МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Н.И. Силков, Д.И. Черемисинов

Курс лекций по дисциплине

«ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ»

для магистрантов специальности 1-59 81 01

“Управление безопасностью производственных процессов”

Минск 2013

Курс лекций составлен доцентами кафедры инженерной психологии и эргономики Н. И. Силковым и Д.И. Черемисиновым, на основании учебной программы для магистрантов специальности 1-59 81 01 “Управление безопасностью производственных процессов”, утвержденной 04.11.2013г., регистрационный номер № 13М59-81-01/3 и учебного плана специальности.

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ЭВМ – электронно-вычислительная машина,

ЦВМ – цифровая вычислительная машина,

ПК – прямой код,

ОК – обратный код,

ДК – дополнительный код,

МДК – модифицированный дополнительный код,

МОК – модифицированный обратый код,

ВМ – вычислительная машина,

ПФ – переключательная функция,

ЛС – логическая связь,

ДНФ – дизъюнктивная нормальная форма,

СДНФ – совершенная дизъюнктивная нормальная форма,

ПЛМ – программируемая логическая матрица,

ЦУ – цифровое устройство,

ЦА – цифровой автомат,

АА – абстрактный автомат,

СА – структурный автомат,

УА – управляющий автомат,

МК – микрокоманда,

БЗУ – буферное запоминающее устройство,

ПЗУ – постоянное запоминающее устойство,

ЗУ – запоминающее устройство,

ИМС – интегральная микросхема,

ОП – оперативная память,

ОУ – операционное устройство,

УУ – устройство управления,

ПДП – прямой доступ к памяти,

АЛУ – арифметико-логическое устройство,

ФЗ – фиксированная запятая,

ГСА – граф-схема автомата,

ВС – вычислительная система.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений.......................................................... ..............................3

1. Структура системы безопасности: структура вычислительных

комплексов, информационных систем, связи между их блоками..............

2 Интерфейс систем безопасности......................................................................

3 Обеспечение функционирования систем безопасности.................................47

4 Управление информационными системами безопасности

производственных процессов...........................................................................48

5 Схемотехника элементов систем управления безопасностью......................49

6 Хранение и обработка данных в информационных сетях

промышленной безопасности ........................................................................50

7 Узлы средств сопряжения................................................................................50

8 Датчики электронных информационных систем безопасности.

Организация шин..............................................................................................

1 СТРУКТУРА СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ: СТРУКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ, СВЯЗИ МЕЖДУ ИХ БЛОКАМИ.

Чтобы реализовать заданный набор действий, необходима соответствующая структура – определенный набор устройств, объединенных посредством связей (соединений) в одно целое. Структура определяет, как устроена ЭВМ, из каких физических частей она состоит, и как эти части связаны друг с другом. Способы порождения структур, обладающих заданными функциональными возможностями и необходимой производительностью, рассматриваются в рамках структурной организации ЭВМ. Структурная организация ЭВМ и информационных систем, в том числе систем безопасности, объединяет в себе следующий круг вопросов:

1. номенклатуру устройств, необходимую и достаточную для построения системы с определенными свойствами;

2. способы организации связей между устройствами;

3. структуры ЭВМ и информационных систем, отличающиеся составом устройств и конфигураций между ними.

Очевидно, что одни и те же функциии можно реализовать различными структурами, неравноценными по производительности и затратам оборудования. В связи с этим, возникает необходимость в оценке качества различных способов структурной организации систем и определения областей применения различных структур. Структура системы определяется номенклатурой устройств и связей между ними.

1.1 Классы устройств вм и систем

В зависимости от функциии (назначения) устройства подразделяются на следующие классы:

1. операционные,

2. запоминающие,

3. ввода – вывода.

Различие функций, реализация которых возлагается на устройство различных классов, пораждает разнообразие способов структурной организации устройств – типов элементов, из которых строятся устройства, и способы соединения элементов между собой.

1.2 Операционные устройства (оу)

Операционным называется устройство, предназначенное для выполнения операций F={ ,…, } над операндами, представляемыми множеством слов D={ ,…, }, с целью вычисления слов R={r₁,…,r_Q}, определяющих значение результатов, причем в каждый момент времени устройство может реализовать единственную операцию R= (D), выделяемую номером (кодом) g=1,..,G.

а) б)

𝞇

R R

D Ω

D

g

Рисунок 1.1 – Структура операционного устройства

Под операцией понимается вычисление значения функций в точке D= , и любая вычислимая функция может рассматриваться как операция. Устройство может реализовать как простейшие операции вида = - присваивание результатуr_g значение операнда , так и сколь угодно сложные операции, обычно описываемые в виде алгоритмов. Например, операционное устройство может предназначаться для выполнения четырех арифметических операция F={+, -, *, /} над 16-разрядными двоичными словами D={ } с целью вычисления слов R={ } , первое из которых 16-тиразрядный результат операции, а второе – одноразрядный признак переполнения результата.

Операционное устройство (ОУ) как структурный элемент изображено на рис 1.1а. На вход устройства поступают входные слова D={ } и код операции которуе должно выполнить устройство. Код операции инициирует работу устройства, и спустя некоторое время на выходе формируется значение результата R= (D). ОУ можно рассматривать как преобразователь дискретной информации.Функцию преобразователя удобно определить так. Слово g, определяющее код операции , можно считать элементом множества входных слов . Тогда обозначая через Ω оператор (преобразование), реализуемый устройством,функцию устройства можно изобразить в следующем виде R = Ω (D), где

Ω =

С учетом этих обозначений ОУ представлено на рис. 1.1б , где символ Ω определяет функцию , т.е. тип устройства.

Функция ОУ определена , если заданы множества входных слов D, выходных слов R и операций F, реализуемых устройством.

Основные характеристики устройства – быстродействие и затраты оборудования. Быстродействие устройства определяется средним количеством операций, реализуемых устройством за секунду. Быстродействие V=1/U вычисляется как величина, обратная среднему времени выполнения операции в устройстве:

U= ,

где: - вероятность выполнения операции ;

- среднее время определения операции f_g.

Затраты оборудованияв ОУ оцениваются суммарной стоимостью элементов, составляющих устройство.

ОУ ЭВМ строятся на базе логических и запоминающих элементов. Чаще всего используются элементы универсальных базисов. В качестве запоминающих элементовиспользуются триггеры. Триггер обеспечивает хранение бита информации – значения двоичной переменной.