3Выводы по главе
В результате анализа проблем защиты информации в компьютерных системах было выявлено, что:
– основными задачами криптографии, использующими суммирование чисел по модулю являются задачи обеспечения секретности передаваемых сообщений и задачи использования криптографических методов автоматизации процессов передачи и обработки информации;
– для эффективного решения этих задач в реальном масштабе времени необходимо использовать специализированные цифровые сигнальные процессоры.
Следовательно, необходимо проанализировать архитектуру и принципы построения современных цифровых сигнальных процессоров и определить их место в криптографических приложениях.
Аналитический обзор архитектуры и принципов построения современных цифровых сигнальных процессоров
Проанализируем ключевые фундаментальные вопросы, связанные с универсальными и специализированными процессорами для цифровой обработки сигналов (ЦОС), влиянием алгоритмов ЦОС на аппаратную и программную архитектуру данных процессоров, а также с реализацией ключевых алгоритмов ЦОС на блоке специализированной аппаратуры или на универсальных процессорах ЦОС для работы в реальном масштабе времени в криптографических приложениях.
4Классификация универсальных и специализированных цифровых сигнальных процессоров
Процессоры ЦОС можно для удобства разделить на две обширные категории: универсальные и специализированные. В число распространенных процессоров ЦОС входят такие устройства с фиксированной запятой, как TMS320C54x от Texas Instruments и DSP563X от Motorola [22], и такие устройства с плавающей запятой, как TMS320C4x (Texas Instruments) [23] и ADSP21xxx SHARC (Analog Devices).
Существует два типа специализированных устройств.
1. Аппаратное обеспечение, разработанное для эффективного выполнения специальных алгоритмов ЦОС, таких как цифровая фильтрация, быстрое преобразование Фурье. Устройства данного типа иногда называют алгоритмическими процессорами ЦОС.
2. Аппаратное обеспечение, разработанное для специального приложения, например, в сфере контроля, телекоммуникаций или цифрового аудио. Устройства данного типа иногда называют процессорами ЦОС специального назначения (специализированными).
5Общие аппаратные архитектуры используемые для цифровой обработки сигналов
Изначально большинство универсальных процессоров были основаны на архитектуре фон Неймана (см. рисунок 1), при которой операции выполняются последовательно.
Рисунок 1 - Упрощенная архитектура стандартных микропроцессоров
5.1Основные особенности гарвардской архитектуры
Принципиальная особенность гарвардской (двухшинной) архитектуры заключается в том, что память для хранения данных и память для хранения программы располагаются в разных местах, допуская полное совмещение во времени операций вызова команды из памяти и ее выполнения. Стандартные микропроцессоры, такие как Intel 6502, характеризуются одношинной структурой, через которую передаются и данные, и команды, как показано на рисунке 2.1.
Предположим, что при использовании стандартного микропроцессора требуется считать значение op1, которое находится по адресу памяти ADR1, в аккумулятор, а затем сохранить его по двум другим адресам, ADR2 и ADR3. В этом случае могут использоваться такие команды:
LDA ADR1 загрузить операнд ор1 в аккумулятор из ячейки ADR1
STA ADR2 сохранить ор1 по адресу ADR2
STA ADR3 сохранить ор1 по адресу ADR3
Обычно каждая из приведенных команд включает три различных этапа:
выборка команды из памяти;
декодирование команды;
выполнение команды.
В нашем случае выборка команды включает вызов следующей команды из памяти, а выполнение команды предполагает чтение данных из памяти либо запись данных в память. (см. рисунок 2).
Рисунок 2 - Иллюстрация выборки, декодирования и выполнения команды в негарвардской архитектуре с единой областью памяти: а) вызов команды из памяти; б) временная диаграмма процесса
Следовательно, вызов следующей команды при выполнении текущей невозможен, поскольку обе операции требуют обращения к памяти.