Ibaraki Univ. Dept of Electrical & Electronic Eng.

2009. 7. 6 電子計算機工学 Ibaraki Univ. Dept of Electrical & Electronic Eng. Keiichi MIYAJIMA

今後の予定 7月6日　　コンピュータシステムの信頼性 7月13日　まとめと期末試験について 7月27日　期末試験

コンピュータシステムの信頼性

信頼性と信頼度 信頼性素子や機器などのアイテムが正しく機能しているかどうかを定性的に表す言葉信頼度アイテムが与えられた条件で、規定の期間中、要求された機能を満足する確率信頼度の例）総数　　個の素子が時刻　まで正常に動作している素子数を　　　とすると、信頼度　　　は

信頼性と信頼度 不信頼度アイテムが与えられた条件で、規定の期間までに、故障する確率不信頼度の例）時刻　までに故障した素子数を　　　とすると、不信頼度　　　は

信頼性と信頼度 ここで、　　　　　　　は時刻　まで正常であった素子が、時刻　　　　　で故障する確率故障率時刻　までに残っている素子数　　　　のうち、単位時間に故障する確率

信頼性と信頼度 故障率のバスタブ曲線故障率の時間変化初期故障偶発故障摩耗故障故障率時　間

信頼性と信頼度 両辺を　　で微分すると、偶発故障期間の信頼度この期間における故障率を　　（一定）とすると、

信頼性と信頼度 代入右辺の　　を左辺に移すと、偶発故障期間の信頼度

信頼性と信頼度 　　　　　における信頼度を１とすると、偶発故障期間の信頼度

平均故障寿命と平均故障間隔 例）あるプロセッサが　　ゲートから構成され、１ゲートあたりの故障が平均　　　時間に１回発生すると仮定プロセッサの故障率個数／時間よってMTBFは　　　　時間平均故障寿命 (mean time to failure: MTTF) 非修理アイテムの故障寿命の平均値平均故障間隔 (mean time between failure: MTBF) 故障と故障の間の平均時間間隔　（故障率の逆数） MTBF

保全度と平均修理時間 保全度 (maintainability) 与えられた時間内に故障の検出・修理を完了する確率平均修理時間 (mean time to repair: MTTR) 修理に要する平均時間この時間が短ければ短いほど修理が速い

アベイラビリティ (availability: Av) コンピュータシステムが特定の瞬間に機能を維持している確率。（稼働率ともいう）アップタイム MTBF ＝ Av＝アップタイム＋ダウンタイム MTBF+MTTR 信頼度と保全度を総合したシステムの広義の信頼性を表す尺度アベイラビリティの向上にはMTTR（平均修理時間）を小さくすることが、コスト的に有利である場合が多い。

直列および並列システムの信頼度 モジュールモジュールモジュールモジュール１２３４直列システム (series system) 近年のコンピュータシステムはモジュール化されているどれか一つでも故障するとシステムダウンになる。例）信頼度　　　　　　と信頼度　　　　　　の２個のモジュールからなる直列システム全体の信頼度　　は

直列および並列システムの信頼度 モジュールモジュールモジュールモジュール１２３４並列システム (parallel system) 全て故障しないとシステムダウンにならない。例）信頼度　　　　　　と信頼度　　　　　　の２個のモジュールからなる並列システム全体の信頼度　　は

直列および並列システムの信頼度 モジュールモジュールモジュールモジュール１４２３並列システム (parallel system) 例）信頼度　　　　　　と信頼度　　　　　　の２個のモジュールからなる並列システム全体の信頼度　　は２個のモジュールが２つとも故障する確率はよって　　は

直列および並列システムの信頼度 モジュールモジュールモジュールモジュールモジュールモジュールモジュールモジュール４１４１２２３３例題以下のシステムの全体の信頼度　　はそれぞれいくらか？なお、各モジュールの信頼度は全て０．９８とする。１）２）

解答１）モジュールモジュールモジュールモジュールモジュールモジュールモジュールモジュール１４４３３２２１１）上側の信頼度は２個の直列なので下側も同様であるから、これが二つの並列システムを作っているので、２）左側の側の並列システムの信頼度はこれが二つ、直列に繋がっていると考えられるので、

高信頼化システムの構成 フォールトトレランス (fault tolerance: 耐故障) 一般にコンピュータシステムでは、万一、故障が発生してもシステムダウンとならないことが要求される故障が発生してもシステムが動作を維持できる

代表的な耐故障システムの構成例 MEM 1 MEM 2 CCU 1 CCU 2 CPU 1 CPU 2 FILE 1 FILE 2 SW デュプレックスシステム (待機冗長システム) 一方に故障が発生したら、すぐに予備のシステムに切り換える

代表的な耐故障システムの構成例 MEM 1 MEM 2 CCU 1 CCU 2 CPU 1 CPU 2 FILE 1 FILE 2 デュアルシステム (dual system) クロス　チェッククロスチェックにより、信頼性を向上

代表的な耐故障システムの構成例 MEM 1 MEM 2 MEM 3 CPU 1 CPU 2 CPU 3 TMR (triple modular redundancy) Voter システムを三重化して多数決で決定

代表的な耐故障システムの構成例 CPU 1 CPU 2 FILE 1 FILE 2 MEM CCU マルチプロセッサシステム (multi-processor system) Channel 1 Channel 2 多数のCPUを用いて処理を分担し実行する。高信頼性と高処理効率を実現できるが、制御やプログラミングが難

本日のまとめ 「コンピュータシステムの信頼性」について • 　信頼性と信頼度 • 　平均故障寿命と平均故障間隔 • 　保全度とアベイラビリティ • 　信頼度の計算法 • 　代表的な耐故障システム

本日の課題１ • MTBFが1500時間、MTTRが500時間であるコンピュータシステムの稼働率を1.25倍に向上させたい。MTTRをいくらにすればよいか？（H15年春）２．3台のコンピュータが以下の図のように接続されているとき、システム全体の信頼度はいくらか？　なおコンピュータの信頼度は全て０．９８とする。 A C B

本日の課題２ ３．信頼度０．９の装置を用いて、全体の信頼度　０．９９９以上の多重化システムを作りたい。この装置を最低何台並列に接続すればよいか？（H18年秋、H14年秋、類題：H15秋）

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