Reliability in Computer System Design

This volume covers wide areas of interest such as life cycle costing, microcomputers, common-cause failures and space computers. Every effort is made to present difficult material with the aid of an example along with its solution. The material covered is summarized at the end of each chapter. The information is written in a format that allows readers to learn and better understand the philosophy of reliability in computer system design. At the same time, it tests their comprehension through listed exercises.

Table of Contents:
     BIOGRAPHY OF THE AUTHOR                    xi            PREFACE                    xii   1.          INTRODUCTION                    1   1.1          Need for Reliability                    1 1.2          History of Computer System Reliability                    1 1.2.1       Software Reliability                    2 1.3          Terms and Definitions                    3 1.4          Scope of the Text                    4 1.5          Summary                    4 1.6          Exercises                    5 1.7          References                    5   2.          BASIC RELIABILITY MATHEMATICS                    9              FOR COMPUTER SYSTEMS 2.1        Introduction                    9 2.2        Probability                    9 2.2.1     Properties of Probability                    10 2.3        Probability Distributions                    11 2.3.1     Continuous Distributions                    11 2.3.2     Discrete Distributions                    15 2.4        Laplace Transforms                    17 2.5        Final Value Theorem                    19 2.6        Markov Modeling                    21 2.7        The Method of Maximum Likelihood                    23 2.8        Summary                    25 2.9        Exercises                    25 2.10      References                    26   3.          INTRODUCTION TO QUALITY CONTROL              AND RELIABILITY                    27 3.1        Introduction                    27 3.2        Quality Control                    27 3.2.1     Acceptance Sampling                    28 3.2.2     Inspection Related Formulas                    28 3.2.3     Control Charts                    30 3.2.4     Activities of a Quality Control Department                    30 3.3        Basic Reliability Concepts                    31 3.3.1     General Reliability Function                    31 3.3.2     Failure Rate Models for Parts and Equipment                    35 3.3.3     Reliability Configurations                    36 3.3.4     Fault Trees                    47 3.4        Comparative Reliability Analysis of Simplex and                    51               Redundant Systems 3.4.1     Analysis                    52 3.4.2     Time-Dependent Analysis                    59 3.5        Reliability Analysis of a Triple-Modular Redundant                    62              System with Repair 3.6        Summary                    68 3.7        Exercises                    68 3.8        References                    69   4.          COMPUTER FAILURES                    71 4.1        Introduction                    71 4.2        Causes of Computer Failures                    71 4.3        Computer System Error Recovery Philosophies                    72 4.4        Peripheral Device Errors                    75 4.5        Computer Software Failures                    75 4.5.1     Selected Definitions                    76 4.5.2     Failure Modes of the Software System                    76 4.5.3     Classification of Errors in Programming                    78 4.5.4     Human Errors in Software Development                    79 4.5.5     Software Error Cost Analysis                    82 4.6        Software and Hardware Reliability                    83 4.7        Summary                    84 4.8        Exercises                    85 4.9        References                    86   5.          INTRODUCTION TO COMPUTER SYSTEM                    87              RELIABILITY MODELING 5.1        Introduction                    87 5.2        Issues in Computer System Reliability                    87 5.3        Redundant Computer Systems                    88 5.4        Reliability Measures for Computers                    88 5.5        Formulas for System Availability and                    89              Computing Efficiency 5.6        Markov Modeling of Computer Associated Systems                    90 5.6.1     Model I                    90 5.6.2     Model II                    93 5.6.3     Model III                    97 5.7        Reliability Analysis of a Redundant System                    99 5.8        Summary                    100 5.9        Exercises                    101 5.10      References                    101   6.          RELIABILITY ANALYSIS OF COMPUTER SYSTEMS                    103 6.1        Introduction                    103 6.2        Redundancy Schemes for Computer Systems                    103 6.2.1     Scheme Type I                    103 6.2.2     Scheme Type II                    104 6.2.3     Scheme Type III                    104 6.2.4     Scheme Type IV                    106 6.2.5     Scheme Type V                    107 6.2.6     Scheme Type VI                    111 6.3        Reliability Evaluation of a Multi-Mini-                    115              Processor Computer 6.4        Reliability Analysis of Repairable Systems                    115 6.4.1     Model I                    116 6.4.2     Model II                    118 6.5        Reliability Evaluation of a Computer System                    120 6.6        Summary                    126 6.7        Exercises                    127 6.8        References                    127   7.          MICROCOMPUTER SYSTEM RELIABILITY ANALYSIS                    129              AND QUEUING THEORY 7.1        Introduction                    129 7.2        Microcomputers                    130 7.2.1     Microcomputers and Related Products                    130 7.2.2     Reliability Analysis of Microcomputer Systems                    131              with Triple-Modular Redundancy 7.3        Queuing Theory                    135 7.3.1     Important Laws and Formulas                    135 7.3.2     Selective Queuing Theory Models                    139 7.4        Summary                    145 7.5        Exercises                    146 7.6        References                    146    8.          ADDITIONAL TOPICS IN COMPUTER                    149              HARDWARE RELIABILITY 8.1        Introduction                    149 8.2        Reliability Analysis of Computer Systems with                    150              Common-Cause Failures 8.3        Computer System Life Cycle Costing                    156 8.4        Integrated Circuit Defects                    159 8.5        Reliability Analysis of Space Computers                    160 8.6        Computer Memory Reliability Modeling                    163 8.7        Summary                    165 8.8        Exercises                    165 8.9        References                    166    9.          SOFTWARE QUALITY MANAGEMENT                    167 9.1        Introduction                    167 9.2        The Software Quality Assurance Program                    167 9.2.1     Functions of Software Quality Assurance                    168 9.2.2     Ten Components of a Successful Software Quality                    171              Assurance Program 9.2.3     Software Design Reviews and Reasons for High                    172              Software Cost 9.2.4     Factors Responsible for the Software                    173              Development Problem 9.3        Software Quality Assurance Organization                    173 9.3.1     Responsibilities and Qualifications of a                    173              Software Quality Assurance Manager 9.3.2     Attributes of a Good Software Quality                    174              Assurance Engineer 9.4        Software Configuration Management                    175 9.4.1     Advantages of Software Configuration Management                    176 9.5        Software Quality Assurance Standards                    176 9.6        Software Quality Assurance Benefits                    177 9.7        Summary                    178 9.8        Exercises                    178 9.9        References                    179    10.        SOFTWARE DESIGN AND TESTING                    181 10.1      Introduction                    181 10.2      Software Life Cycle                    181 10.3      Tools of the Programming Trade                    183 10.3.1   Development Tools                    183 10.3.2   Test and Evaluation Tools                    183 10.3.3   Operations and Maintenance Tools                    184 10.4      Software Design Methods                    184 10.4.1   Design Quality Measures                    185 10.4.2   Design Representation Tools                    186 10.4.3   Design Techniques                    186 10.5      Software Testing                    189 10.5.1   Elements of a Good Test Plan                    190 10.5.2   Characteristics of a Simple and Super Complex                    190              Programs 10.5.3   Types of Testing                    191 10.5.4   Program Automated Testing Tools                    193 10.6      Software Problem Symptoms and Causes                    194 10.7      Summary                    195 10.8      Exercises                    196 10.9      References                    196    11.        SOFTWARE RELIABILITY MODELING                    199 11.1      Introduction                    199 11.2      A Brief History of Software Reliability Models                    199 11.3      Classification of Software Reliability Models                    201 11.4      Software Reliability Models                    202 11.4.1   Model I                    202 11.4.2   Model II                   204 11.4.3   Model III                  207 11.4.4   Model IV                   209 11.4.5   Model V                    211 11.4.6   Model VI                   212 11.5      Summary                  214 11.6      Exercises                   215 11.7      References                   215    12.        SOFTWARE MODELS                    217 12.1      Introduction                    217 12.2      Selected Mathematical Models                    217 12.2.1   Model I                    217 12.2.2   Model II                   218 12.2.3   Model III                  219 12.2.4   Model IV                   220 12.2.5   Model V                    220 12.2.6   Model VI                   221 12.2.7   Model VII                  223 12.2.8   Model VIII                 223 12.2.9   Model IX                    224 12.2.10 Model X                      225 12.2.11 Model XI                     227 12.2.12 Model XII                    227 12.2.13 Model XIII                   228 12.2.14 Model XIV                   229 12.2.15 Model XV                    229 12.2.16 Model XVI                   230 12.3      Summary                   230 12.4      Exercises                    231 12.5      References                    232                 APPENDIX                    233 A.1        Introduction                    233 A.2        Computer Hardware Reliability                    233 A.3        Computer Software Reliability                    253                AUTHOR INDEX                    275                     SUBJECT INDEX                    279