Lehre.TestVerl_2020 (Struktur)


Test und Verlässlichkeit (3V1Ü)

(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).
Inhalt und Lernziel der Vorlesung sind die Beschreibung von und Maßnahmen zur Sicherung der Verlässlichkeit von Systemen aus Hardware und Software: Überwachung, Tests, Problembeseitigung, ... In der Praxis sind das die teuersten und aufwändigsten Aufgaben im gesamten IT-Bereich.

Zielgruppe: Master Informatik und Interessenten anderer Studiengänge

Credits: (ECTS): 6

Foliensätze und Audio-Dateien

[F] -- Foliensätze, [H] -- Handouts für den Ausdruck , [A] -- Audio-Dateien zur Vorlesung, [GUF] -- Folien zur großen Übung zum Foliensatz, [GUH] -- Handout zur Großen Übung für den Ausdruck und [GUA] -- Audio-Dateien zur großen Übung.
  • [F1] [H1] [A1] [GUF1] [GUH1] [GUA1] Gefährdungen, Gegenmaßnahmen und Kenngrößen
    1. Einführung
    2. Verlässlichkeit: Service und Fehlfunktionen, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit.
    3. Fehlerbehandlung: Kenngrößen, Überwachungsverfahren, Korrekturverfahren.
    4. Fehlerbeseitigung: Ursachen von Fehlfunktionen, Experimentelle Reparatur, Fehlerdiagnose, Test, Haftfehler, Test und Verlässlichkeit, Reifeprozesse, Modularer Test.
    5. Fehlervermeidung: Fehleranteil und Ausbeute, Determinismus und Zufall, Projekte und Vorgehensmodelle, Qualität und Kreativität.
  • [F2] [H2] [A2] [GUF2] [GUH2] [GUA2] Wahrscheinlichkeiten
    1. Wahrscheinlichkeit: Definition und Abschätzung, Verkettete Ereignisse, Bedingte Wahrscheinlichkeite, Fehlerbaumanalyse, Markov-Ketten.
    2. Fehlernachweiswahrscheinlichkeit: Ohne Gedächtnis, Mit Gedächtnis, Fehler und Modellfehler, Isolierter (modularer) Test.
    3. Fehlerbeseitigungswahrscheinlichkeit: Markov-Ketten, Reparatur oder Ersatz, Ersatziteration, Reparaturiteration, Studienprojekte.
    4. Fehlerbeseitigungswahrscheinlichkeit in Reifeprozessen.
  • [F3] [H3] [A3] [GUF3] [GUH3] [GUA3] Verteilungen
    1. Grundlagen: Charakteristische Größen, Lineare Transformationen, Verteilung von Zählwerten.
    2. Näherungen für Zählwertverteilungen: Binomialverteilung, Poisson-Verteilung, Bereichsschätzung für poisson-verteilte Zufallsgrößen, Normalverteilung, Bereichsschätzung für normalverteile Zufallsgrößen, Varianzerhöhung, Bereichsschätzung für Zählwerte.
    3. Misch- und multimodale Verteilungen.
    4. Weitere Verteilungen: Pareto-Verteilung, Gamma-Verteilung, Exponentialverteilung.
  • [F4] [H4] [A4] Fehleranzahl, Fehlfunktionsrate und Ausfallverhalten eingesetzter IT-Systeme
    1. Nachweislänge: Wiederholung Zufallstest, Verteilung, Schätzen der FFR-Dichte.
    2. Fehleranzahl: Nach dem Entstehungsprozess, In eingesetzten Systemen.
    3. FF-Rate im Einsatz: FFR-Dichte je Fehler, FF-Rate vorhandener Fehler, Gesamt-FF-Rate durch Fehler.
    4. Schaden durch Fehlfunktionen.
    5. Ausfälle: Kenngrößen, Hauptnutzungsphase, Redundanz, Wartung.
  • [F5] [H5] Überwachung und Fehlertoleranz
    1. Informationsredundanz: Fehlererkennende Codes, Linear rückgekoppelte Schieberegister, Prüfkennzeichen, Fehlerkorrigierende Codes, Hamming-Codes, Burst-Korrektur.
    2. Formatüberwachung: Zeitüberwachung, Protokolle, Invarianten und Wertebereiche, Syntax.
    3. Überwachung auf Richtigkeit.
  • [F6] [H6] Hardware-Test und Selbsttest
    1. Schaltungsstruktur und Test, Gatterschaltungen, Mixed-Signal, Rechnerstrukturen, Baugruppen, Testbus.
    2. Fehlermodellierung: Transistor- und Verbindungsfehler, Haftfehler, Fehlerüberdeckung fehlerorientierte Testauswahl, Fehlerüberdeckung Zufallstest, Verzögerungsfehler, IDDQ-Test.
    3. Testberechnung: Fehlersimulation, D-Algorithmus, Implikationstest, Suchraumstrukturierung, Komplexe Funktionsbausteine, Sequentielle Schaltungen.
    4. Selbsttest: Signaturregister, Selbsttest mit LFSR, Fehlerorientierte Wichtung.
  • Software
    1. Fehlerentstehung.
    2. Statische Tests.
    3. Testauswahl.

    Organisation

    Ab dem 22.04.2020 findet jeden Mittwoch ab 8:00 eine bbb-Web-Konferenz zur Lehrveranstaltung statt. Anmeldung über die Web-Seite https://webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt (Nur, wenn die Konferenz läuft, möglich). In dieser Konferenz können Sie über Mikrofon oder Chat Fragen stellen, es sind Umfragen möglich. In unserer ersten Vorlesung wurde per Mehrheitsentscheid festgelegt, dass im Anschluss an mögliche Fragen bis 10:00 eine Live-Vorlesung erfolgt. Der zweite Vorlesungstermin 13-15 Uhr entfällt und die Folien, die in dem 120 min Zeitslot nicht geschafft werden sowie das Wochenpensum an Große-Übungs-Aufgaben sind eigenständig abzuarbeiten. Alternativ haben Sie die Möglichkeit, sich auch die kompletten Vorlesungsinhalten im Selbststudium mit freier Zeiteinteilung anzueignen.

    Holen Sie sich die Foliensätze, Handouts, Audio-Dateien und Hausübungsblätter jeweils für die aktuelle Woche hier vom Server auf ihren Rechner, packen die Audio-Zip's aus und drucken Sie die Handouts. (Bitte immer nur die aktuell benötigten Dokumente, weil in den Dateien für die späteren Wochen noch Änderungen erforderlich sind.) Arbeiten Sie dann den autodidaktischen Teil des Wochenprogramm (siehe Tabelle Ablaufplan weiter unten) wie folgt ab:

    1. Erarbeitung des Vorlesungsstoffs
    2. Jede Audiodatei ist einer Folie zugeordnet und enthält überwiegend Zusatzerklärungen. Schauen Sie sich die Folien an, bevor Sie die Audio-Datei abspielen, danach hören Sie sich die Zusatzerklärungen an, rekapitulieren im Anschluss das gehörte, versuchen eventuell gestellte Fragen zu beantworten und machen Sie sich wie in einer richtigen Vorlesung Notizen.
    3. Große Übung
    4. Auf den Foliensätzen zu den Großen Übungen finden Sie Beispielaufgaben und Lösungen. Versuchen Sie zuerst bei jeder Aufgabe, sie selbst zu lösen. Hören Sie sich erst dann die Zusatzerklärungen in der zugehörigen Audio-Datei an, nehmen Sie dann an ihrer Lösung eventuell erforderliche Korrekturen vor und vergleichen Sie erst zum Abschluss ihre Lösung mit der Musterlösung. Wenn Sie beim ersten Durchgehen der großen Übungen weniger als für 50% der Aufgaben die Lösungen selbst finden, dann gehen Sie sie ein paar Tage später nochmal durch.
    5. Hausübungen
    6. Nach Erarbeitung des Vorlesungsstoffs und Durchgehen der Großen Übung sollte die Lösung der Hausübungen schnell gehen. Die Lösungen sind als PDF mit 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 EMai an ha-tv@in.tu-clausthal.de zu schicken, werden korrigiert und zurückgesendet. Für die Prüfungszulassung sich 50% der Hausübungspunkte insgesamt erforderlich. Für zusätzlich Hausübungspunkte gibt es bis zu 2 Bonuspunkte für die Prüfungsklausur. Bei den Hausübungen ist keine Gruppenarbeit zulässig. Bei offensichtlichen Plagiaten werde ich die angeblichen Autoren einzeln zu einer bbb-Video-Konferenz einladen und prüfen, wer der wirkliche Autor ist und entsprechend der allgemeinen Rahmenprüfungsordnung verfahren.

    Ablaufplan, Hausübungen und Abgabetermine

    Die nachfolgende Tabelle steht in der ersten Spalte die Vorlesungswoche, in Spalte bbb-Termin der Termin der bbb-Web-Konferenz, in Spalte Vorlesung jeweils Foliensatz, Abschnitt und Unterabschnitt, bis zu dem Sie sich den Stoff in der Woche erarbeiten sollen, in Spalte Große Übung jeweils Foliensatz und Aufgabennummer, bis zu der Sie im Anschluss Aufgabe der Große Übung abarbeiten sollen, in Spalte Hausübung das Aufgabenblatt der abzuarbeitenden Hausübung, und in Spalte Abgabe der späteste Abgebetermin der Hausübung. Der späteste Abgabetermin für die Hausübung ist immer der Mittwoch der Folgewoche, so dass Sie die Möglichkeit haben, vor Abgabe auf der nächsten bbb-Web-Konferenz Fragen zu stellen.
    bbb-TerminVorlesungGroße ÜbungHausübungAbgabe
    1 22.04.2020 bis F1-3 Fehlerbehandlung bis GUe1, Aufg. 1.8 [HA1] 29.04.2020
    2 29.04.2020 bis F1-5.1 Fehleranteil und Ausbeute bis GUe1, Aufg. 1.17 [HA2] 06.05.2020
    3 06.05.2020 bis F2-1.5 Fehlerbaumanalyse, Einführung bis GUe2, Ausg 2.7 [HA3] 13.05.2020
    4 13.05.2020 bis F2 Folie 83 (Fehlerbes.-Wahrsch.) bis GUe2, Ausg 2.14 [HA4] 20.05.2020
    5 20.05.2020 bis F3-2.3 Poisson, Bereichssch. bis GUe3 Aufgabe 8 [HA5] 27.05.2020
    6 27.05.2020 bis F3 Ende bis GUe3 Aufgabe 18 [HA6] 10.06.2020
    7 10.06.2020 bis F4-4.1 Ausfälle, Kenngrößen 17.06.2020
    8 17.06.2020 bis F4 Ende 24.06.2020
    9 24.06.2020 bis F5-2.4 Syntaxtest 01.07.2020
    10 01.07.2020 bis F5 Ende 08.07.2020
    11 08.07.2020 bis F6-2 Fehlermodellierung 15.07.2020
    12 15.07.2020 bis F6 Ende 22.07.2020
    13 22.07.2020 bis F7-?? 24.07.2020
    14 Selbsstudium bis F7 Ende entfällt

    Ergebnisse der Hausübungen:

    Matr.Nr. A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A12 A13 Summe BP
    523473 - - - - 12.5 6.5
    396194 10.5 17 - - 17.5
    495158 4 - - - - - -
    464383 12.5 19 18 18
    486169 5.5 8.5 14.5 4
    467276 6.5 13 14 13
    493981 6 10.5 15.5 9.5
    494779 7 8.5 14 7.5
    466354 12.5 16 17.5 - -
    443807 12 16 15 17.5
    478669 11.5 16 18 17.5
    (BP - Bonuspunkte für die Prüfungsklausur, nb - Leistungsnachweis nicht erteilt).

    Prüfung

    Ab 10 Teilnehmern findet die Prüfung schriftlich statt, voraussichtlich im Oktober. Erlaubte Hilfsmittel sind eigene Ausarbeitungen. Zu den eigenen Ausarbeitungen zählen Mitschriften, ausgedruckte Handouts mit eigenen Kommentaren, Ausdrucke zurückgegebenen korrigierter eigener Hausübungen und selbst angefertigte schriftliche Prüfungsvorbereitungen.

    Literatur

    Aktuelles:

    Vergangene Semester: [SS 2018] [SS 2017] [SS 2016] [SS 2015] [SS 2014] [SS 2012]. Alte Klausuren.


    Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 29.05.2020 18:37:53


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