Lehre.TestVerl_2021 (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).
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 und Audio-Dateien

[F] -- Foliensätze, [GU] -- Folien zur großen Übung zum Foliensatz, [H] -- Handouts für den Ausdruck.
  • [F1] [H1] [GU1] [GH1] 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] [GU2] [GH2] 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.
    5. Fehlerentstehung.
  • [F3] [H3] [GU3] [GH3] 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, Gammaverteilung, Exponentialverteilung, Verteilung der FF-Rate, Schaden durch FF.
  • [F4] [H4] [GU4] [GH4] 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.
  • [F5] [H5] [GU5] [GH5] 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.
  • [F6] [H6] [GU6] [GH6] Software
    1. Fehlerentstehung.
    2. Statische Tests.
    3. Testauswahl.
  • [F7] [H7] [GU7] [GH7] Fehleranzahl, Fehlfunktionsrate und Ausfallverhalten eingesetzter IT-Systeme
    1. Ausfälle: Kenngrößen, Hauptnutzungsphase, Redundanz, Wartung.

Organisation

Vorlesung

Ab dem 21.04.2021 findet jeden Mittwoch ab 8:00 bis 10:00 eine Vorlesung als bbb-Web-Konferenz 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 und es sind Umfragen möglich. Die Foliensätze, Handouts und Audio-Aufnahmen dazu finden Sie auf der Web-Seite, so dass es prinzipiell auch möglich ist, die Vorlesungen im Selbststudium zu erarbeiten. Ich zeichne die Vorlesungen zusätzlich auf und stelle sie als Ersatz der Audio-Aufzeichnungen ins Netz.

Große Übung

Statt der großen Übung finden Sie auf der Web-Seite Foliensätze mit Aufgaben und Lösungen, mit denen Sie sich im Selbststudium beschäftigen sollen. Versuchen Sie zuerst jede Aufgabe, selbst zu lösen, bevor Sie sich die Lösungen dazu anschauen. Auf Anfrage können wir auch eine bbb-Konferenz zum Besprechen der Aufgaben durchführen.

Hausübungen

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 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. 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

In der nachfolgenden 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 die Vorlesung kommen wird (Richtwert). In der Spalte "Große Übung" stehen jeweils Foliensatz und Aufgabennummer, bis zu der Sie die Aufgaben der Große Übung innerhalb der Woche 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 in der Regel der Mittwoch der Folgewoche.
bbb-TerminVorlesung [Video-Aufzeichnung]Große ÜbungHausübungAbgabe
1 21.04.2021 bis F1/37 Fehlerbehandlung [V1] 1.1 - 1.8 [HA1] 28.04.2021
2 28.04.2021 bis F1/70 Haftfehler [V2] 1.9 - 1.11 verschoben
3 05.05.2021 bis F1/95 Modularer Test [V3] 1.12 - 1.15 [HA2] 12.05.2021
4 12.05.2021 bis F1/138 Fehlervermeidung Ende [V4] 2.16 [HA3] 19.05.2021
5 19.05.2021 bis F2/32 Markov-Ketten [V5] 2.1 - 2.6 [HA4] 02.06.2021
6 02.06.2021 bis F2/86 Fehlerbeseitigungswahrsch. [V6] 2.7 - 2.15 [HA5] 09.06.2021
7 09.06.2021 bis F3/44 Bereichsschätzung Poisson [V7] 2.16 - 3.8 [HA6] 16.06.2021
8 16.06.2021 bis F3/92 Pareto-Verteilung [V8] 3.9 - 3.18 [HA7] 23.06.2021
9 23.06.2021 bis F4/20 LFSR [V9] 3.19 - 3.24 [HA8] 30.06.2021
10 30.06.2021 bis F5/29 Fehlermodellierung [V10] 4.1 - 4.11 [HA9] 07.07.2021
11 07.07.2021 F5/70 D-Alg. [V11] 5.3 - 5.7 [HA10] 14.07.2021
12 14.07.2021 bis F5 Abschn. 4.4 Fehlerorientierte Wichtung [V12] 5.8 - 5.15 [HA11] 21.07.2021
13 21.07.2021 F6/34 Inspektion und ab F6/61 Testauswahl [V13] 6.1, 6.7 - 6.9 [HA12] 28.07.2021
14 28.07.2021 Auswahl aus den übersprungenen Themen [V14]
Folgende Themen entfallen voraussichtlich:
  • 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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

Aktuelles:

Vergangene Semester: [SS 2020] [SS 2018] [SS 2017] [SS 2016] [SS 2015] [SS 2014] [SS 2012]. Alte Klausuren.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 17.09.2021 13:40:39


 TU Clausthal 2020  Impressum