РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ КОМБИНАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА И ОЦЕНКА НАДЁЖНОСТИ ПО ВЫХОДНОМУ НАПРЯЖЕНИЮ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Рассмотрены теоретические положения алгебры логики. Отмечено, что актуальная микросхемотехника, основанная на алгебре логики, содержит в своей основе логические утверждения: истина (да) - логическая единица, ложь (нет) – логический ноль. На основе заданной логической функции: ¬(¬(ABC)׬D + ¬A׬(BCD) + ¬A׬(¬B¬C)׬D + ¬(A¬B)׬( ¬CD), реализованы лобовой, минимальный, преобразованный минимальный варианты комбинационного устройства, а также, минимизированные варианты в базисах «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ». Спроектировано комбинационное устройство на основе импортозамещающих микросхем 155, 176 серий. Сделан анализ полученных устройств с позиции технико-экономических показателей, в частности, оценка количества применяемых логических элементов, оценка симметричности структуры, как следствие, снижение энергопотребления, повышение быстродействия, улучшения параметров по надёжности функционирования, уменьшение массогабаритных характеристик. Полагая, что закон изменения информационного параметра UВЫХ1 близок к линейному [1], принимая во внимание воздействие температуры в качестве граничных значений для элементов применяемых микросхем принимая значения -60°С и +120°С соответственно, рассчитана параметрическая надёжность оптимального варианта реализации устройства по параметру выходного напряжения. Сделан вывод об обратной зависимости параметрической надёжности от роста температуры. Дана рекомендация при оценке параметрической надежности по целому ряду других информационных параметров о необходимости учёта, как количества используемых микросхем, так и вида их межсоединений.

Ключевые слова:
Комбинационное устройство, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, К155ЛА1, К155ЛА3, К176ЛА7, К176ЛА8, параметрическая надёжность
Список литературы

1. Соломатин, Н.М. Логические элементы ЭВМ / Н.М. Соломатин. – М. : Высшая школа, 1990. - 160 с.

2. Проектирование интерфейсов сбоеустойчивых микросхем / В.К. Зольников, Н.В. Мозговой, С.В. Гречаный [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, № 1. – С. 17-24. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-17-24.

3. Reconfigurable Boolean Logic in Memristive Crossbar: The Principle and Implementation / S.Y. Hu, Y. Li, L. Cheng [et al.] // IEEE Electron Device Letters. – 2018. – Vol. PP(99). – Pp. 1-1. – DOI: 10.1109/LED.2018.2886364.

4. Методы контроля надежности при разработке микросхем / К.В. Зольников, С.А. Евдокимова, Т.В. Скворцова, А.Е. Гриднев // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, № 1. – С. 39-45. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-39-45.

5. Efficient Implementation of Boolean and Full-Adder Functions With 1T1R RRAMs for Beyond Von Neumann In-Memory Computing / Z.R. Wang, Y. Li, Y.T. Su [et al.] // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2018. – Vol. PP (99). – Pp.1-8. – DOI: 10.1109/TED.2018.2866048.

6. Boolean and Sequential Logic in a One‐Memristor‐One‐Resistor (1M1R) Structure for In‐Memory Computing / Y. Zhou, Y. Li, N. Duan [et al.] // Advanced Electronic Materials. – 2018. – Vol. 4. – DOI: 10.1002/aelm.201800229.

7. Змеев, А.А. Оценки взаимосвязи между значимостью команд для реализации НСД к гипервизору через виртуальную машину на основе методов нечеткой логики / А.А. Змеев // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, № 2. – С. 33-39. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-2-33-39.

8. Easily Cascaded Memristor-CMOS Hybrid Circuit for High-Efficiency Boolean Logic Implementation / Z. Dong, D. Qi, Y. He [et al.] // International Journal of Bifurcation and Chaos. – 2018. – Vol. 28(12). – P. 1850149. – DOI: 10.1142/S0218127418501493.

9. Carlet, C. Boolean functions for cryptography and error correcting codes / C. Carlet, Y. Crama, P. Hammer // Boolean Models and Methods, Computer Science. – 2010. – Vol. 2. - P. 257. – DOI: 10.1017/CBO9780511780448.011.

10. Юрьев, Н.Ю. Анализ эксперимента по созданию токопроводящих дорожек печатных плат / Н.Ю. Юрьев, В.В. Лавлинский, Н.С. Бокарева // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, № 2. – С. 77-84. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-2-77-84.

11. Особенности проектирования базовых элементов микросхем космического назначения / В.К. Зольников, Т.В. Скворцова, И.И. Струков [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, № 3. – С. 66-70. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-3-66-70.

12. Carlet, C. A larger class of cryptographic Boolean functions via a study of the Maiorana-McFarland construction / C. Carlet // Annual International Cryptology Conference. – 2002. - P. 549. – DOI: 10.1007/3-540-45708-9_35.

13. Cryptographic Boolean Functions: One Output, Many Design Criteria / S. Picek, D. Jakobovic, J. Miller [et al.] // Applied Soft Computing. – 2015. – Vol. 40. – DOI: 10.1016/j.asoc.2015.10.066.

14. Зольников, В.К. Моделирование работоспособности микросхем на различных иерархических уровнях описания в САПР / В.К. Зольников, А.Л. Савченко, А.Ю. Кулай // Моделирование систем и процессов. – 2019. – Т. 12, № 1. – С. 30-39. - DOI: 10.12737/article_5d639c80dafac1.08243981.

15. Гречаный, С.В. Методы обеспечения стойкости к ТЗЧ для управляющей логики и статической памяти микропроцессора при проектировании / С.В. Гречаный, К.А. Чубур // Моделирование систем и процессов. – 2019. – Т. 12, № 4. – С. 17-24. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-12-4-17-24.

16. Анализ качества проектирования блоков ОЗУ в составе микропроцессорных систем с обеспечением минимальной сбоеустойчивости / В.К. Зольников, Ю.А. Чевычелов, В.В. Лавлинский [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2019. – Т. 12, № 4. – С. 47-55. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-12-4-47-55.

17. Анализ проектирования блоков RISC-процессора с учетом сбоеустойчивости / В.К. Зольников, А.С. Ягодкин, В.И. Анциферова [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2019. – Т. 12, № 4. – С. 56-65. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-12-4-56-65.

18. Построение интеллектуальных систем управления информационными процессами в условиях неопределенности / Ю.Ю. Громов, В.Е. Дидрих, И.В. Дидрих, А.Ю. Гречушкина // Моделирование систем и процессов. – 2018. – Т. 11, № 1. – С. 10-14. - DOI: 10.12737/article_5b574c7c299958.66418026.

19. Создание базиса для микросхем сбора и обработки данных / В.А. Скляр, А.В. Ачкасов, К.В. Зольников [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2018. – Т. 11, № 2. – С.66-71. - DOI: 10.12737/article_5b57795062f199.54387613.

20. Zhang, W. Improving the lower bound on the maximum nonlinearity of 1-resilient Boolean functions and designing functions satisfying all cryptographic criteria / W. Zhang, E. Pasalic // Information Sciences. – 2016. – Vol. 376. – DOI: 10.1016/j.ins.2016.10.001.

21. Схемотехнический базис и проверка микросхем на работоспособность / В.К. Зольников, С.А. Евдокимова, А.В. Фомичев [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2018. – Т. 11, № 4. – С. 25-30. - DOI: 10.12737/article_5c79642c158bc0.44957273.

22. Tang, D. Highly nonlinear boolean functions with optimal algebraic immunity and good behavior against fast algebraic attacks / D. Tang, C. Carlet, X. Tang // IACR Cryptology ePrint Archive. - 2011. - № 1. – P. 366.

23. Условия эксплуатации нового поколения микросхем специального назначения / В.К. Зольников, В.П. Крюков, А.Ю. Кулай [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2017. – Т. 10, № 1. – С. 23-26. - DOI: 10.12737/article_5926f7b17e1be3.07188434.

24. Создание схемотехнического и конструктивно-технологического базиса микросхем специального назначения / В.К. Зольников, В.П. Крюков, А.Ю. Кулай [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2017. – Т. 10, № 1. – С. 27-29. - DOI: 10.12737/article_5926f7b182b2f7.65479593.

25. Юдина, Н.Ю. Анализ факторов, оказывающих влияние на надежность структурных элементов сложных вычислительных систем / Н.Ю. Юдина, А.Н. Ковалев // Моделирование систем и процессов. – 2017. – Т. 10, № 3. – С. 86-93. - DOI: 10.12737/article_5a2928416cdb36.94937249.

26. Шагурин, И.И. Транзисторно-транзисторные логические схемы / И.И. Шагурин. - М., 1974. - 158 с.

27. Преснухин, Л.Н. Расчет элементов цифровых устройств / Л.Н. Преснухин, Н.В. Воробьев, А.А. Шишкевич. - М. : Высшая школа, 1991. - 526 с.