Test und Verlässlichkeit - SS 21
(G. Kemnitz)
IT-Systeme automatisierten intellektuelle Aufgaben: betriebliche Abläufe Steuerung von Prozessen und Maschinen Entwurfsaufgaben, ... Einsatzvoraussetzung ist eine ausreichende Verlässlichkeit.
Der Schlüssel hierfür sind Kontrollen und das Abstellen der dabei erkannten Mängel auf drei Ebenen:
- während Entwurf und Fertigung (Fehlervermeidung),
- vor dem Einsatz und zur Wartung (Fehlerbeseitigung) und
- im laufenden Betrieb (Fehlertoleranz, Schadensvermeidung).
Eine zentrale Rolle spielen dabei Art und Umfang der durchgeführten Tests und der prüfgerechte Entwurf als Voraussetzung dafür, dass sich ein System ausreichend gründlich testen lässt. Inhalt und Lernziel der Vorlesung sind die Beschreibung von und Maßnahmen zur Sicherung der Verlässlichkeit von Systemen aus Hardware und Software: Überwachung, Tests, Problembeseitigungsiterationen, ... In der Praxis verbergen sich dahinter die mit am teuersten und aufwändigsten Arbeiten der Entwicklung und des Betriebs von IT-Systemen.
Zielgruppe: Master Informatik und Interessenten anderer Studiengänge
Credits: (ECTS): 6
Foliensätze
[F] -- Foliensätze, [GU] -- Folien zur großen Übung zum Foliensatz, [H] -- Handouts für den Ausdruck.
- [F1] [H1] [GU1] [GH1] Gefährdungen, Gegenmaßnahmen und Kenngrößen
- Einführung
- Verlässlichkeit: Service und Fehlfunktionen, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit.
- Fehlerbehandlung: Kenngrößen, Überwachungsverfahren, Korrekturverfahren.
- Fehlerbeseitigung: Ursachen von Fehlfunktionen, Experimentelle Reparatur, Fehlerdiagnose, Test, Haftfehler, Test und Verlässlichkeit, Reifeprozesse, Modularer Test.
- Fehlervermeidung: Fehleranteil und Ausbeute, Determinismus und Zufall, Projekte und Vorgehensmodelle, Qualität und Kreativität.
- [F2] [H2] [GU2] [GH2] Wahrscheinlichkeiten
- Wahrscheinlichkeit: Definition und Abschätzung, Verkettete Ereignisse, Bedingte Wahrscheinlichkeite, Fehlerbaumanalyse, Markov-Ketten.
- Fehlernachweiswahrscheinlichkeit: Ohne Gedächtnis, Mit Gedächtnis, Fehler und Modellfehler, Isolierter (modularer) Test.
- Fehlerbeseitigungswahrscheinlichkeit: Markov-Ketten, Reparatur oder Ersatz, Ersatziteration, Reparaturiteration, Studienprojekte.
- Fehlerbeseitigungswahrscheinlichkeit in Reifeprozessen.
- Fehlerentstehung.
- [F3] [H3] [GU3] [GH3] Verteilungen
- Grundlagen: Charakteristische Größen, Lineare Transformationen, Verteilung von Zählwerten.
- Näherungen für Zählwertverteilungen: Binomialverteilung, Poisson-Verteilung, Bereichsschätzung für poisson-verteilte Zufallsgrößen, Normalverteilung, Bereichsschätzung für normalverteile Zufallsgrößen, Varianzerhöhung, Bereichsschätzung für Zählwerte.
- Misch- und multimodale Verteilungen.
- Weitere Verteilungen: Pareto-Verteilung, Gammaverteilung, Exponentialverteilung, Verteilung der FF-Rate, Schaden durch FF.
- [F4] [H4] [GU4] [GH4] Überwachung und Fehlertoleranz
- Informationsredundanz: Fehlererkennende Codes, Linear rückgekoppelte Schieberegister, Prüfkennzeichen, Fehlerkorrigierende Codes, Hamming-Codes, Burst-Korrektur.
- Formatüberwachung: Zeitüberwachung, Protokolle, Invarianten und Wertebereiche, Syntax.
- Überwachung auf Richtigkeit.
- [F5] [H5] [GU5] [GH5] Hardware-Test und Selbsttest
- Schaltungsstruktur und Test, Gatterschaltungen, Mixed-Signal, Rechnerstrukturen, Baugruppen, Testbus.
- Fehlermodellierung: Transistor- und Verbindungsfehler, Haftfehler, Fehlerüberdeckung fehlerorientierte Testauswahl, Fehlerüberdeckung Zufallstest, Verzögerungsfehler, IDDQ-Test.
- Testberechnung: Fehlersimulation, D-Algorithmus, Implikationstest, Suchraumstrukturierung, Komplexe Funktionsbausteine, Sequentielle Schaltungen.
- Selbsttest: Signaturregister, Selbsttest mit LFSR, Fehlerorientierte Wichtung.
- [F6] [H6] [GU6] [GH6] Software
- Fehlerentstehung.
- Statische Tests.
- Testauswahl.
- [F7] [H7] [GU7] [GH7] Fehleranzahl, Fehlfunktionsrate und Ausfallverhalten eingesetzter IT-Systeme
- Ausfälle: Kenngrößen, Hauptnutzungsphase, Redundanz, Wartung.
Organisation
Vorlesung
Geplant ist eine Mischung aus Präsenz- und BBB-Veranstaltungen. Die Vorlesung Di. 8-10 findet in der ersten Woche im SA und danach im BBB-Raum webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt mit Aufzeichnung statt. Am Montag im Zeitfenster 10-12 Uhr finden alternierend Vorlesungen und Präsenzübungen statt.
Hausübungen
Die wöchentlichen Hausübungen sind als PDF mit den Dateinamen
TV_<anr>_<name>_<matr>_<opt>.pdf
(<anr> – Aufgabenummer, <name> – ihr Name, <matr> – ihre Matrikel-Nummer, <opt> – optinales Kürzel bei mehreren Dateien) bis zu den in der Ablauftabelle angegebenen Tagen per EMail an ha-tv@in.tu-clausthal.de zu schicken, werden korrigiert und zurückgesendet. Für die Prüfungszulassung sind 50% der Hausübungspunkte insgesamt erforderlich. Für zusätzliche Hausübungspunkte gibt es bis zu 2 Bonuspunkte für die Prüfungsklausur. Bei den Hausübungen ist keine Gruppenarbeit zulässig.
Video-Aufzeichnungen und Hausübungen
| Vorlesungsthemen [Video-Aufzeichnung] | Große Übung | Hausübung | |
|---|---|---|---|
| 1 | bis F1/37 Fehlerbehandlung [V1] | 1.1 - 1.8 | [HA1] |
| 2 | bis F1/70 Haftfehler [V2] | 1.9 - 1.11 | |
| 3 | bis F1/95 Modularer Test [V3] | 1.12 - 1.15 | [HA2] |
| 4 | bis F1/138 Fehlervermeidung Ende [V4] | 2.16 | [HA3] |
| 5 | bis F2/32 Markov-Ketten [V5] | 2.1 - 2.6 | [HA4] |
| 6 | bis F2/86 Fehlerbeseitigungswahrsch. [V6] | 2.7 - 2.15 | [HA5] |
| 7 | bis F3/44 Bereichsschätzung Poisson [V7] | 2.16 - 3.8 | [HA6] |
| 8 | bis F3/92 Pareto-Verteilung [V8] | 3.9 - 3.18 | [HA7] |
| 9 | bis F4/20 LFSR [V9] | 3.19 - 3.24 | [HA8] |
| 10 | bis F5/29 Fehlermodellierung [V10] | 4.1 - 4.11 | [HA9] |
| 11 | F5/70 D-Alg. [V11] | 5.3 - 5.7 | [HA10] |
| 12 | bis F5 Abschn. 4.4 Fehlerorientierte Wichtung [V12] | 5.8 - 5.15 | [HA11] |
| 13 | F6/34 Inspektion und ab F6/61 Testauswahl [V13] | 6.1, 6.7 - 6.9 | [HA12] |
| 14 | Auswahl aus den übersprungenen Themen [V14] | ||
Folgende Themen entfallen:
- F4: 3 Formatüberwachung, 5 Fehlertoleranz
- F5: 1 Schaltungsstruktur und Test
- F6: 1 Fehlervermeidung und Test, 2.2 Syntax, Korrektheit, 2.3 Statische Code-Analyse
- F7: 1 Ausfälle
Ergebnisse der Hausübungen:
| Matrn | Ü1 | Ü2 | Ü3 | Ü4 | Ü5 | Ü6 | Ü7 | Ü8 | Ü9 | Ü10 | Ü11 | Ü12 | Sum | LNE | BP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Punkte | 13 | 16 | 5 | 18 | 17 | 17 | 17 | 16 | 17 | 14 | 14 | 16 | 180 | ||
| 518268 | 3.5 | 8,5 | 1,5 | 16 | 29,5 | ||||||||||
| 490531 | 12 | 16 | 5 | 16 | 16 | 14,5 | 16 | 7 | 12,5 | 9 | 12 | 10 | 146 | ja | 2 |
| 526270 | 11 | 3 | 3 | 9 | 16 | 13 | 16 | 10,5 | 15,5 | 11 | 6 | 114 | ja | 1 | |
| 495158 | 3.5 | 9 | 2 | 7,5 | 22 | ||||||||||
| 480008 | 13 | 5 | 17 | 10,5 | 15,5 | 10 | 6,5 | 16 | 9 | 102,5 | ja | 0,5 | |||
| 527776 | 5.5 | 10,5 | 3 | 12,5 | 11 | 15,5 | 15 | 12,5 | 13 | 10 | 6,5 | 14,5 | 129,5 | ja | 1,5 |
| 506173 | 2 | 2 | |||||||||||||
| 518062 | 8 | 9 | 4 | 12 | 9,5 | 12 | 6,5 | 12,5 | 12 | 10,5 | 6,5 | 16 | 118,5 | ja | 1 |
| 446257 | 15 | 3 | 18 | 17 | 16 | 17 | 13 | 17 | 12 | 11 | 14 | 153 | ja | 2 | |
| 529967 | 12 | 14 | 5 | 15 | 15 | 15,5 | 14,5 | 12,5 | 15 | 13 | 7,5 | 13,5 | 152,5 | ja | 2 |
BP - Bonuspunkte für die Prüfung.
Prüfung
Die Prüfungen werden mündlich und nach den aktuellen Vorgaben online stattfinden, voraussichtlich in der Woche nach dem 03.10.2021. Erlaubte Hilfsmittel für mündliche Prüfungen ist ein A4-Blatt mit Notizen (beiderseitig beschrieben).
Literatur
- G. Kemnitz: Test und Verlässlichkeit von Rechnern. Springer, 2007
- P. Liggesmeyer: Software-Qualität. Spektrum, 2002
- G. Becker: Softwarezuverlässigkeit. deGryter, 1989
- K. Heidtmann. Zuverlässigkeitsbewertung technischer Systeme. Teubner, 1997
- R. Kärger: Diagnose von Computern. Teubner, 1996
- Glerum et al.: Debugging in the (Very) Large: Ten Years of Implementation and Experience.