Н. Ж. Джайчибеков физика-математика Ўылымдарыны докторы, профессор
жүктеу/скачать 4.86 Mb.
|
|
"введение в систему команд кристалла дополнительной команды переключения на супервизор; "использование двух прерываний под нарушение защиты и под супервизор. В регистре состояния процессора, хранимого по адресу 0h ОЗУ кристалла, есть единственный незадействованный бит -b7. Назовем его VM (от VirtualMode). При выполнении кода ОС VM=0, при выполнении скрипта, т.е. кода приложения,VM=1. Скорее всего, разработчики кристалла зарезервировали этот флаг для будущих кристаллов с большим объемом масочного ПЗУ, в этом случае для добавления флага VM можно расширить регистр состояния процессора до двух байт, храня его старшую часть в одном из свободных байтов младших адресов ОЗУ. Теперь необходимо решить вопрос с обеспечением возможности выполнения кода приложения из ЭСППЗУ. Проблема в том, что масочное ПЗУ и ЭСППЗУ имеют различные адресные пространства, кроме того, присоединение адресного пространства ЭСППЗУ к адресному пространству масочного ПЗУ приведет к выходу за пределы разрядов адресного пространства масочного ПЗУ. Решение этой проблемы возможно следующим образом. Будем считать введенный нами флаг VM тоже элементом адресного пространства, осуществляющего выбор между масочным ПЗУ (VM=0) и ЭСППЗУ (VM=1). Как будет изложено далее коду приложения будет запрещено совершать передачу управления напрямую в код операционной системы, поэтому такой метод адресации вполне возможен. Следующей проблемой является то, что в силу схемотехнических особенностей реализации ЭСППЗУ процессору будет сложно осуществлять выборку из ЭСППЗУ блоков с кодом приложения. Поэтому код приложения можно перемещать в ОЗУ, осуществляя выполнение кода при взведенном флаге VM уже не из ЭСППЗУ, а из ОЗУ кристалла; а задачу по загрузке необходимых блоков из ЭСППЗУ в ОЗУ можно переложить на супервизор - подсистему, осуществляющую диспетчеризацию процессора кода приложения и сервисные функции, связанные с этим. Кроме того, это позволит решить вопросы, возникающие в случае нелинейной организации файловой структуры в ЭСППЗУ и, соответственно, нелинейного хранения кода приложения в ЭСППЗУ. Кроме того, участок памяти, содержащий код приложения, должен обрамлять командами переключения на супервизор, дабы управление, переданное коду приложения, не вышло за его пределы. Теперь поделим команды кристалла на две группы: разрешенные и неразрешенные для выполнения кодом приложения. Команды кристалла делятся на следующие типы: "двухоперандные команды: пересылки, сравнения, арифметические и логические команды; "литерные команды: пересылка, сравнение, арифметические и логические команды с использованием константных аргументов - литер; "однооперандные команды: обмен тетрад, смена знака, логическая инверсия, логические, арифметические и циклические сдвиги, сложение/вычитание с переносом; "команды работы со служебными регистрами и регистром состояния: загрузка адреса и служебных регистров, запись/чтение служебных регистров, операции со стеком данных, установка/сброс разрядов RS , проверка переполнения и тетрадного переноса; "команды передачи управления: безусловный, косвенные и условные переходы, переходы к подпрограмме, возвраты из подпрограммы и прерывания; "специальные команды: отсутствие операции, ожидание, сброс, уменьшение указателя стека
Л.Н. Гумилев атындаЎы ЕУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2011, №6 команд. Критерием разрешения применения команды будут условия отсутствия влияния команды на служебные регистры и отсутствия передачи управления. Поэтому при взведенном флаге VM разрешается выполнение команд лишь из первых трех групп: двухоперандные команды, литерные команды, однооперандные команды. Также можно разрешить такие команды, как NOP - отсутствие операции, TOF - проверка переполнения, TDC - проверка тетрадного переноса. Таким образом, код приложения самостоятельно сможет выполнять лишь пересылки в пределах доступной оперативной памяти, сравнения, арифметические и логические команды, сдвиги и т.п. для проведения всех остальных операций, таких как передача управления, смена доступной области памяти, установление режима косвенной адресации, выполнение высокоуровневых операций, таких как, криптографические преобразования, ввод/вывод, чтение/запись файлов и т.п. потребуется обращение к супервизору. Для обращения к супервизору можно или ввести отдельную команду, с мнемоникой, например JSV (от JumpSuperVisor). В системе команд микропроцессора не задействованы коды команд 0000 0000 0000 10ХХ, поэтому команде JSV можно присвоить код, например, 0000 0000 0000 1000. Если же вводить в архитектуру кристалла дополнительную команду по схемотехническим соображениям сложно, можно назначить ее функциональность на одну из служебных команд, например, на команду RESET. Если флаг VM равен нулю, команда будет выполняться, какэто предусмотрено текущей архитектурой кристалла, а приVM, равном единице, будет происходить переключение на подпрограмму-супервизор. Во всех остальных случаях при попытке выполнения запрещенной команды в режиме кода приложения, должно возникать прерывание, скажем, номер 4, он пока свободен. Также, для передачи управления супервизору, необходимо еще одно прерывание - прерывание супервизора. Ему можно присвоить тоже пока свободный номер - 5. Появление в архитектуре флага VM требует внесение изменений в функционирование механизма прерываний: при возникновении прерывания и передачи управления на обработчик этого прерывания, флаг VM должен сбрасываться и автоматически восстанавливаться из стека при возврате из прерывания. Очевидно, что для кода приложения не должно быть способа модифицировать флаг VM, т.к. на этом основывается безопасность всех остальных приложений, находящихся на карте. Также крайне важно в целях безопасности запретить в режиме выполнения кода приложения использование косвенной адресации, регистры D6 и D7 по функциональности не должны отличаться от остальных. В противном случае код приложения сможет получать доступ ко всему ОЗУ и даже масочному ПЗУ. Если же разработчику карточного приложения потребуется косвенная адресация - это можно будет сделать через сервисный вызов супервизора. Итак, описан весь набор модификаций, требующихся на аппаратном уровне. Таким образом, была реализована модификация систем команд контроллера карты в аппаратную вычислительную среду, позволяющую выполнять программный код, гарантировано изолированный от других приложений. Данная методика применима в smart-картам и дает возможность реализовывать карточные скрипты не в системе команд ВМ, а непосредственно в системе команд контроллера карты. ЛИТЕРАТУРА 1. Атанов С.К., Программные средства реализации адаптивных моделей с нечеткой логикой"Вестник науки КазАТУ им. С.Сейфуллина", №2, 2009., C. 27, Астана 2. Тимур Палташев "Электроника как основа инновационной экономики России. Взгляд из Кремниевой Долины", Промышленные Ведомости, №3, март 2007http://www.promved.ru/articles/article.phtml?id=1115&nomer=41 3. Федунов Б.Е. Максимально быстрое торможение объекта, осуществляющего управляемое движение под действием сил аэродинамического торможения и тяжести.//ПММ.
М.М. Илипов Том54.Вып.5,1990. Iлiпов М.М. Ма©алада микропроцессорлы© карталарЎа шолу және программалауды ерекшелiктерi к°рсетiлген Ilipov M. M. Features of programming of microprocessor cards In given articles to be spent the review and features of programming of microprocessor cards Поступила в редакцию 11.10.2011 Рекомендована к печати 17.10.2011 55
ФИЗИКА
Ж.Н. Куанышбекова, К.Н. Нугыманова,... . Ж.Н. Куанышбекова, К.Н. Нугыманова, К.К. Ержанов, А.А. Захидов, Р. Мырзакулов Чувствительные к красителям солнечные ячейки со считывающими электродами из различного количества слоев углеродных нанотрубок ( Нанотехнический институт Техасского университета в Далласе, Ричардсон, США) (Евразийский Национальный университет имени Л.Н. Гумилева, г. Астана, Казахстан) В этой статье мы демонстрируем, использование многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), в качестве считывающего электрода для чувствительных к красителям солнечных батарей (ЧКСБ). Для каждой ячейки ЧКCБ используется типичный титановый фотоэлектрод, нанесенный на прозрачное электродное окно со светочувствительным красителем, поглощенной на поверхности Ti02. Обычно в ЧКCБ используют стекло лакированное фторо-оловяннистой окисью (ЛФОО) покрытое Pt, слой Pt играет роль катализатора для лучшей скорости передачи заряда от электролита. В нашем электроде слой MУНT играет роль хорошего проводника (подобно ЛФОO) и обеспечивает лучшие каталитические свойства для передачи заряда (подобно Pt). Свойства ячеек менялись в зависимости от числа слоев MУНT с оптимальными результатами, полученными в образцах 6-ти слойными обратными электродами. Устройство показало плотность рабочего тока 13.8 mA/cm2, напряжение разомкнутой цепи 740 милливольт, фактор заполнения 0.68 и конверсионную эффективность 6.95 %. Введение Чувствительные к красителям солнечные батареи (ЧКСБ) были интенсивно изучены как дешевая альтернатива возобновляемым источникам энергии из-за их высокойой конверсионной эффективности ( 10-11 %) и относительно простому изготовлению [1], [2]. Обычно в ЧКСБ в качестве обратного электрода (ОЭ) используется платиновый катализатор, покрытый на покрытое тонкой пленкой фторо-оловяннистой окисью (ЛФОО) стекло. Хотя Pt показывает превосходную каталитическую активность при восстановлений трийодида (I −3) и хорошую электрическую проводимость, но стоит дорого и ограничено доступными запасами для производственного применения [3]. Как альтернативный ОЭ к Pt для восстановления (I −3) ЧКСБ, были изучены различные углеродные материалы, такие как однослойные нанотрубки (ОУНT) [4], гибкие листы графита [5] активированный углерод [6], и функционализованные графеновые листы с кислородо содержащими участками продемонстрировали эффективность близкую к традиционному платиновому электроду [7]. Однако, эти материалы зависят от ЛФОO как подложки, для поддержки материала и зависят от его механической негибкости. Катализатор, который имеет свою собственную структуру и гибкость, добавило бы дополнительное преимущество уже доступному ЧКСБ, учитывая, что ОЭ будет один материал, вместо ОЭ, который состоял из катализатора и проводящего основания. ОЭы, изготовленные из ориентированных листов многослойных углеродных нанотрубок (MУНT), являются хорошей альтернативой Pt, поскольку это недорого, не имеет никаких проблем дефицита, масштабируемо, имеет свою собственную структуру, и химически и физически устойчивы. Здесь мы описываем успешное применение многослойных листов MУНT, как обратного электрода для восстановленя (I −3) в ЧКСБ (Рис. 1). При этом оказалось, что можно вообще не использовать ЛФОО, как токосборное покрытие. Это дает возможность наносить 10-15 слоев даже на гибкие пластические подложки, на которых ЛФОО растрескивается и таким образом не может быть применен. MУНT, используемые в этом исследовании, состоят из 4-6 концентрических графеновых цилиндров с внешним диаметром 8-10 нм и длиной 300-400 микрон, выращенных как выровненный ориентированный лес с уникальными свойствами для прямого сухого вытягивания из них тонких слоев в виде пленок, которые непосредственно легко наносятся на подложку [8]. Таким образом, когда внешний край леса оттянут горизонтально далеко, смежные MУНT остаются в контакте и в свою очередь могут быть вытянуты т.е. тянутся без жидкости или наполнителя, создавая непрерывную сеть или пленку-лист горизонтально вытянутого волокна [9], [10], [11], [12]. После уплотнения органической жидкостью (например этанолом) толщина листа составляет 50-100 нм, обладает исключительной прочностью и гибкостью [12] и является подходящим материалом для масштабного производства электродов данных батарей. Эти MУНT имеют очень высокую чистоту, и достаточные 57 
Л.Н. Гумилев атындаЎы ЕУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2011, №6 фрагментарные острые атомные края, вызванные структурными дефектами, которые предоставляют избыточные участки, для каталитического восстановления (I − 3 ) [14]. Большая площадь поверхности листа MУНT (>200m2/g) с высокой электрической проводимостью отдельных трубок, вместе с превосходной гибкостью предполагает сделать его хорошей альтернативой ЛФОО, покрытой Pt, как токособиратель для гибких ЧКСБ. ЛФОО является очень хрупким материалом, требующей большой заботы, для избежания возникновения в них трещин, поэтому он не может быть использован для нового поколения гибких ЧКСБ, которые обычно имеют эффективность оптической передачи <80%, особенно рассеиваясь или отражая важный синий свет [15]. Рис. 1. Схема ЧКСБ с MУНT обратным электродом Экспериментальная часть MУНT MУНT синтезирированы как выровненный лес химическим осаждением из газовой фазы, использованием ацетилена над железным катализатором на кремниевой подложке. Детали печи, реактора и основных условия ранее сообщались [16], [17]. Внешний диаметр УНТ приблизительно равен 10 нм, внутренний диаметр 4 нм (Рис. 3, 4) и длина 350 - 400 µ m. ОЭ были изготовлены, используя от одного до восьми слоев MУНT, вытянутых непосредственно из леса (Рис. 2), которые положили слоями как на плоские стеклянные пластины. Слоя УНT были стабилизированы смачиванием ацетоном и высушиванием. Были измерены сопротивление листов и оптические спектры поглощения MУНT ОЭ. Морфология УНТ была проанализирована, посредством электронной микроскопии (SEM, Philips XL30 FESEM) и трасмиссионной электронной микроскопии (TEM, FEI Tecnai-200). Изготовление фотоэлектрода Электроды были изготовлены из пластин (15x10x2 мм) силикатного стекла и коммерчески изготовленного стекла с покрытием ЛФОО (Hartford Glass Co, Хартфорд, Индиана); (поверхностное сопротивление слоя 10 Ω /cm2). Обычный платиновый ОЭ готовится, нанесением тонкой пленки 30 нм коммерчески доступной платиновой пасты (Solaronix, платиновый катализатор T/SP) на стеклянные пластины ЛФОО и термической обработкой при температуре 400 ◦ C в течение 25 минут на воздухе. Рабочий электрод для каждого ЧКСБ был подготовлен нанесением компактной тонкой пленки TiO2 пасты на стеклянное основание пластины ЛФОO, затем впитывая TiCl4из водного раствора (40 мм) при температуре 70 o C в течение 30 минут, затем ополаскивая деионизированной водой и высушиванием на воздухе. Слой (10 мкм) прозрачной пасты TiO2 (Dyesol, DSL 18 NR-T) сопровождаемый слоем (4 мкм) отражающей пасты TiO2(Dyesol, WER4-O) были нанесены скребком на основание и обжигались от комнатной температуры до 500 ◦ C в течение 45 минут. После охлаждения до 110 ◦ C, обожженные электроды были погружены в 0.3 мМ раствор cis-bis(isothiocyanato) bis (2,20-bipyridyl-4,4 0 -dicarboxylato)-ruthenium(II)bis(tetrabutylammonium) краситель (Solaronix N719) в ацетонитриле в течение 24 ч. Сборка устройства Электрические соединения были сделаны ультразвуковой сваркой. Тест и контроль ЧКСБ и симметричных ячеек без фотоэлектрода, которые были собраны помещая электроды лицом к 58  
Ж.Н. Куанышбекова, К.Н. Нугыманова,... . лицу, заклеивая их 60 µ m толщины сирлином - полимерной фольгой и запечатанный горячим прессованием. У пластин, используемых для обратных электродов, есть маленькое отверстие, которое просверливают около одного края, чтобы заполнить ячейку электролитом, состоящим из 3-пропил-1-метилимидазолиум йодид (0.6 моль/л), I2(0.04 моль/л), гуанидиний триционит (0.1 моль/л), и 4-терт-бутилпиридин (0.5 моль/л) в ацетонитриле. Потом, отверстие для электролита было запечатано с полимерной пленкой (сирлин) и покровным стеклом. Чтобы получить спектр электрохимического импеданса (СЭИ) и особенности электрического потенциала (Tafel кривые) ОЭ, тонкослойные симметрические клетки были изготовлены, используя две идентичные МУНT или платиновый ОЭ, помещенный лицом к лицу. Для проверки попадания луча и измерения характеристик, ячейки были изготовлены из MУНT или Pt/ЛФОO ОЭ, которые были приклеены лицом к лицу с рабочим электродом. Характеристика ячеек и тестирование ОЭ Вольт-амперные характеристики ЧКСБ были измерены в спектре 1.5 воздушной массы Global(AM1.5 G) и интенсивности освещения 1 солнца, используя Newport(модель 91160) и Keithley 236 солнечные симуляторы. Интенсивность падающего света была калибрована NREL-гарантированной кремниевой справочной клеткой, оборудованной KG-5 фильтром [16], [17] (Рис. 5). Электрохимическая характеристика MУНТ была выполнена, используя симметричные клетки с тем же самым электролитом, используемым в ЧКСБ. СЭИ и Tafel-кривые были проверены, используя Voltalab PGZ 301 Potentiostat/Galvanostat/EIS установку. Результаты и обсуждение Оценка MУНТ Коэффициент пропускания (измерено с использованием спектрометра Perkin Elmer Lambda 900 UV-Vis/NIR, длиной волны 550 нм) для одного слоя МУНT листа, был >85 % при параллельной поляризации, >65 % при перпендикулярной поляризации. Рис.2. Прозрачный лист MУНT, вытянутый из 200 x 66 мм выстроенного леса. Рис.3. Выстроенный лес МУНТ (на вставке крупный план выравниваненных волокон УНT (масштаб 2 µ m)) (a), вытянутый лист MУНT (на вставке TEM одного MУНT (масштаб 5нм)) b). Электрохимическое характеристика MУНT в симметричной ячейке Электрохимическая характеристика MУНT была выполнена, используя симметричные ячейки с тем же самым электролитом, используемым в ЧКСБ (рис. 4). Рабочие параметры улучшились с увеличением числа слоев, который, кажется, противоречит с экспериментальным идеальным числом слоев MУНT в эксплуатационном ЧКСБ. Возможное объяснение этого состоит в том, что в ЧКСБ, у более толстых слоев были некоторые связки,
Л.Н. Гумилев атындаЎы ЕУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2011, №6 расслаивающиеся от листов, которые приводят к замыканию между анодом и катодом внутри ячейки.
Рис. 4. Электрохимическая импеданс спектроскопия (a) и Тafel кривые (b) симметричных ячеек с МУНТ. Общая тенденция улучшенного Rct и i0замечена с увеличением слоев, минимум 3.5 Ом для 8 слоев MУНT и обменной плотности тока 22.9 mA/cm2
входные частоты оказались в диапазоне 106-10 −2Hz. Импеданс при высокой частоте, где фаза - ноль, представляет серийное сопротивление (Rs). Ширина первого полукруга, на левой стороне, представляет сопротивление передачи заряда (Rct) в интерфейсе электрод/электролит и в пике полукруга сопротивление двойного слоя (С м ), который может дать сравнительное понимание площади поверхности электрода. Полукруг правой стороны представляет импеданс распространения Нэрнста (ZN) окислительно-восстановительной пары в электролите. Величины параметров СЭИ были получены, соответственно из кривых СЭИ с эквивалентной схемой, как показано на вставке 4a. Второй тест по оценке обратного электрода - кривые поляризации Tafel (рисунок 4b), тестированы симметричные ячейки, собранные таким же образом как для СЭИ тестирования. Tafel кривые были настроены, для измерения логарифмической плотности тока, как функции потенциала. Из этой кривой особо важно получить информацию относительно обменной плотности тока i0. Обменная плотность тока может быть рассмотрена как своего рода ток холостого хода, где необходим только небольшой потенциал, чтобы вести чистый поток ниже обменной плотности тока. Если требуется более высокий чистый поток чем обменная плотность тока, то необходим существенный потенциал. Для работы ЧКСБ обменная плотность тока данного ОЭ идеально подходит, так как значительно выше произведенной плотности тока, иначе сопротивление будет падать уменьшиться ток и фактор заполненности в данном устройстве. Таблица 1 суммарные данные из рисунка. 60      
Ж.Н. Куанышбекова, К.Н. Нугыманова,... . жүктеу/скачать 4.86 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
