Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Развитие современного общества, основанного на использовании огромного количества самой разнообразной информации, немыслимо без широкого внедрения во все сферы жизни общества электронно-вычислительной техники. Наибольшее распространение компьютеры получили в образовании, медицине, науке и защите информации.

Функции компьютера в системе образования весьма разнообразны - от управления органами народного образования в целом и отдельной школы до средств развлечения учащихся во внеурочное время. Если же говорить об основных функциях компьютера в учебном процессе, то он выступает как объект изучения и средство обучения. Каждой из этих функций соответствует свое направление компьютеризации обучения. Первая из них предполагает усвоение знаний, умений и навыков, которые позволяют успешно использовать компьютер при решении разнообразных задач. Второе направление видит в компьютере мощное средство обучения, которое способно значительно повысить его эффективность. Указанные два направления и составляют основу компьютеризации обучения.

Применение компьютеров в науке становится настолько активным, что начинает происходит объединение различных научных дисциплин с информатикой. Примером может служить новое направление, возникшее на стыке информатики и географии, - геоинформатика. Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность: по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем; по разработке геоинформационных технологий; по прикладным аспектам или приложениям ГИС для практических или геонаучных целей. Географическая информационная система - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных). Основу ГИС составляют автоматизированные картографические системы, а главными источниками информации служат различные геоизображения.

Как было показано выше, компьютер получил массовое применение во всех сферах жизни общества. Большая часть информации в современном мире имеют электронную форму. Зачастую эта информация имеет большое значение и должна быть сохранена в тайне, но скопировать информацию с компьютера без специальной защиты довольно легко. Поэтому вычислительная техника находит всё большее применение в области защиты информации. Основными направлениями в этой области являются: разработка аппаратных средств защиты персональных компьютеров (наиболее популярными сейчас являются технологии идентификации по отпечаткам пальцев и сетчатке глаза), разработка средств защиты сетей, создание систем защиты информации. Последнее направление является очень перспективным, т.к. на данный момент существует потребность комплексной защиты информации во время её создания, хранения и передачи.

1. Общий раздел

1.1 Управление локальными сетями

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест к единому каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС относится к географически ограниченным аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Основными проблемами, связанными с увеличением сетей, являются каждодневное управление работой сети и стратегическое планирование роста сети. Характерным является то, что каждая новая технология сети требует свою собственную группу экспертов для ее работы и поддержки. Насущной необходимостью стало автоматизированное управление сетями (включая то, что обычно называется «планированием возможностей сети»), интегрированное по всем различным окружениям.

1.1.1 Архитектура управления сети

Протоколы управления

Большинство архитектур управления сети используют одну и ту же базовую структуру и набор взаимоотношений. Конечные станции (managed devices - управляемые устройства), такие как компьютерные системы и другие сетевые устройства, прогоняют программные средства, позволяющие им посылать сигналы тревоги, когда они распознают проблемы. Проблемы распознаются, когда превышен один или более порогов, заданных пользователем. Management entities (управляющие объекты) запрограммированы таким образом, что после получения этих сигналов тревоги они реагируют выполнением одного, нескольких или группы действий, включающих:

· Уведомление оператора

· Регистрацию события

· Отключение системы

· Автоматические попытки исправления системы

Управляющие объекты могут также опросить конечные станции, чтобы проверить некоторые переменные. Опрос может быть автоматическим или его может инициировать пользователь. На эти запросы в управляемых устройствах отвечают «агенты». Агенты - это программные модули, которые накапливают информацию об управляемом устройстве, в котором они расположены, хранят эту информацию в «базе данных управления» и предоставляют ее (проактивно или реактивно) в управляющие объекты, находящиеся в пределах «систем управления сети» (NMSs), через протокол управления сети. В число известных протоколов управления сети входят «the Simple Network Management Protocol (SPMP)» (Протокол Управления Простой Сети) и «Common Management Information Protocol (CMIP)» (Протокол Информации Общего Управления). «Management proxies» (Уполномоченные управления) - это объекты, которые обеспечивают информацию управления от имени других объектов.

1.1.2 Библиографическая справка протокола SNMP

В создание протокола SNMP внесли свой вклад разработки по трем направлениям:

High-level Entity Management System (HEMS)

Система управления объектами высшего уровня. Определяет систему управления с рядом интересных технических характеристик. К сожалению, HEMS использовалась только в местах ее разработки, что в конечном итоге привело к прекращению ее действия.

Simple Gateway Monitoring Protocol (SGMP)

Протокол управления простым роутером. Разработка была начата группой сетевых инженеров для решения проблем, связанных с управлением быстрорастущей Internet; результатом их усилий стал протокол, предназначенный для управления роутерами Internet. SGMP был реализован во многих региональных ветвях Internet.

CMIP over TCP (CMOT)

CMIP над ТСР. Пропагандирует сетевое управление, базирующееся на OSI, в частности, применение Common Management Information Protocol (CMIP) (Протокол информации общего управления) для облегчения управления объединенных сетей, базирующихся на ТСР.

Достоинства и недостатки этих трех методов (HEMS, SGMP и CMOT) часто и горячо обсуждались в течение второй половины 1987 г. В начале 1988 г. был образован комитет Internet Activities Board - IAB (IAB - это группа, ответственная за техническую разработку протоколов Internet) для разрешения дебатов по поводу протокола сетевого управления. В конечном итоге комитет IAB пришел к соглашению, что улучшенная версия SGMP, которая должна была называться SNMP, должна стать временным решением; для долгосрочного применения должна быть проанализирована одна из технологий, базирующихся на OSI (либо СМОТ, либо сам СMIP). Для обеспечения легкого пути наращивания была разработана общая структура сетевого управления (которая теперь называется стандартной Структурой Управления Сети - Network Management Framework).

Сегодня SNMP является самым популярным протоколом управления различными коммерческими, университетскими и исследовательскими объединенными сетями. Деятельность по стандартизации, связанная с SNMP, продолжается по мере того, как поставщики разрабатывают и выпускают современные прикладные программы управления, базирующиеся на SNMP. SNMP относительно простой протокол, однако набор его характеристик является достаточно мощным для решения трудных проблем, возникающих при управлении большими сетями.

1.1.3 Основы технологии протокола SNMP

SNMP является протоколом прикладного уровня, предназначенным для облегчения обмена информацией управления между сетевыми устройствами. Пользуясь информацией SNMP (такой, как показатель числа пакетов в секунду и коэффициент сетевых ошибок), сетевые администраторы могут более просто управлять производительностью сети и обнаруживать и решать сетевые проблемы.

1.1.4 Модель управления, основанная на SNMP

Агентами в SNMP являются программные модули, которые работают в управляемых устройствах. Агенты собирают информацию об управляемых устройствах, в которых они работают, и делают эту информацию доступной для систем управления сетями (network management systems - NMS) с помощью протокола SNMP.

Управляемое устройство может быть узлом любого типа, находящимся в какой-нибудь сети: это хосты, служебные устройства связи, принтеры, роутеры, мосты и концентраторы. Так как некоторые из этих систем могут иметь ограниченные способности управления программным обеспечением (например, они могут иметь центральные процессоры с относительно малым быстродействием, или ограниченный объем памяти), программное обеспечение управления должно сделать допущение о наименьшем общем знаменателе. Другими словами, программы управления должны быть построены таким образом, чтобы минимизировать воздействие своей производительности на управляемое устройство.

Так как управляемые устройства содержат наименьший общий знаменатель программного обеспечения управления, тяжесть управления ложится на NMS. Поэтому NMS обычно являются компьютерами калибра АРМ проектировщика, которые имеют быстродействующие центральные процессоры, мегапиксельные цветные устройства отображения, значительный объем памяти и достаточный объем диска. В любой управляемой сети может иметься одна или более NMS. NMS прогоняют прикладные программы сетевого управления, которые представляют информацию управления пользователям. Интерфейс пользователя обычно базируется на стандартизированном графическом интерфейсе пользователя (graphical user interface - GUI).

Сообщение между управляемыми устройствами и NMS регулируется протоколом сетевого управления. Стандартный протокол сети Internet, Network Management Framework, предполагает парадигму дистанционной отладки, когда управляемые устройства поддерживают значения ряда переменных и сообщают их по требованию в NMS. Например, управляемое устройство может отслеживать следующие параметры:

- число и состояние своих виртуальных цепей;

- число определенных видов полученных сообщений о неисправности;

- число байтов и пакетов, входящих и исходящих из данного устройства;

- максимальная длина очереди на выходе (для роутеров и других устройств объединения сетей);

- отправленные и принятые широковещательные сообщения;

- отказавшие и вновь появившиеся сетевые интерфейсы.

1.1.5 Топология ЛВС по видам соединения

Топология типа звезда

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко. Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub - концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб». В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Древовидная структура ЛВС

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидная структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и / или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимальное возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

1.2 Аналого-цифровой преобразователь

(АЦП, ADC) - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (DAC) (цифро-аналогового преобразователя).

Как правило, АЦП - электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код.

Аналого-цифровое преобразование электрических сигналов подобно взвешиванию груза на рычажных весах. Итальянский математик Фибоначчи (1170 - (1228-1250) гг.) сформулировал задачу наименьшего числа гирь для взвешивания грузов наибольшего диапазона на рычажных весах, которая стала известна под названием «задача о гирях». Решив эту задачу, Фибоначчи пришёл к выводу, что наименьшее число гирь получается при выборе весов гирь в позиционной симметричной троичной системе счисления. Из этого следует, что наиболее оптимальными аналого-цифровыми преобразователями являются аналого-цифровые преобразователи, работающие в позиционной симметричной троичной системе счисления. Из этого следует также вывод, что «электронное взвешивание» намного отстаёт от механического взвешивания, в котором к позиционной симметричной троичной системе счисления пришли ещё в XII веке. Математика «электронного взвешивания» находится ниже уровня математики механического взвешивания XII века. Следует также отметить, что Фибоначчи в своей задаче не учитывал число взвешиваний. При учёте числа взвешиваний (числа итераций при «электронном взвешивании») оказывается, что наименьшее число взвешиваний (итераций) также происходит при выборе позиционной симметричной троичной системы счисления.

Рис. 1. Функциональная схема аналогово-цифрового преобразователя

Рис. 2. Амплитудная характеристика компрессора



Рис. 3. Принцип дискретизации

Разрешение АЦП - минимальное изменение величины аналогового сигнала, которое может быть преобразовано данным АЦП. Обычно измеряется в вольтах, поскольку для большинства АЦП входным сигналом является электрическое напряжение. В случае единичного измерения без учёта шумов разрешение напрямую зависит от разрядности АЦП.

Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе. Измеряется в битах. Например, АЦП, способный выдать 256 дискретных значений (0..255), имеет разрядность 8 бит, поскольку 28 = 256.

Разрешение по напряжению равно разности напряжений, соответствующих максимальному и минимальному выходному коду, делённой на количество выходных дискретных значений.

На практике разрешение АЦП ограничено отношением сигнал/шум входного сигнала. При большой интенсивности шумов на входе АЦП различение соседних уровней входного сигнала становится невозможным, то есть ухудшается разрешение. При этом реально достижимое разрешение описывается эффективной разрядностью (effective number of bits - ENOB), которая меньше, чем реальная разрядность АЦП. При преобразовании сильно зашумлённого сигнала младшие разряды выходного кода практически бесполезны, так как содержат шум. Для достижения заявленной разрядности отношение С/Ш входного сигнала должно быть примерно 6 дБ на каждый бит разрядности.

Рис. 4. Предделитель АЦП

1.2.1 Типы АЦП

Параллельные АЦП

Чаще всего в качестве пороговых устройств параллельного АЦП используются интегральные компараторы. Схема типичного АЦП параллельного типа приведена на рисунке 5.

Рис. 5 - АЦП параллельного типа

Довольно простая схема. Число компараторов DA выбирается с учетом разрядности кода. Например, для двух разрядов понадобится три компаратора, для трех - семь, для 4-х - 15. Опорные напряжения задаются с помощью резистивного делителя. Входное напряжение Uвх подается вход компараторов и сравнивается с набором опорных напряжений, снимаемых с делителя. На выходе компаратора, где входное напряжение больше соответствующего опорного, будет лог. 1, на остальных - лог. 0. Естественно, пир входном напряжении равном 0 на выходах компараторов будут нули. При максимальном входном напряжении на выходах компараторов будут лог. 1. Шифратор предназначен для преобразования полученной группы нулей и единиц в «нормальный» двоичный код.

Параллельный АЦП является самым быстродействующим из всех, поскольку компараторы работают одновременно. Но есть весьма существенный недостаток. Как было сказано выше, разрядность такого АЦП определяется числом компараторов (ну и резиков, конечно). При малой разрядности это еще не так хреново. А когда разрядов 10-12. Для 10-ти разрядного АЦП понадобится 210 - 1 = 1023 штук. Вот это уже не хорошо. Отсюда вытекает высокая стоимость параллельных АЦП. Кстати, подбором сопротивлений резиков можно выбрать закон преобразования - линейный, логарифмический.

Последовательные АЦП

Последовательные АЦП бывают последовательного счета и последовательного приближения. Типичная схема АЦП последовательного счета приведена на рисунке 6.

На схеме буквами и символами обозначены следующие элементы: К - компаратор, & - схема «И», ГТИ - генератор тактовых импульсов, СТ - счетчик, #/A - ЦАП. На один вход компаратора подается входное напряжение, на второй - напряжение с выхода ЦАП. В начале работы счетчик устанавливается в нулевое состояние, напряжение на выходе ЦАП при этом равно нулю, а на выходе компаратора устанавливается лог. 1.



Рис. 6 - АЦП последовательного счета

При подаче импульса разрешения «Строб» счетчик начинает считать импульсы от генератора тактовых импульсов, проходящих через открытый элемент «И». Напряжение на выходе ЦАП при этом линейно нарастает, пока не станет равным входному. При этом компаратор переключается в состояние лог. 0 и счет импульсов прекращается. Число, установившееся на выходе счетчика и есть пропорциональный входному напряжению цифровой код. Выходной код остается неизменным пока длится импульс «Строб», после снятия которого счетчик устанавливается в нулевое состояние и процесс преобразования повторяется.

Такие АЦП имеют низкое быстродействие. Достоинством является сравнительная простота построения.

Более быстродействующим являются АЦП последовательного приближения, называемый также АЦП с поразрядным уравновешиванием. АЦП последовательного приближения показан на рисунке 7. В основе работы таких преобразователей лежит принцип дихотомии - последовательного сравнения измеряемой величины с Ѕ, ј, ? и т.п. от возможного ее максимального значения.



Рис. 7 - АЦП последовательного приближения

В таком АЦП используется спешиал регистр - регистр последовательных приближений. При подаче импульса «Пуск» на выходе старшего разряда регистра появляется лог. 1, а на выходе ЦАП напряжение U1. Если это напряжение меньше входного, то в следующем по счету разряде регистра записывается еще лог. 1. Если же входное напряжение меньше, то лог. 1 в старшем разряде отменяется. Таким образом, методом проб перебираются все разряды - от старшего до младшего. На всю операцию преобразования требуется импульсов ГТИ всего в два раза больше количества разрядов. То есть АЦП последовательных приближений намного шустрее АЦП последовательного счета.

Последовательно-параллельные АЦП

Последовательно-параллельные АЦП - это компромисс между параллельными и последовательными АЦП, т.е. желание получить максимально возможное быстродействие при минимальных затратах и сложности.

На рисунке 8 показан для примера двухступенчатый АЦП. В многоступенчатых преобразователях процесс преобразования разделен в пространстве.



Рис. 8 - Двухступенчатый АЦП

Для примера на рисунке изображен двухступенчатый АЦП. АЦП1 (верхний) осуществляет «грубое» преобразование входного сигнала в старшие разряды. Сигналы с выхода первого АЦП поступают на выходной регистр и одновременно на вход быстродействующего ЦАП. Кружочек с плюсиком - это сумматор, но в данном случае вычитатель. Цифровой код преобразуется ЦАП в напряжение, которое вычитается из входного в этом самом кружочке с плюсиком. Разность напряжений преобразуется с помощью АЦП2 в коды младших разрядов. Регистр для упрощения можно выкинуть. В таких схемах ЦАП чаще всего выполняется по схеме суммирования токов с помощью дифференциальных переключателей, но могут быть построены по схеме суммирования напряжений.

Требования к точности АЦП1 выше, нежели ко второму. Оба АЦП параллельного типа. Допустим, и тот, и другой 4-х разрядные, в каждом используется по 16 компараторов. В итоге получается 8-ми разрядный АЦП всего на 32 компараторах, тогда как при построении по параллельной схеме понадобилось бы 28 - 1 = 255 шт. Быстродействие примерно раза в два хуже. Помимо этого бывают многотактные последовательно-параллельные и конвейерные АЦП. У них несколько иная структура. К примеру, многотактные преобразователи работают с различным шагом квантования, т.е. в преобразователе процесс преобразования разделен во времени. В один момент времени формируются старшие разряды, в другой момент времени шаг квантования уменьшается и формируются младшие разряды.

2. Арифметические и логические основы ЭВМ

протокол локальный цифровой амплитудный

2.1 Преобразование чисел Х1 и Х2 из 16-тиричной системы счисления в двоичную и выполнение над ними вычислительных операций в двоичной системе счисления

Задание: преобразовать числа X1 и X2 в двоичную форму и выполнить над ними операцию сложения в дополнительном коде, если Х1=AB, X2=01.

Выполнение:

Числа находятся в шестнадцатеричной системе счисления, т.к. только она кроме цифр имеет латинские буквы от А до F, обозначающие числа от 10 до 15.

Чтобы выполнить операцию сложения необходимо представить числа в двоичном коде.

X1=10101011, Х2=00000001

В вычислительной технике (ВТ) операции сложения выполняются в сумматоре. При этом надо представить второй операнд в ДК.

[X2]_ДК = 11111111

[X1]_ПК = 1 0 1 0 1 0 1 1

[X2]_ДК = 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 0 1 0 1 0 1 0

не считать

1 0 1 0 1 0 1 0

Проверка:

10101011₂=171₁₀

00000001₂=1₁₀

171₁₀+1₁₀=172₁₀

172₁₀=10101100₂

Значит операция сложения была выполнена верно.

Результат: 10101010₂

2.2 Структурная схема операционного блока (ОБ) и ее компоненты для выполнения выражения

Задание: имея задание , выполнить анализ будущей схемы, доказав какие и почему в ней должны быть компоненты.

Выполнение:

В задании операционному блоку необходимо выполнить пять операций:

1. Первая операция - инвертирование X2. Условное обозначение приведено на рис. 1:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Условное обозначение операции инвертирования Х2

2. Вторая операция - инвертирование X4. Условное обозначение имеет вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10. Условное обозначение операции инвертирования Х4

3. Третья операция арифметического сложения будет выполняться в сумматоре параллельного действия:



Рис. 11. Условное обозначение операции арифметического сложения

Обозначим результат сложения как Y1.

Для получения необходимо выполнить операцию логического сложения, т.е. дизъюнкцию. Поэтому условное обозначение будет:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12. Условное обозначение операции логического сложения

4. Четвертой операцией будем выполнять операцию вычитания или Y1 - Y2. Так как вычитание будет выполнять сумматор, то необходимо преобразовать число Y2 в ОК. Для этого необходимо выполнить инвертирование:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13. Условное обозначение операции инвертирования Y2

Для выполнения вычитания необходимо преобразовать число в дополнительный код. Схема преобразования представлена на рис. 14.

Рис. 14. Преобразование Y2 в дополнительный код

Для выполнения вычитания применяется сумматор параллельного действия:

Рис. 15. Условное обозначение операции вычитания

Зная из предыдущих рассуждений, какие необходимы компоненты для выполнения операции и зная последовательность их выполнения, составляем схему ОБ, которая будет иметь вид:

Рис. 16. Условное обозначение схемы ОБ

2.3 Схема и работа ОБ и использование результата Y для хранения в ПЗУ

Задание:

а. Составить схему для хранения результата Y в ПЗУ

б. Составить временные диаграммы для полученной схемы

Выполнение:

а) Для хранения Y в ПЗУ нужно использовать регистр приема, хранения и выдачи кодов. Этот регистр строится на основе RS-триггеров и элементов «И». Так как число Y имеет 8 разрядов, то для хранения нужно использовать 8 триггеров. Принципиальная схема 8-разрядного регистра приема, хранения и выдачи кодов представлена на рисунке ПЗУ - постоянное запоминающее устройство. Данный вид ЗУ служит для хранения тест-программ и констант. Делается ПЗУ на основе ROM. Т.к. информация в ПЗУ является константой, то её «зашивают» (записывают один раз).

Рис. 17. Регистр хранения

б) Временные диаграммы для полученной схемы будут иметь вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 18. Временные диаграммы регистра хранения

Заключение

В ходе курсовой работы мы познакомились с арифметическими и логическими принципами работы вычислительной техники, а также изучили базовые логические элементы. Нами успешно была проведена работа по составлению функциональной схемы операционного блока, по построению его временных диаграмм в программной среде OR CAD, а так же по составлению алгоритма поиска неисправностей в нем.

Список литературы

1. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. Учебное пособие для ВУЗов - 3-е издание переработанное и доп. - М.: Энергоатомиздат 1991 г. - 584 с.

2. Стрыгин В.В., Шарев Л.С. Основы вычислительной, микропроцессорной техники и программирования - 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: высш. шк. 1989 г.

3. Валиев К.А. и др. Развитие элементной базы высокопроизводительных ЭВМ. Информационные технологии и вычислительные системы. №1 - 1996 г.

4. Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 512 с. ил.

5. Компьютерные технологии обработки информации /Под ред. Назарова С.В. - М.: Финансы и статистика, 1995 г.

Размещено на Allbest.ru