Головна

Тема Види загроз інформаційної безпеки

  1.  I. Правила і норми з техніки безпеки.
  2.  II. Вимоги безпеки при несенні вартової служби
  3.  IV. Вимоги безпеки до об'єктів пожежної охорони
  4.  Quot; Технічний регламент про безпеку будівель і споруд ".
  5.  V. Вимоги безпеки, що пред'являються до пожежної техніки та пожежно-технічного озброєння і устаткування
  6.  VII. Вимоги безпеки при проведенні обстежень об'єктів
  7.  XVII. Загальні вимоги пожежної безпеки в культових спорудах

Спочатку для створення оптичних перемикачів елементів були використані інжекційні напівпровідникові лазери ПЛ і оптрони.

У переключательних елементах на основі інжекційних ПЛ як порогової нелінійності використовувався механізм взаємного гасіння генерації одного ПЛ випромінюванням іншого. Дійсно, при пропущенні когерентного випромінювання одного з ПЛ через активну речовину іншого виникає індуковане випромінювання, має напрямок поширення, що викликає зменшення населеності інверсних рівнів другого ПЛ і приводить до її гасіння. На основі таких вірних переключательних елементів можна побудувати логічні схеми, що реалізують основні логічні функції, а також елемент пам'яті.

Співробітники Фізичного інституту АН СРСР на чолі з академіком. Г. Басовим запропонували використовувати в якості елементу перемикача пару ПЛ - фотодіод, в якій кремнієвий фотодіод з'єднаний з пасивною частиною лазерного діода, а в активну частину останнього інжектується струм, який забезпечує збудження лазера до рівня, близького до порогу генерації. Вхідний світловий сигнал перетворюється фотодиодом в електричний, інжекція якого наводить перевищення порога генерації, в результаті чого лазер генерує вихідний світловий імпульс. За відсутності ж світлового сигналу на вході фотодіода ПЛ працює в спонтанному режимі і сигнал на його виході відсутня. Ними били зібрані і випробувані логічні схеми, що становлять функціонально повну систему, елемент пам'яті і динамічний тригер.

Для ПЛ з подвійною гетероструктур характерні високі граничні значення критеріїв якості: Df »1013 Гц; B »1014 Гц. Наведені значення вище, ніж у транзистора. Перевага ПЛ полягає в можливості практичного досягнення більш високого швидкодії, наприклад t = 10-10 - 10-11. Однак розробка інтегральної технології отримання ПЛ і об'єднання їх в логічні схеми ще знаходиться на початковій стадії і зустрічає великі труднощі. Крім того, потужність розсіювання ПЛ на кілька порядків більше, ніж електронних логічних елементів, що є причиною їх низької добротності і робить переключательние елементи на основі ПЛ неконкурентоспроможними з транзисторними ключами.

Найбільш перспективним є використання ПЛ як стандартних джерел когерентного випромінювання для оптико-електронних обчислювальних систем внаслідок їх економічності, легкості управління і можливості виготовлення методами інтегральної технології.

Оптрони представляють собою поєднання світлодіода (люмінесцентний діод) і фототранзистор. Функціонування оптронов заснована на подвійному перетворенні енергії: фотоелектричному (світло - електричний сигнал) і електролюмінесцентн (електричний сигнал-світло). На базі оптронов також може бути створена функціонально повна система логічних елементів, що відповідає сучасним схемотехническим і технологічним вимогам. Основним достоїнствами оптронов є високий ступінь електричної розв'язки, що досягається за їх допомогою. Тому оптрони з швидкодією 1 - 10 нс, отримані на базі світлодіодів з подвійною гетероструктур, можуть знайти широке застосування в якості елементів розв'язки для ІС транзисторної логіки.

Однак як елементна база для побудови обчислювальних пристроїв оптронні логічні схеми не можуть конкурувати з транзисторними: втрати, пов'язані з подвійним перетворенням енергії обумовлюють низьку енергетичну добротність оптронов (К ~ 107 Дж-1), Що на чотири порядки нижча, ніж у транзисторних ключів. Додаткові труднощі при побудові обчислювальних: пристроїв на базі оптронов створює також необхідність узгодження: спектральних характеристик світлодіодів і фотоприймачів, так як число оптронов, а отже, світлодіодів визначається числом логічних елементів. Розглянемо оптичні переключательние елементи, які зможуть скласти конкуренцію транзисторним ключам.

оптичний транзистор. співробітники Единбурзького університету на чолі з проф. Д. Смітом створили оптичний аналог електронного транзистора і назвали його трансфазором. Трансфазор перемикається при невеликій зміні інтенсивності падаючого на нього лазерного променя. Час перемикання експериментального зразка трансфазор склало кілька пикосекунд (1 пс = 10-12 с), що на два-три порядки краще, ніж у електронного транзистора.

 
 

 В основі роботи трансфазора лежить властивість деяких кристалів змінювати показник заломлення при збільшенні інтенсивності: падаючого на них світла. При створенні конструкції трансфазора був запозичена ідея, закладена в інтерферометрі Фабрі - Перо.

Рис.5.1. Схематичне зображення інтерферометра Фабрі-Перо.

Найпростіший интерферометр Фабрі - Перо (рис. 5.1) складається і двох плоских дзеркал, розташованих паралельно один одному і розділених деяким простором, що має назву резонатором, якої заповнюється речовиною, пропускає світло тільки певної довжини хвилі. Відстань між дзеркалами може бути змінено. Дзеркала мають високу відбивну здатність. Коефіцієнт відображення R дзеркал такий, що при висвітленні будь-якого з них 90 - 95% падаючого світла відбивається назад і тільки 5 - 10% пропускається незалежно від довжини хвилі. Припустимо, що R = 0,9. Тоді, якщо на дзеркало M1 утворює передню стінку інтерферометра, падає пучок світла інтенсивністю I0 , То пучок, що пройшов всередину резонатора, матиме інтенсивність, рівну 0,1 I0. Оскільки дзеркало М2 має ті ж властивості, що і М1 вихідний пучок світла, що пройшов через інтерферометр, матиме інтенсивність, рівну 0,01 I0 , Т. Е. В 100 разів меншу інтенсивності вхідного пучка. Пучок світла, відбитий від задньої стінки інтерферометра і має інтенсивність 0,09 I0 багаторазово відбиваючись від дзеркал резонатора, ставатиме все слабкішими і слабкішими, поки весь світ не вийде з інтерферометра. Кожен прохід пучка вносить певний внесок у вихідний пучок, збільшуючи його енергію, але несуттєво.

Однак прямий і зворотний пучки світла в резонаторі можна розділити так, як це зроблено в наведеному схемотехническом описі (рис.5.1). Вхідний пучок падає на інтерферометр перпендикулярно поверхні його дзеркал, тому всі пучки в резонаторі поширюється по одному і тому ж шляху, взаємодіючи між собою. Результат взаємодії залежить від співвідношення фаз прямого (jП) І зворотного (j0) Пучків: якщо різниця фаз кратна 2p (jП - j0 = 2kp), то відбувається конструктивна інтерференція {пучки в резонаторі підсилюють один одного); якщо ж різниця фаз складає (2n + 1) p, то відбувається деструктивна інтерференція (пучки послаблюють одна одну). може мати місце і будь-яка проміжна картина. Повна конструктивна інтерференція виникає, коли оптична довжина резонатора дорівнює цілому числу півхвиль падаючого світла:

L = kl / 2 (5.1)

де l - довжина хвилі падаючого світла; k - ціле число. В цьому випадку світловий пучок, що входить в резонатор, і пучки, утворені внаслідок багаторазового відбиття від дзеркал всередині резонатора, а також пучок, що виходить з інтерферометра, збігаються по фазі. Якщо L = (k + 0,5) l / 2, то спостерігається повна деструктивна інтерференція.

Інтерференція світла всередині резонатора істотно впливає на пропускання інтерферометра Фабрі - Перо:

J = Iвих / Iвх

IВИХІД ,IВХ - Інтенсивності вхідного і вихідного світлових пучків. При повній деструктивної інтерференції інтенсивність вихідного світлового пучка мінімальна:

 
 

 В цьому випадку пропускання інтерферометра незначно. При повної конструктивної інтерференції численні прямі і зворотні пучки світла підсилюють один одного, складаючись за амплітудою, в результаті чого в резонаторі створюється поле, інтенсивність якого в багато разів перевищує інтенсивність падаючого на інтерферометр пучка. Інтенсивність світлового пучка на виході інтерферометра дорівнює інтенсивності вхідного пучка, т. Е. Mах IВИХІД = IВХ. Таким чином, змінюючи оптичну довжину резонатора L, можна змінювати пропускання інтерферометра від незначного до одиниці: . залежність пропускання J інтерферометра від довжини резонатора L описується функцією Ейрі (рис. 5.2). Функція Ейрі показує, що при поступовому наближенні L до значення, що визначається співвідношенням (5.1), пропускання буде змінюватися повільно до певного порогового значення, після чого відбудеться різкий стрибок. Це означає, що інтерферометр Фабрі - Перо здатний різко переходити з одного стану в інший і може служити основою для створення оптичного елементу перемикача. Причому чим більше коефіцієнт відбиття, тим краще помітні ці стани (рис. 5.2).

Рис.5.2. Криві пропускання інтерферометра Фабрі-Перо при різних значеннях коефіцієнта відбиття R

Все питання полягає в тому, як можна швидко змінювати оптичну довжину резонатора. Це можна зробити двома шляхами: змінити відстань між дзеркалами l або показник заломлення і речовини в резонаторі. Оскільки оптична довжина резонатора L = ln, То придатні обидва способи, проте управління зміною довжини резонатора не дозволить створити швидкодіючий прилад.

Довгий час вважалося, що показник заломлення не залежить від інтенсивності світла. З появою лазерів, здатних генерувати потужне когерентне випромінювання, було визначено, що при взаємодії лазерного випромінювання з деякими речовинами показник заломлення останніх змінюється в залежності від інтенсивності падаючого випромінювання, т. Е. Такі речовини мають нелінійний показник заломлення. Якщо в резонатор інтерферометра Фабрі - Перо помістити речовина, що володіє такою властивістю, то можна управляти його показником заломлення шляхом зміни інтенсивності вхідного світлового пучка. Даний спосіб управління пропусканням інтерферометра виявився ефективним і був прийнятий при створенні трансфазора.

Розглянемо більш докладно, як змінюється пропускання інтерферометра Фабрі - Перо з нелінійним показником заломлення. Припустимо, що інтенсивність пучка падаючого лазерного випромінювання можна плавно змінювати в певному інтервалі. Нехай інтенсивність така, що оптична довжина L, Обумовлена ??природним показником заломлення речовини n0 , Має значення, що лежить між піками функції Ейрі (рис. 5.3), а пропускання інтерферометра мало. Якщо повільно збільшувати IВХ, то n и L поступово змінюються, а пропускання J повільно зростає. При певному значенні інтенсивності світла в резонаторі, званому пороговим, між ним і збільшенням показника заломлення Dn утворюється позитивний зворотний зв'язок - вони починають збільшувати один одного. внаслідок зміни n = n0 + Dn прямі і зворотні світлові пучки зміщуються по фазі, збільшуючи взаємне посилення, інтенсивність світла в резонаторі різко зростає, ще більш змінюючи показник заломлення. На графіку функції Ейрі це відповідає переходу на крутий ділянку, де J різко зростає. Значення задовольняє (5.1), а J = 1, що відповідає піку кривої Ейрі. подальше збільшення IВХ сопрoвождается лінійним збільшенням IВИХІД.

Якщо поступово зменшувати IВХ, То пропускання інтерферометра деякий час залишається незмінним, поки інтенсивність світла в резонаторі досить велика, щоб значення n і L утримувалися на рівні, відповідному максимуму пропускання. Настає момент, коли пропускання починає плавно зменшуватися. При деякому критичному значенні IВХ показник заломлення і інтенсивність світла в резонаторі починають різко послаблювати один одного. Пропускання інтерферометра падає до мінімуму.

Графік залежності IВИХІД = f(IВХ) Представлений на рис. 5.3, він нагадує петлю гистерезиса феритового сердечника, широко використовувався в якості елементів оперативної пам'яті ЕОМ другого покоління. Таким чином, інтерферометр Фабрі - Перо, в резонатор якого поміщена речовина з нелінійним показником заломлення, є оптично БІСТАБІЛЬНИЙ приладом, так як має два стійких стану, в яких інтенсивність

 
 

 Рис.5.3. Петля гістерезису для інтерферометра Фабрі-Перо з нелінійним показником заломлення середовища резонатора.

вихідного світлового пучка змінюється незначно при значній зміні інтенсивності вхідного пучка. Такий прилад, так само як феритовий сердечник, може бути використаний в якості елементів пам'яті, призначеної для зберігання двійкової інформації. Тільки на відміну від ферритового сердечника він є енергозалежною і при відключенні падаючого світла втрачає інформацію. Очевидно також, що в якості двійковій або логічної одиниці можна прийняти одне з стійких станів інтерферометра, наприклад стан, відповідне високому рівню пропускання (Jmax = 1), а інше - низького рівня Jmin, Приписати до нуля або навпаки. Будь-яке з цих станів інтерферометра може підтримуватися як завгодно довго за допомогою пучка лазерного випромінювання проміжної інтенсивності.

У переключательних елементах, що застосовуються при побудові операційних пристроїв, явище гістерезису не використовується. Форма петлі гистерезиса розглянутого оптично БІСТАБІЛЬНИЙ приладу залежить від оптичної довжини резонатора L, довжини хвилі падаючого світла l і властивостей речовини, що заповнює резонатор. Змінивши конструкцію приладу, петлю гістерезису можна звузити і навіть усунути. В результаті вийде однозначна крива пропускання (рис. 5.4). Її форма нагадує характеристику струму колектора електронного транзистора. Крива пропускання такого виду приймається за основу в оптичному аналогу транзистора. Оптичний прилад з такай характеристикою, створений на основі оптичного інтерферометра Фабрі - Перо, був названий трансфазором, оскільки його робота заснована на управлінні фазою

 
 

Рис.5.4. Передатна характеристика трансфазора з однозначною функцією пропускання.

світлової хвилі, багаторазово проходить речовина резонатора.

У перших експериментальних зразках трансфазора як речовини резонатора були використані кристали антіманіда індію InSb, що володіє сильно вираженою нелінійною характеристикою. З цього кристала вирізалися прямокутні зразки, які мали межі розміром кілька міліметрів. Передні і задні грані кристалів покривалися найтоншим шаром відбиває речовини, які служили дзеркалами. Дослідження показали, що застосування покриття навіть необов'язкова: полірована поверхня кристала сама може служити дзеркалом. Як бачимо, пристрій трансфазора надзвичайно просто і технологічно.

Кристал InSb прозорий тільки для деякої області інфрачервоній частині спектра і найкраще виявляє свою оптичну нелінійність при температурі 77 К і довжині хвилі випромінювання, що дорівнює приблизно 5 мкм. Таке випромінювання може генеруватися хімічним лазером на оксиді вуглецю, випромінювання якого можна регулювати в вузькому діапазоні довжин хвиль навколо l = 5 мкм. Останнім часом знайдені речовини, наприклад кристали GaSe, які виявляють оптичну бистабильность у видимому діапазоні спектра (0,4 - 0,7 мкм), що значно полегшує вибір лазера і відкриває можливість подальшого зменшення розмірів трансфазора. З кристалів GaSe були виготовлені резонатори оптичної довжиною L = 10 мкм.

На вхід трансфазора підводять два добре от'юстіровать лазерних пучка, наприклад, за допомогою світловолоконних, які потім фокусуються в одній точці на його передній грані. Один з пучків має відносно велику і незмінну інтенсивність I0, (Рис. 5.4), другий має значно меншу інтенсивність Iy і може модулюватися по інтенсиву. Цей пучок є керуючим. Інтенcівность постійного пучка підбирається так, щоб пропускання трансфазора було близько до порогу посилення. Інтенсивність же керуючого пучка така, що коли він додається до постійного, під дією інтенсивності Im результуючого вхідного пучка трансфазор перемикається в стан з максимальним пропусканням.

Так як характеристика трансфазора крута, навіть незначна модуляція керуючого пучка сильно збільшує його пропускання. Трансфазор працює аналогічно електронного транзистору. Дійсно, постійний пучок аналогічний постійному струму зміщення, який протікає від емітера до колектора транзистора, а керуючий пучок - меншому струму, що протікає від бази до колектора. Як невелика зміна струму бази викликає в транзисторі велике збільшення струму колектора, так і незначна зміна керуючого пучка викликає в трансфазоре збільшення пропускання. Подібно транзистору, трансфазор може перемикатися в одне з двох чітко помітних станів, тільки набагато швидше (за час, що вимірюється пікосекунди). Швидкодія трансфазора обмежується часом встановлення поля всередині резонатора t ' = 2Ln / C. Для оптичної довжини резонатора L = 10 мкм t ' = 10-13 с (0,1 пс). Частота перемикання трансфазора залежить від частоти модуляції сигналу, що становить близько 1 ГГц. Трансфазор може бути таким же мініатюрним, як і електронний транзистор. Його поперечні розміри визначаються перетином вхідного лазерного пучка, яке обмежене довжиною хвилі і можливістю фокусує системи. Отримати пучок діаметром перетину порядку 10l не представляє труднощі. Довжина резонатора, як зазначалося, становить близько 10 мкм. Для підтримки БІСТАБІЛЬНИЙ стану в трансфазоре потрібно потужність порядку 10 мВт, а енергія перемикання близько 10-15 Дж. Таким чином, енергетична добротність трансфазора практично може досягати значення 10-14, Що на 2 - 3 порядки краще, ніж у електронного транзистора.

Трансфазор відноситься до потенційної системі елементів, оскільки він реалізує потенційний спосіб подання цифрової інформації: виконавчі змінні "1" і "0" кодуються відповідно високим і низьким рівнем пропускання (або, що те ж саме, інтенсивністю вихідного світлового сигналу).

Розглянемо принципи побудови логічних елементів на основі трансфазора при реалізації найпростішої функціонально повної системи логічних елементів: І, АБО і НЕ. Один і той же трансфазор може служити як елементом І, так і елементом АБО залежно від підведених до нього світлових сигналів. Якщо інтенсивності вхідних світлових пучків підібрані так, що I1 = I2 = Im/ 2 (якщо j1 - j2 = kp, То досить I1 = I2 = Im/ 4, оскільки пучки взаємно когерентні і інтерферують на вході трансфазора), то утворюється елемент І, так як трансфазор перемикається тільки при одночасному появі обох сигналів (рис. 5.5, а). якщо I1 = I2 = Im, То утворюється логічний елемент АБО, оскільки будь-який з вхідних світлових


 Рис.5.5. Умовні позначення логічних елементів на базі трансфазора і їх характеристики.

сигналів здатний переключити трансфазор (рис. 5.5, б). Якщо в якості вихідного сигналу використаний відбитий пучок, то трансфазор працює як елемент НЕ. Дійсно, відбитий пучок є інверсією минулого пучка, тому підвищення інтенсивності вхідного пучка до 1 умень- шает вихідний сигнал до мінімуму і навпаки. Характеристика і умовне позначення елемента НЕ представлені на рис. 5.5, в. На рис. 5.5, а, в & - Оптичний кон'юнктор, ТФ - елемент на базі трансфазора.

З цих логічних елементів можна будувати будь-які логічні пристрої і функціональні вузли обчислювальних машин. При цьому межелементние з'єднання можуть бути виконані за допомогою оптичних хвилеводів. Успіхи інтегральної оптики дозволяють сподіватися, що інтегральна технологія отримання оптичних логічних пристроїв і функціональних вузлів на базі трансфазора зможе конкурувати з електронною технологією. Ще не вирішена проблема межелементних з'єднань і підведення світлових пучків до кристалу, яка є однорідною для всієї логічної схеми і може бути виконаний у вигляді тонкої плівки. Так як паралельні пучки світла в кристалі практично не взаємодіють один з одним, різні ділянки кристала, що примикають один до одного, можуть грати роль резонатора для різних логічних елементів. Завдяки цьому можна створити величезну кількість паралельних каналів обробки інформації. Перетворення інформації в каналі здійснюється послідовно від каскаду до каскаду, кожен з яких представляє собою найтоншу платівку кристала, пов'язаного з допомогою світловолоконних з сусідніми, а також джерелами когерентного випромінювання. Такі оптичні обчислювальні пристрої будуть представляти собою по суті об'ємні схеми.

На базі трансфазорних логічних елементів може бути побудована цифрова оптична обчислювальна машина з архітектурою, подібної архітектурі сучасних ЕОМ. Перевагою такої машини було б порівняно високу швидкодію (~ 109 оп / с), що перевищує швидкодію аналогічних ЕОМ на 2 - 3 порядки. Паралельна організація дозволить підвищити продуктивність оптико-електронних обчислювальних машин ще на 2 - 3 порядки, до 1012 оп / с.

Цікаво відзначити, що трансфазор може мати більше двох стійких станів. Деякі кристали можуть виконувати кілька послідовних перемикань, що супроводжуються ступінчастим збільшенням інтенсивності вихідного сигналу при ступінчастому зростанні інтенсивності вхідного сигналу. Отже, на базі ансфазора може бути створений багаторівневий логічний елемент, що відкриє нові перспективи в розробці багатозначною машинної логіки.

На шляху промислової реалізації трансфазора і ІС на його основі виникає ряд труднощів:

1) необхідність роботи при низьких температурах. Створення елементів, що працюють при кімнатній температурі, значно спростило б конструкцію і експлуатацію оптичних обчислювальних пристроїв на трансфазорах. Для окремих матеріалів і довжини хвилі падаючого випромінювання вже вдалося отримати оптичне перемикання при кімнатній температурі, що було досягнуто при великій щільності потужності випромінювання, що призводять до передчасного руйнування резонатора;

2) прагнення до зменшення потужності, необхідної для перемикання елемента, суперечить умові підвищення швидкодії, яке залежить від енергії вхідного випромінювання. Тому зниження потужності падаючого випромінювання можна домогтися лише шляхом вибору матеріалу з сильним нелінійним оптичним ефектом. Питання створення матеріалів з необхідними властивостями є ключовим у проблемі реалізації логічних схем і обчислювальних пристроїв на основі трансфазора.

Хвилеводні логічні елементи і пристрої. Базовими елементами хвилеводної логіки є електрооптичні модулятори і перемикачі. Досягнення в технології інтегральної оптики відкрили можливість створення хвилеводних модуляторів і перемикачів, здатних конкурувати з аналогічними електронними приладами.

 
 

Волнпводний модулятор є інтерференційний прилад, який здійснює амплітудну модуляцію вхідного оптичного сигналу, що представляє собою лінійно поляризоване світлове випромінювання лазера (рис. 5.6).

Рис.5.6. Хвилеводний модулятор (а-структура, б-умовне позначення)

Вхідний хвилевід модулятора розгалужується на два паралельних каналу оптичної довжиною LВМ, Котори потім знову зливаються, утворюючи вихідний хвилевід. Хвилевід виготовляється з матеріалу, що володіє електрооптичнихвластивостям ефектом. Обидві гілки хвилеводу симетричні, тому вхідний світловий сигна на розгалуженні ділиться на дві рівні за амплітудою хвилі, які далі поширюються по паралельних каналах з відносним зсувом фаз. Різниця фаз цих хвиль визначається електричною напругою, прикладеним до керуючих електродів. При використанні модулятора в якості логічного елемента до кожного електроду I прикладається напруга U0, Що викликає завдяки електричним властивостям хвилеводу зрушення фази, що проходить на відповідне гілки світлової хвилі, на л радіан. Двійкова "1" ототожнюється зі значенням напруги U0, А двійковий "О" - з нульовим потенціалом. Таким чином, якщо напруга U0 докладено до парним числом керуючих електродів, то різниця фаз світлових хвиль поширюються по різним гілкам, складе 2kp радіан (k = 0, ± 1), в іншому випадку (2k + 1) радіан. У першому випадку хвилі сходяться в вихідному розгалуженні, підсилюють один одного (конструктивна інтерференція), утворюючи вихідний оптичний сигнал з амплітудою, що практично дорівнює амплітуді вхідного сигналу, який приймається за одиничний сигнал. У другому випадку хвилі практично повністю гасять один одного (деструктивна інтерференція), утворюючи нульовий вихідний сигнал. Енергія хвиль при цьому розсіюється в середовищі у вигляді випромінювання.

 
 

хвилеводний перемикач складається з двох хвилеводів, розташованих один від одного на відстані кількох довжин хвиль вхідного оптичного сигналу, а також керуючих електродів (рис. 5.7).

Рис.5.7. Хвилеводний перемикач (а-структура, б-умовне позначення)

Хвилеводи перемикача виконуються симетричними, вони повинні бути максимально близькі за своїми властивостями. При відсутності напруги на електродах обидва хвилеводу мають одну і ту ж постійну розповсюдження і енергія, введена в один хвилевід з високим коефіцієнтом, переходить в інший. Якщо до електродів прикладається напруга, то завдяки електрооптичнихвластивостям матеріалу змінюється постійна поширення волноводов внаслідок зміни показника заломлення, що викликає зниження коефіцієнта зв'язку, т. Е. Коефіцієнта передачі енергії. Параметри перемикача можна добрати так, щоб при керуючій напрузі U0 відповідному двійковій «1», коефіцієнт зв'язку виявився рівним нулю. Таким чином, якщо на входи керуючих електродів одночасно подані поодинокі або нульові сигнали, то світловий сигнал, введений в один з хвилеводів, вийде з іншого. Якщо ж на один електрод поданий одиничний сигнал, а на іншій - нульовий, то сигнал поширюється по одному вхідному волноводу.

Було показано, що хвильове модулятор і перемикач можуть ужіть як логічні елементи з потенційним способом подання інформації. Вихідним сигналом таких елементів є амплітудно-модульований світло, в той час як вхідні сигнали можуть бути як електричними, так і комбінацією електричних і оптичних сигналів. Хвилеводні елементи можуть бути з'єднані один з одним за допомогою діелектричних одномодових хвилеводів в комбінаційні схеми, призначені для виконання складних арифметичних операцій. Оскільки вихідний сигнал волноводниx елементів є оптичним, а вхідні - комбінацією електричних і оптичних, то виникає необхідність перетворення оптичного сигналу в електричний, що може бути здійснено за допомогою фотоприймачів і підсилювачів. Хвилеводні елементи в даний час отримують методами інтегральної технології і на електрооптичних кристалах, типовим представником яких є ніобат літію LiNbO3.

 
 

 На рис. 5.8 наведені найпростіші логічні схеми на основі хвилеводних елементів.

Ріс.5.8. Умовні позначення хвилеводних логічних пристроїв. (А-повторювач, б-інвертор, в-додавання по модулю два, г, д-кон'юктор)

На рис. 5.9 представлена ??логічна схема порозрядного довічного суматора, синтезованого за такими виразами для суми і перенесення: сi = ai A bi A Пi; Пi-1 = aibi V aiПi V biПi, де сi - цифра i-го розряду суми; ai, bi - цифри i-их розрядів доданків; Пi, пi-1 - Цифри переносу в i-й і сусідній стааршій розряди суми.

Хвилеводні логічні елементи можуть бути виготовлені методами інтегральної технології з великою щільністю розміщення елементів в кристалі. Вони малочутливі до електромагнітних і іншим перешкод. Хвилеводні логічні елементи мають більшу швидкодію і меншим розсіюванням електричної енергії в порівнянні електронними приладами.

Оцінимо основні параметри хвилеводних логічних елементів і порівняємо їх з параметрами електронних приладів. Час затримки на одному волноводном елементі tЗ , Так само часу, необхідного світла для проходження по волноводу від входу до виходу:

tЗ = nL / c

 
 

 де n - Показник заломлення матеріалу; L- Довжина хвилеводу від входу до виходу; с - швидкість світла у вакуумі.

Рис.5.9. Функціональна схема одноразрядного волноводного суматора (ФП-фотоприймач)

Якщо волноводная схема виготовлена ??з ниобата літію (n »2,2), то tЗ = 7,3 пс / мм. Довжина хвилеводних елементів визначається довжиною керуючих електродів. У модуляторі електрод повинен забезпечувати зрушення фази на p радіан при додатку напруги U0, Його довжина визначається зі співвідношення

Lэ »ld / ( n3e r33 U0 ) (5.2)

де d - відстань між електродами; ne - Показник заломлення для незвичайного променя; rЗЗ - Електрооптичний коефіцієнт. Для хвилеводних елементів з ниобата літію характерні наступні значення: l = 0.8 мкм; d = 6 мкм; U0 = 5 В; rЗЗ »30 * 10-12 м / В. Підставивши ці дані в співвідношення (5.2), отримаємо L @ З мм. Довжина електродів перемикача, як правило, дещо менше і становить приблизно 0,9 від довжини електродів модулятора. Отже, для схем рис. 5.8, а - г L » LЭ для інших - L @ 2LЭ. Зауважимо, що тут довжиною межелементних з'єднань, яка зазвичай значно менше LЭ гребують.

Таким чином, час затримки поширення оптичного сигналу на волноводном елементі tЗ = 7,3L = 25?50 пс, що значно краще, ніж у найбільш швидкодіючих електронних елементів типу ТТЛ (tЗ ~ 10 нс) і ЕСЛ (tЗ ~ 1 нс). Однак швидкість виконання операцій в хвилеводних системах обмежена реакцією фотоприймача і часом наростання напруги на керуючих електродах. В даний час є фотоприймачі з часом реакції 1 нс і вже розробляються з часом реакції 100 пс. Час наростання керуючих сигналів характеризується тими ж значеннями. Тому істотного підвищення швидкості виконання операцій можна досягти послідовним з'єднанням великого числа логічних елементів, що передують фотодетектором. Загальна кількість послідовно з'єднаних хвилеводних елементів обмежується загасанням світла в хвилеводах, що досягає декількох децибел на сантиметр. Haпример, якщо загасання дорівнює 3 дб / см, враховуючи, що довжина кожного елемента становить приблизно 3 мм, отримаємо, що сигнал послаблюється в два рази вже після проходження трьох елементів. При згасанні 1 дб / см таке ослаблення відбудеться при послідовному проходженні 10 елементів.

Енергія розсіювання є важливим параметром логічних елементів. Енергія розсіювання волноводного перемикача WЭ = СЭU02 де СЭ - Електрична ємність електродів. При паралельному включенні електродів на ніобіті літію питома їх ємність становить близько 0,4 пФ / мм. при LЭ »3 мм, U0 = 5В, WЭ »30 пдж, що краще, ніж у електронних елементів типу ТТЛ і ЕСЛ, для яких мінімальна енергія розсіювання дорівнює 50 - 100 пдж.

Логічні пристрої на основі керованих транспарантів.

Можливість побудови пристроїв для виконання логічних і арифметичних операцій на основі УТ вперше була досліджені в роботах []. Ними також було запропоновано загальні принципи побудови арифметичних пристроїв на базі УТ і вказані основні переваги: ??можливість багатоканальної паралельної обробки масиву даних; хороша розв'язка між входом і виходом; високу швидкодію.

Принципи здійснення логічних операцій на УТ показані схематично на рис. 5.10. Логічна операція І між двома змінними x і y реалізується при проходженні лазерного променя через осередки двох послідовно розташованих УТ, а операція АБО - при поєднанні променів від двох осередків одного УТ. Тут і далі для естоти передбачається, що УТ є амплітудно-модулирующим, причому прозорі осередки відповідають логічної "1", непрозорі - логічному "0"; осередки прозорі і пропускають світло при додаванні керуючого електричного сигналу і навпаки. Як мультиплікатора МП, необхідного для розщеплення лазерного чка на необхідне число променів, можуть служити як системи, що складаються з УТ і звичайних лінзових систем, призначених для розширення і коллімірованіе світлових променів до заданої апертури, так і спеціальні інтегрально-оптичні розгалужувачі. Останні є більш ефективними. Пристроєм сполучення, необхідного в схемі диз'юнкції для збірки променів, що виходять від осередків одного і того ж або різних УТ, можуть бути звичайні циліндричні лінзи, як показано на рис. 5.10, б, або ж спеціальні інтегрально-оптичні пристрої.


 Ріс.5.10 а Логічні схеми на УТ

 
 

 Ріс.5.10 б Логічні схеми на УТ

Схеми, наведені на рис. 5.10, а - г, реалізують операції кон'юнкції і діз'юікціі. У схемі кон'юнкції (рис. 5.10, в) УТ можуть бути матричними з великим числом осередків, ФП також є фотоматрицею з відповідним числом елементів. Аналогічно, в схемі диз'юнкції (рис. 5.10, г) УТ1 УТm можуть бути осередками одного УТ матричного типу, а отже, ФП - лінійкою

Ріс.5.10г Логічні схеми на УТ
 
 

 (Z = y1U y2 U ... ym)

 
 

 фотоприймачів. Об'єднуючи зазначені дві схеми, можна отримати схему, що реалізує діз'юнктівную нормальну форму (ДНФ) булевої функції вхідних змінних. Використовуючи три зазначені схеми, можна реалізувати будь-яку логічну функцію кінцевого безлічі двійкових змінних.

Ріс.5.11. Схема, що реалізує булеві функції в ДНФ.


література

1. Гудмен Дж. Введення в Фур'є-оптику. - М. Світ, 1970. -364 с.

2. ЮУ Ф. Введення в теорію дифракції, обробку інформації і голографії. - М. Сов. радіо, 1979. - 304 с.

3. Акаєв А. а., Майорів С. а. Оптичні методи обробки інформації.- М. Вища школа, 1988, - 239с.

4. Мікаелян А. л. Оптичні методи в інформатиці. Запис, обробка та передача інформації. - М. Наука, 1990.- 228с.

5. Порфирьев Л. ф. Основи теорії перетворення сигналів в оптико-електронних системах. - Л. Машинобудування, 1989. - 392 с.

6. Ключников А. с. Радіооптіка і голографія. - Мінськ. Університетське, 1989. -224 с.

7. Папуліс А. Теорія систем і перетворень в оптиці. - М. Світ, 1971.- 496 с.

8. Оптична обробка інформації. Під ред. Кейсесента Д., - М. Світ, 1980 - 349 с.

лекція

Тема Види загроз інформаційної безпеки

питання

1. Основні поняття і визначення.

2. Класифікація і зміст можливих загроз конфіденційної інформації.

3. Можливі шляхи зараження на конфіденційну інформацію.

Характер походження загроз

Загроза (безпеки інформації):Сукупність умов і факторів, що створюють потенційну або реально існуючу небезпеку порушення безпеки інформації.

Фактор, що впливає на захищається інформацію:Явище, дія або процес, результатом якого можуть бути витік, спотворення, знищення інформації, що захищається, блокування доступу до неї.

Джерело загрози безпеки інформації:Суб'єкт (фізична особа, матеріальний об'єкт або фізичне явище), що є безпосередньою причиною виникнення загрози безпеки інформації.

Уразливість (інформаційної системи);пролом: Властивість інформаційної системи, що обумовлює можливість реалізації загроз безпеки оброблюваної в ній інформації.

Примітки:

1. Умовою реалізації загрози безпеки оброблюваної в системі інформації може бути недолік або слабке місце в інформаційній системі.

2. Якщо вразливість відповідає загрозі, то існує ризик.


Шкідлива програма:Програма, призначена для здійснення несанкціонованого доступу до інформації та (або) впливу на інформацію або ресурси інформаційної системи.

Несанкціоноване вплив на інформацію:Вплив на захищається інформацію з порушенням встановлених прав і (або) правил доступу, що приводить до витоку, перекручування, підробки, знищення, блокування доступу до інформації, а також до втрати, знищення або збою функціонування носія інформації.

Навмисне силове електромагнітний вплив на інформацію:Несанкціоноване вплив на інформацію, що здійснюється шляхом застосування джерела електромагнітного поля для наведення (генерування) в автоматизованих інформаційних системах електромагнітної енергії з рівнем, що викликають порушення нормального функціонування (збій у роботі) технічних і програмних засобів цих систем.

Модель загроз (безпеки інформації):Фізичне, математичне, описову уявлення властивостей або характеристик загроз безпеки інформації.

Примітка - Видом описового подання властивостей або характеристик загроз безпеки інформації може бути спеціальний нормативний документ.


Структура інформаційної безпеки

Класифікація та зміст можливих загроз інформації

Повернемося до розглянутого вище поняття «Інформаційна -

безпека »(ІБ) як стан захищеності потреб особистості, суспільства і держави в інформації, при якому забезпечуються їх існування і прогресивний розвиток незалежно від наявності внутрішніх


і зовнішніх інформаційних загроз. Тоді з позиції забезпечення ІБ можна визначити, що під інформаційною загрозою розуміється вплив дестабілізуючих факторів на стан інформованості, що піддають небезпеці життєво важливі інтереси особистості, суспільства і держави. У законі РФ «Про безпеку» дано визначення загрози безпеці як сукупності умов, факторів, що створюють небезпеку життєво важливим інтересам особистості, суспільства і держави. під загрозою інформації в системах її обробки розуміється можливість виникнення на будь-якому етапі життєдіяльності системи такого явища або події, наслідком якого можуть бути небажані впливу на інформацію. До теперішнього часу відомо велика кількість різнопланових загроз різного походження, що таять в собі різну небезпеку для інформації. Для системного уявлення їх зручно класифікувати по виду, можливих джерел, передумов появи і характером прояву.

1. Види загроз Визначивши поняття «загроза державі, суспільству і особистості» в широкому сенсі, розглянемо його щодо безпосереднього впливу на конфіденційну інформацію, оброблювану на якомусь об'єкті (кабінеті, підприємстві, фірмі). Аналізуючи можливі шляхи впливу на інформацію, подану як сукупність п інформаційних елементів, пов'язаних між собою логічними зв'язками, можна виділити основні порушення:

-Фізична цілісності (знищення, руйнування елементів);

логічний цілісності (руйнування логічних зв'язків);

-Зміст (зміна блоків інформації, зовнішнє нав'язування неправдивої інформації);

-конфіденціальності (руйнування захисту, зменшення ступеня захищеності інформації);


-право власності на інформацію (несанкціоноване копіювання, використання).

Можливі шляхи зараження на інформацію

З огляду на це для таких об'єктів систем загроза інформаційній безпеці представляє реальні або потенційно можливі дії або умови, що призводять до оволодіння конфіденційною інформацією, розкрадання, спотворення, зміни, знищення її та відомостей про саму систему, а також до прямих матеріальних збитків. Узагальнюючи розглянуті загрози, можна виділити три найбільш виражені для систем обробки інформації:

1) схильність фізичній перекручення чи знищення;

2) можливість несанкціонованої (випадкової або зловмисної)

модифікації;

3) небезпека несанкціонованого (випадкового або навмисного)

отримання інформації особами, для яких вона не призначалася.

Крім того, з точки зору аналізу процесу обробки інформації виділяють таку загрозу, як блокування доступу до оброблюваної інформації.




 Причини виникнення загроз |  Загрози конфіденційної інформації |  Канали втрати інформації |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати