Основными критериями оценки качества микропроцессорных систем являются: производительность, точность, надежность.

Производительность. Пиковая или техническая производительность представляет собой теоретический максимум быстродействия микропроцессорной системы при идеальных условиях. Данный максимум определяется как число вычислительных операций, выполняемое в единицу времени имеющимися в системе обрабатывающими логико-арифметическими устройствами. Предельное быстродействие достигается при обработке бесконечной последовательности несвязанных между собой и неконфликтующих при доступе в память команд (т.е. когда результат любой операции не зависит от действий, выполненных другими командами). Разумеется, подобная ситуация чисто гипотетическая, и на практике ни одна система не в состоянии работать длительное время с пиковой производительностью, хотя и может приближаться к этой величине.

Хорошим показателем является производительность в диапазоне от 0,8 до 0,9 от пикового значения. При выполнении реальных прикладных программ эффективная производительность может быть существенно меньше пиковой. Характеристики функционирования микропроцессорной системы на уровне внутренних устройств существенно зависят от программы и обрабатываемых данных. Поэтому невозможно оценить производительность только на основании их тактовой частоты.

Для оценки производительности вычислительных средств используется набор характерных задач. Время выполнения каждой из задач набора составляет основу для расчета индекса производительности исследуемой вычислительной системы. Индекс производительности является относительной оценкой, несущей информацию о том, насколько быстрее или медленнее исследуемая система выполняет задачи по сравнению с некоторой эталонной системой. Если определить производительность эталонной системы, вычисляемую числом выполняемых в секунду вычислительных операций, то можно определить абсолютное значение производительности исследуемой микропроцессорной системы. В таблице 3.1 приведены основные классы количественных индексов производительности вычислительных систем.

Таблица 3.1 - Основные классы количественных индексов производительности вычислительных систем

Расчет показателей эффективности сложных систем, т.е. задача анализа производительности, представляет собой весьма сложную задачу, которая требует привлечения специальных математических методов и, как правило, решается с помощью ЭВМ. Показатели эффективности зависят от структуры системы, значений ее параметров, характера воздействия внешней среды, внешних и внутренних случайных факторов, поэтому их можно считать функционалами, заданными на множестве процессов функционирования системы.

В настоящее время качество микропроцессорных систем оценивается соотношением «производительность/энергопотребление». Снижение энергопотребления без снижения производительности – актуальная задача проектирования микропроцессорных систем.

Точность работы микропроцессорной системы определяется погрешностью вычислений выходных параметров системы. Это показатель является составным и определяется не только точностью вычислений процессора, но и точностью приборов, входящих в состав микропроцессорной системы (разнообразных датчиков, преобразующих, корректирующих устройств и т.д.).

Надежность. Основным понятием теории надежности является, как известно, отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Для сложных же объектов, особенно человеко-машинных систем, отсутствие отказов, как показывает практика, еще не гарантирует отсутствия опасных ситуаций, приводящих к нарушению безопасности функционирования (НБФ). Это связано с тем, что на функционирование технического средства кроме его надежности оказывают влияние различные внешние причины. Виды отказов: отказы технических средств; воздействия человека (ошибки операторов, обслуживающего персонала); природные явления (грозы, пожары и т. п.). Опасный отказ приводит или может привести к опасной ситуации. Поэтому в теории надежности важное место занимает безопасность функционирования техники (БФТ). Существуют два основных пути обеспечения БФТ: предотвращение нарушений, нормальных режимов работы и парирование последствий возникших нарушений нормального функционирования. На этапе разработки и проектирования технических решений выбирают алгоритмы функционирования систем по критерию БФТ; повышают отказоустойчивость и живучесть технических средств, создают безопасное программное обеспечение микропроцессорных информационно-управляющих систем.

С точки, зрения безопасности функционирования сложные технические системы, должны иметь не только повышенную надежность, т.е. малую вероятность появления отказов, но и обладать свойством отказоустойчивости - способностью сохранять работоспособность с заданным качеством в случае отказа их элементов. Мерой отказоустойчивости является живучесть. Техническая система, имеющая свойство живучести, выполняет свои функции с заданными характеристиками при наличии в ней некоторого числа неисправных элементов, и качественные показатели системы постепенно ухудшаются (деградируют) при увеличении числа отказов. Такая система является отказоустойчивой до отказа некоторой кратности и постепенно деградирует с увеличением числа отказов. Количественно живучесть определяется коэффициентом живучести, который для данного обобщенного отказа представляет собой отношение числа состояний, соответствующих работоспособной системе, ко всей совокупности состояний.

Методы повышения живучести сложных систем могут быть активными и пассивными по отношению к внешним вредным; воздействиям, приложенным к системе. При активном методе отказы обнаруживаются при помощи средств контроля, локализируются диагностированием и устраняются автоматической реконфигурацией системы, которая заключается в перестройке структуры системы с целью отключения отказавших узлов. Пассивные методы основаны на функциональном резервировании, при котором одни и тек же элементы при необходимости могут выполнять различные функции в системе, а также резервирование одних элементов другими, в основу принципа действия которых положены различные физические процессы. При этом возможно ухудшение показателей качества функционирования системы. Отказоустойчивость (живучесть), являющаяся одним из показателей эффективности, введена для оценки качества функционирования микропроцессорных систем. Данный показатель может быть применен и для оценки других сложных функциональных систем, в которых требования безопасности функционирования являются определяющими.

Принципиальным вопросом теории БФТ является нормирование уровня безопасности, который определяется выбранным, обобщенным критерием. С одной стороны, численное значение обобщенного критерия определяется, детерминированными проектными показателями, а с другой стороны, - стохастическими характеристиками надежности техники, оператора, обслуживающего персонала и внешних воздействий, среды. Следовательно, показатель, обобщающий как детерминированные, так и стохастические параметры, должен рассматриваться в вероятностном смысле. В общем случае обобщенный критерий - это вероятность действия технического средства без НБФ. Полезными также являются частные критерии, выражаемые в натуральных измеримых единицах.