Preview

Вопросы радиоэлектроники

Расширенный поиск
№ 5 (2018)
Скачать выпуск PDF

СТРУКТУРА ЭВМ И ПРОГРАММНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

7-16 52
Аннотация
Одно из направлений повышения производительности вычислительных систем связано с созданием платформ с гетерогенной архитектурой, позволяющих более эффективно задействовать вычислительные ресурсы традиционных процессоров, графических ускорителей и сопроцессоров на базе ПЛИС для выполнения задач, требующих массивно-параллельных вычислений. Создание проблемно-ориентированных решений, позволяющих пользователю конфигурировать вычислительную технику под решение конкретной прикладной задачи и с возможностью быстро и с невысокими затратами перенастроить систему на другой тип задачи, является актуальной проблемой. В статье представлено описание отечественной вычислительной платформы, способной одновременно задействовать модули с разными архитектурами в различных конфигурациях для решения общей задачи. С целью реализации совместного взаимодействия вычислительных ресурсов различной архитектуры и оценки перспектив дальнейшего применения платформы в ресурсоемких прикладных задачах в статье представлено описание и результаты работы имитационного программного обеспечения, направленного на решение задач в области гидроакустики и радиолокации.
17-23 58
Аннотация
В основу работы загоризонтных радиолокационных станций положен скачковый механизм распространения радиоволн коротковолнового диапазона, который предполагает адаптацию аппаратуры к непрерывно меняющимся геофизическим и помеховым условиям. Обзор зоны ответственности станции, как правило, осуществляется последовательно на ряде частот. Для оценки вероятности правильного обнаружения воздушных объектов и других характеристик загоризонтных радиолокационных станций используется комплексный испытательный моделирующий стенд и алгоритм оценки текущих боевых возможностей. Комплексный испытательный моделирующий стенд для проверки и подтверждения соответствия достигнутых характеристик станции имитирует различные варианты воздушной обстановки в зоне обзора РЛС. Предлагается использовать технологию получения параметров трасс рейсовых воздушных судов, которые оснащены аппаратурой зависимого наблюдения, сравнивать их в автоматическом режиме с параметрами окончательно обнаруженной трассы станции и оценивать характеристики загоризонтных РЛС в реальных гелио- и геофизических условиях. Таким образом, аппаратно-программный комплекс для испытаний загоризонтных станций по рейсовым воздушным объектам с использованием метода автоматического пассивного обзора воздушного пространства, в том числе за пределами территории РФ, позволит оценить их тактико-технические характеристики в автоматическом режиме в реальных условиях применения.
24-31 59
Аннотация
В статье приводятся материалы по методам проектирования защищенных высокопроизводительных гетерогенных вычислительных платформ (ВГВП) на основе магистрально-модульной архитектуры по стандарту CompactPCI Serial. Приведен обзор развития технологий производства процессоров Intel архитектуры x86, обзор распространенных видеоинтерфейсов. Определены требования к проектируемым гетерогенным аппаратно-вычислительным платформам для решения задач обработки видеоизображений путем организации параллельно-конвейерной обработки цифровых видеоизображений на базе модулей графических процессоров (GPU), модулей ПЛИС (FPGA) и модулей центрального процессора (CPU). Показано, что реализация алгоритмов линейной фильтрации на ПЛИС позволяет выполнить обработку изображений до 10 раз быстрее, чем с применением модулей GPU и тем более модулей CPU. Произведена оценка максимальной потребляемой мощности и производительности ВГВП с кондуктивным охлаждением.
32-41 38
Аннотация
В статье приводятся материалы по наиболее распространенным промышленным стандартам проектирования компонентов и гетерогенных аппаратно-вычислительных платформ (АВП) четырех архитектур, определяющих требования и методы соединения основных компонентов платформы между собой. Детально рассмотрен новый предложенный метод проектирования защищенных аппаратно-вычислительных платформ стековой архитектуры на основе новой спецификации StackPC. Описаны основные преимущества и области применения нового подхода, новые функциональные возможности, которые стали доступны для систем стековой архитектуры благодаря внедрению в стандарт нового высокоскоростного стекового разъема расширения StackPC-FPE, разъема питания и определения расширения стека в одном направлении (вверх от процессорного модуля). Определены тенденции развития стандарта. Приведено сравнение нового метода с уже существующими распространенными методами. Показано, что реализация предложенного метода позволяет проектировать новые современные АВП с сохранением требуемых показателей стойкости к внешним воздействующим факторам, а также повысить технологичность, производительность и расширить функциональные возможности.
42-46 36
Аннотация
В статье рассматриваются возможности повышения быстродействия при решении определенного класса задач с помощью многоцелевой вычислительной платформы (МВП), созданной в НИИВК им. М. А. Карцева. В качестве таких возможностей рассматриваются видеокарты и оптический модуль EnLight256, габариты которого позволяют включить его в состав МВП. В качестве примера использования видеокарт для повышения быстродействия реализации алгоритмов рассматривается алгоритм нахождения кратчайших покрытий булевых матриц и дальнейшее использование результатов работы этого алгоритма для нахождения минимальных форм слабоопределенных булевых функций. В статье показано, что применение видеокарты для рассматриваемого класса задач позволяет получить выигрыш во времени в несколько раз. Оптический модуль EnLight256, разработанный израильской фирмой Lenslet, в настоящее время является единственным оптическим процессором, выпускаемым серийно, который можно приобрести. Модуль снабжен ПО и совместим с современными электронными модулями. В статье перечисляются преимущества оптических модулей по сравнению с электронными и основные характеристики указанного выше модуля. Кроме того, указаны возможные области применения этого модуля как в мирных целях, так и в военных.
47-53 38
Аннотация
В работе решаются задачи управления справочником в системах поддержания когерентности в многопроцессорных системах с большим числом процессоров. В микропроцессорных системах с большим числом процессоров (МСБЧП) значительно усложняется проблема поддержания когерентности (согласованности) кэшей процессоров. Это происходит из-за увеличения трафика на шинах памяти и повышенной сложности межпроцессорных связей. Эта проблема решается различными способами. В данной работе предлагается применение фильтров Блума, используемых для ускорения определения принадлежности элемента к некоторому массиву. В данной статье такие фильтры применяются для установки факта принадлежности процессора к некоторому подмножеству процессоров и определения наличия запрашиваемой процессором строки кэша в наборе. В работе подробно рассмотрены процессы записи и чтения информации в разделенных между процессорами данных, а также процесс вытеснения данных из частных кэшей. В статье показано также, каким образом удаляются из фильтров Блума адреса строк кэшей и номера процессоров. Предлагаемая в работе система позволяет существенно ускорить выполнение операций по поддержанию когерентности кэшей в МСБЧП по сравнению с обычными системами. По производительности и дополнительным аппаратно-программным затратам предлагаемая система не уступает наиболее эффективным из аналогичных систем, а на некоторых приложениях и заметно превосходит их.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

54-58 51
Аннотация
В статье рассматривается возможность построения непрерывных отображений и подсчет степени отображения применительно к прогнозу землетрясений. В начале статьи дается определение степени отображения. Затем идет описание нескольких подходов к построению возможных векторных полей. Предполагается, что неподвижной точкой данных векторных полей будет разрушительное землетрясение. В первом подходе рассматриваемые векторные поля описывают геологическое поведение Земли, а именно ее движение и плоскости разрыва в эпицентрах землетрясений. Во втором подходе связывают форшоки, то есть землетрясения, предшествующие крупному разрушительному событию. В конце статьи приведены примеры удачного и неудачного применения одного из подходов. Исследование проводилось с учетом данных о землетрясениях, взятых из каталога NEIC (National Earthquake Information Center).
59-62 51
Аннотация
В статье предлагаются вычислительные методы решения дифференциальных уравнений и систем двух дифференциальных уравнений с начальными условиями. В начале статьи дается постановка задачи, затем предлагается существенное дополнение классических методов решения задачи Коши, дающее новый признак правильности оценки функции-решения. Данный признак базируется на геометрическом построении решения нескольких задач Коши, отличающихся между собой только начальными условиями. В статье приводится алгоритм построения решения на исследуемом интервале. После этого описывается возможность обобщения признака на системы двух дифференциальных уравнений, когда решением будет уже не просто функция, а функция в пространстве. Сами методы обладают свойством естественного параллелизма, то есть легко распараллеливаются, следовательно, могут эффективно задействовать многопроцессорные компьютеры.

ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

63-69 57
Аннотация
Создание совокупности аппаратных средств вычислительной техники, связанных общностью управления и использования общесистемных ресурсов и программного обеспечения, для обработки гидроакустической информации является актуальной задачей. Это связано с дальнейшим совершенствованием характеристик вновь разрабатываемых морских аппаратов и систем. В статье рассматриваются вопросы использования элементов высокоскоростной гетерогенной вычислительной платформы «ГРИФОН» при построении специализированных вычислительных систем и реализации алгоритмов обработки гидроакустической информации. Обсуждаются потенциальные возможности аппаратуры, демонстрирующие перспективы создания вычислителей на базе аппаратной платформы «ГРИФОН» с высокими параметрами и минимальными массогабаритными характеристиками. В статье предложены варианты алгоритмов, специально предназначенных для повышения эффективности статистической обработки с учетом влияния среды распространения звука. Приведены сравнительные характеристики и возможности платформы «ГРИФОН» для создания различных спецвычислителей, как для стационарных, так и для мобильных, в том числе автономных, гидроакустических вычислительных комплексов и систем.

ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

70-73 40
Аннотация
В статье рассматривается задача планирования работ при выполнении проекта, где можно выделить несколько этапов. Допускаются зависимые этапы, выполнение которых возможно только после успешного завершения конкретного этапа или группы этапов. Предлагается подход для получения максимального среднего дохода при планировании на рассматриваемом периоде, положительный или отрицательный доход связаны с выполнением или невыполнением определенных стадий проекта. Основой подхода являются метод динамического программирования и теория марковских цепей. Описываются все переменные поставленной задачи, даются необходимые формулы и уравнения для численных расчетов на основе рекуррентного соотношения Беллмана. Обработку экспертных оценок (получение переходных вероятностей цепей Маркова) предлагается производить с помощью методов Саати. Результатом решения является выбор допустимых управлений. Управления (управленческие решения) позволяют адаптироваться к различным ситуациям, которые могут возникнуть на стадиях выполнения проектов.
74-82 75
Аннотация
Техника оптического сканирования непрерывно развивается в направлении создания новых и совершенствования существующих типов сканаторов (дефлекторов), источников излучения, методов считывания, преобразования и воспроизведения информации. Вместе с тем отсутствие универсального сканатора, способного удовлетворить различные приложения, приводит к необходимости применения составного (комбинированного) сканирования, поиска наиболее эффективного сочетания сканаторов со взаимно дополняющими характеристиками с учетом их предельных значений. Целью работы является обзор типовых составных сканаторов, применяемых в системах широкого назначения, а также анализ имеющегося опыта использования составных сканато-ров. В статье рассматриваются оптические схемы современных составных сканаторов, включающие сканаторы различных принципов действия и конструктивного исполнения. Приведен анализ комбинированных устройств, в которые вошли оптико-механические, электронные, акустооптические, электрооптические сканаторы, а также микроэлектромеханические (MEMS) системы, расширяющие сферу применения средств сканирования. Рассмотрение проведено с учетом широкого набора параметров и характеристик, таких как быстродействие, разрешение, точность управления оптическим пучком, размеры сканируемого пространства и другие. Выявлены особенности и преимущества комбинированного сканирования в части динамических, точностных, спектральных, конструктивных характеристик и функциональных возможностей, а также отмечены сложности при реализации комбинированного сканирования. Среди них вопросы оптического сопряжения, динамического, алгоритмического и точностного согласования сканаторов интегрированного устройства.
83-88 43
Аннотация
Рассмотрены вопросы повышения эффективности деятельности органов государственного и муниципального управления за счет совершенствования программно-аппаратных комплексов центров обработки и хранения данных. Выделена необходимость создания сервисных служб, подключаемых динамически в интересах различных групп пользователей. Рассмотрены типовые иерархические структуры и перспективные топологии сетевой связи программно-аппаратных комплексов, обеспечивающие поддержку и обеспечение доступности сервисов. Предложена двухуровневая модель формирования сетевого сервиса на базе библиотеки программных функций или других программных компонент в сети программно-аппаратных комплексов центров обработки и хранения данных. Отличительной особенностью предложенного подхода к разработке и сопровождению библиотек прикладных функций и программных компонент является создание визуальных моделей разрабатываемого программного продукта на языке UML, которые обладают высокой семантической насыщенностью. Такой подход повышает степень информационного наполнения проектирования, позволяет уменьшить количество бумажной документации.
89-94 107
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы комплексной оценки устойчивости функционирования сложных технических систем, функционирующих в техносфере и инфосфере. Показано, что понятие киберустойчивости, включая такие его компоненты, как кибернадежность, помехоустойчивость и киберживучесть, слабо исследованы и определены. Дано формальное определение, и введена шкала с различными градациями киберживучести. На примере робототехнических комплексов в виде беспилотных летательных аппаратов рассмотрены два варианта математических моделей оценки киберживучести. Первый вариант связан с описанием функционирования дро-нов в условиях компьютерных атак без систем защиты от воздействий. Второй вариант отражает функционирование дронов в условиях воздействий при наличии системы адаптивной комбинированной кибернетической защиты. В обоих вариантах рассмотрены две стратегии - при минимальных и максимальных интенсивностях воздействий на дрон. Делается вывод о том, что предложенный в статье подход позволяет проводить оценку комплексной устойчивости сложных технических систем, функционирующих в техносфере и инфосфере одновременно.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

95-103 53
Аннотация
Статья посвящена различным аспектам создания тестового программного обеспечения для многопроцессорных вычислительных систем (платформ). Все более актуальной становится задача разработки эффективных тестовых проверок, позволяющих определить работоспособность и функциональные характеристики гетерогенных вычислительных систем. Для разработки тестов были использованы разнообразные инструментальные средства: кроссплатформенный компилятор QT 5.2, библиотека boost, технология CUDA, программный пакет MPICH2, библиотека QWT, командный процессор Bash. Проектирование тестового программного обеспечения велось с помощью шаблонов, разработанных с целью построения требуемой программной архитектуры. В статье описаны методы построения управляющей программы «тестовый диспетчер», которая предоставляет возможность запуска тестов в многопоточном режиме. Рассматриваются методы построения тестовых программ для проверки различных модулей гетерогенной многопроцессорной вычислительной платформы. Результаты проведенных приемосдаточных испытаний подтверждают высокую эффективность предложенных методов тестирования многопроцессорной вычислительной системы.
104-110 54
Аннотация
В статье дано обоснование необходимости организации системы управления современными литий-ионными аккумуляторными батареями. Описаны пассивный и активный способы балансировки ячеек. Рассмотрен метод повышения эффективности режимов накопления электрической энергии с помощью специального электронного устройства управления (интеллектуального контроллера) и ее дальнейшего использования для электропитания функциональной аппаратуры. Предоставлена структура интеллектуального контроллера в составе системы автономного электроснабжения с описанием ее основных функциональных узлов и назначения. Приведены практические результаты применения в интеллектуальном контроллере оригинальных адаптивных алгоритмов управления, определяющих режимы работы литий-ионных накопителей в зависимости от различных условий окружающей среды. Показаны результаты анализа, полученные по итогам опытной эксплуатации аккумуляторной системы, отражающие качественные и количественные преимущества предложенного метода.
111-119 41
Аннотация
Статья посвящена методике построения подсистемы функциональных тестов, предназначенных для проверки комплектации аппаратуры и измерения производительности многопроцессорной вычислительной системы (платформы). Приведены алгоритмы определения комплектации системы и измерения производительности процессоров гетерогенной вычислительной системы. Для организации взаимодействия между процессорами был выбран наиболее распространенный в параллельном программировании стандарт интерфейса обмена данными - MPI. Измерение производительности выполнялось с помощью известных тестовых наборов - Intel MPI Benchmark и HPL LINPACK, которые позволяют максимально полно оценить пропускную способность коммуникационной сети и производительность модулей центральных процессоров вычислительной платформы. Получены графики пропускной способности и производительности. Рассмотрены методы измерения скорости обмена с памятью и накопителями на магнитных дисках. Для измерения производительности графических процессоров предложена оригинальная методика, основанная на распараллеливании вычислений на несколько процессоров. Приведена общая оценка максимальной производительности гетерогенной вычислительной системы. Полученные результаты подтверждают эффективность предлагаемых методов для проверки заявленных функциональных характеристик многопроцессорных вычислительных систем.

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ЭВМ

120-126 40
Аннотация
Рассмотрены требования стандартов «Автоматизированные системы в защищенном исполнении» по ограничению преднамеренных силовых перенапряжений в сетях электропитания. Стандарты распространяются на системы, предназначенные для защиты от преднамеренных воздействий на информацию в целях ее уничтожения или искажения. Выполнение требований данных стандартов должно обеспечиваться при проектировании и эксплуатации таких систем. Задачи, решаемые разработанными устройствами в виде силовых электронных модулей, значительно повышают защищенность оборудования ответственной РЭА. Основные из этих задач: ограничение сетевых импульсных перенапряжений до допустимых уровней; ограничение выходного напряжения сети до уровня не более 1,2 от номинального значения при кратности входного напряжения 1,7; индикация и дистанционная сигнализация режимов работы модулей. Показано выполнение требований стандартов модулями, разработанными в опытно-конструкторской работе по теме «Сезам».
127-137 49
Аннотация
Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) в различных областях экономической деятельности выполняет все более сложные задачи на объектах с повышенными уровнями ответственности. Данное обстоятельство увеличивает зависимость функционирования РЭА от бесперебойности подачи электроэнергии и уровня ее качества, а также от уровня отказоустойчивости важной вспомогательной части РЭА - системы электропитания (СЭП), что существенно влияет на возможность выполнения РЭА поставленных перед ней задач. Результаты анализа существующих и поиска перспективных путей обеспечения заданного уровня безотказности РЭА, связанного с проблемами ее электропитания, показывают необходимость применения комплексного подхода к выбору наиболее эффективного варианта. Он заключается в совокупной реализации процесса, обозначенного вновь введенным термином «безотказность тракта электроснабжения (ТЭ) РЭА», объединяющего бесперебойность снабжения РЭА электроэнергией установленного уровня качества и безотказность функционирования СЭП, выполняющей преобразование исходной электроэнергии к виду и значениям ее параметров, приемлемых для электропитания функциональных узлов РЭА. Способы повышения безотказности ТЭ РЭА наземных стационарных объектов рассмотрены для двух ее характерных видов - вычислительного комплекса (ВК) и телекоммуникационной системы (ТС) с электропитанием однофазным напряжением 220 В; 50 Гц и значением потребляемой мощности до 3-5 кВА. В части повышения бесперебойности электроснабжения особенностью предлагаемых решений является достижение поставленной цели путем дополнительного использования существующих ресурсов объектов установки РЭА. В отдельных случаях предусматривается также их ограниченное увеличение. Для повышения отказоустойчивости СЭП РЭА предложены: в централизованной части СЭП - применение магистрально-модульной архитектуры, выбор эффективной структуры, а также адаптивных способов и алгоритмов управления и резервирования; в распределенной части СЭП - оптимизация структуры и минимизация количества составных частей.

ОРГАНИЗАЦИЯ. УПРАВЛЕНИЕ. ЭКОНОМИКА

138-143 62
Аннотация
Рассмотрены основные теоретические положения, определяющие роль и сущность анализа эффективности реализации результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) в производство наукоемкой продукции. Разработан инструментарий определения экономической эффективности внедрения результатов НИОКР в наукоемкое производство при реализации среднесрочных и долгосрочных проектов. Его сущность заключается в анализе эффективности по полным технологическим циклам создания наукоемкой продукции с использованием общих и дифференцированных дескриптивных экономико-статистических моделей расчета критериев ее оценки. Для обеспечения достоверности оценки эффективности предложено проводить сопоставимость разновременных затрат с учетом временного лага.

НАШИ ЮБИЛЯРЫ



ISSN 2218-5453 (Print)
ISSN 2686-7680 (Online)