№ 24 (2017)
Статьи
МОДЕЛЬ ВЫЯВЛЕНИЯ КАНАЛОВ УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ СИМПЛЕКС-МЕТОДА
Аннотация
Рассмотрены тенденции развития современных технологий обработки и передачи информации, а также обусловленные этим актуальные угрозы информационной безопасности. Приведены особенности реализации компьютерных атак на корпоративные сети, обоснованы особенности бизнес-процессов обработки информации, порождающие каналы утечки информационных ресурсов. Обусловлены наиболее эффективные способы предотвращения утечки информации, посредством контроля потоков данных с использованием DLP-систем и технологий. Приведены данные практического опыта противодействия каналам утечек информации, что позволило сформировать базовые принципы борьбы с данным явлением, а также сформулировать базовые группы критериев оценки их эффективности. При этом среди основных факторов для выбора DLP-решения находится фактор количественного выявления каналов утечки информации. Приведена статистика распределения вероятностей реализаций наиболее актуальных угроз информационной безопасности за последний период. Сделаны выводы о характерных изменениях статистических данных. Приведено краткое описание симплекс-метода, используемого как основа построения модельного представления. Сформулирована задача построения математической модели. На основании статистических данных с использованием симплексного метода разработана математическая модель, описывающая изменение вероятности реализаций утечек информации по различным каналам. При этом учтены тенденции роста объемов информационных ресурсов корпоративных систем. Основываясь на полученных данных, выявлены два наиболее актуальных канала утечки на исследуемый период, даны прогнозы развития ситуации. Определена возможность DLP-систем по контролю каналов утечки информации. Сформулированы предпосылки для конкретизации направлений исследования DLP-систем в целях предотвращения утечек информации в корпоративных, автоматизированных системах различного назначения.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):7-19
![]() | ![]() |
ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ МУФТЫ СИЛОВОГО КАБЕЛЯ НА НАПРЯЖЕНИЕ 10 кВ
Аннотация
Прокладка силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ осуществляется в грунт или кабельные каналы, во время прокладки возникает необходимость в соединении двух строительных длин кабелей. Соединение совершается при помощи соединительной муфты. Конструкция муфты аналогична конструкции кабеля, но радиально имеет большие размеры по следующим причинам: болтовое соединение жил и большие толщины изоляции. При протекании номинального тока через жилу выделятся тепло согласно закону Джоуля-Ленца. Поскольку муфта имеет большее тепловое сопротивление, чем у кабеля, то распределение температурных полей в ней будет отличным. В данной статье с учетом сделанных допущений и граничных условий разработана трехмерная математическая модель процессов теплопереноса в кабельной линии в условиях проложения кабеля с соединительной муфтой, в земле или в воздушной среде. Численная реализация поставленной математической модели осуществлялась с помощью метода конечных элементов в одном из программных пакетов ANSYS в среде Fluent. Произведен анализ работы кабельной линии и муфты кабеля марки ПвП 1×400 на постоянное напряжение 10 кВ. В результате численного решения были определены поля температур и скоростей в муфтовом соединении, силовом кабеле и окружающей среде. В результате анализа полученных результатов распределения температурных полей были определены оптимально допустимые токовые нагрузки. Выполнено сравнение пропускной способности кабельной линии с муфтовым соединением в условиях воздушного искусственного охлаждения и в случаях, когда окружающая среда - грунт.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):20-31
![]() | ![]() |
Использование шумового портрета сенсора для определения соответствия видеозаписи конкретной видеокамере
Аннотация
Рассматриваются вопросы идентификации цифровых видеозаписывающих устройств на основе их шумовых портретов. В настоящее время проблема экспертизы изображений и видеозаписей приобрела огромное значение. Одной из важнейших задач такой экспертизы является определение соответствия видеозаписи конкретной видеокамере (техники, использующие шумовой портрет камеры). Это часто необходимо в ходе расследования преступлений, например, связанных с детской порнографией. На качество изображения в ходе его получения фотокамерой может влиять большое число факторов на каждом этапе. Даже если сенсор запечатлит равномерно освещенную монотонную картину (например, равномерно освещенный белый лист бумаги), получающееся цифровое изображение будет содержать различные по интенсивности пиксели. Это связано с двумя шумовыми компонентами - дробовым шумом, т.е. беспорядочными флуктуациями напряжений и токов относительно их среднего значения в цепях радиоэлектронных устройств, обусловленными дискретностью носителей электрического заряда и так называемым шумовым портретом сенсора. Дробовой шум представляет собой случайный шум, в то время как шумовой портрет - постоянная характеристика сенсора, связанная с его внутренним устройством. В настоящей работе рассматриваются подходы к определению конкретного устройства, когда имеется в качестве входных данных только набор видеопоследовательностей. Помимо этого подробно разобран процесс получения фото- и видеоизображения, рассмотрены различные алгоритмы и методы реализации данного подхода, включая экспериментальные результаты. В заключение отмечается эффективность подхода, рассматриваются перспективы направления и даются рекомендации по дальнейшим исследованиям.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):32-47
![]() | ![]() |
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕДМЕТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ЯЗЫКА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ТРЕНАЖЕРА ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ ДЛЯ СБОРКИ ДЕТАЛЕЙ
Аннотация
Программные продукты, разрабатываемые в настоящее время, представляют собой сложные и высоконагруженные системы, затрагивающие различные предметные области. Для создания сложного программного обеспечения применяются различные методы, выбор которых зависит от конечных целей, а также заданного набора ресурсов. На ранних стадиях разработки программного обеспечения, в частности, при формировании концепции приложения, часто возникают проблемы, связанные со сложностью восприятия экспертами языков, используемых для моделирования предметной области, что тормозит процесс разработки. В работе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой модуля тренажера виртуальной реальности для сборки деталей. Тренажер виртуальной реальности представляет собой аппаратно-программный комплекс, состоящий из очков виртуальной реальности, устройства Kinect, предназначенного для отслеживания движений пользователя в пространстве, и программы, содержащей различные сборки деталей, которые и предлагается собрать пользователю. Рассматриваемый модуль предназначен для конвертирования деталей из одного формата в другой. Рассматриваются два подхода к разработке: с использованием предметно-ориентированного подхода и с использованием методов объектно-ориентированного программирования. Представлены реализация модуля в среде программирования Visual Studio и алгоритм разработки на основе предметно-ориентированного языка. Также в работе представлена архитектура модуля, разработанная на основе объектно-ориентированного подхода. Выполнено сравнение рассмотренных подходов. Подход на основе DSL позволит легко добавить новые форматы представления деталей в модуль конвертации за счет небольшого изменения DSL. При использовании ООП потребуется переписывать алгоритмы, позволяющие выполнить преобразования из одного формата в другой.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):48-62
![]() | ![]() |
НОВАЯ МОДЕЛЬ РОЗНИЧНОГО РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ: ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ
Аннотация
Цена энергетических ресурсов во всех странах мира является ключевым индикатором экономики. Процесс ценообразования на энергию сложный и зависит от множества факторов, в том числе и от модели организации отрасли. Любые изменения формы отношений в отрасли отражаются на цене для конечных потребителей. Реформа энергетики в РФ предполагала, что цены на энергию должны постоянно снижаться, так как между производителями будет конкуренция. На практике рост цен сохранился, причем для отдельных категорий потребителей розничного рынка наблюдается его высокий темп. В 2016 году Минэнерго представило основные направления реформирования розничного рынка энергии. Предлагаемые изменения будут иметь серьезные последствия для экономики региона, которые будут выражены в резком росте цен на энергию для отдельных групп потребителей. В статье приведен расчет изменения стоимости энергии для различных групп при изменении действующей модели розничного рынка энергии. Негативные последствия коснутся в первую очередь социально незащищенных групп потребителей, таких как население. Предлагаемая модель рынка позволит достичь намеченных целей и оживить рынок, но в то же время приведет к очень большой проблеме для гарантирующих поставщиков, которая обусловлена перекрестным субсидированием и государственным регулированием тарифов для населения. Основными выгодополучателями от реализации новой модели станут отдельные участники экономики, в основном небольшие промышленные и непромышленные потребители, которые значительно смогут снизить свои затраты на энергоснабжение. Именно на эти группы потребителей сегодня падает основная нагрузка выпадающих доходов от перекрестного субсидирования.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):63-78
![]() | ![]() |
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ «СИНТЕЗ АВТОМАТА-РАСПОЗНАВАТЕЛЯ КОДА»
Аннотация
Одной из «учебно-ёмких» задач дискретной математики является задача синтеза конечного автомата, например автомата-распознавателя. В ней аккумулируются практически все темы: теория множеств, элементы общей алгебры, комбинаторика, теория графов, кодирование. Эта задача может использоваться в качестве комплексной при оценке знаний, умений и владений. Она хороша ещё и тем, что легко сформировать достаточное количество вариантов, что позволяет предложить каждому студенту свой вариант. Варианты хорошо масштабируются, причём уменьшение длины распознаваемой последовательности создаёт условия для решения задачи в рамках 15-минутной контрольной работы, а при увеличении - сложность достаточна для курсовой работы. Кроме того, результаты решения могут быть использованы в дисциплине «Схемотехника», изучаемой в том же семестре. Описывается методика синтеза и моделирования синхронного автомата-распознавателя заданной последовательности с повторяющимися символами для курсовой работы по дисциплине «Схемотехника» на основе схем-шаблонов, как продолжения лабораторного занятия. Показывается, что в шаблоне блок формирования кода клавиши может быть реализован на базе кодера, а логика переходов и выходов - на основе дешифраторов. Выполняется моделирование в системе схемотехнического моделирования NI Multisim 10 фирмы National Instruments Electronics Workbench Group. Делается вывод о целесообразности использования предложенного подхода для простой последовательности в лабораторных работах и усложнённых версий синхронного автомата во время курсовой работы студентов. Предлагаемая методика может обеспечить масштабирование заданий и времени их выполнения (контроля), что вносит существенный вклад в дело повышения качества подготовки отечественных специалистов в области электронной компонентной базы.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):79-90
![]() | ![]() |
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Аннотация
В задачах перспективного планирования качества продукции машиностроительной отрасли при ее проектировании большое значение имеет определение ключевых параметров, влияющих на уровень качества изделий и их техническое состояние в процессе эксплуатации. Поэтому важной проблемой управления качеством изделий машиностроения является идентификация информационной модели формирования качества как динамической модели. Рост производства высокотехнологичной продукции с постоянно обновляемым модельным рядом требует организации последовательно-параллельного выполнения этапов подготовки производства, позволяющего повысить эффективность процессов проектирования. В связи с развитием технологического прогресса актуальной является задача разработки информационного сопровождения процессов управления качеством, позволяющего выполнять оперативную работу по устранению и предупреждению дефектов, определять состояние системы управления качеством проектирования изделий в любой момент времени. Проблемам идентификации динамических моделей управления посвящены работы следующих ученых: M.A. Arbib, R.E. Kalman, P. Falb, Н.П. Бусленко, В. Стрейц, В.В. Андреев, Е.В. Тесленко и др. Эти проблемы достаточно изучены, однако современные высокие требования к качеству выпускаемой продукции ставят задачу развития существующих исследований ученых применительно к области управления качеством изделий. В статье описано множество параметров, характеризующих уровень качества изделий в определенные моменты времени, приведена схема управления процессом формирования параметров качества изделий машиностроения, предложена теоретико-множественная модель, описывающая поведение динамической системы управления качеством при проектировании изделий машиностроения. Сформулированы утверждения и описаны доказательства правильности этих утверждений. Предложенная динамическая модель предназначена для принятия конструкторских решений при проектировании новых изделий и внесении изменений в конструкцию уже выпускаемой продукции.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):91-104
![]() | ![]() |
СБОР И ХРАНЕНИЕ ДАННЫХ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТА
Аннотация
Одним из важных измерений являются измерения температуры. В настоящее время существует достаточное количество автоматизированных систем контроля температуры. Многие из существующих систем предназначены для применения в узкой предметной области, не имеют инструментов гибкой настройки, не предполагают интеграции с информационной системой для хранения данных о произведенных измерениях и условиях работы. К тому же большая часть таких систем разрабатывается за рубежом, что накладывает серьезные ограничения в части информационной и технологической безопасности на их использование в отдельных областях. Цель работы - создание автоматизированной системы для сбора и хранения данных от датчика контроля температуры объекта. Реализация сбора данных была выполнена в соответствии со стандартом CAN 2.0. По протоколу информационно-логического обмена по интерфейсу USART был осуществлен обмен данными между датчиком контроля температуры объекта и автоматизированной системы со скоростью 250 кбит/с. Автоматизированная система для сбора и хранения данных разработана в среде визуального программирования Embarcadero RAD Studio XE7. Работа со стандартом CAN 2.0 осуществляется с помощью библиотеки USBCAN2.dll. В ходе работы проанализированы автоматизированные системы контроля температуры объектов и выделены их достоинства и недостатки. В статье подробно описаны технические аспекты реализации системы сбора и передачи данных датчика контроля нагрева объекта по интерфейсу CAN 2.0, а также хранения данных в информационной системе. Предложенные технические решения для сбора и хранения данных позволяют разрабатывать автоматизированные системы контроля температуры объекта и получать информацию о текущем состоянии объекта.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):105-120
![]() | ![]() |
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ УПРАВЛЯЕМОМ ВКЛЮЧЕНИИ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ
Аннотация
В данной статье сделан обзор традиционных способов снижения бросков тока при включении батареи конденсаторов. Выявлены основные недостатки представленных способов и предложен альтернативный метод - управляемая коммутация. Рассмотренный метод управляемой коммутации позволяет значительно уменьшить амплитуду бросков тока при включении конденсаторной батареи за счет последовательной пофазной коммутации фаз выключателя по заданному алгоритму при переходе синусоиды тока через ноль. На базе модели электрической сети 6(10) кВ системы электроснабжения, разработанной в программном комплексе MatLab/Simulink, которая включает в себя источник бесконечной мощности, линию с распределенными и сосредоточенными параметрами, вакуумный выключатель и реактивную нагрузку в виде конденсаторной батареи, носящую емкостной характер, подобран алгоритм управляемого включения конденсаторной батареи. При подобранном алгоритме броски тока не превышают двух крат от номинального тока. Данный алгоритм предназначен для сетей низкого класса напряжения. Для таких сетей распространено использование режима с изолированной нейтралью, соответственно подобранный алгоритм имеет свои особенности при коммутации батареи конденсаторов. Рассмотрено влияние различных факторов на величину бросков тока, таких как напряжение сети, мощность нагрузки и параметры кабельной линии. Представленные факторы оказывают не столь значительные изменения бросков тока и не всегда могут быть применимы с точки зрения экономических соображений. Основным фактором, оказывающим влияние на амплитуду бросков тока при включении конденсаторной батареи, является остаточный заряд на конденсаторе, который служит причиной изменения алгоритма.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):121-133
![]() | ![]() |
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА БИООЧИСТКИ С КУСОЧНО-ПОСТОЯННЫМ ЧАСОВЫМ РАСХОДОМ СТОЧНЫХ ВОД
Аннотация
Очистка сточных вод - одна из приоритетных задач рационального природопользования. Концентрации загрязняющих веществ и патогенных организмов в сточных водах значительно увеличились за последние десятилетия. В результате существующие методы очистки сточных вод не всегда могут обеспечить необходимую степень очистки. Поддержание постоянного значения объемной скорости подачи сточных вод, как правило, требует значительных финансовых затрат на строительство и содержание специальных резервуаров. В работе предложено дальнейшее развитие компартментальной математической модели процесса биологической очистки сточных вод для случая кусочно-постоянного в течение суток значения часового расхода сточных вод. Разработанная модель представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений, которая учитывает динамику концентраций двух типов субстрата, микроорганизмов активного ила и кислорода. Для описания переключения процессов окисления с органики на аммоний и конкуренции за кислород использованы пороговые функции. Насыщение микроорганизмов активного ила субстратами и кислородом учтено с помощью функции Моно. Предложены оригинальные формулы для нахождения значений входных модельных концентраций. Для компьютерного моделирования на языке программирования Python был написан программный комплекс. Параметрическая идентификация проведена в два этапа. Сначала методом сканирования найдены значения параметров, обеспечивающие минимум критерию оптимальности, затем значения параметров были дополнительно уточнены. Результаты компьютерного моделирования, графики динамики модельных концентраций и их значения на выходе из компартментов показывают адекватность разработанной модели процессу биоочистки воды. Предложенные формулы и уравнения для нахождения соответственно входных и выходных значений модельных концентраций, разделение аэротенка на компартменты обеспечивают возможность нахождения значений модельных концентраций на выходе из компартментов аэротенка в любой момент времени, что необходимо для решения задач прогнозирования и оптимального управления.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):134-149
![]() | ![]() |
АНАЛИЗ ТЕПЛОЭФФЕКТИВНОСТИ СТЕНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Аннотация
Рассмотрена стеновая конструкция, построенная по технологии несъемной опалубки. Исследуется стена, состоящая из опалубки, бетона и слоя утеплителя. Сама опалубка нужна для формообразования бетонной смеси. Данная технология означает, что опалубка после заливки бетона остается как часть готовой конструкции и может выполнять функции утепления, шумоизоляции и т.п. Целью работы являются анализ теплоэффективности различных материалов такой стены, а также оценка влияния некоторых ее элементов на теплопроводность. При решении такой задачи были использованы методы моделирования и последующий анализ. Для моделирования применена многофункциональная компьютерная программа ANSYS, предназначенная для решения задач механики, теплопередачи, электродинамики и других сфер науки. Программа основана на методе конечных элементов. В экспериментальной части работы были сравнены два материала опалубки, это опилкобетон и гиперпрессованный кирпич. Проведены сравнения теплоизолирующих свойств трех различных утеплителей: минеральной ваты, экструдированного пенополистирола и засыпного утеплителя - керамзита. Затем рассмотрено влияние на теплопроводность поперечных перегородок опалубки, сделанных из разных материалов. Также была предпринята попытка уменьшить тепловые потери в стене за счет определенного расположения элементов. В результате работы получены температурные поля, построены температурные графики и диаграммы, посчитаны тепловые потоки, проходящие через конструкции различной конфигурации, сделаны выводы о том, как влияет тот или иной материал или часть стены на теплопроводность. Результаты данной работы могут быть полезны при проектировании более теплоэффективных конструкций.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):150-160
![]() | ![]() |
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ УПРАВЛЯЕМОМ ВКЛЮЧЕНИИ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Аннотация
Предложен метод управляемой коммутации для сетей 6-10 кВ в связи с неэффективностью и неэкономичностью традиционных способов снижения бросков тока в силовом трансформаторе. Подключение к питающей сети силового трансформатора может сопровождаться возникновением переходного процесса, при котором образуются броски токов, превышающие по величине в несколько раз номинальные токи трансформатора и в несколько сотен раз токи его холостого хода. Описаны причины возникновения переходных процессов, а также влияние бросков тока на оборудование и используемые способы их снижения. Приведен принцип управляемого включения и рассмотрены преимущества и особенности управляемой коммутации. Рассмотренный метод управляемой коммутации позволяет значительно уменьшить амплитуду бросков тока при включении силового трансформатора за счет последовательной пофазной коммутации фаз выключателя по заданному алгоритму при переходе синусоиды тока через ноль. На базе модели электрической сети 6(10) кВ системы электроснабжения подобран алгоритм управляемого включения трансформатора, при котором броски тока не превышают номинального тока трансформатора. Модель разработана в программном комплексе MatLab/Simulink, который включает в себя трехфазный источник питания, две кабельные линии, вакуумный выключатель и реактивную нагрузку в виде силового трансформатора, носящую индуктивный характер. Данный алгоритм подобран для сетей низкого класса напряжения. Для таких сетей распространено использование режима с изолированной нейтралью, соответственно подобранный алгоритм имеет свои особенности. Рассмотрено влияние различных факторов на величину бросков тока, таких как напряжение сети, мощность нагрузки, длина и сечение кабельной линии, количество предпробоев в выключателе, а также наиболее важный фактор - остаточный магнитный поток.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):161-177
![]() | ![]() |
МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ В СРЕДЕ MATLAB/SIMULINK ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ
Аннотация
Объектом исследования в данной статье является математическая модель синхронного генератора. Целью данной статьи является совершенствование математической модели синхронного генератора, описанной уравнениями Парка-Горева для электрической идеализированной машины. Основными используемыми методами в данной статье являются методы расчета индуктивностей синхронной машины по известным соотношениям. Полученные индуктивности корректируются на каждом шаге расчета при построении кривых переходных процессов согласно изменению тока намагничивания. Исходными данными здесь является зависимость, получившаяся с помощью аппроксимации опытных данных характеристики холостого хода. В процессе моделирования сравнивались две модели синхронного генератора, одна - на основе уравнений Парка-Горева для идеализированной электрической машины, другая - аналогичная, но с добавлением предложенного узла насыщения магнитной цепи. Модель синхронного генератора построена в среде имитационного моделирования MatLab/Simulink. Полученные результаты моделирования показывают расхождение между полученными кривыми переходных процессов как в статических, так и динамических режимах, что коррелируются с теоретическими сведениями. Предложенная модель может быть полезна при анализе работы системы автоматического управления синхронного генератора для получения кривых переходных процессов, приближенных к реальным экспериментальным данным.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):178-191
![]() | ![]() |
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛИС
Аннотация
Вычисление, или, как принято говорить, реализация логических функций со времени изобретения электромагнитного реле в середине ХIХ в. является одной из важнейших задач, решаемых цифровой аппаратурой. Эта своего рода макрореализация бинарной логики, включавшая как вариант и использование в ряде случаев даже электровакуумных ламп в ключевом режиме, была почти полностью замещена микрореализацией - после изобретения транзисторов в конце 40-х гг. ХХ в. Затем появились интегральные микросхемы (ИМС) малой степени интеграции, что позволило строить схемы на «жёсткой» логике. Однако уже в 60-е гг. ХХ в. появляются ИМС средней степени интеграции, например, мультиплексоры (MS), дешифраторы (DC), что обусловило появление понятия «универсальный логический модуль». Разработка ИМС оперативной памяти (ОЗУ), перепрограммируемой постоянной памяти (ППЗУ), программируемых логических матриц (ПЛМ) в 70-е гг. ХХ в. создало условия для появления больших интегральных схем БИС и «гибкой» логики, изменяемой пользователем не в заводских условиях. Поэтому создание в конце 80-х гг. ХХ в. программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) было логичным продолжением этого «гибкого» направления цифровой схемотехники. ПЛИС типа FPGA (field-programmable gate array) используют так называемый LUT (Look up Table) - генератор логических функций, выполненный в виде дерева передающих МОП транзисторов для реализации мультиплексора-селектора (постоянной памяти разрядностью один бит с n адресными входами), настраиваемого по входам данных на вычисление только одной логической функции для данной конфигурации. Авторами разработаны и исследованы новые логические элементы, улучшающие их характеристики. Предложены элементы, реализующие системы логических функций, элементы, обладающие отказо- и сбоеустойчивостью. В статье анализируются результаты моделирования и оптимизации этих элементов в системе схемотехнического моделирования NI Multisim 10 firm National Instruments Electronics Workbench Group по энергопотреблению и задержке. Делается вывод о возможности их применения в ПЛИС.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(24):192-208
![]() | ![]() |