Reliability in Computer System Design

Dr. Dhillon is a full professor in the Faculty of Science and Engineering, University of Ottawa.He attended the University of Wales where he received a B.Sc. in Electrical and Electronic Engineering and a M.Sc. in Industrial and Systems Engineering. His Ph.D. in Reliability Engineering was received from the University of Windsor. He wrote his doctoral thesis on reliability evaluation of networks composed of three state devices. He is Advisory Editor of "Microelectronics and Reliability: An International Journal", Associate Editor of "International Journal of Energy Systems", and Editor-at-Large for Engineering Books (Marcel Dekker, Inc.). Dr. Dhillon served as an associate editor of the 10-13th Annual Modeling and Simulation Proceedings, Pittsburgh, Pennsylvania, USA. He has published over 170 articles on Reliability Engineering as well as nine books on various aspects of Engineering Reliability and related areas. Three of his books are translated into Russian and Chinese.Serving as a referee to many national and international journals, book publishers and other bodies, he has presented keynote and invited lectures at various national and international conferences. Dr. Dhillon has several years of experience in electronics and nuclear power industries.He is recipient of the American Society for Quality Control's Austin J. Bonis Reliability Award and the Society of Reliability Engineers' Merit Award, as well as several appreciation certificates from various American professional societies. A registered Professional Engineering in Ontario, Professor Dhillon is listed in the American Men and Women of Science, Dictionary of International Biography, Men of Achievement, Who's Who in Technology, Personalities of America, etc.

• BIOGRAPHY OF THE AUTHOR                    xi     PREFACE                    xii 1.          INTRODUCTION                    1 1.1          Need for Reliability                    11.2          History of Computer System Reliability                    11.2.1       Software Reliability                    21.3          Terms and Definitions                    31.4          Scope of the Text                    41.5          Summary                    41.6          Exercises                    51.7          References                    5 2.          BASIC RELIABILITY MATHEMATICS                    9FOR COMPUTER SYSTEMS2.1        Introduction                    92.2        Probability                    92.2.1     Properties of Probability                    102.3        Probability Distributions                    112.3.1     Continuous Distributions                    112.3.2     Discrete Distributions                    152.4        Laplace Transforms                    172.5        Final Value Theorem                    192.6        Markov Modeling                    212.7        The Method of Maximum Likelihood                    232.8        Summary                    252.9        Exercises                    252.10      References                    26 3.          INTRODUCTION TO QUALITY CONTROLAND RELIABILITY                    273.1        Introduction                    273.2        Quality Control                    273.2.1     Acceptance Sampling                    283.2.2     Inspection Related Formulas                    283.2.3     Control Charts                    303.2.4     Activities of a Quality Control Department                    303.3        Basic Reliability Concepts                    313.3.1     General Reliability Function                    313.3.2     Failure Rate Models for Parts and Equipment                    353.3.3     Reliability Configurations                    363.3.4     Fault Trees                    473.4        Comparative Reliability Analysis of Simplex and                    51 Redundant Systems3.4.1     Analysis                    523.4.2     Time-Dependent Analysis                    593.5        Reliability Analysis of a Triple-Modular Redundant                    62System with Repair3.6        Summary                    683.7        Exercises                    683.8        References                    69 4.          COMPUTER FAILURES                    714.1        Introduction                    714.2        Causes of Computer Failures                    714.3        Computer System Error Recovery Philosophies                    724.4        Peripheral Device Errors                    754.5        Computer Software Failures                    754.5.1     Selected Definitions                    764.5.2     Failure Modes of the Software System                    764.5.3     Classification of Errors in Programming                    784.5.4     Human Errors in Software Development                    794.5.5     Software Error Cost Analysis                    824.6        Software and Hardware Reliability                    834.7        Summary                    844.8        Exercises                    854.9        References                    86 5.          INTRODUCTION TO COMPUTER SYSTEM                    87RELIABILITY MODELING5.1        Introduction                    875.2        Issues in Computer System Reliability                    875.3        Redundant Computer Systems                    885.4        Reliability Measures for Computers                    885.5        Formulas for System Availability and                    89Computing Efficiency5.6        Markov Modeling of Computer Associated Systems                    905.6.1     Model I                    905.6.2     Model II                    935.6.3     Model III                    975.7        Reliability Analysis of a Redundant System                    995.8        Summary                    1005.9        Exercises                    1015.10      References                    101 6.          RELIABILITY ANALYSIS OF COMPUTER SYSTEMS                    1036.1        Introduction                    1036.2        Redundancy Schemes for Computer Systems                    1036.2.1     Scheme Type I                    1036.2.2     Scheme Type II                    1046.2.3     Scheme Type III                    1046.2.4     Scheme Type IV                    1066.2.5     Scheme Type V                    1076.2.6     Scheme Type VI                    1116.3        Reliability Evaluation of a Multi-Mini-                    115Processor Computer6.4        Reliability Analysis of Repairable Systems                    1156.4.1     Model I                    1166.4.2     Model II                    1186.5        Reliability Evaluation of a Computer System                    1206.6        Summary                    1266.7        Exercises                    1276.8        References                    127 7.          MICROCOMPUTER SYSTEM RELIABILITY ANALYSIS                    129AND QUEUING THEORY7.1        Introduction                    1297.2        Microcomputers                    1307.2.1     Microcomputers and Related Products                    1307.2.2     Reliability Analysis of Microcomputer Systems                    131with Triple-Modular Redundancy7.3        Queuing Theory                    1357.3.1     Important Laws and Formulas                    1357.3.2     Selective Queuing Theory Models                    1397.4        Summary                    1457.5        Exercises                    1467.6        References                    146  8.          ADDITIONAL TOPICS IN COMPUTER                    149HARDWARE RELIABILITY8.1        Introduction                    1498.2        Reliability Analysis of Computer Systems with                    150Common-Cause Failures8.3        Computer System Life Cycle Costing                    1568.4        Integrated Circuit Defects                    1598.5        Reliability Analysis of Space Computers                    1608.6        Computer Memory Reliability Modeling                    1638.7        Summary                    1658.8        Exercises                    1658.9        References                    166  9.          SOFTWARE QUALITY MANAGEMENT                    1679.1        Introduction                    1679.2        The Software Quality Assurance Program                    1679.2.1     Functions of Software Quality Assurance                    1689.2.2     Ten Components of a Successful Software Quality                    171Assurance Program9.2.3     Software Design Reviews and Reasons for High                    172Software Cost9.2.4     Factors Responsible for the Software                    173Development Problem9.3        Software Quality Assurance Organization                    1739.3.1     Responsibilities and Qualifications of a                    173Software Quality Assurance Manager9.3.2     Attributes of a Good Software Quality                    174Assurance Engineer9.4        Software Configuration Management                    1759.4.1     Advantages of Software Configuration Management                    1769.5        Software Quality Assurance Standards                    1769.6        Software Quality Assurance Benefits                    1779.7        Summary                    1789.8        Exercises                    1789.9        References                    179  10.        SOFTWARE DESIGN AND TESTING                    18110.1      Introduction                    18110.2      Software Life Cycle                    18110.3      Tools of the Programming Trade                    18310.3.1   Development Tools                    18310.3.2   Test and Evaluation Tools                    18310.3.3   Operations and Maintenance Tools                    18410.4      Software Design Methods                    18410.4.1   Design Quality Measures                    18510.4.2   Design Representation Tools                    18610.4.3   Design Techniques                    18610.5      Software Testing                    18910.5.1   Elements of a Good Test Plan                    19010.5.2   Characteristics of a Simple and Super Complex                    190Programs10.5.3   Types of Testing                    19110.5.4   Program Automated Testing Tools                    19310.6      Software Problem Symptoms and Causes                    19410.7      Summary                    19510.8      Exercises                    19610.9      References                    196  11.        SOFTWARE RELIABILITY MODELING                    19911.1      Introduction                    19911.2      A Brief History of Software Reliability Models                    19911.3      Classification of Software Reliability Models                    20111.4      Software Reliability Models                    20211.4.1   Model I                    20211.4.2   Model II                   20411.4.3   Model III                  20711.4.4   Model IV                   20911.4.5   Model V                    21111.4.6   Model VI                   21211.5      Summary                  21411.6      Exercises                   21511.7      References                   215  12.        SOFTWARE MODELS                    21712.1      Introduction                    21712.2      Selected Mathematical Models                    21712.2.1   Model I                    21712.2.2   Model II                   21812.2.3   Model III                  21912.2.4   Model IV                   22012.2.5   Model V                    22012.2.6   Model VI                   22112.2.7   Model VII                  22312.2.8   Model VIII                 22312.2.9   Model IX                    22412.2.10 Model X                      22512.2.11 Model XI                     22712.2.12 Model XII                    22712.2.13 Model XIII                   22812.2.14 Model XIV                   22912.2.15 Model XV                    22912.2.16 Model XVI                   23012.3      Summary                   23012.4      Exercises                    23112.5      References                    232  APPENDIX                    233A.1        Introduction                    233A.2        Computer Hardware Reliability                    233A.3        Computer Software Reliability                    253 AUTHOR INDEX                    275      SUBJECT INDEX                    279