計算機制約系統可靠性及抗干擾性?xún)?yōu)化設計
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摘要：人們在使用計算機時(shí)，對計算機制約系統的可靠性提出了很高的要求，抗干擾技術(shù)是保證計算機制約系統可靠性能的一種重要策略。對計算機制約系統的可靠性進(jìn)行了定量計算，著(zhù)重介紹了提高可靠性的抗干擾技術(shù)法，并從制約系統的軟件系統和硬件系統兩個(gè)角度對提高制約系統可靠性的策略進(jìn)行了介紹。
關(guān)鍵詞：計算機制約系統;可靠性;抗干擾性;抗干擾設計
引言
計算機制約系統是工程項目中的重要組成部分，它關(guān)系到工程項目中的眾多儀表、機器能否正常、安全、穩定運轉。對于如何才能保證計算機制約系統能夠安全穩定地運轉的理由，設計人員們首先考慮的是在制約系統中添加抗干擾設計，計算機系統中的抗干擾設計是事關(guān)項目機器儀表能否正常運轉的關(guān)鍵部分。
1、計算機制約系統的可靠性
1.1可靠性的定量化
在實(shí)際生產(chǎn)操作中，可靠性是個(gè)定性的概念，大都以量的多少來(lái)計算制約系統的可靠性，在生活中常以維護率、故障率、平均故障間隔時(shí)間、平均維護時(shí)間、有效度等來(lái)表示系統的可靠性。
平均維護時(shí)間表示系統經(jīng)過(guò)多次維修后，平均一次維護所需要的時(shí)間，平均維護時(shí)間越短，表明系統越容易維護，也即更容易修復。
除了上述指標外，還有有效度的概念，表示系統在某一瞬間正常工作的概率，該指標越大則越好。
1.2系統可靠度提升策略
計算機系統是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成，因此，提高計算機系統的可靠性可以從提高計算機硬件系統的可靠性和提高計算機軟件系統的可靠性?xún)刹糠謥?lái)考慮。由上述定量化描述計算機系統的可靠性可知，提高系統的可靠性需要注重兩個(gè)方面，一是在系統正常工作時(shí)間內減少系統故障發(fā)生的次數;二是系統發(fā)生故障后要能夠及時(shí)排除故障。提高計算機硬件系統的可靠性主要考慮計算機抗干擾技術(shù)的實(shí)現，增強硬件系統對運轉環(huán)境的適應性，以及使用質(zhì)量比較好的硬件材料。軟件系統的可靠性主要考慮軟件的自我測試技術(shù)、自我糾錯、自我修復等。
1.2.1硬件系統的可靠性
研究計算機系統的最終目的是為了實(shí)現一定的功能，所以應當根據計算機的性能和工作要求來(lái)決定計算機系統的結構。
(1) 系統的可靠性由系統中各個(gè)元件的可靠性決定，只要能滿(mǎn)足系統的性能指標，就應盡可能地簡(jiǎn)化系統結構，減少元件的數量，并簡(jiǎn)化方案，避開(kāi)片面追求高性能指標和過(guò)多的功能，采用模塊化、積木化、標準化結構。在組建制約系統時(shí)應當采用類(lèi)似積木的標準組建模式，根據工程項目的大小和功能要求，采用相應的模塊來(lái)組建制約系統，盡可能在實(shí)現項目工程目標的同時(shí)使系統最簡(jiǎn)化。這樣的結構不僅僅可以減少不必要的損失，而且還方便用戶(hù)備份，一旦在使用過(guò)程中出現理由，用戶(hù)便可以很快地通過(guò)備份進(jìn)行恢復，這對于增加平均間隔時(shí)間、縮短平均維護時(shí)間具有重要作用，同樣可以達到增強系統可靠性的目的。
(2)計算機系統中很多元器件的功能與效率與環(huán)境有很大關(guān)系，在使用元器件時(shí)必須考慮溫度因素的影響。因此，要做好電源的配置工作和散熱裝置的設置。
(3)計算機制約系統受環(huán)境的影響不容忽視。這種環(huán)境不僅僅是系統的內部環(huán)境，還有整個(gè)計算機制約系統所處的大環(huán)境，如風(fēng)火雷電雨雪等。必須針對計算機制約系統所處的大環(huán)境來(lái)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的防護工作，比如系統的防火、防水、防雷擊等，確保萬(wàn)無(wú)一失。
(4)盡量節省硬件資源。比如，如果一項工作能夠適應中央處理器有限的條件，則盡可能通過(guò)使用計算機的軟件功能來(lái)實(shí)現。
(5)計算機硬件系統往往由眾多的元器件按照一定的功能組建在一起，所以對元器件之間的焊接及接觸部位，應進(jìn)行詳盡檢查，以防發(fā)生故障。同樣，有些硬件是故障的高發(fā)部位，所以應該有針對性地進(jìn)行更高頻率的檢查，把隱患盡可能地消除在發(fā)生階段。
(6)用多重化技術(shù)解決隱患。很多情況下，有些元件有重復的部分，應當利用這些多余的元件發(fā)揮它們的效用來(lái)消除或者減弱已經(jīng)發(fā)生的故障對系統造成的影響。常用的系統包括備用系統、并聯(lián)系統和表決系統3種。
(7)還有一種很重要的策略就是抗干擾技術(shù)的使用，這是提高硬件系統可靠性的關(guān)鍵部分，下文將會(huì )詳盡介紹。
1.2.2軟件系統的可靠性
可以通過(guò)采用高質(zhì)量的元器件、采取比較好的維護防護措施以及采用抗干擾技術(shù)來(lái)提高計算機硬件系統的可靠性以提高計算機制約系統的可靠性。但是僅僅通過(guò)硬件系統可靠性的提高來(lái)保證計算機制約系統的可靠性是不夠的，還需要通過(guò)一些措施來(lái)提高軟件系統的可靠性以間接提高整個(gè)計算機制約系統的可靠性。具體措施如下：
(1)提高應用程序的運轉速率。如果編制的程序能夠達到一種很高的運轉速率，在這種運轉速率下程序的運轉周期小于斷電器等一些保險裝置的反應時(shí)間，就可以保證一些程序運轉過(guò)程中不會(huì )因小小的失誤而造成大的故障。
(2) 通過(guò)把輸出信號與計算機存儲器中的輸出量相比較，如果兩者不相同則需要再一次輸出，如果出現故障則需要報警，同時(shí)采取一定的措施來(lái)檢查并排除故障。
(3)編制一定的程序來(lái)監控計算機制約系統�？梢酝ㄟ^(guò)編制相應測試程序對計算機軟件系統進(jìn)行不斷測試，如果發(fā)現有運轉不正常的地方，則讓系統自己發(fā)出報警信號并采取一定的安全防護措施保證系統的正常運轉。
(4)對計算機存儲器中的重要數據進(jìn)行分區存儲，如果需要使用這些數據則讓其單獨表決，這樣可以保證存儲器的正常運轉以防偶然狀況的發(fā)生。
(5)用系統管理軟件對使用的計算機軟件系統進(jìn)行調度。如果使用過(guò)程中出現理由，可以使用系統管理軟件對出現理由的部位進(jìn)行隔離保護，并立刻用其它功能完好的軟件代替使系統恢復正常。(6)使用重復被干擾指令的策略。如果計算機系統在執行一項指令時(shí)被干擾了，則應當要求計算機系統重復這條被干擾了的指令。
除上述常規措施外，提高軟件自身的功能和效率對于提高軟件系統的可靠性也至關(guān)重要。在設計軟件時(shí)盡可能地采用模塊化設計、進(jìn)行軟件評審和對軟件進(jìn)行測試等措施來(lái)減少軟件設計中可能出現的失誤。設計軟件時(shí)的重要一點(diǎn)就是保證設計出來(lái)的軟件可以進(jìn)行測試，以提高軟件系統的可維護性，即使在一定情況下出現錯誤，也可以通過(guò)測試快速找到錯誤發(fā)生的部位以便及時(shí)搶修。
2、抗干擾技術(shù)
抗干擾技術(shù)在維護計算機系統的可靠性方面扮演著(zhù)重要角色。干擾源、干擾路徑、干擾對象是造成干擾的三大對象，要想解決干擾對計算機系統的影響，應該從造成干擾的三大對象進(jìn)行考慮。在實(shí)際操作過(guò)程中，很容易想到的辦法就是避開(kāi)干擾源，但要想完全避開(kāi)干擾十分困難。在實(shí)際操作過(guò)程中常常采用抑制干擾的策略有：對電波進(jìn)行過(guò)濾、屏蔽干擾、分離以及吸收干擾電波等�？垢蓴_也可以從硬件和軟件兩方面進(jìn)行。
2.1硬件抗干擾技術(shù)
(1)電源系統抗干擾。計算機制約系統所需要的電源應盡量采用普通照明的電源，或者說(shuō)交流電，但要注意對變壓器進(jìn)行相應的隔離。直流電源加穩壓、 濾波、印刷板電源、 芯片電源側加置RC濾波。
(2)傳輸路徑抗干擾。傳輸路徑抗干擾主要從切斷干擾路徑的角度考慮，具體做法是盡量使得強信號線(xiàn)與弱信號線(xiàn)相交而不是使這兩條線(xiàn)呈平行走向，這種正交的接線(xiàn)可使線(xiàn)間的電容降至零。對于傳播信號的線(xiàn)路要進(jìn)行分類(lèi)，不能裝在相同的電纜管或者電纜槽中，要保證電纜線(xiàn)在期間有足夠的空間。
(3)采用金屬防護措施屏蔽外來(lái)的干擾等一些其它抗干擾措施。
2.2軟件抗干擾技術(shù)
(1)數字濾波技術(shù)。這種技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)一種程序來(lái)實(shí)現，主要用來(lái)減少對于實(shí)現計算機功能無(wú)用的信號在有用信號中的比例。
(2)軟件陷阱技術(shù)。這種技術(shù)上實(shí)質(zhì)上是用一條引導指令，強制將捕捉到的程序引向一個(gè)指定的地址，那里設置了另外一個(gè)用于對出錯的程序進(jìn)行處理的專(zhuān)門(mén)應用程序。
(3)程序運轉監視系統技術(shù)。這就是所謂的“看門(mén)狗”策略，是一種既運用了硬件策略又融合了軟件的傳統技術(shù)。它可以有效地阻止程序意外“跑飛”，防止系統出現故障和程序不穩定。硬件技術(shù)上要求用到單穩觸發(fā)器或者定時(shí)器來(lái)進(jìn)行計數或者定時(shí)，定時(shí)完成后，即觸動(dòng)程序或者系統的復位原件，從而達到定時(shí)清零的目的。一般情況下，運轉“看門(mén)狗”程序后，在T時(shí)間內對程序進(jìn)行有效清零。在受到外界干擾后，“看門(mén)狗”程序讀取的順序就會(huì )錯位，無(wú)法完成定周期的清零動(dòng)作，從而導致定時(shí)溢出。這時(shí)程序會(huì )立刻清零，使系統擺脫因為程序意外“跑飛”而造成的癱瘓狀態(tài)。
3、結語(yǔ)
計算機制約系統廣泛應用在我國各個(gè)行業(yè)的各個(gè)方面，而計算機制約系統的可靠性至關(guān)重要。一般而言，應從軟件和硬件兩個(gè)方面來(lái)考慮，采取一定的抗干擾技術(shù)來(lái)保證系統的可靠性，從而保證制約系統的正常運轉。
參考文獻
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