以教育部“卓越工程師計劃”為牽引，凝煉作者及所在單位多年來從事教學、科研的成果經驗，融入了國內外有關領域的最新發展，系統介紹了計算機應用系統的故障診斷與可靠性設計、分析的基本理論和主要方法、技術。

全書貫徹了原理、技術與應用并重，軟硬兼顧、以硬為主的原則，注重內容選取的基礎性、實用性、先進性和內容組織的科學性、嚴謹性、教學適用性，突出“設計與分析結合，以設計為主，分析為設計服務”的編寫思想。

為了更好地反映軟件可靠性技術的發展和體現可靠性技術“軟硬結合”的特點，結合科研實踐介紹了計算機應用系統特別是計算機控制系統的故障檢測與診斷技術中，目前常見或正在發展中的一些以軟件為主導的方法。

第二版前言

本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，是對1999年12月出版的同名國家“面向21世紀課程教材”的修訂版。

原書（《計算機系統的故障診斷與可靠性技術》）主要是針對研究生編寫的。隨著計算機在社會的各領域、各層面的日益廣泛的應用，目前迅速發展中的社會經濟活動，乃至每個家庭的日常生活，已越來越全面地依賴計算機了。在這種情況下，對于計算機的可靠性也提出了越來越高的要求。為此，國內有越來越多的理工科院校/理工科專業已經或將要面向本科生開設相關課程（本人也強烈呼吁各有關院校/專業應該這樣做）。尤其在全國工科院校、工科專業普遍以教育部“卓越工程師計劃”為牽引，高度重視工程教育的今天，讓學生從本科甚至專科開始就認識“可靠好用”是任何工程的第一要務，就掌握必要的可靠性技術基礎和技能，是非常重要的、必要的。

為了更好地適應本科生的教學特點及要求，本書在保持原有體系結構和總體編寫原則基本不變的情況下，主要在以下方面對內容作了一定的增刪、修改、更新：

（1）適當強調了避錯技術在提高計算機系統可靠性方面所起的基礎性作用，為此專門增加了避錯技術中相對最重要的兩種技術——電磁兼容設計和熱兼容設計，將它們分別專列為一章，作為本書的第2章、第3章。前者包括電磁兼容技術概述、電磁兼容設計、電磁干擾抑制技術（屏蔽技術、濾波技術、接地與搭接技術）等內容；后者包括熱兼容技術概述、防熱設計、統計信號處理和溫度補償等內容。

（2）考慮到故障診斷與冗余容錯技術在控制工程中的應用已越來越廣泛深入，并且實際上已融合催生出控制領域一個新的學科分支——容錯控制，而計算機控制系統顯然又是本書定位的計算機應用系統的一個最重要的方面，所以新增了一章“容錯控制技術”，將它放在講完了各種避錯、容錯技術以后的第9章。

（3）為了更好地突出本書“設計與分析結合，以設計為主，分析為設計服務”的編寫思想，將原書最后兩章（“容錯系統的可靠性分析評估”和“高可靠性計算機應用系統設計”）合并為一章“容錯系統的可靠性分析與設計”。合并時，對可靠性分析部分，只保留對主要分析方法的介紹，而略去對不可維修系統、可維修系統和與預維修系統的可靠性分析的具體介紹。

（4）為了更好地反映軟件可靠性技術的發展和體現可靠性技術“軟硬結合”的特點，對原書第3章3.3節“以軟件為主導的故障檢測與診斷技術”（本書調整為第5章5.3節）進行了充實加強，介紹了計算機應用系統特別是計算機控制系統的故障檢測與診斷技術中，目前常見或正在發展中的一些以軟件為主導的方法技術，并結合科研實踐介紹了基于狀態觀測器、基于卡爾曼濾波器和基于強跟蹤濾波器的三種實用故障檢測與診斷方法。同時，為更好地實現先進性和實用性的統一，對“軟件可靠性技術”一章（原書第7章，本書調整為第8章）內容，也做了適當更新改造，刪除了原書“軟件可靠性模型”這節（原7.5節），而新增了“容錯軟件設計的其他常用技術”（現8.3.4節）和“虛擬化技術”（現8.4節）兩小節。

（5）為篇幅所限，對原書中與故障診斷和可靠性技術的關系不很直接的“可測性設計技術”一章（原第6章）和“信息保護技術”一節（原7.4節），予以刪除。

這次對全書內容進行增刪、修改、更新，對全書體系結構進行優化調整，目的是想更好地突出故障診斷與可靠性技術的概念性、基礎性及先進性、實用性內容，使之模塊化特性更好，以更利于適應不同學校，不同層次教學的需求。但能否達到目的，有待于實踐的檢驗和讀者的評判。

本書凝煉了作者及所在單位多年來從事有關教學、科研的成果經驗，融入了國內外有關領域的最新發展，系統介紹了計算機應用系統的故障診斷與可靠性設計、分析的基本理論和主要技術。經過修訂后的本書，包括可靠性與可靠性技術概述、避錯技術之電磁兼容設計、避錯技術之熱兼容設計、可靠性編碼技術、故障自檢測與自診斷技術、故障屏蔽技術、動態冗余技術、軟件可靠性技術、容錯控制技術、失敗安全設計技術、應用系統的可靠性分析與設計等11章內容。全書貫徹了原理、技術與應用并重、軟硬兼顧以硬為主的原則，注重內容選取的基礎性、實用性、先進性和內容組織的科學性、嚴謹性、教學適用性。

本書修訂改編工作仍主要由原書作者鄒逢興、張湘平負責完成。新編和主要更新/改編部分，本書修訂改編工作仍主要由原書作者鄒逢興、張湘平負責完成。新編和主要更新/改編部分，第2、3、11章和8.4節由鄒逢興完成，張湘平參與了第2章的整理；汪張生主筆編寫了第9章和5.3節，汪張生和李迅參與更新了第11章中兩個高可靠性系統設計實例，結合自己科研實踐成就了11.4.2節和11.4.3節。全書由鄒逢興主編，在申請并獲批“普通高等教育‘十一五’國家級規劃教材”之后，策劃、提出了修訂思想，確定了全書內容及組織結構，撰寫了三級目錄，交稿后審讀修改、協調統一了全部書稿。

本書配有電子教案和素材文件，讀者可以從中國水利水電出版社網站和萬水書苑免費下載，網址為：http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.hzxbc.cn。

衷心感謝中國水利水電出版社萬水公司楊慶川總經理、雷順加總編輯和李炎責任編輯在本書申報“普通高等教育‘十一五’國家級規劃教材”及隨后的修訂出版過程中付出的辛勤勞動！

本書可作為高等學校信息類、控制類各專業的本科高年級學生和研究生的教科書使用，也可供從事故障診斷與可靠性技術研究、應用的工程技術人員參考。歡迎讀者、專家隨時指出書中可能存在的不足和錯誤！

鄒逢興

2011年6月于長沙

第二版前言
第一版前言

第1章 可靠性與可靠性技術概論 1
1.1 可靠性技術研究的必要性 2
1.2 可靠性技術研究的范疇 3
1.2.1 避錯技術 3
1.2.2 容錯技術 4
1.2.3 可測性設計 5
1.2.4 失敗安全設計 6
1.3 可靠性研究的四層次結構模型 7
1.4 故障與故障模型 9
1.4.1 故障分類 9
1.4.2 故障模型 11
1.5 表征系統可靠性的參數指標 16
1.5.1 可靠性與可靠度（Reliability） 16
1.5.2 可維性與可維度（Maintainability） 17
1.5.3 可用性與可用度（Availability） 18
1.5.4 安全性與安全度（Safety） 19
1.5.5 保能性與保能度（Performability） 19
1.5.6 可測性與可測度（Testability） 19
1.5.7 簡化可靠性參數 20
1.6 簡單系統的可靠性分析計算 21
1.6.1 串聯系統 21
1.6.2 并聯系統 21
1.6.3 串并聯系統 22
1.6.4 并串聯系統 23
習題一 23
第2章 避錯技術之電磁兼容設計 25
2.1 電磁兼容概述 26
2.1.1 電磁兼容與電磁兼容性 26
2.1.2 與電磁兼容有關的常用術語 26
2.1.3 電磁干擾形成三要素與
電磁干擾效應 29
2.1.4 電磁兼容的實施 30
2.2 電磁兼容設計的主要內容與基本參數 31
2.2.1 系統內電磁兼容設計 31
2.2.2 系統間電磁干擾控制 31
2.2.3 電磁兼容設計的基本參數 32
2.3 電磁兼容設計要點 33
2.3.1 抑制干擾源的設計要點 33
2.3.2 抑制干擾耦合的設計要點 33
2.3.3 敏感設備的設計要點 34
2.3.4 搭接的設計要點 34
2.3.5 接地的設計要點 34
2.3.6 屏蔽設計要點 35
2.4 屏蔽技術 36
2.4.1 屏蔽與屏蔽分類 36
2.4.2 電屏蔽原理 36
2.4.3 磁屏蔽原理 39
2.4.4 電磁屏蔽原理 41
2.4.5 幾種實用屏蔽技術 42
2.5 濾波技術 47
2.5.1 濾波器的特性與分類 47
2.5.2 EMI濾波器的特點 49
2.5.3 EMI濾波器的特殊組件 50
2.5.4 濾波器的選擇與使用 51
2.5.5 幾種實用濾波方法 54
2.6 接地與搭接技術 55
2.6.1 搭接與接地概念 56
2.6.2 接地線類型 56
2.6.3 安全接地 56
2.6.4 信號接地 58
2.6.5 接地設計 61
2.6.6 地環路干擾及抑制 63
2.6.7 搭接技術 67
習題二 69
第3章 避錯技術之熱兼容設計 70
3.1 概述 71
3.2 防熱設計 71
3.2.1 防熱設計的基本原理 71
3.2.2 防熱設計的基本原則和主要內容 72
3.3 統計信號處理方法 77
3.3.1 減小阻尼降低熱噪聲強度 77
3.3.2 引入濾波器實現信號復原 79
3.4 溫度補償 82
3.4.1 溫度補償基本原理 82
3.4.2 硬件溫度補償 82
3.4.3 軟件溫度補償 87
習題三 93
第4章 可靠性編碼技術 94
4.1 檢錯糾錯碼概述 95
4.1.1 檢錯糾錯編碼原理 95
4.1.2 關于編碼技術的幾個基本概念 97
4.1.3 碼距與檢錯、糾錯能力的關系 97
4.2 常用可靠性編碼 98
4.2.1 奇偶校驗碼 98
4.2.2 循環碼（循環冗余碼，CRC） 105
4.2.3 漢明碼 110
4.2.4 算術碼 115
4.2.5 校驗和碼 120
4.2.6 n中取m碼（m/n碼） 121
4.2.7 伯格碼 123
4.3 可靠性編碼的碼制選擇 125
習題四 126
第5章 故障自檢測與自診斷技術 128
5.1 故障自檢測與自診斷概述 129
5.1.1 故障檢測與診斷概念 129
5.1.2 故障自檢測與自診斷 129
5.1.3 檢測與診斷技術的評價標準 133
5.2 以硬件冗余為主導的故障檢測與
診斷技術 133
5.2.1 基于檢錯碼的自檢測技術 133
5.2.2 基于冗余模塊的比較檢測技術 144
5.2.3 基于自對偶函數的交替邏輯
檢測技術 146
5.2.4 基于監視定時器的檢測技術 147
5.3 以軟件冗余為主導的故障檢測與
診斷技術 148
5.3.1 故障檢測與診斷的基本方法 148
5.3.2 基于狀態觀測器的故障診斷方法 155
5.3.3 基于卡爾曼濾波器的故障檢測與
診斷方法 157
5.3.4 基于強跟蹤濾波器的控制系統故障
診斷 160
習題五 163
第6章 故障屏蔽技術 166
6.1 故障屏蔽概述 167
6.2 元件級故障屏蔽技術 167
6.2.1 二倍冗余結構 167
6.2.2 四倍冗余結構 168
6.2.3 橋接冗余結構 169
6.3 邏輯級故障屏蔽技術 170
6.3.1 交織邏輯 170
6.3.2 編碼狀態機邏輯 172
6.4 模塊級故障屏蔽技術 173
6.4.1 模塊級故障屏蔽模型 174
6.4.2 N模冗余中校正器的設計 174
6.4.3 三模冗余技術 177
6.4.4 三模－單模系統 183
6.5 系統級故障屏蔽技術 184
6.6 故障屏蔽技術在PC控制系統設計中
的應用 185
6.6.1 可編程控制器的基本概念 185
6.6.2 控制系統的靜態冗余設計 188
6.6.3 控制系統供電系統設計 191
習題六 192
第7章 動態冗余技術 194
7.1 動態冗余概述 195
7.2 重組 195
7.2.1 后援備份重組 196
7.2.2 緩慢降級重組 196
7.2.3 重組中的狀態切換 197
7.3 可重組的動態N模冗余技術 198
7.3.1 待命儲備式N模冗余 199
7.3.2 可重組二模冗余 199
7.3.3 混合N模冗余 202
7.3.4 自適應重組N模冗余 206
7.3.5 自清除冗余 208
7.3.6 篩除冗余 210
7.3.7 雙機－三模冗余 212
7.3.8 動態N模冗余小結 212
7.4 恢復 214
7.4.1 向前/向后恢復技術 214
7.4.2 常用恢復算法 216
7.4.3 計算機系統基本部分的恢復技術 222
7.4.4 文件恢復技術 225
7.4.5 通信系統的恢復技術 228
7.5 多處理機系統的動態冗余結構與
容錯處理 229
7.5.1 常用多處理機系統冗余結構 229
7.5.2 容錯處理 236
7.6 模擬部件的冗余容錯 239
7.6.1 模擬部件的錯誤屏蔽技術 239
7.6.2 中值選擇模擬信號表決器 240
7.6.3 模擬TMR表決器的VLSI實現與
應用 241
7.6.4 磁通和技術在模擬TMR系統中的
應用 242
7.6.5 模擬TMR表決的軟件實現 243
7.7 動態冗余設計的綜合考慮 243
習題七 245
第8章 軟件可靠性技術 248
8.1 軟件可靠性概述 249
8.1.1 軟件可靠性與硬件可靠性的聯系和
區別 249
8.1.2 軟件可靠性技術的內涵 250
8.1.3 軟件可靠性定義 250
8.1.4 軟件可靠性指標 251
8.2 軟件避錯排錯技術 254
8.2.1 軟件可靠性管理技術 254
8.2.2 可靠性程序設計技術 255
8.2.3 程序驗證技術 257
8.3 軟件容錯技術 267
8.3.1 容錯軟件的基本概念及原理 267
8.3.2 容錯軟件設計的基本技術 270
8.3.3 容錯軟件設計的先進技術 272
8.3.4 容錯軟件設計的其他常用技術 273
8.3.5 容錯軟件的相異性設計準則 277
8.4 虛擬化技術 278
8.4.1 基于虛擬機監控器的安全日志 279
8.4.2 基于虛擬機監控器的冗余 279
8.4.3 軟件動態更新 280
習題八 284
第9章 容錯控制技術 285
9.1 容錯控制概述 286
9.1.1 容錯控制的主要方式 286
9.1.2 容錯控制發展狀況 290
9.2 被動容錯控制技術 291
9.2.1 基于可靠鎮定的被動容錯控制 291
9.2.2 一類基于T-S模型的非線性系統
模糊完整性控制 294
9.2.3 基于同時鎮定的容錯控制 299
9.3 主動容錯控制技術 303
9.3.1 基于反饋增益重構的主動容錯控制 304
9.3.2 基于狀態觀測器的主動容錯控制 307
9.3.3 基于跟蹤微分器的主動容錯控制 308
習題九 311
第10章 失敗安全設計技術 313
10.1 失敗安全設計概述 314
10.2 失敗安全設計和失敗安全的條件 314
10.3 輸出失敗安全設計 315
10.4 系統失敗安全設計 317
10.4.1 基于檢錯碼原理的失敗安全設計 317
10.4.2 分塊法失敗安全設計 320
習題十 324
第11章 系統可靠性設計與分析 326
11.1 系統可靠性設計與分析概述 327
11.2 系統可靠性設計方法 327
11.2.1 需求分析 328
11.2.2 方案選擇 328
11.2.3 方案論證 329
11.2.4 詳細設計 329
11.2.5 研制測試 329
11.3 系統可靠性分析方法 330
11.3.1 可靠性框圖分析法 330
11.3.2 馬爾可夫模型分析法 342
11.3.3 故障樹分析法 349
11.3.4 實際系統可靠性分析舉例 361
11.4 系統可靠性設計舉例 364
11.4.1 高可靠性飛機測控計算機系統
的設計 364
11.4.2 高可靠性星載接口計算機的設計 373
11.4.3 高可靠性磁浮列車測控系統設計 379
習題十一 390
參考文獻 394

1. Java Web項目化設計實踐教程 [邱云 曾陳萍]
2. Python數據分析 [主編　馮志輝　趙磊　李放]
3. 大學信息技術 [曾翰穎 編著]
4. 多維視域下的高校籃球教學創新研究 [張利超 李寧 著]
5. 創新創業訓練實踐教程 [主編 王日華 陳武 黃喆誠]
6. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
7. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
8. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
9. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
10. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
11. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
12. 機械設計基礎（第二版） [主編 田亞平 李愛姣]
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14. C語言程序設計習題與實驗指導（第二版） [主編 甄增榮 張賓]
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17. 面向對象程序設計 [主編 張勇 張平華 趙小龍]
18. 網絡營銷 [主編 夏薇薇 劉婷 尚潔]
19. 數據庫技術與應用實踐教程（SQL Server 2019） [主 編 嚴暉 周肆清]
20. 功能材料制備與表征實驗指導書 [龔偉平 趙軍峰 梅海娟 等編著]
21. 信號與系統（第二版） [主編 張宇]
22. Python 語言程序設計實踐指導 [主編　張雙獅]
23. 體育舞蹈教程 [主編 劉偉 陳志明 曾明]
24. 線性代數導學篇 [主編 史昱]
25. 信息技術基礎實訓與習題指導（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國]
26. 高等數學導學篇（下冊） [主編 李文婧 胡雷 尹金生]
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30. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]