлар, блоклар носозлигини аниқлаш;
- ишдан чиқиш жойини локализация қилиш.
МПҚларни диагностика тизимининг функционал схемаси 2.7-расмда келтирилган.

2.7-расм. МПҚларни диагностика тизимининг функционал схемаси