Введение в специальность. Учебная программа для высших учебных заведений по специальности IРадиоэлектронные системы (стр. 7 )

Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характе-
ристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей. Усилители-ограничители на операционных усилителях и логических элементах.

Раздел 1.5. Генераторы импульсов

Общие сведения о генераторах импульсов.

Мультивибраторы, основные характеристики и режимы работы.

Ждущие и автоколебательные мультивибраторы на логических элементах, принцип действия, разновидности схемной реализации, условия работоспособности и основные характеристики.

Мультивибратор на операционном усилителе в автоколебательном и ждущем режимах, принцип действия и основные характеристики.

Ждущие и автоколебательные блокинг-генераторы, основные характе-
ристики, варианты схем.

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Основные характеристики и области применения. ГЛИН с простой интегрирующей RC-цепью. Варианты ГЛИН с улучшенными характеристиками: ГЛИН с емкостной обратной связью, ГЛИН с компенсирующей ЭДС, ГЛИН на операционном усилителе.

Раздел 1.6. Триггеры

Общие понятия о последовательных автоматах. Классификация триггерных устройств, условные обозначения, области применения. Информационные, управляющие и динамические входы триггеров. Режимы работы, функциональная зависимость входных и выходных сигналов.

RS-триггер. Условное обозначение, таблица переключений, логический синтез структурных схем с прямыми и инверсными входами. Временные диаграммы, принцип работы асинхронного и синхронного RS-триггера.

IK-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, разновидности схем, таблицы переходов и функции возбуждения, условия работоспособности, основные характеристики.

D-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, таблицы переключений, варианты схем, принципы работы.

Т-триггер. Принципы построения схем на базе RS-, D-, IK- триггеров, условия работоспособности, области применения.

Двухступенчатые MS-триггеры. Комбинированные триггеры. Несимметричный статический триггер (триггер Шмитта), условия работоспособности, основные характеристики, реализация на различных компонентах.

Раздел 1.7. Функциональные цифровые устройства

Регистры: параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры сдвига), параллельно-последовательные, реверсивные. Специализированные регистры сдвига, генераторы кодов псевдослучайных сигналов.

Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с последовательным, параллельным и сквозным переносом счетных импульсов. Двоично-десятичные счетчики, кольцевые счетчики. Логический синтез счетчиков с произвольным модулем счета. Счетчики с программируемым коэффициентом счета.

Комбинационные устройства: шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, вычитатели, умножители, цифровые компараторы.

Реализация комбинационных устройств на мультиплексорах.

Заключение

Основные направления и перспективы развития современных цифровых устройств. Проектирование цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем.

ЧАСТЬ 2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Раздел 2.1. Введение в вычислительную технику

Краткие исторические сведения по развитию и применению электронных цифровых вычислительных устройств (ЭЦВУ). Типовая структура микрокомпьютера, назначение его отдельных функциональных блоков, общие сведения о его функционировании. Основные термины, используемые в вычислительной и микропроцессорной технике. Применение микро-
процессоров - новый этап в развитии радиоэлектронных устройств и систем.

Раздел 2.2. Методы представления информации в ЭЦВУ

Системы счисления, используемые в ЭЦВУ: двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная, двоично-десятичная. Преобразование записи чисел из одной системы счисления в другую. Представление чисел в ЭЦВУ с фиксированной и плавающей точками. Представление символьной информации в ЭЦВУ. Специальные машинные коды: прямой, обратный, дополнительный.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) сигналов: назначение, основные характеристики, принципы построения. ЦАП с взвешенными резисторами. ЦАП с цепочкой резисторов типа R-2R. ЦАП на основе широтно-импульсной модуляции.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) сигналов: назначение, основные характеристики, принципы построения. АЦП параллельного действия. АЦП с ЦАП в цепи обратной связи следящего типа, последовательного типа и последовательного приближения. АЦП на основе двойного интегрирования.

Раздел 2.3. Арифметические основы ЭЦВУ

Поразрядные операции над числами. Операции сдвига. Сложение и вычитание целых двоичных чисел. Сложение и вычитание действительных чисел. Сложение и вычитание чисел в двоично-кодированной десятичной системе счисления. Умножение и деление двоичных чисел с фиксированной запятой. Умножение и деление двоичных чисел с плавающей запятой. Точность выполнения арифметических операций, округления. Табличные методы выполнения арифметических операций.

Раздел 2.4. Последовательностные цифровые автоматы

Общие сведения о конечных цифровых автоматах. Выполнение логических операций во времени, последовательные процессы. Основные понятия теории конечных автоматов. Автоматы синхронные и асинхронные. Автоматное время. Способы задания функционирования автомата: таблицы переходов и выходов, граф автомата. Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы Мили и Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового автомата. Структурный синтез цифрового автомата. Автоматы на основе микропрограммного управления. Сравнение по быстродействию автоматов с жесткой и программируемой логикой.

Раздел 2.5. Запоминающие устройства ЭЦВУ

Типы запоминающих устройств (ЗУ) и их назначение. Классификация и основные характеристики полупроводниковых ЗУ. Статические ЗУ. Динамические ЗУ. ЗУ на приборах с зарядовой связью. ЗУ на цилиндрических магнитных доменах. Функциональные схемы оперативных ЗУ. Функциональные схемы постоянных ЗУ и перепрограммируемых постоянных ЗУ. Организация многокристальной памяти. Программирование постоянных ЗУ. Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Реализация логических функций на ПЛМ.

Раздел 2.6. Принципы построения и функционирования

микропроцессорного вычислителя

Понятие об архитектуре микропроцессора.

Типовая структура универсального микропроцессора. Назначение функциональных блоков микропроцессора: арифметико-логического устройства, операционных регистров, управляющих регистров, регистра флагов, дешифратора команд, устройства управления. Назначение и состав шин данных, адреса и управления. Назначение сигнальных линий шины управления. Взаимодействие функциональных блоков микропроцессора. Организация чтения/записи, ввода/вывода байтов информации в микропроцессоре. Циклы работы микропроцессора. Алгоритм работы микропроцессора. Организация вычислителя на универсальном микропроцессоре.

Структура команд. Форматы команд. Классификация операций: арифметические, логические, пересылочные, управления, ввода/вывода. Основные способы адресации: прямая, непосредственная, неявная, косвенная, регистровая, стековая, автоинкрементная, автодекрементная.

Система команд универсального микропроцессора.

Раздел 2.7. Основы программирования

для микропроцессоров

Понятие алгоритма. Этапы программирования. Составление схем алгоритмов. Программирование в мнемокодах. Программирование типовых процедур: организация счетчика циклов, определение модуля числа, формирование временной задержки, сложение и умножение чисел, ввод и вывод данных. Особенности составления программ на Ассемблере. Псевдокоманды Ассемблера. Использование средств макроопределения. Подпрограммы. Компиляция. Загрузка программ. Занесение программ в ПЗУ.

Заключение

Основные тенденции развития микропроцессорных устройств. Повышение удельного веса цифровых устройств в общем объеме оборудования радиоэлектронных средств.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

ЧАСТЬ 1

1. Расчет высокостабильного генератора прямоугольных импульсов на логических элементах.

2. Минимизация логических функций аналитическим и табличным методами.

3. Анализ и синтез комбинационных схем на логических элементах.

4. Синтез и анализ триггеров и счетчиков.

5. Реализация логических выражений и устройств на мультиплексорах.

ЧАСТЬ 2

1. Методы представления информации в ЭЦВУ. Системы счисления. Алгоритмы сложения и вычитания двоичных чисел.

2. Алгоритмы умножения и деления двоичных чисел. Двоично-кодированные десятичные числа, сложение и вычитание в двоично-десятичной системе счисления.

3. Последовательные цифровые автоматы. Минимизация абстрактного автомата.

4. Структурный синтез цифрового автомата.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Часть 1

1. Расчет высокостабильного генератора прямоугольных импульсов на логических элементах.

2. Моделирование работы импульсных и цифровых устройств в среде «Workbench electronic».

3. Исследование электронных ключей на биполярных транзисторах.

4. Исследование интегральных ключевых схем.

5. Формирователи импульсов на цифровых интегральных микросхемах.

6. Исследование триггерных схем.

7. Исследование регистров и двоичных счетчиков.

8. Исследование мультивибраторов.

9. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения.

ЧАСТЬ 2

1. Исследование методов цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов.

2. Архитектура микропроцессорного вычислителя, программирование на Ассемблере. Инструментальные средства отладки программ для микропроцессорного вычислителя.

3. Методы и алгоритмы формирования импульсных сигналов на микропроцессорном вычислителе.

4. Программирование и исследование процедур отображения цифровой информации в микропроцессорных устройствах.

5. Программирование и исследование процедур ввода информации с клавиатуры в микропроцессорных устройствах.

6. Программирование и исследование процедур арифметических и логических преобразований информации в микропроцессорном вычислителе.

КУРСОВАЯ РАБОТА

Цель работы – развитие навыков практического проектирования специализированных вычислителей, устройств управления, устройств формирования и обработки сигналов на базе микропроцессоров и микроконтроллеров. Задачей курсовой работы является разработка функционально законченного устройства.

Примерная тематика работ:

1. Генератор стандартного сигнала с цифровым управлением и индикацией параметров.

2. Генератор сигнала специальной формы с цифровым управлением и индикацией параметров.

3. Цифровой измеритель параметров сигнала.

4. Цифровой измеритель параметров физического процесса.

5. Микропроцессорное устройство функционального контроля интегральных микросхем.

6. Таймер с цифровым управлением и индикацией.

7. Контроллер аппарата или прибора.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. , Попов и цифровые устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992.

2. Ерофеев устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1989.

3. Зельдин устройства на микросхемах. - М.: Радио и связь, 1991.

4. , Кузнецов и вычислительные устройства в радиотехнике. - Киев: Вища шк., 1988.

5. , Вашкевич вычислительной техники: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.

6. Каган вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

7. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/ и др. – Мн.: Беларусь,1996.

8. Левкович и основы программирования однокристальных микроконтроллеров PIC16F84. - Мн.: БГУИР, 2002.

9. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах/ , , . - М.: Энергоатомиздат, 1990.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Гольденберг устройства: Учебник для радио-
технических специальностей вузов. - М.:Радио и связь, 1981.

2. Кучумов и схемотехника. – М.: Гелиос АРВ, 2002.

3. Гутников электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.

4. и др. Применение микропроцессоров и микроЭВМ в радиотехнических системах: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.

5. , Гудыменко для микропроцессоров: Справ. пособие. - Мн.: Выш. шк., 1989.

6. Однокристальные микроконтроллеры Microchip: PIC16c8x.: Пер. с англ. / Под ред. . – Рига.: ORMIX, 1996.

7. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2003.

8. Соловьев цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001.

9. ГОСТ 2.743-91. Элементы цифровой техники.

Утверждена

Председатель УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-070/тип.

ТЕОРИЯ КОДИРОВАНИЯ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям ІРадиоэлектронные системы,

ІРадиоинформатика

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель

, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол от 01.01.2001 г.);

, директор НИИ технических средств защиты информации, профессор, доктор технических наук

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 10.03.2003 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей І«Схемы радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Действует до утверждения образовательного стандарта по специальностям.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебная программа по дисциплине «Теория кодирования и защита информации» разработана на кафедре радиотехнических систем БГУИР для специальностей ІРадиоэлектронные системы, ІРадиоинформатика высших учебных заведений.

Целями преподавания дисциплины являются углубленная теоретическая и практическая подготовка студентов радиотехнических специальностей по основным направлениям современной теории кодирования и защиты информации в радиоэлектронных системах (РЭС) различного назначения от случайных и преднамеренных воздействий, приводящих к искажению, уничтожению или утечке информации, а также навязыванию ложной информации или ложных режимов работы; привитие навыков самостоятельного проектирования новой техники, развитие творческого процесса при решении сложных системных задач анализа, оценки и синтеза.

Программа дисциплины разбита на две части и изучается на 3-х и 5-х курсах. Такая разбивка позволяет применять полученные знания и умения по кодированию информации в системных курсах «Радиолокация», «Радионавигация», «Радиоуправление», а вопросы защиты информации привязывать к конкретным задачам и структурам системных дисциплин.

Студент, изучивший курс, должен знать:

- принципы и особенности кодирования и защиты информации в радиоэлектронных системах;

- модели и методы кодирования источников информации;

- методы помехоустойчивого кодирования информации;

- архитектуру основных систем кодирования для различных каналов и оценки эффективности их работы;

- базовые концепции безопасности радиоэлектронных систем;

- методы защиты информации и механизмы их поддержки и анализа;

- основные применения теории кодирования и защиты информации.

При решении практических задач первой части студент должен уметь:

- обоснованно оценить необходимые параметры кодовых систем;

- выбирать наиболее эффективный алгоритм кодирования;

-выполнять синтез кодера и декодера;

- оценить сложность реализации алгоритмов кодирования и защиты информации на современной элементной базе; возможные угрозы и каналы утечки информации;

- выбирать методологически верно пути кодирования и защиты информации;

- моделировать алгоритмы кодирования и криптографические алгоритмы защиты информации на ЭВМ в средах общего и специализированного математического программного обеспечения (MathCAD, MatLAB, Maple и др.);

- интегрировать алгоритмы кодирования и защиты информации в структуру современных РЭС.

Программа рассчитана на объем 150 учебных часов, в том числе 100 – аудиторных.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Роль и место теории кодирования (ТК) и защиты информации в современной радиоэлектронике. Задачи кодирования и защиты информации в системах радиоуправления, локации, навигации, передачи и защиты информации.

ЧАСТЬ 1

Раздел 1.1. МОДЕЛИ КОДОВ И СИСТЕМ КОДИРОВАНИЯ

Тема.1.1.1. Системы и модели кодирования

Определение моделей кодов и систем многоуровневого кодирования. Связь математических моделей со свойствами кодов. Комбинаторные, вероятностные, алгебраические, геометрические модели и коды.

Раздел 1.2. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ

ПО ДИСКРЕТНОМУ КАНАЛУ БЕЗ ПОМЕХ

Тема 1.2.1. Кодирование источников информации

Задача кодирования источников. Источники сообщений и их свойства. Понятие энтропии и избыточности информации. Конечные комбинаторные, вероятностные, стационарные источники. Марковские модели. Стационарные эргодические модели содержательных сообщений. Условия взаимной однозначности алфавитного кодирования. Стоимость кодирования. Деревья и префиксные коды. Неравенство Крафта.

Алгоритмы эффективного кодирования. Теорема Шеннона. Коды Шеннона, Шеннона – Фано, Хаффмена. Блочное кодирование. Универсальное и адаптивное кодирование. Оценка сложности кодирования.

Особенности кодирования источников двухмерных изображений, векторное кодирование. Нумерационное кодирование и кодирование в процессе поиска информации.

Раздел 1.3. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Тема 1.3.1. Основные понятия теории

помехоустойчивого кодирования

Модели системы передачи сообщений при наличии помех. Информационные характеристики дискретных сообщений и каналов связи. Виды каналов передачи информации. Двоичные симметричный и несимметричный каналы, q-ичный канал, канал со стиранием. Каналы с памятью и без памяти. Согласование характеристик сигнала и канала.

Основные понятия и теоремы кодирования. Классификация кодов. Блоковые и неблоковые коды. Ошибки. Нормы, метрики и кодовые расстояния. Граница случайного кодирования, свойства функции надежности, граница сферической упаковки. Декодирование списком. Кодовое расстояние Хэмминга и его связь с корректирующей способностью. Границы для минимального расстояния кодов.

Тема 1.3.2. Математический аппарат описания кодовых

структур в конечных полях

Конструкции конечных полей. Группы. Кольца. Поля. Векторные пространства. Структура конечного поля. Арифметика полей Галуа. Сопряженные элементы поля и минимальные многочлены. Нормальный базис и след. Понятие конечных геометрий и разностных множеств.

Тема 1.3.3. Линейные коды

Методы представления линейных кодов. Линейные коды, исправляющие ошибки: построение и основные свойства. Вектор ошибки. Понятие двойственного кода. Порождающая и проверочная матрицы систематического линейного кода. Смежные классы линейных кодов.

Разновидности линейных кодов. Линейные коды Хэмминга, Рида - Маллера (РМ) и Рида - Соломона (РС). Совершенные и квазисовершенные коды.

Весовая оценка линейных кодов. Распределение весов. Теорема Мак-Вильямс для линейных кодов. Вычисление минимального веса линейного кода по порождающей матрице этого кода. Нижняя граница Варшамова – Гильберта.

Тема 1.3.4. Методы декодирования линейных кодов

Методы декодирования линейных кодов. Декодеры максимального правдоподобия. Вычисление синдрома. Табличное и синдромное декодирование. Вычисление вероятности ошибки.

Тема 1.3.5. Циклические коды

Методы представления циклических кодов. Полиномиальное и матричное описание циклических кодов. Порождающий и проверочный многочлены циклического кода. Двойственные коды. Циклические коды Хэмминга и Рида - Маллера. Укороченные коды.

Способы кодирования циклического кода. Простые неалгебраические методы декодирования циклических кодов. Декодеры Меггита. Перестановочное и пороговое декодирования.