Облик открытого модульного нанокомпилятора (САПР НЭ) для моделирования

Облик открытого модульного нанокомпилятора (САПР НЭ) для моделирования

И сквозной разработки функциональных наносистем и управляющих информационных наносхем. Шесть логических вычислительных ядер нанокомпилятора

М.В.Степанов, Начальник отдела НТУ в ЗАО «КБ «Алмаз-37»,

Москва, [email protected], 8-903-672-8799, 8-919-059-9895, 8-499-158-7313;

М.В.Осыко, ГРАУ МО РФ

Блок-схема замкнутой нанотехнологической линии

       Нанокомпилятор для замкнутой нанотехнологической линии: нанокомпилятор (САПР НЭ) + нанофабрика (НТУ) предназначен для изготовления функциональных и управляющих систем на базе НЭ, в том числе для встраиваемых интеллектуальных распределённых управляющих информационных систем. Нанокомпилятор (САПР НЭ) разрабатывается для проектирования гибридных цифро-аналоговых наносхем и функциональных наноустройств на основе КРЭ в НЭ. Замкнутая нанотехнологическая линия (рис.1) должна обеспечить сохранение преимуществ отработанных в предыдущие периоды времени программно-алгоритмических и архитектурных решений узлов, блоков и ячеек БРЭА и вложенных в них инвестиций при переходе на нанотехнологию их изготовления в виде СнК.

Замкнутая нанотехнологическая линия позволит решить проблему экономической выгодности выпуска малых серий СнК специального назначения с большим количеством модификаций в течение жизненного цикла БРЭА. Замкнутая нанотехнологическая линия, совмещающая одновременно дизайн-центр и нанофабрику:

· позволит сохранять коммерческую и государственную тайну при проектировании и изготовлении малых серий интегральных изделий СнК специального назначения для БРЭА на основе встраиваемых интеллектуальных распределённых функциональных и управляющих информационных наносистем,

· резко снизит издержки и удешевит разработки и производства малых серий интегральных изделий с малым жизненным циклом.

 

       Замкнутая нанотехнологическая линия не будет уступать иностранным образцам (Q-BART, QCADesigner), так как, совмещает в себе их лучшие отработанные элементы, а также, отечественный опыт разработки и использования БРЭА и встраиваемых систем, исследования и моделирования наноэлементов и наносистем. 

Рис.1. Архитектура нанокомпилятора (САПР НЭ) – состав и взаимодействие модулей.

 

2. Технические требования к нанокомпилятору (САПР НЭ)

       Нанокомпилятор (САПР НЭ) для замкнутой нанотехнологической линии должен соответствовать следующим техническим требованиям:

 

Целевые нанотехнологические платформы, поддерживаемые типы

Наноструктур, поддерживаемые нанотехнологии

2.1.1. Целевые нанотехнологические платформы (НТУ, нанофабрики) – Алмаз-М, НаноФаб-100 и другие НТУ [43—54, 57, 161] с открытым интерфейсом к автоматическому компьютерному управлению нанотехнологическими операциями через сетевое подключение к управляющим компьютерам НТУ по модели «Клиент—Сервер». Управляющий компьютер НТУ – Сервер. Рабочая станция нанокомпилятора (САПР НЭ) – Клиент.

2.1.2. Поддерживаемые типы наноструктур – квантовые точки (Quantum Dot), квантовые провода (Quantum Wire), резонансно-туннельные структуры на основе субмолекулярных комплексов InAs/GaAs; AlGaAs/GaAs; Si/Ge; SiGeC; графит на алмазоподобной плёнке (углерод на углероде: C=C); графен; углеродные нанотрубки; неорганические нанотрубки; субмолекулярные комплексы на основе разложения металлорганических соединений – W(CO)₆, Cr(CO)₆, Mo(CO)₆; наноструктуры на основе вирального протеина для наномоторов и нанороботов (Viral Protein Nano Device); самособирающиеся молекулярные структуры, квантовые точки из коллоидного Au [7; 16; 26—30; 55; 89; 160].  

2.1.3. Поддерживаемые нанотехнологии – зондовое осаждение из газовой фазы (ОГФ – CVD), молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ – MBE), фокусированные ионные пучки (ФИП – FIB), плазмой индуцируемое химическое ОГФ (ПИХОГФ – PECVD), ХОГФ из металлорганических соединений (МОХОГФ – MOCVD) [55, 60].

 

Внутренняя обработка

2.4.1. Внутренняя обработка графической информации – разработка и оптимизация 2D/3D топологии и верификация библиотечных элементов на базе ШКТ (QCA) для цифровых наносхем, а также, разработка и оптимизация 2D/3D топологий функциональных наноэлементов – ИНД, ИМГДНГ, 2D ГК, широкополосных фотоприёмников, наногироскопов и т.п.

2.4.2. Внутренняя обработка текстовой информации – лексический, синтаксический и семантический анализаторы текстовых поведенческих HDL-описаний на алгоритмических языках высокого уровня VHDL, Verilog, SystemVerilog, SystemC, C, C++, включая синтезабельные IP-ядра, с целью верификации исходных текстов и генерации регистрового RTL-описания проектируемых цифровых наносхем и, далее, разработки и оптимизации 2D/3D топологий наносхем на основе верифицированных библиотечных НЭ, на базе ШКТ (QCA) [61, 62].

2.4.3. Внутренняя обработка параметрической информации – используется для установки и изменения режимов обработки текстовой и графической информации.

 

Q - BART, QCADesigner

2.6.1. Поддерживаемые стандарты – там, где это имеет физический смысл для НЭ с КРЭ требований группы стандартов SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International, www.semi.org), принятого ASTM International (www.astm.org) для технологического оборудования и микроэлектронной технологии производства КМОП-СБИС на основе структур «металл-оксид-полупроводник». Группа стандартов SEMI определяет описание всех этапов технологических процессов и их представлений для оператора. Особенно важно оформление по SEMI стандартных форм технологических маршрутных карт, которые полностью определяют технологию производства и тестирования изделий от пластины Si, до готовой микроэлектронной СБИС в корпусе и упаковке.  

2.6.2. Прототипы-нанокомпиляторы (QUNDRANT: проект ESPRIT #23362) [11—25; 90; 98—133] –

· Q-BART: Quantum Based Architecture Rules Tool, разработка MentorGraphics (www.cse.nd.edu/~cse_proj/qca_design/papers/dacPaper.pdf, www.nd.edu/~qcahome/, www.mentor.com).

· QCADesigner, разработка Университета Калгари (Канада) при поддержке Synopsys (www.synopsys.com, www.nd.edu/~qcahome/, www.qcadesigner.ca/).

 

Требования к языкам и стилям кроссплатформенного программирования для создания и отладки переносимых исходных тексов нанокомпилятора

2.9.1. Исходные тексты (коды) нанокомпилятора – на K&R C (Си в стиле Браяна Кернигана и Дениса Ритчи – авторов языка Си: K & R C – классический Си 1971 года для разработки операционной системы UNIX установленной на легендарном массовом миникомпьютере PDP -11, корпорации DEC – советский клон: СМ-4), ANSI C, C99, вместе с используемыми ресурсами (изображения, пиктограммы, звуковые и видеофайлы, таблицы строк, и т.п.) [134—148].

2.9.2. Для привлекаемых вторично используемых 2D/3D математических моделей топологий наноэлементов и блоков функциональных наносистем и управляющих информационных наносхем на основе ШКТ (QCA) в виде уравнений и алгоритмов расчета допускается использование фрагментов исходных текстов (кодов) не только на K&R C, но и на Fortran, C++.

 

Требования к ОС, ЛВС, оборудованию рабочих мест

2.10.1. Операционные системы (ОС) рабочих станций (ПЭВМ) – Microsoft Windows XP/Vista; Mac OS X, Linux Fedora Core, Linux Debain, FreeBSD – ОС с открытым исходным кодом и компилятором GCC, поддерживаемые открытой библиотекой виджитов GTK + [134—148].

2.10.2. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – Ethernet 100 MB/s, протокол TCP/IP, возможность использования модели сетевого взаимодействия «Клиент—Сервер» на основе соккетов (Microsoft Windows XP/Vista, Mac OS X, Linux/UNIX), асинхронных именованных каналов (Microsoft Windows XP/Vista), туннелей (Linux/UNIX) [134—148].

2.10.3. Рабочие станции ЛВС дизайн-центра носителя нанокомпилятора (САПР НЭ) – ПЭВМ на основе процессоров с системой команд x86 (Intel, AMD, VIA), PowerPC. Желательно наличие в ЛВС дизайн-центра масштабируемого многопроцессорного кластера СуперЭВМ типа российско-белорусской T-Platforms (www.t-platforms.ru) или МВК-1000 разработки ОАО «НИИ Вычислительных комплексов им. М.А.Карцева»  (НИИВК, www.niivk.ru, www.nanotech.ru/nan).  

О квантовом компьютере как спецвычислителе (сопроцессоре) и проблеме сохранения инвестиций в программное обеспечение и схемотехнику аппаратуры реальных систем реальных потребителей вычислительных услуг

       Проблема квантового компьютера и квантовых вычислений с большим энтузиазмом исследуется последние 15—20 лет [67—72]. Благожелательный анализ многочисленных публикаций ведущих научных школ в области квантовых вычислений, показывает, что речь идет об узкоспециализированных вычислителях или сопроцессорах, способных на основе проявления квантовых свойств материи максимально (физически предельно) быстро решать узкий класс вычислительных задач с комбинаторной сложностью. Квантовые свойства материи, с помощью которых реализуются квантовые биты – кубиты, проявляются в специальном устройстве – квантовом регистре (КР). Физическая реализация КР достаточно хорошо отработана.

· В криогенной вакуумной камере магнитные ловушки удерживают цепочку ионов Ca ⁺ (до 10 штук) охлаждённых примерно до температуры абсолютного нуля T ≈0 K с помощью лазерного торможения. Дорогие серийные электронные микроскопы устроены сложнее такого КР. Кстати, при чём тут нанотехнология? Криогенная и вакуумная техника, магнитные линзы и ловушки, лазерное охлаждение – это всё макроскопические устройства, некоторые применялись в старых кинескопных телевизорах, и к нанотехнологии они прямого отношения не имеют.

· Разрабатываются варианты твёрдотельной реализации КР на основе микроэлектроники и наноэлектроники. Цепочки локализованных ионов P ⁺ в матрице монокристалла Si. Это технологически сложнее, но ближе к реальным жестким условиям применения спецвычислителей.

 

       Расстояние между ионами в цепочке поддерживается такое, чтобы образовывалась суперпозиция квантовых состояний всех ионов. Для N ионов в КР количество квантовых состояний в суперпозиции равно 2^N. Чем больше N, тем больше комбинаторная размерность решаемых задач. Это очень привлекательно для криптоанализа, задач коммивояжера, «раскраски карты», «упаковки ранца», разработки оптимальной топологии и других задач с комбинаторной сложностью.

       Для загрузки исходной информации в КР и считывания полученного решения необходим обычный универсальный хост-компьютер – ПЭВМ. Без хост-компьютера никак не получается обеспечить работу квантового компьютера. Вероятно, ещё несколько обычных встроенных компьютеров должны управлять технологическими системами поддержания уровня вакуума, конфигурации магнитного поля, лазерного охлаждения для того, чтобы не допустить декогеренитизации – разрушения когерентного состояния КР. Это когерентное состояние КР разрушается от соприкосновения с внешней средой, поэтому необходим сверхглубокий вакуум и сверхглубокое охлаждение. Но соприкосновения с внешней средой полностью не избежать, ведь волновые функции ионов КР нелокальны – полностью их локализовать принципиально невозможно. Предотвратить декогеренитизацию можно на некоторое время, за которое и проводятся квантовые вычисления.

       Принципиальные выводы следующие.

1. Квантовый компьютер не может работать без обычных вспомогательных универсальных хост-компьютеров, и уже в силу этого не может рассматриваться как альтернатива современным традиционным универсальным компьютерам.

2. Квантовый компьютер суть узкоспециализированный спецвычислитель – сопроцессор или ускоритель специальных вычислений, архитектура и внутренние принципы функционирования которого оптимизированы под строго определённый крайне узкий класс вычислительных задач. Это задачи криптоанализа и задачи с комбинаторной сложностью.

       Итак, квантовый компьютер не является универсальным компьютером и не может заменить универсальный компьютер. Можно ли представить себе разработку варианта операционной системы Linux/UNIX, Mac OS X, Microsoft Windows NT/XP/Vista для КР? Может быть и можно, только зачем это нужно? Хватит и драйвера для интерфейса ядра ОС универсального хост-компьютера с сопроцессором – КР. Компьютерная индустрия в целом очень консервативна. Архитектуры вычислителей, схемотехнические решения и связанное с ними программное обеспечение, порядок применения больших техногенных систем, для которых создаются эти вычислители, разрабатываются годами, а используются десятилетиями. В этот процесс уже вложены огромные инвестиции и труд миллионов квалифицированных специалистов, которые никто не позволит выбросить просто потому, что возник новый узкоспециализированный сопроцессор с новыми физическими принципами организации вычислительного процесса. Этот новый сопроцессор должен встроиться в имеющийся технологический поток или найти свою оптимальную нишу, что вероятнее.

       Историческим идейным предшественником квантового компьютера был, вероятно, оптический компьютер [162—167]. Амбициозные проекты универсальных оптических компьютеров с высокопараллельной 3D/4D оптической обработкой информации, представляемой 2D транспарантами – пространственно-временными модуляторами света (ПВМС), голографической памятью, оптическими резонаторами и фотонными транзисторами (трансфазерами) свелись к нескольким типам сопроцессоров на основе оптических корреляторов для оптического преобразования Фурье, Адамара, Уолша и Хартли, а также к оптической реализации нейрокомпьютеров. Жесткие массогабаритные, энергетические, вибрационные требования, предъявляемые к спецпроцессорам и сопроцессорам, убьют и эти нишевые возможности.  

       Для того, чтобы остаться в основном технологическом потоке необходимо научиться аппаратно реализовывать вентильную бинарную схемотехнику, основанную на вентилях И, ИЛИ, НЕ (AND, OR, NOT), хотя бы и на бестранзисторной основе. Транзистор не нужен – нужен вентиль. В этом случае, на основе новой ЭКБ можно будет аппаратно реализовать весь готовый схемотехнический и программно-алгоритмический задел. Этот задел ранее реализованный, отлаженный и испытанный на предыдущих поколениях ЭКБ потребителям вычислительных услуг – разработчикам больших техногенных систем, очень дорог и они его не разменяют на какие-то сомнительные новшества. Научившись на новой ЭКБ аппаратно реализовывать вентили И, ИЛИ, НЕ (AND, OR, NOT) необходимо научиться делать сумматор, вычитатель, умножитель, делитель и ячейку памяти. Это тот минимальный конструктор, из которого можно сделать всё остальное. Предлагать из-за новых физических принципов вычислений нишевого сопроцессора выбросить всю компьютерную индустрию наивно и бесперспективно.         

 

Нанокопмиляторы-прототипы

D /3 D матрицы наноразмерных магнитно-газо-динамических и магнито-гидро-динамических (МГД) генераторов электроэнергии

       На рис.48 и рис.49 представлен эскиз инжекционного магнито-газо-динамического наногенератора (ИМГДНГ) – генератора электрической энергии на основе движения в магнитном поле под воздействием внешней силы (ветра) электропроводного газа – дипольных молекул атмосферного воздуха (O₂, O₃, N₂, CO, CO₂, H₂O, …) [91]. Известно, что как мотор-генератор в соответствии с принципом обратимости электромагнитных устройств, при сообщении их частям механической энергии они могут преобразовывать её в электрическую энергию. Это относится и к описанным выше ИНД. При инжекции дипольных молекул из потока газа или жидкости (атмосфера, водная среда – ветер с дождём) на концах молекул, которые пересекают силовые линии магнитных полей, индуцируются противоположные по знаку электрические заряды. При расположении концов молекул на туннельно прозрачном расстоянии от нанопроводников эти индуцированные заряды стекают на нанопроводники. На нанопроводниках создаётся разность потенциалов.

       При подключении к схеме с ИМГДНГ электрической нагрузки можно произвести отбор электрической энергии (рис.49). Таким образом, инжекционный нанодвижитель при инверсной схеме работы становится инжекционным магнито-газо-динамическим наногенератором. ИМГДНГ это ИНД наоборот. Удельный съём энергии с 2D/3D матриц ИМГДНГ будет составлять ориентировочно – 1 Вт/гр×см³.

       2D/3D матрицы ИМГДНГ могут работать как твёрдотельные генераторы электроэнергии на основе преобразовании механической энергии ветра. ИМГДНГ – твёрдотельные ветряки без движущихся частей с потенциальным КПДà100%. Можно использовать для электрогенерации в ИМГДНГ движение не только газовой атмосферной среды, но и жидкой водной – электростанции на механической энергии приливов и отливов, механическую энергию волн водоёмов. Жидкая среда более плотная, чем газовая, поэтому КПД для ИМГДНГ в жидкой среде будет больше. 

 

Рис.48. Эскиз ячейки ИМГДНГ.

Рис.49. Эскиз ИМГДНГ со сплошными электродами и векторами скорости, напряжённости магнитного поля и плотности индуцированного тока с подключенной электрической нагрузкой R.

 

       Итак, введём математический аппарат для расчётов в нанокомпиляторе (САПР НЭ). На концах проводника длиною , движущегося в магнитном поле  со скоростью  возникает разделение электрических зарядов, создающее разность потенциалов

.                                                           (5.3.18)

Соответствующая величина ЭДС – индукция равна

.                                                             (5.3.19)

При замыкании концов проводника, электродов ИМГДНГ, во внешнюю нагрузку потечёт электрический ток. Плотность тока в движущемся проводнике определяется законом Ома:

.                                  (5.3.20)

Введём обозначение:

                                              (5.3.21)

и векторно перемножим (5.3.20) на . Так как  то

.                                              (5.3.22)

Поэтому

.                                   (5.3.23)

Подставив (5.3.23) в (5.3.20) получим:

 

,                                         (5.3.24)

где параметр Холла:

.                                                         (5.3.25)

Уравнение (5.3.24) показывает, что:

· в направлении поля магнитное поле уменьшает плотность тока в  раз,

· в направлении перпендикулярном векторам  и магнитное поле увеличивает плотность тока в  раз.

 

       Проекции уравнения (5.3.24) на оси координат (рис.49) дают соответствующие величины проекции вектора плотности тока:

,                                           (5.3.26)

,                                           (5.3.27)

.                                                        (5.3.28)

       В канале ИМГДНГ со сплошными электродами (рис.49) при условии однородного магнитного поля по высоте канала:

                                            (5.3.29)

получаем:

,                                              (5.3.30)

.                                              (5.3.31)

 

Задание и формирование 2 D топологии наноэлементов

Рассмотрим формирование 2D топологии НЭ на примере НТУ «Алмаз-М», наследнице НТУ «Луч-1», НТУ «Луч-2». Известные недостатки этих НТУ, вызваны отсутствием системы обратной связи по горизонтальным осям XY при грубом Xrough, Yrough и точном Xfine, Yfine сканировании. Поэтому эти НТУ были неспособны не то, что адаптивно скомпенсировать, но даже измерить нелинейность, гистерезис и крип пьезодвигателей. По вертикальной оси Z система обратной связи построена на основе двух цифровых контуров управления контролирующих текущее значение туннельного тока и управляющих точным двигателем Zfine и текущее положение Zfine относительно середины диапазона – Zguard. Однако в качестве модели для проектирования алгоритма нанолитографии эти НТУ вполне адекватны. Особенно если ввести в качестве детали, обеспечивающей 2D обратную связь по горизонтали XY, 2D лазерный интерферометр фирмы Renishaw (www.renishaw.ru, www.renishaw.com) с цифровой микропроцессорной системой управления и интерфейсным программным обеспечением под Microsoft Windows XP и Linux/UNIX. 

Для выполнения нанолитографии выполняется сканирование рельефа поверхности в заданной квадратной области сканирования с удержанием заданного целевого значения туннельного тока I _ Target. Напомним, что сканирование выполняется по 2D матрице точек, в которых PID-регулятор регулирует значение управляющее напряжения на точном двигателе Zfine (через ЦАП1 и ВВУ1), таким образом, чтобы текущее значение туннельного тока (оценка которого через УТТ снимается АЦП1) находилось в минимально возможной окрестности заданного целевого тока, а ошибка стремилась бы к нулю: I _ Current à I _ Target; I _ Error à 0.

Когда заданный режим в данной точке достигнут, то есть, устойчиво выполняется условие I _ Current = I _ Target и I _ Error =0, может быть выполнено нанотехнологическое воздействие на зазор между иглой-зондом и подложкой. В этом зазоре, как и во всём микрореакторе, находится разогретый технологический газ – летучее соединение W (CO)₆ (Mo (CO)₆, Cr (CO)₆) в инертной атмосфере Ar. Выполнение нанотехнологического воздействия – серии электрических импульсов, длинных или коротких, с положительной или отрицательной полярностью и амплитудой в диапазоне [5,0; 50,0] В, повышает вероятность развала летучих молекул разогретого технологического газа с пространственным разделением продуктов этого развала W ⁶⁺ и (CO)^1- (6 штук на одну молекулу) в электрическом поле импульсов. Полярность импульсов должна быть подобрана таким образом, чтобы ионы W ⁶⁺ были направлены в сторону подложки и встретив её поверхность, образовали бы с атомами поверхности химическую связь (с висящими связями, которых на поверхности всегда много, так как поверхность это в сущности большой макродефект кристаллической решётки или даже аморфного твёрдого тела). В той же полярности ионы (CO)^1- (6 штук на одну молекулу) будут направлены в другую сторону – от подложки и будут выведены из микрореактора в вытяжку (через дожигатель для детоксикации).

Для того, что бы указать серверной части СПОПО НТУ «Алмаз-М», в каких именно точках 2D матрицы сканирования необходимо выполнять нанотехнологическое воздействие, в памяти хост-ПЭВМ №1 (HOST0) заводится дополнительная служебная 2 D матрица, которая играет роль шаблона нанолитографии (рис.40, рис.50, рис.51). Она имеет туже размерность, что и 2D матрица сканирования, но состоит исключительно из нулей и единиц – [0;1].

· В тех точках 2D матрицы сканирования, где нанотехнологического воздействия выполнять ненужно – ставятся нули «0».  

· В тех точках 2D матрицы сканирования, где нанотехнологические воздействия выполнить необходимо – ставятся единицы «1».

 

       Итак, при работе НТУ «Алмаз-М» в режиме нанолитографии серверная часть СПОПО НТУ «Алмаз-М» (рис.58), работающая на хост-ПЭВМ №1 (HOST0), получив по именованному каналу запрос клиентской части СПОПО НТУ «Алмаз-М» (рис.59), которая работает на хост-ПЭВМ №2 (HOST1) и управляет термодинамическими параметрами среды в микрореакторе, выполняет нанолитографию. Нанолитография суть сканирование рельефа в заданной квадратной области с нанотехнологическими воздействиями в тех точках 2 D матрицы скана, в которых служебная 2 D матрица имеет значение «1». В тех же точках 2D матрицы скана, в которых служебная 2 D матрица имеет значение «0», нанотехнологического воздействия не выполняется.

Скорость нанолитографии.

Основные структуры данных

Для функционирования СПОПО НТУ «Алмаз-М» и нанокомпилятора (САПР НЭ) заведены две общие структуры данных. Первая используется в качестве базы данных пользователей. Постоянно она храниться в специально созданной директории на жестком диске в отдельном файле: C:\ stmNanoCompilerAlmaz \ stmParameters \ stm 00. UserData. dat. В структуре данных «stm 00. UserData. dat» хранятся имена всех пользователей, заведённые ими пароли для доступа к их данным, пути к их данным, имена их личных файлов пользователя (ЛФП). Вторая используется в качестве ЛФП, в которую загружаются текущие настройки данного пользователя из его индивидуального файла: C:\ stmNanoCompilerAlmaz \ stmParameters \ xxxxxxxx. udb, где вместо символов «xxxxxxxx» – по заданному алгоритму выставляются цифры и буквы уникального имени ЛФП (00000000. udb, 00000001. udb, … 0000000a.udb, …).

На имя индивидуального файла данного пользователя указывает информация из первого файла – базы данных пользователей. ЛФП это бинарный файл, который записывается на диск функцией записи потока бинарных данных write (..); а читается с диска функцией чтения потока бинарных данных read (…); из стандартной библиотеки языка Си (в стиле K&R C; ANSI C, C99, ANSI C++). Бинарные файлы, в отличие от текстовых (ASCII), невозможно понять, просматривая на экране компьютера в каком-нибудь редакторе, однако они в несколько сотен раз быстрее читаются и записываются компьютером и он-то их понимает. Скорость чтения и записи гораздо важней наглядности при постоянном сохранении часто обновляемых данных. Стандартные функции write (…); и read (…); позволяют записывать и читать структуру данных как блок памяти, используя индификатор имени структуры данных в качестве указателя на первый байт этого блока памяти и задавая его размер в байтах, который легко получить с помощью оператора sizeof (…);.  

В структуре данных ЛФП содержатся и долговременно сохраняются на жестком диске компьютера абсолютно все данные пользователя:

· данные любых типов, вводимые и выводимые через диалоговые панели;

· размерности используемых массивов данных динамически выделяемой и освобождаемой памяти;

· размерности и координаты верхнего левого угла всех окон в используемой оконной системе;

· служебные данные о модификации СПОПО НТУ «Алмаз-М» или нанокомпилятора, которую необходимо запустить при загрузке;

· служебные данные о текущей конфигурации СПОПО НТУ «Алмаз-М» или нанокомпилятора, которую необходимо запустить при загрузке – включённые пользователем диалоговые панели, открытые окна и их расположение на экране в том порядке, который быль в последнем сеансе работы данного пользователя.

 

Оконная система

Используется иерархическая оконная система (рис.28, рис.39, рис.40, рис.50, рис.51, рис.61, рис.62), состоящая из главного окна и системы дочерних окон. Главное окно с перегружаемыми меню открывает доступ к функциям общего назначения. Главное окно формируется с использованием «жадного» стиля «WS_EX_TOPMOST» [134, 135], поэтому оно не только захватывает всю площадь экрана компьютера, но располагается поверх всех других открытых приложений. Системы дочерних окон отображают:

· 2D отсканированные изображения (СПОПО НТУ),

· 2D виртуальные цифровые шаблоны топологий нанолитографии,

· 2D топологии библиотечных наноэлементов,

· тексты HDL-описания наносхем,

· 3D реконструкции топологии наноэлементов и наносхем на основе технологии виртуальной реальности OpenGL,

· виртуальные цифровые осциллографы,

· циклограммы наносхем на ШКТ (QCA).

Показаны окна:

· панели управления сканированием и литографией,

· 2D изображений поверхности,

· 3D реконструкций рельефа,

· 2D шаблонов топологий НЭ,

· «Fine Map» показывающее положение выбранной локальной области сканирования (100*100 нм²) на общей доступной области точного сканирования (400*400 нм²),

· «Rough Map», показывающее положение выбранной локальной области сканирования (1000*1000 нм²) на общей доступной области грубого сканирования (40000*40000 нм²).

 

Рис.65. Серверная часть СПОПО НТУ «Алмаз-М» на хост-ПЭВМ №1 (HOST0).

Разработка ЗАО КБ «Алмаз-37», 2004 год.

 

Для создания главного и дочерних окон используются библиотечные функции CreateWindow (…); и её расширенная модификация CreateWindowEx (…); [134, 135]. Творческое использование этих функционально чрезвычайно богатых базовых функций API Microsoft Windows позволяет в стиле структурного программирования K&R C в рамках стандартного каркаса приложения под Microsoft Windows ME/NT/2000/XP/Vista строить любые элементы современного оконного интерфейса. В том числе, подвижные и неподвижные, и даже невидимые окна любых размеров и стилей; модальные и немодальные диалоговые панели; кнопки и другие стандартные элементы управления; избегая использования громоздких и непереносимых конструкций объектно-ориентированных MFC. Стандартный каркас приложения под Microsoft Windows ME/NT/2000/XP/Vista [134, 135] содержит регистрацию класса главного окна и классов дочерних окон. Для этого заполняются поля специальной структуры данных «WNDCLASSEX WndClassEx;», в которых указывается ссылки на подключаемые к окну ресурсы (пиктограммы, курсоры, цвет фона, меню, панели инструментов) и подключается функция цикла обработки сообщений для этого класса окон. Сообщения приходят, в том числе от клавиатуры, опций загружаемого меню, всплывающего меню, кнопок панели инструментов и кнопок манипулятора типа «мышь». Заполненная структура данных регистрируется во внутренней базе данных Microsoft Windows ME/NT/2000/XP/Vista через функцию RegisterClassEx(&WndClassEx);.

 

Рис.66. Клиентская часть СПОПО НТУ «Алмаз-М» на хост-ПЭВМ №2 (HOST1). Показаны панели хронометрированного управления параметрами микрореактора (циклограмма, риска таймера)

и его мнемосхема. Разработка ЗАО КБ «Алмаз-37», 2003 год.

 

Главное окно имеет свой цикл обработки сообщений. Системы дочерних окон имеют свои изолированные циклы обработки сообщений. И Microsoft Windows ME/NT/XP/Vista, и Linux/UNIX, Mac OS X, это ОС построенные на основе идеологии систем управляемых событиями (events). В терминологии Microsoft Windows ME/NT/XP/Vista события называются сообщениями (messages). В терминологии Linux/UNIX, Mac OS X события называются сигналами (signals). Различие между ОС «косметическое», функционально это одинаковые механизмы по смыслу и похожие по программной реализации, поэтому можно обеспечить кроссплатформенную переносимость без потери функционального смысла [142: 24-я глава].   

Для построения систем дочерних окон (рис.28, рис.39, рис.40, рис.50, рис.51, рис.61, рис.62) используются массивы указателей на дескрипторы окон.

Заключение.

Литература

1. Степанов М.В., Нифонтов Н.Б., Лускинович П.Н., «Реализация приёмо-передающей системы космического базирования для сверхмалых космических аппаратов на основе нанотехнологии», доклад на конференции VI Международного форума «Высокие технологии XXI века», 18.04.2005—22.04.2005, стр. 180—182.

2. С.Стреж, Н.Нифонтов, П.Лускинович, М.Степанов, Е.Трошин, «Приёмо-передающая система для СМКА на основе нанотехнологии», Аэрокосмический курьер, №3(39), май—июнь 2005.

3. Степанов М.В., Нифонтов Н.Б., Лускинович П.Н., Стреж С.В., Трошин Е.В., «Реализация приёмо-передающей системы для СМКА на основе нанотехнологии», доклады научно-технической конференции МАКС—2005, часть 1.

4. Степанов М.В., Нифонтов Н.Б., Стреж С.В., Трошин Е.В., «Создание элементов космического базирования с помощью зондовой нанотехнологии на транзисторной и бестранзисторной основе», доклады научно-технической конференции МАКС—2005, часть 2.

5. В.М.Лохин, С.В.Манько, М.П.Романов, И.Б.Гарцев, К.С.Колядин, «Тенденции развития беспилотных летательных аппаратов мини- и микроклассов», «Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам», сборник статей под редакцией д.т.н., профессора П.П.Мальцева, ТЕХНОСФЕРА, Москва, 2005. Статья: 6.10.

6. Л.Ю.Бочаров, «Тенденции развития подводных микроаппаратов», «Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам», сборник статей под редакцией д.т.н., профессора П.П.Мальцева, ТЕХНОСФЕРА, Москва, 2005. Статья: 6.11. 

7. Д.Ферри, Л.Эйкерс, Э.Гринич, «Электроника ультрабольших интегральных схем», Москва, МИР, 1991. David K.Ferry, Lex A.Akers, Edwin W.Greeneich, «Ultra Large Scale Integrated Microelectronics», Prentice Hall, 1988.

8. В.Немудров, Г.Мартин, «Системы-на-кристалле. Проектирование и развитие», Москва, Техносфера, 2004.

9. С.Колганов, Э.Лазаревич, «НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА. Системы-на-кристалле – путь к созданию перспективных образцов радиоэлектронной аппаратуры», Воздушно-космическая оборона, №1(26) 2006, www.vko.ru

10. Колганов С.К., Лазаревич Э.Г., Алдошин В.М., «Продление жизненного цикла сложных радиоэлектронных систем за счёт внедрения технологии «свёртки»», Вопросы оборонной техники, серия 3, 2006, №1.

11. MEL-ARI: Microelectronics Advanced Research Initiative of ESPRIT; www.cordis.lu/esprit/src/melari.htm, http://cordis.europa.eu/esprit/src/melari.htm.

12. John Timler, Craig Lent, «Maxwell’s demon and quantum-dot cellular automata», Journal of Applied Physics, Volume 94, Number 2, 15 July 2003, pp. 1050—1060, www.nd.edu/~qcahome/, http://jap.aip.org/jap/copyringht.jsp.

13. P.Douglas Tougaw, Craig S.Lent, Wolfgang Porod, «Bistable saturation in coupled quantum-dot cells», Journal of Applied Physics, 74(5), 3558—3566 (1 September 1993), www.nd.edu/~qcahome/.

14. M.T.Niemier, P.M.Kogge, «</DIV><DIV class=reference>Problems in designing with QCAs: Layout equals timing», INTERNATIONAL JOURNAL OF CIRCUIT THEORY AND APPLICATIONS 29, 49-62 (2001), www.nd.edu/~qcahome/, http://www.cse.nd.edu/~cse_proj/qca_design/papers/.

15. M.T.Niemier, P.M.Kogge, «Logic in Wire: Using Quantum Dots to Implement a Microprocessor», www.nd.edu/~qcahome/. icecs99.pdf.

16. «Handbook of NANOSCIENCE, ENGINEERING and TECHNOLOGY», Edited by William A.Goddard III, Donald W.Brenner, Sergey Edward Lyshevski, Gerald J.Iafrate, CRC Press LLC, 2003; International Standard Book Number (ISBN) 0-8493-1200-0.

17. L.O.Chua, L.Yang, «Cellular neural networks: theory, and CNN applications», IEEE Trans. Circuits Systems, CAS-35, 1257—1290 (1988), www.nd.edu/~qcahome/.

18. C.S.Lent, P.D.Tougaw, W.Porod, G.H.Bernstein, «Quantum Cellular Automata», Nanotechnology, 4, 49—57 (1993), www.nd.edu/~qcahome/.

19. C.S.Lent, P.D.Tougaw, W.Porod, «Bistable saturation in coupled quantum dots for quantum cellular automata», Appl. Phys. Lett., 62, 714—716 (1993), www.nd.edu/~qcahome/.

20. M.T.Niemier, P.M.Kogge, «Architectural Issues and Possibilities in Quantum Cellular Automata (QCA)», www.nd.edu/~qcahome/.

21. M.T.Niemier, P.M.Kogge, «Problems in designing with QCAs: Layout = Timing», International Journal of Circuit Theory and Applications, 2001; 29:49—62, www.nd.edu/~qcahome/, www.cse.nd.edu/~cse_proj/qca_design/papers/.

22. M.T.Niemier, P.M.Kogge, «A Design of and Design Tools for a Novel Quantum Dot Based Microprocessor», www.nd.edu/~qcahome/.

23. S.E.Frost, A.F.Rodrigues, A.W.Janiszewski, R.T.Rausch, P.M.Kogge, «Memory in Motion: A Study of Storage Structures in QCA», www.nd.edu/~qcahome/, nac02_memory.pdf.

24. «WTEC Panel of Applications of Molecular and Material Modeling. Final Report», January 2002, www.wtec.org, molmodel.pdf, mm_final.pdf.

25. A.O.Orlov, I.Amlani, G.H.Bernstein, C.S.Lent, G.L.Snider, «Realization of a functional cell for quantum-dot cellular automata», SCIENCE, Number 277, pp. 928—930, (1997), www.nd.edu/~qcahome/.  

26. Н.Герасименко, Ю.Пархоменко, «Кремний – материал наноэлектроники», ТЕХНОСФЕРА, серия «Мир материалов и технологий», VI—12, Москва, 2007.

27. «Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры», под редакцией Л.Ченга, К.Плога, перевод с английского под редакцией Ж.И.Алфёрова, Ю.В.Шмарцева, МИР, Москва, 1989; «Molecular Beam Epitaxy and Heterostructures», edited by Leroy L. Chang, Klaus Ploog, Martinus Nijhoff Publishers, 1985, Published in cooperation with NATO Scientific Affairs Division.

28. М.Херман, «Полупроводниковые сверхрешётки», МИР, Москва, 1989; M. A. Herman, «Semiconductor Superlattices», Akademie-Verlag Berlin, 1986.

29. «Нанотехнологии в