Lehre.TestVerlWS23 (Struktur)

Test und Verlässlichkeit (3V1Ü)

(G. Kemnitz)

IT-Systeme automatisieren intellektuelle Aufgaben: betriebliche Abläufe, Steuerung von Prozessen und Maschinen, Entwurfsaufgaben, ... Einsatzvoraussetzung ist 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 [eng]

[F] -- Foliensätze, [H] -- Handouts für den Ausdruck.
  • [F1] [H1] Gefährdungen und Gegenmaßnahmen
    1. Einführung
    2. Verlässlichkeit: Service-Modell, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit.
    3. Umgang mit Fehlfunktionen: Überwachung, Formatkontrollen, Wertekontrollen, Reaktion auf erkannte Fehlfunktionen, Verlässlichkeitsverbesserung.
    4. Fehlerbeseitigung: Beseitigungsiteration, Fehlerdiagnose und Fehlerisolation, Test, Haftfehler, Zuverlässigkeitsverbesserung, Reifeprozesses, Modularer Test, Ausbeute und Fehleranteil.
    5. Fehlervermeidung: Fehlerentstehung, Determinismus und Zufall, Projekte und Vorgehensmodelle, Qualität und Kreativität.
  • [F2] [H2] Wahrscheinlichkeiten
    1. Wahrscheinlichkeit: Definition und Abschätzung, Verkettete Ereignisse, Fehlerbaumanalyse, Markov-Ketten.
    2. Fehlernachweis: Ohne und mit Gedächtnis, Fehlermodellierung.
    3. Fehlerbeseitigung: Ersatz, Reparatur, Reifeprozesse.
    4. Fehlerentstehung.
  • [F3] [H3] Verteilungen
    1. Verteilung: 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 mit Abhängigkeiten.
    3. Mischverteilung: Eigenschaften, Anwendungen, Bereichsschätzungen mit der tschebytscheffschen Ungleichung.
    4. Pareto-Verteilung: Eigenschaften, Fehlernachweislänge, Schaden durch Fehlfunktionen.
    5. Gamma- und Exponentialverteilung
    6. Ausfälle: Kenngrößen, Voralterung, Reserveeinheiten, Wartung.
  • [F4] Tests und Kontrollen
    1. Test: Inspektion, Funktionstest, digitale Schaltungen, Software, Leiterplatten.
    2. Überwachung: Vergleich, Informationsredundanz, Fehlererkennende Codes, Prüfkennzeichen, Protokolle, Zeitüberwachung, Invarianten, Syntax.
    3. Fehlertoleranz: Fehlerkorrigierende Codes, RAID und Backup, Redundanz, Systemlösungen.
  • [F5] Schaltkreistest und Selbsttest
    1. Fehlermodellierung: Schaltkreisfehler, Lokale Fehler, Fehlermodelle für digitale Schaltkreise, Nachweisbeziehungen.
    2. Testsuche: Fehlersimulation, D-Algorithmus, Implikationstest, Suchraumstrukturierung, Komplexe Funktionsbausteine, Sequentielle Schaltungen, Speichertest.
    3. Selbsttest: Pseudo-Zufallsregister, Signaturregister, Selbsttest mit LFSR, fehlerorientierte Wichtung, RAM-Selbsttest.
  • [F6] Software
    1. Programmiersprache: Datenobjekte, Kontrollfluss, Fehlfunktionsbehandlung, Test.
    2. Vorgehen: Software-Architektur, Entwurfsablauf, testbare Anforderungen, Codierung und Test.
    3. Testauswahl: Mutationen, Kontrollfluss, Def-Use-Ketten, Äquivalenzklassen, UW-Graph, Automaten.
  • [FU] Übungsaufgaben
Vorlesungsaufzeichnungen: [V1] [V3] [V4] [V6] [V7] [V9] [V10] [V12] [V13] [V15] [V16] [V18] [V19]

Organisation

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. Bei auffälligen Übereinstimmungen werden die angeblichen Autoren einzeln zu bbb-Video-Konferenzen eingeladen und geprüft, wer die Aufgaben lösen kann. Bei Abgabe offensichtlich nicht selbst bearbeiteter Lösungen wird wie bei Plagiaten entsprechend der allgemeinen Rahmenprüfungsordnung verfahren.

Hausübungen und Abgabetermine

ThemaAufgabenblattPunkteAbgabetermin
1Verlässlichkeit [TV-HA1.pdf] 1109.11.2023
2MF-Behandlung [TV-HA2.pdf] 1014.11.2023
3Test [TV-HA3.pdf] 1122.11.2023
4Reifeprozess, Defektanteil [TV-HA4.pdf] 1129.11.2023
5Wahrscheinlichkeit, Fehlerbaum [TV-HA5.pdf] 1306.12.2023
6Markov-Kette, Fehlernachweiswahrscheinlichkeit [TV-HA6.pdf] 1013.12.2023
7Fehlerbeseitigung und -entstehung, Verteilung [TV-HA7.pdf] 1020.12.2023
8Verteilung Zählwerte, Poisson-Verteilung [TV-HA8.pdf] 1211.01.2024
9Normalverteilung, Varianzerhöhung [TV-HA9.pdf] 1218.01.2024
10Verteilung unbekannt, Inspektion, Prüfkennzeichen [TV-HA10.pdf] 1225.01.2024
11Prüfkennzeichen, Syntax, FCC [TV-HA11.pdf] 1801.02.2024

Ergebnisse der Hausübungen:

Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Sum BP LNE KP KN
Summe 11 10 11 11 13 10 10 12 12 11 18 129
345321 7 6,5 10 10 13 10 9,5 11,5 9,5 17 104 1,5 ja 14 -
600798 8,5 7,5 8,5 9,5 12,5 10 9,5 10,5 8,5 11 13 109 1,5 ja 24 3.3
600641 8,5 8,5 11 9,5 12 10 9,5 12 11,5 11 14,5 118 2 ja 29 2.3
600573 10 7 8 10 12 9 7 9,5 7,5 80 0,5 ja NE -
545675 9,5 7 8,5 10 13 9,5 10 11,5 9,5 10 13 111,5 1,5 ja 25,5 3.0
600467 3,5 7,5 10,5 10 12,5 10 9,5 11,5 8,5 11 16 110,5 1,5 ja 12 -
467276 10 7 9 8 10 10 8 10 8,5 10,5 91 1 ja 25,5 3.0
543604 6,5 7 11 10 13 10 10 12 9,5 10,5 12 111,5 1,5 ja 18 -
546205 4 4
546243 2,5 2,5
BP -- Anzahl der Bonuspunkte, LNE -- Leistungsnachweis erteilt

Prüfung

Kombination aus einer Klausur und einer mündlichen Prüfung. Die Klausur ist am 05.03.2024 von 10 bis 12 Uhr im Seminarraum 105 (T1) [Hörsaalgebäude Tannenhöhe]. Erlaubte Hilfsmittel sind eigene Ausarbeitungen. Zu den eigenen Ausarbeitungen zählen Mitschriften, ausgedruckte Handouts mit eigenen Kommentaren, Ausdrucke zurückgegebener korrigierter eigener Hausübungen und selbst angefertigte schriftliche Prüfungsvorbereitungen. Die mündlichen Prüfungen finden am 18. und 19.03.2024 statt. Sie müssen sich dafür 14 Tage vorher im Prüfungsamt anmelden und unter ha-tv@in.tu-clausthal.de einen Prüfungstermin reservieren.

Literatur

Aktuelles:

Vergangener Semester: Test und Verlässlichkeit (3V1Ü) Alte Klausuren.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 06.11.2024 20:33:30

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