Информационные системы и технологии

И.А. Крючков, В.В. Руденко, А.С. Рыбкин, С.В. Павлов, Н.А. Халина, В.М Шабуров МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ГИБРИДНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ В РАМКАХ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА MASTER PROFESSIONAL
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров

Стратегия развития экономики РФ предусматривает значительный рост использования суперкомпьютерных технологий в различных областях промышленности (авиация, атомная энергетика, автомобильная и ракетно-космическая отрасли) и образования (университеты, научные центры). Разработки суперкомпьютеров являются дорогостоящими проектами и требуют серьезных вложений в инфраструктуру, поэтому они доступны ограниченному количеству предприятий. 
Получение на рабочем месте исследователя персональных ЭВМ с быстродействием и памятью суперкомпьютера становится возможным благодаря созданию специализированных компактных супер-ЭВМ. Основной особенностью таких машин является использование арифметических ускорителей, которые обладают на порядок большей производительностью, по сравнению с самыми современными универсальными процессорами. Специализированность заключается в необходимости разработки специального прикладного программного обеспечения, способное использовать все аппаратные возможности. 
Программный комплекс MASTER Professional зарекомендовал себя как современный пользовательский компьютерный инструмент для изучения и проведения расчетно-теоретического моделирования быстропротекающих нестационарных многомерных импульсных газо-, гидродинамических, упругопластических процессов, сопровождающихся звуковыми, ударными, и детонационными волнами. MASTER Professional представляет многозадачную, многооконную интегрированную среду, позволяющую оперативно проводить 1D, 2D и 3D расчеты. При выполнении 3D расчетов размер задачи достигает нескольких миллионов счетных точек. Выполнение подобных расчетов на универсальных процессорах требует длительного времени, что лишает программный комплекс оперативности и удобств. 
Для ускорения счета многомерных задач физики взрыва и удара разработан и исследуется параллельный  вариант счетной методики SPH комплекса MASTER Professional, предназначенный для арифметических ускорителей, с сохранением всех сервисных возможностей и преимуществ.
Исследования выполнены на специализированной компактной вычислительной системе ГВС-14 на различных типовых задачах проникания, соударения и детонации. Получено существенное (до 20 раз) ускорение относительно универсального четырехъядерного процессора.
В сочетании с пользовательскими программами гибридная вычислительная система представляет высокопроизводительный аппаратно-программный комплекс для расчетного моделирования задач физики взрыва и удара.

В.Н. Лашманов, Н.А. Дмитриев, Е.Н. Кандюрин, А.Г. Селякин,  А.Ю. Ушаков, А.В. Шатохин, C.Н. Шлыков, Д.Р. Ярулин СЛЕДУЮЩЕЕ ПОКОЛЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ КОМПАКТНЫХ СУПЕР-ЭВМ ТЕРАФЛОПНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров

В данном докладе представлено описание основных путей модернизации конструктивных и схемотехнических решений компактной супер-ЭВМ АПК-1, разработанной в РФЯЦ-ВНИИЭФ АПК-1 – сложный аппаратно-программный комплекс, который включает в свой состав многопроцессорную параллельную вычислительную подсистему, параллельную дисковую подсистему, подсистему охлаждения, подсистему электропитания, базовое системное и прикладное программное обеспечение, собственную систему мониторинга.
В связи с непрерывным развитием микропроцессорной техники, способствующим улучшению производительности и функциональности по отношению к своим предшественникам, с накоплением опыта разработки и производства компактных суперЭВМ, а также с учетом ряда пожеланий пользователей АПК-1, возникла потребность в разработке технического предложения по модернизации АПК-1 до уровня АПК-1М.
В качестве основных методов оптимизации технических решений, применяемых в АПК-1, можно выделить следующие:

• актуализация применяемых базовых элементов АПК-1 (микропроцессоры, материнские платы и т.п.);
• выработка конструктивных изменений, направленных на повышение надёжности, ремонтопригодности и эргономики АПК-1;
• реализация пожеланий пользователей, связанных с особенностями эксплуатации АПК-1;
• разработка унифицированного корпуса.

В основе предлагаемой модернизации АПК-1 лежит использование новых микропроцессоров Interlagos компании AMD или микропроцессоров Sandy Bridge компании Intel. Использование данных микропроцессоров в АПК-1М позволяет обеспечить улучшение ряда ее характеристик, с возможностью увеличения пиковой производительности до 1,5 Тфлоп/с.
Таким образом, после модернизации АПК-1М, разработчики добились ряда улучшенных характеристик: снижены габариты и потребляемая мощность, максимально учтены замечания пользователей АПК-1. Ожидается снижение стоимости АПК-1М относительно АПК-1 с сохранением уровня пиковой производительности не менее 1 Тфлоп/с.
Конструктивные решения, состав и структура подсистем АПК-1М разработаны таким образом, что могут позволить АПК-1М стать базой для реализации дополнительных модификаций КС-ЭВМ.

А.Г. Ломтев, А.С. Рыбкин, И.В. Семенов НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ АРИФМЕТИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЕЙ AMD В ПАК-МК ДЛЯ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА РАЗМНОЖЕНИЯ НЕЙТРОНОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров
      
В ИТМФ ведется разработка программно-аппаратных комплексов для решения сложных задач математического моделирования в интересах атомной энергетики и других наукоёмких отраслей промышленности. Программно-аппаратный комплекс ПАК-МК служит для расчета нейтронно-физических характеристик ядерных энергоустановок методом Монте-Карло, в том числе для расчета эффективного коэффициента размножения нейтронов.
Счетная часть ПАК-МК реализована в трех вариантах: с использованием С++, CUDA и OpenCL, которые используют единый вычислительный код, написанный на языке программирования Си. 
В докладе рассматривается адаптация ПАК-МК для графических арифметических ускорителей AMD с использованием технологии OpenCL.
Приведены результаты численных исследований ПАК-МК на нескольких задачах на арифметическом ускорителе AMD и универсальном процессоре.

О.Е.Любимов ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПЭМИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров

Создаваемые при работе цифровых средств обработки информации ПЭМИ зачастую имеют очень малую мощность и подвержены воздействию различного вида шумов и помех как искусственного (индустриальные помехи, взаимные помехи РЭС), так и естественного (атмосферные помехи, шумы космического происхождения, тепловой шум земной поверхности) происхождения. Некоторые виды помех могут иметь различные статистические свойства в зависимости от места и времени. Традиционные методы детектирования ПЭМИ опираются на априорно известные модели сигналов и помех. Производительность таких методов резко падает, процесс меняет свои статистические свойства. Для сохранения производительности традиционных методов, необходимо корректировать модель детектируемого процесса при изменении его статистических свойств.
Для решения вышеописанной проблемы в настоящей работе рассматривается возможность построения на базе обучаемых искусственных нейронных сетей (ИНС) системы, которая позволяла бы обнаруживать импульсные ПЭМИ на фоне шумов в отсутствии предположений о моделях порождающих их процессов. ИНС позволяют сформировать модель процесса на основе экспериментальных данных во время процедуры, называемой обучением. В работе представлены результаты компьютерного моделирования и натурных экспериментов по детектированию последовательностей импульсов ПЭМИ на фоне шумов различного вида.

А.Н. Моксяков, С.Н. Гончаров, М.В. Марунин, И.А. Немченко АНАЛИЗ МАШИННОГО КОДА МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ (МК) 51-ГО СЕМЕЙСТВА
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

Язык машинных кодов – запись машинной программы в виде последовательности восьмеричных или шестнадцатеричных цифр, где группа цифр задает значение байта или слова машинной программы. Ассемблер – программа, выполняющая трансляцию программы на языке ассемблера (ассемлер-программы) в машинный код.
Дизассемблер – транслятор, преобразующий машинный код, объектный файл или библиотечные модули в текст программы на языке ассемблера. По режиму работы с пользователем делятся на автоматические и интерактивные. Основная трудность при работе дизассемблера – отличить данные от машинного кода, поэтому на первых проходах автоматически или интерактивно собирается информация о границах процедур и функций, а на последнем проходе формируется итоговый листинг. Интерактивность позволяет улучшить этот процесс, так как, просматривая дамп дизассемблируемой области памяти, программист может сразу выделить строковые константы, дать содержательные имена известным точкам входа, прокомментировать разобранные им фрагменты программы. Чаще всего дизассемблер используют для анализа программы (или ее части), исходный текст которой неизвестен – с целью модификации, копирования или взлома. Реже – для поиска ошибок в программах и компиляторах, а также для анализа оптимизации создаваемого компилятором машинного кода.
В данной работе рассматривается машинный код отечественного микроконтроллера 1882ВЕ53У, предназначенного для применения в области промышленного производства. МК может быть использованы в системах автоматизации технологических процессов, в системах автоматизированного управления электроприводом, оргтехнике, вычислительной технике, телекоммуникационной технике, для управления робототехническими комплексами и т. п. 
Система команд МК имеет в своём составе 111 основных команд. Длина команд составляет 1, 2 или 3 байта, причем большинство команд (94%) одно- или двухбайтовые. Все команды выполняются за 1 или 2 машинных цикла (0,5 или 1,0 мкс при тактовой частоте 24 МГц соответственно), исключение составляют лишь команды умножения и деления, которые выполняются за 4 машинных цикла (2,0 мкс). Команды разделены на группы в соответствии с операндами и содержат следующую информацию: код операции, мнемоническое обозначение и комментарии. Избыточность машинного кода микроконтроллера 1882ВЕ53У бывает двух типов:

• избыточность систем команд;
• избыточность операнда.

Избыточность системы команд заключается в том, что в ней отсутствуют команды с кодами A5h. Избыточность операнда определяется в основном конфигурацией конкретной микропроцессорной системы.
Формат команды микроконтроллера 1882ВЕ53У не содержит информационной избыточности ввиду отсутствия префиксов и служебных байтов.

К.М. Музюкин ВНЕДРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО АРХИВА НА УРОВНЕ ОТДЕЛА
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров

Одной из проблем при работе с большими объемами документов является низкая скорость поиска нужной информации. Это относится как к бумажным, так и к электронным документам. Основные первопричины проблемы - это отсутствие структуризации, индексирования и мета-информации документов. С этой проблемой сталкиваются все, кто работает с большими объемами документов. Эффективным решением проблемы является внедрение электронного архива.
В данной работе рассматривается внедрение электронного архива на базе ЕСМ (Enterprise Content Management)-системы Alfresco. Внедрение состоит из нескольких этапов:

1. cбор информации о типах хранимых документов;
2. установка и настройка Alfresco;
3. заполнение электронного архива данными;
4. тестирование архива;
5. эксплуатация архива в рабочем режиме.

 Отработка этапов внедрения проходила в рамках научно-исследовательского сектора.

И.А. Немченко, Д.Б. Николаев, А.А. Моксяков, В.В. Аникеев МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров

Возросшее усложнение автоматизированных комплексов управления и контроля предопределило необходимость исследования принципов оптимизации процессов сбора, хранения и обработки информации. Специфику функционирования группы объектов по заданному алгоритму управления определяют характеристики информационной системы управления, которая обеспечивает надежное предоставление пользователю полной и достоверной информации о группе взаимодействующих объектов.
Целью работы является создание комплекса унифицированных моделей, которые позволяли бы по единым функциональным показателям адекватно оценивать качество функционирования информационных систем управления, выявлять слабые места и оптимизировать процессы сбора, хранения и обработки и формирования управляющих информационных сигналов.
Для оценки качества оптимизации процессов функционирования систем предлагается комплекс математических моделей, разработка которых определялась необходимостью учета целевого назначения и специфики функционирования оцениваемой системы.
Применение предложенных моделей позволит расширить функциональные возможности, а также повысить эффективность разработки комплексов, систем управления и надёжность их функционирования. Дополнительные расчеты на моделях дают возможность оценить качество функционирования комплексов и систем и выработать рекомендации для улучшения их характеристик.

М.В. Одинцов, М.В. Башлаков, А.П. Мартынов, А.В. Точилин ВОПРОСЫ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ БАЗОВОГО АЛГОРИТМА «ЛЮЦИФЕР»
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров

Процесс шифрования и расшифрования данных связан с применением алгоритмов криптографического преобразования данных, имеющих определенные характеристики и свойства. Для выявления недостатков и закономерностей преобразований необходимо провести исследования значений выходной последовательности, получаемых в ходе преобразования, а также подсчитать количество появлений фиксированных значений выходной последовательности в зависимости от входных данных. Результаты такого подхода помогают исключить из практического применения входные данные, уязвимые с точки зрения информационной безопасности, и выявляют ненадежные варианты построения криптоалгоритмов.
Большинство из известных криптоалгоритмов при преобразовании данных использует функции, которые можно разделить на две основные группы  –  функции с элементами подстановки и функции с элементами перестановки. Блоки, выполняющие данные функции, были взяты за основу и при реализации криптоалгоритма «Люцифер» фирмы IBM, который является прямым предшественником американского стандарта криптографического преобразования информации DES. Существует несколько модификаций криптоалгоритма «Люцифер», отличающихся от базового варианта криптоалгоритма наличием дополнительных блоков математических преобразований, введение которых обусловлено наличием закономерностей в преобразовании данных и потребностью в обеспечении рассеивания значащих битов данных посредством нелинейных преобразований.
В работе приведены результаты исследований зависимостей появления данных на выходе базового варианта алгоритма «Люцифер» от фиксированных входных значений и предложены способы устранения слабостей преобразований, выявленных в процессе исследований.

Е.А. Парфенова, В.В. Ангилопов, А.А. Веселов ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ СИСТЕМЫ ГЛУБОКОВОДНЫХ МОРСКИХ ПРОБООТБОРНИКОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров

В настоящей работе приводятся результаты разработки программного обеспечения (ПО) для системы глубоководных морских пробоотборников (СГМП), которая позволяет исследовать запасы нефтепродуктов, сосредоточенные под морским дном. ПО устанавливается на персональный компьютер (ПК) и включает в себя программу «DSPService», которая предназначена для настройки, тестирования глубоководного морского пробоотборника (ГМП), а также для сбора данных о работе СГМП и отображения их на экране. В работе представлено описание алгоритма работы программы и разработанного для СГМП протокола обмена данными, а также внешний вид окна программы «DSPService». Указаны реализованные в процессе разработки ПО возможности программы.

Н.В.Плешакова, А.Н.Анохин* СИСТЕМНЫЙ И ЭРГОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АВАРИЙНЫХ ПРОЦЕДУР КАК ПЕРВЫЙ ЭТАП СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРИЗОВАННЫХ ПРОЦЕДУР ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ БЛОЧНЫХ ЩИТОВ УПРАВЛЕНИЯ АС
ОАО «Атомтехэнерго», г. Десногорск
* Обнинский институт атомной энергетики - НИЯУ «МИФИ»

Вся деятельность оперативного персонала блочных щитов управления атомных станций регламентируется огромным количеством эксплуатационной документации, в частности, аварийными инструкциями и процедурами. Качество инструкций можно оценить по четырем критериям: цель и назначение, адекватность, эргономичность и сложность. Авторами был выполнен системный и эргономический анализ аварийных процедур, который позволил оценить влияние их характеристик на эффективность действий оперативного персонала при возникновении аварий, определить источники ошибок операторов, связанных с применением процедур, и разработать рекомендации по улучшению аварийных инструкций.  
Также стало очевидным, что ряда проблем, связанных с применением бумажной документации, можно избежать посредством внедрения системы компьютеризованных процедур (СКП). Разработка СКП невозможна без создания метода кодирования знаний процедур о технологическом оборудовании, его связях и поведении и о технологических средах. В работе описан метод представления знаний, основанный на использовании двухуровневых семантических сетей. На верхнем (интенсиональном) уровне посредством семантической сети представляются обобщенные объекты, классы, категории и отношения между ними. На нижнем (экстенсиональном) уровне строятся семантические сети для каждого конкретного технологического параметра, элемента или группы оборудования. Шаблоны, накладываемые на экстенсиональные сети, позволяют операторам БЩУ диагностировать ситуацию и принимать решения.