Создание самоорганизующихся управляющих вычислительных комплексов для работы в экстремальных условиях в реальном времени

• Автор: Антимиров, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 262 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1 Задачи совершенствования самоорганизующихся УВКдля работы в экстремальных условиях в реальном времени

1.1 Анализ состояния и тенденции развития УВК, работающих в экстремальных условиях.

1.2 Состояние и задачи развития микроэлектронных компонентов для построения самоорганизующихся управляющих вычислительных комплексов и методологии их проектирования и изготовления
1.3 Задачи развития технического, математического и программного обеспечения УВК нового поколения

1.4 Постановка задач исследования.

Глава 2 Определение принципов построения и особенностей структурнологической реализации самоорганизующихся УВК.

2.1 Обоснование требований к построению УВК нового поколения

2.2 Целевые задачи и принципы построения УВК.

2.3 Оптимизация структурнологических решений

2.4 Исследование путей повышения производительности

2.5 Оптимизация тактовой частоты для повышения производительности
вычислительных средств
Глава 3 Обеспечение надежности самоорганизующихся УВК.
3.1 Базовые принципы обеспечения надежности УВК
3.2 Оценка наджности различных вариантов резервирования вычисли
тельных структур в условиях неопределенности характеристик потока отказов и системы контроля
3.3 Исследование вариантов резервирования магистральных связей в управляющих вычислительных комплексах
3.4 Автоматическое перераспределение задач в условиях катастрофических отказов или деградации параметров МЭК
3.5 Обеспечение работоспособности аппаратуры при радиационных воздействиях большой интенсивности.
Глава 4 Обоснование архитектуры самоорганизующихся УВК реального времени, работающих в экстремальных условиях.
4.1 Архитектура УВК нового поколения
4.2 Центральная вычислительная машина и средства взаимодействия подсистем
4.3 Архитектура подсистемы обработки данных геофизического канала.
4.4 Архитектура подсистемы оптической коррекции.
4.5 Обоснование выбора архитектуры системы спутниковой коррекции
4.6 Архитектура вычислительных средств подсистемы инерциалыюй навигации
4.7 Коммутационнопреобразовательная подсистема.
Глава 5 Разработка методов и алгоритмов управления самоорганизующихся УВК нового поколения
5.1 Разработка средств управления реального времени при неблагоприятных внешних воздействиях.
5.2 Разработка математического и программного обеспечения поддержки . надежности УВК и их самоорганизации при воздействии внешней среды
5.2.1 Разработка алгоритма оптимального распределения машин в УВК
5.2.2 Алгоритм динамического перераспределения задач в процессе работы.
5.2.3 Алгоритмы реконфигурации и восстановления
5.2.4 Восстановление при отсутствии правильно работающих машин
5.3 Повышение эффективности подсистемы коррекции по геополям
5.3.1 Облик системы коррекции.
5.3.2 Обзор известных подходов к реализации подсистемы
5.3.3 Методика и средства повышения точности подсистемы КЭН.
5.4 Разработка комплексной технологии отработки программноаппаратных средств УВК
Глава 6 Создание научной н промышленной базы проектировании специализированных МЭК и УВК, реализация и применение их в современных СУ
6.1 Создание научной и промышленной базы автоматизации проектирования и отработки СБИС и самоорганизующихся УВК для САУ нового поколения.
6.2 Пример создания робототехнического комплекса для выполнения работ в зоне радиационного загрязнения.
6.3 Особенности реализации и основные параметры самоорганизующихся вычислительных комплексов и систем управления на их основе
6.4 Значение полученных результатов для науки и практики
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


При этом можно выделить уникальную КМОП КНС технологию, позволяющую создать СБИС, сохраняющих работоспособность при больших интенсивностях ионизирующих излучений и на порядка превышающих уровень сохранения работоспособности БИС других технологий. Непосредственно на уровень надежности аппаратуры, а также на стоимость разработки и изготовления, влияет унификация конструкторскотехнологических решений для изделий микроэлектроники. Это относится как к унификации данных решений при проектировании и изготовлении СБИС, о чем говорилось ранее, так и к унификации с точки зрения использования в аппаратуре. СБИС с различной степенью интеграции. Установка в унифицированные конструкции бескорпусных микромощных универсальных и специализированных КМОП и КМОП КНС СБИС позволяет комплексно решить задачу создания функционально законченных узлов типа система на кристалле. Они обладают малыми габаритами и энергопотреблением, обеспечивая при этом большие вычислительные возможности . Необходимо отметить направление развития микроэлектроники по созданию сверхскоростных интегральных схем. Создание новых материалов группы А3В5 и гетероструктур на их основе позволяет создать полевые транзисторы с уникальными характеристиками, имеющими время переключения менее пс. Считается реально достижимым в течение ближайших лет построение цифровых интегральных схем на основе арсенида галлия ОаАБ со степенью интеграции 3И вентилей в кристалле и энергией переключения вентиля около 5 фДж. Создание СБИС на основе баАя позволит решить, в первую очередь, проблему создания устройств цифровой обработки сигналов и ускорить решение задач оптимизации корреляционноэкстремальной навигации в перспективных СУ. Вторым важным направлением использования гетероструктур является развитие оптоэлектронных устройств. Однако для полного использования преимуществ оптической связи необходимо решить проблему быстродействия цифровой части каналов обмена. В связи с этим большой эффект в части использования гетероструктур ваАБ могут дать работы по поиску решений, обеспечивающих изготовление на одной подложке в общем технологическом цикле цифровых интегральнооптических устройств с оптическим входомвыходом. Для перспективных систем большой интерес представляет развитие работ по оптоэлектронным методам обработки информации. Создание таких интегральных устройств позволит реализовать для следующего поколения СУ специализированные вычислительные устройства, не имеющие аналогов в современной аппаратуре. Создан ряд полупроводниковых интегральных схем энергонезависимых запоминающих устройств на основе обычных кремниевых структур и ведутся дальнейшие работы по их совершенствованию. Основной задачей, требующей больших затрат, является проведение комплексных работ по обеспечению их стойкости к ионизирующим излучениям. Ее успешное решение позволит создать энергонезависимые запоминающие устройства для хранения в УВК массивов, программ, таблиц, картографической информации. Как самостоятельная область функциональной микроэлектроники, развивается акустическая электроника. Наряду с активной разработкой датчиков акустоэлектронных систем в последнее время для обработки сигналов все чаще используются акустоэлектронные процессоры, которые функционально заменяют цифровые процессоры быстрого преобразования Фурье при умеренных требованиях к точности и динамическому диапазону. Повышение степени интеграции СБИС, что позволяет создать функциональнозаконченные устройства на одном кристалле. Обеспечение рационального сочетания универсальных и специализированных СБИС в том числе для аппаратурной реализации функций и процедур. Улучшение эксплуатационных характеристик СБИС, в том числе увеличение надежности, устойчивости к внешним воздействиям, снижение энергопотребления и расширение диапазона питающих напряжений. Внедрение унифицированных конструкторскотехнологических решений создания как СБИС, так и аппаратуры на их основе. Ориентация на широкое использование систем автоматизации проектирования САПР и повышение уровня автоматизации производства. Обеспечение комплексной микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры РЭА за счет изготовления СБИС в бескорпусном варианте на полиамидном носителе.