Системы счисления

Кроме десятичной широко используются системы с основанием, являющимся целой степенью числа 2, а именно:

- двоичная (используются цифры 0, 1);

- восьмеричная (используются цифры 0, 1,..., 7);

- шестнадцатеричная (для первых целых чисел от нуля до девяти используются цифры 0, 1,..., 9, а для следующих чисел — от десяти до пятнадцати – в качестве цифр используются символы A, B, C, D, E, F).

Из всех систем счисления особенно проста и поэтому интересна для технической реализации в компьютерах двоичная система счисления.

Перевод чисел из одной системы счисления в другую составляет важную часть машинной арифметики.

Рассмотрим основные правила перевода.

1. Для перевода двоичного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 2, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

2. Для перевода восьмеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 8, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

3. Для перевода шестнадцатеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 16, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

При переводе удобно пользоваться таблицей степеней числа 16:

4. Для перевода десятичного числа в двоичную систему его необходимо последовательно делить на 2 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 1. Число в двоичной системе записывается как последовательность последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.

 

(2-8-2/3)

5. Для перевода десятичного числа в восьмеричную систему его необходимо последовательно делить на 8 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 7. Число в восьмеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.

6. Для перевода десятичного числа в шестнадцатеричную систему его необходимо последовательно делить на 16 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 15. Число в шестнадцатеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.

7. Чтобы перевести число из двоичной системы в восьмеричную, его нужно разбить на триады (тройки цифр), начиная с младшего разряда, в случае необходимости дополнив старшую триаду нулями, и каждую триаду заменить соответствующей восьмеричной цифрой (табл. 3).

Пример. Число перевести в восьмеричную систему счисления.

8. Чтобы перевести число из двоичной системы в шестнадцатеричную, его нужно разбить на тетрады (четверки цифр), начиная с младшего разряда, в случае необходимости дополнив старшую тетраду нулями, и каждую тетраду заменить соответствующей восьмеричной цифрой (табл. 3).

Пример. Число перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

9. Для перевода восьмеричного числа в двоичное необходимо каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой.

Пример. Число перевести в двоичную систему счисления.

10. Для перевода шестнадцатеричного числа в двоичное необходимо каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной тетрадой.

Пример. Число перевести в двоичную систему счисления.

11. При переходе из восьмеричной системы счисления в шестнадцатеричную и обратно, необходим промежуточный перевод чисел в двоичную систему.

(2-8-3/3)

Пример 1. Число перевести в восьмеричную систему счисления.

Пример 2. Число перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

При проектировании ЭВМ, создании инструментального и прикладного программного обеспечения разработчикам приходится решать вопрос о представлении в ЭВМ числовых данных. Для решения большинства прикладных задач обычно достаточно использовать целые и вещественные числа. Запись целочисленных данных в запоминающем устройстве ЭВМ не представляет затруднений: число переводится в двоичную систему и записывается в прямом коде. Диапазон представляемых чисел в этом случае ограничивается количеством выделенных для записи разрядов. Для вещественных данных обычно используются две формы записи: число с фиксированной точкой (ЧФТ) и число с плавающей точкой (ЧПТ).

Память ЭВМ построена из запоминающих элементов, обладающих двумя устойчивыми состояниями, одно из которых соответствует нулю, а другое - единице. Таким физическим элементом представляется в памяти ЭВМ каждый разряд двоичного числа (бит). Совокупность определенного количества эти элементов служит для представление многоразрядных двоичных чисел и составляет разрядную сетку ЭВМ.

Каждая группа из 8-ми запоминающих элементов (байт) пронумерована. Номер байта называется его адресом. Определенное число последовательно расположенных байт называется словом. Для разных ЭВМ длина слова различна - два, четыре или восемь байт. (Мне думается, что это зависит от разрядности процессора).

Форма записи числа с фиксированной точкой использовалась в основном на ранних этапах развития вычислительной техники. Запись числа с фиксированной точкой обычно имеет знаковый и цифровой разряды. Фиксированная точка означает, что на этапе конструирования ЭВМ было определено, сколько и какие разряды машинного слова отведены под изображение целой и дробной частей числа. Запятая в разрядной сетке может быть зафиксирована, в принципе, после любого разряда.

Числа с плавающей точкой (запятой)

Плавающая точка (floating point) - метод представления действительных чисел, при котором число хранится в виде мантиссы и показателя степени, а значение числа вычисляется по формуле:

, где - число, - бит, отвечающий за знак числа, - мантисса, - основание степени, - показатель степени.

Нормализованной называется форма представления числа, при которой абсолютное значение мантиссы десятичного числа лежит на полуинтервале , а двоичного на полуинтервале .

(2-13-1/2) Информация (аналоговая и цифровая информация, оценки количества информации, энтропийный подход)

Информацию можно разделить на виды по разным критериям.

По способу восприятия:

- визуальная — воспринимаемая органами зрения.

- аудиальная — воспринимаемая органами слуха.

- тактильная — воспринимаемая тактильными рецепторами.

- обонятельная — воспринимаемая обонятельными рецепторами.

- вкусовая — воспринимаемая вкусовыми рецепторами.

По форме представления:

- текстовая — передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка.

- числовая — в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия.

- графическая — в виде изображений, предметов, графиков.

- звуковая — устная или в виде записи передача лексем языка аудиальным путём.

По предназначению:

- массовая — содержит тривиальные сведения и оперирует набором понятий, понятным большей части социума.

- специальная — содержит специфический набор понятий, при использовании происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация.

- личная — набор сведений о какой-либо личности, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

Звук это волновые колебания в какой-либо среде, например в воздухе. Когда человек говорит, колебание связок горла преобразуются в волновые колебания воздуха. Если рассматривать звук не как волну, а как колебания в одной точке, то эти колебания можно представить, как изменяющееся во времени давление воздуха. С помощью микрофона можно уловить изменения давления и преобразовать их в электрическое напряжение. Произошло преобразование давления воздуха в колебания электрического напряжения. Такое преобразование может происходить по различным законам, чаще всего преобразование происходит по линейному закону. Например, по такому:

,

где – электрическое напряжение, – давление воздуха, – среднее давление воздуха, а – коэффициент преобразования.

И электрическое напряжение, и давление воздуха являются непрерывными функциями во времени. Функции и являются информацией о колебаниях связок горла. Эти функции непрерывны и такая информация называется аналоговой.

Разница между аналоговой информацией и цифровой в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая дискретна.

Преобразование информации из одного вида в другой в зависимости от рода преобразования называют по-разному: просто «преобразование», например, цифро-аналоговое преобразование, или аналого-цифровое преобразование; сложные преобразования называют «кодированием», например, дельта-кодирование, энтропийное кодирование; преобразование между такими характеристиками, как амплитуда, частота или фаза называют «модуляцией», например амплитудно-частотная модуляция, широтно-импульсная модуляция.

Обычно, аналоговые преобразования достаточно просты и с ними легко справляются различные устройства изобретенные человеком. Магнитофон преобразует намагниченность на пленке в звук, диктофон преобразует звук в намагниченность на пленке, видеокамера преобразует свет в намагниченность на пленке, осцилограф преобразует электрическое напряжение или ток в изображение и т.д. Преобразование аналоговой информации в цифровую заметно сложнее. Основное преимущество цифровой информации перед аналоговой это помехозащищенность. То есть в процессе копирования информации цифровая информация копируется так как есть, её можно копировать практически

(2-13-2/2)

бесконечное количество раз, аналоговая же информация в процессе копирования зашумляется, её качество ухудшается. Обычно аналоговую информацию можно копировать не более трех раз.

На сегодняшний день наиболее известны следующие способ измерения информации: объемный, энтропийный, алгоритмический.

Объемный является самым простым и грубым способом измерения информации. Соответствующую количественную оценку информации естественно назвать объемом информации.

Объем информации в сообщении — это количество символов в сообщении.

В вычислительной технике вся обрабатываемая и хранимая информация вне зависимости от ее природы (число, текст, отображение) представлена в двоичной форме (с использованием алфавита, состоящего всего из двух символов 0 и 1). Такая стандартизация позволила ввести две стандартные единицы измерения: бит и байт. Байт — это восемь бит. Более подробно эти единицы измерения будут рассмотрены в разделе «Формы пред­ставления и преобразования информации».

В теории информации и кодирования принят энтропийный подход к измерению информации. Этот способ измерения исходит из следующей модели. Получатель информации (сообщения) имеет определенные представления о возможных наступлениях некоторых событий. Эти представления в общем случае недостоверны ни выражаются вероятностями, с которыми он ожидает то или иное событие. Общая мера неопределенности (энтропия) характеризуется некоторой математической зависимостью от совокупности этих вероятностей. Количество информации в сообщении определяется тем, насколько уменьшится эта мера после получения сообщения.

(2-9-1/3) Кодирование информации (наименьшие единицы представления, обработки (передачи) и хранения информации, понятия: бит, байт, файл, принципы оптимального кодирования информации с исправлением ошибок, кодирование текстовой информации в ЭВМ, кодирование цветовой информации в ЭВМ)

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации.

В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму.

Единица измерения информации называется бит (bit) – сокращение от английских слов binary digit,что означает двоичная цифра.

В компьютерной технике бит соответствует физическому состоянию носителя информации: намагничено – не намагничено, есть отверстие – нет отверстия. При этом одно состояние принято обозначать цифрой 0, а другое – цифрой 1.

В информатике часто используется величина, называемая байтом (byte) и равная 8 битам. И если бит позволяет выбрать один вариант из двух возможных, то байт, соответственно, 1 из 256 (2⁸). Наряду с байтами для измерения количества информации используются более крупные единицы.

Файл – наименьшая единица хранения информации, содержащая последовательность байтов и имеющая уникальное имя.

Основное назначение файлов – хранить информацию. Они предназначены также для передачи данных от программы к программе и от системы к системе. Другими словами, файл – это хранилище стабильных и мобильных данных. Но, файл – это нечто большее, чем просто хранилище данных. Обычно файл имеетимя, атрибуты, время модификации и время создания.

Файловая структура представляет собой систему хранения файлов на запоминающем устройстве, например, на диске. Файлы организованы в каталоги. Любой каталог может содержать произвольное число подкаталогов, в каждом из которых могут храниться файлы и другие каталоги.

Есть два основных формата представления чисел в памяти компьютера. Один из них используется для кодирования целых чисел, второй используется для задания некоторого подмножества действительных чисел.

Множество целых чисел, представимых в памяти ЭВМ, ограничено. Диапазон значений зависит от размера области памяти, используемой для размещения чисел. В k -разрядной ячейке может храниться 2 ^k различных значений целых чисел.

Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k -разрядном машинном слове, нужно:

1) перевести число N в двоичную систему счисления;

2) полученный результат дополнить слева незначащими нулями до k разрядов.

Например, для получения внутреннего представления целого числа 1607 в 2-х байтовой ячейке число переводится в двоичную систему: 1607₁₀ = 11001000111₂. Внутреннее представление этого числа в ячейке имеет вид: 0000 0110 0100 0111.

Для записи внутреннего представления целого отрицательного числа (–N) нужно:

1) получить внутреннее представление положительного числа N;

2) получить обратный код этого числа, заменяя 0 на 1 и 1 на 0;

3) полученному числу прибавить 1 к полученному числу.

Внутреннее представление целого отрицательного числа –1607. С использованием результата предыдущего примера и записывается внутреннее представление положительного числа 1607: 0000 0110 0100 0111. Обратный код получается инвертированием: 1111 1001 1011 1000. Добавляется единица: 1111 1001 1011 1001 – это и есть внутреннее двоичное представление числа –1607.

Формат с плавающей точкой использует представление вещественного числа R в виде произведения мантиссы m на основание системы счисления n в некоторой целой степени p, которую называют порядком: R = m * n ^p.

Представление числа в форме с плавающей точкой неоднозначно. Например, справедливы следующие равенства:

12,345 = 0,0012345 × 10⁴ = 1234,5 × 10^-2 = 0,12345 × 10²

(2-9-2/3)

Чаще всего в ЭВМ используют нормализованное представление числа в форме с плавающей точкой. Мантисса в таком представлении должна удовлетворять условию:

0,1_p Ј m < 1 _p. Иначе говоря, мантисса меньше 1 и первая значащая цифра – не ноль (p – основание системы счисления).

В памяти компьютера мантисса представляется как целое число, содержащее только значащие цифры (0 целых и запятая не хранятся), так для числа 12,345 в ячейке памяти, отведенной для хранения мантиссы, будет сохранено число 12 345. Для однозначного восстановления исходного числа остается сохранить только его порядок, в данном примере – это 2.

Принцип построения оптимальных кодов:

1. Каждый элементарный символ должен переносить максимальное количество информации, для этого необходимо, чтобы элементарные символы (0 и 1) в закодированном тексте встречались в среднем одинаково часто. Энтропия в этом случае будет максимальной.

2. Необходимо буквам первичного алфавита, имеющим большую вероятность, присваивать более короткие кодовые слова вторичного алфавита.

В каналах с помехами эффективным средством повышения достоверности передачи сообщений является помехоустойчивое кодирование. Оно основано на применении специальных кодов, которые корректируют ошибки, вызванные действием помех. Код называется корректирующим, если он позволяет обнаруживать и исправлять ошибки при приеме сообщений. Код, посредством которого только обнаруживаются ошибки, носит название обнаруживающего кода. Исправление ошибки при таком кодировании обычно производится путем повторения искаженных сообщений. Запрос о повторении передается по каналу обратной связи. Код, исправляющий обнаруженные ошибки, называется исправляющим кодом. В этом случае фиксируется не только сам факт наличия ошибок, но и устанавливается, какие кодовые символы приняты ошибочно, что позволяет их исправить без повторной передачи. Известны такие коды, в которых исправляется только часть обнаруженных ошибок, а остальные ошибочные комбинации передаются повторно.

Для того чтобы код обладал корректирующими способностями, в кодовой последовательности должны содержаться дополнительные (избыточные) символы, предназначенные для корректирования ошибок. Чем больше избыточность кода, тем выше его корректирующая способность.

В настоящее время большая часть пользователей при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др.

Традиционно для того чтобы закодировать один символ используют количество информации равное 1 байту, т. е. I = 1 байт = 8 бит. При помощи формулы, которая связывает между собой количество возможных событий К и количество информации I, можно вычислить сколько различных символов можно закодировать (считая, что символы - это возможные события):

К = 2^I = 2⁸ = 256,

т. е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит мощностью 256 символов.

Суть кодирования заключается в том, что каждому символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255.

Необходимо помнить, что в настоящее время для кодировки русских букв используют пять различных кодовых таблиц (КОИ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причем тексты, закодированные при помощи одной таблицы не будут правильно отображаться в другой кодировке. Наглядно это можно представить в виде фрагмента объединенной таблицы кодировки символов.

Одному и тому же двоичному коду ставится в соответствие различные символы

Двоичный код	Десятичный код	КОИ8	СР1251	СР866	Мас	ISO
		б	В	-	-	Т

Начиная с 1997 г. последние версии Microsoft Windows&Office поддерживают новую кодировку Unicode, которая на каждый символ отводит по 2 байта, а, поэтому, можно закодировать не 256 символов, а 65536 различных символов.

В компьютерной графике используются 3 цветовые модели.

Цветовая модель RGB Используется для создания документов, предназначенных для показа на экране.

(2-9-3/3)

Любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). При кодировке цвета точки изображения с помощью трех байтов, первый байт кодируеткрасную составляющую, второй - зеленую, третий - синюю. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет.

Глубина цвета задается 4, 8, 16 или 24 битами на точку.

- при глубине 4 количество отображаемых оттенков - 24 = 16,

- при глубине 8 количество оттенков 28 = 256 цветов,

- при глубине 16 - 65536 цветов,

- при глубине 24 - 16777216 цветов.

Цветовая модель CMYK Используется при работе с отраженным цветом, т.е. для подготовки печатных документов. Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow), и черный (Black).

(2-10-1/3) Аналого-цифровые преобразователи сигналов (АЦП) (использование АЦП для преобразования сигналов от датчиков параметров технологических процессов, структурная схема АЦП конвейерного типа). Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (принцип работы и структурная схема ЦАП, сглаживание сигналов на выходе ЦАП)

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования аналоговой величины в цифровой код. Другими словами, АЦП - это устройства, которые принимают аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые.

В принципе, вполне реально осуществить преобразование различных физических величин непосредственно в цифровую форму. Однако, процесс этот весьма сложен и кое-где непригоден. Поэтому наиболее рациональным является сначала преобразование чего-то там в функционально связанные с ними электрические сигналы, а затем с помощью преобразователя напряжение-код в цифровые. Именно последние и понимаются, как АЦП.

Сама суть преобразования аналоговых величин заключается в представлении некой непрерывной функции от времени в последовательность чисел, отнесенных к неким фиксированным моментам времени. Если говорить простым языком, то пусть, к примеру, есть какой-то сигнал (непрерывный) и для преобразования его в цифровой необходимо этот самый сигнал представить в виде последовательности определенных чисел, каждое из которых относится к определенному моменту времени. Для преобразования аналогового (непрерывного) сигнала в цифровой необходимо выполнить три операции: дискретизация, квантование и кодирование. Во многих умных книжках последняя операция исключается. Об этом немного ниже. Итак, разберем пока непонятные понятия.

Дискретизация - это представление непрерывной функции (т. е. какого-то сигнала) в виде ряда дискретных отсчетов. По-другому можно сказать, что дискретизация - это преобразование непрерывной функции в непрерывную последовательность. Давайте глянем на рисунок 1, где изображен принцип дискретизации.

На рисунке показана наиболее распространенная равномерная дискретизация. Сначала имеется непрерывный сигнал S(t). Затем он подвергается разбиению на равные промежутки времени Δt. Вот эти промежутки "дельта тэ" и есть дискретные отсчеты, называемые периодами дискретизации. В результате получается последовательность отсчетов (дискретных) с шагом в Δt. По сути в основе дискретизации непрерывных сигналов лежит возможность представления их, т. е. сигналов в виде взвешенных сумм некоторых коэффициентов, обозначим их как a_i, иначе называемых отсчетами, и набора элементарных функций, обозначим их как f_i(t), используемых при восстановлении сигнала по его отсчетам.

Период дискретизации выбирается из условия: Δt = 1/2F_в,где F_в - максимальная частота спектра сигнала. Это выражение есть не что иное, как теорема Котельникова, которая гласит: Любой непрерывный сигнал можно абсолютно точно восстановить на выходе идеального полосового фильтра (ПФ) с полосой F_в, если

(2-10-2/3)

дискретные отсчеты взяты через интервал Δt = 1 / 2F_в. А это значит, что частота дискретизации должна быть вдвое больше максимальной частоты сигнала.

При квантовании шкала сигнала разбивается на уровни. Отсчеты помещаются в подготовленную сетку и преобразуются в ближайший номер уровня квантования.

На рисунке изображено равномерное квантование. Одним из основных параметров является δ; - шаг квантования. Соответственно, при равномерном квантовании шаг квантования одинаков. Итак, согласно определению запихиваем отсчеты в подготовленную сетку. Первый (слева направо) отсчет находится ближе к уровню 3 (уровни квантования - по вертикальной оси). Второй - к 5-му уровню и т. п. Таким образом, вместо последовательности отсчетов получаем последовательность чисел, соответствующих уровням квантования.

При равномерном квантовании динамический диапазон получается довольно большим, а это не есть гуд. Поэтому придумали так называемое неравномерное квантование, при котором динамический диапазон уменьшается. Ну понятно, наверное, что шаг квантования δ будет различным при различных уровнях. При малых уровнях сигнала шаг небольшой, при больших он увеличивается. На практике же неравномерное квантование практически не используется. Вместо этого применяют компрессоры, причем америкосы используют μ-компрессоры, европейцы - А-компрессоры (грэческая буковка μ читается "мю"). Характеристика компрессора показана на рисунке 3.

Для восстановления ужатого динамического диапазона используют декомпрессор или экспандер. Понятно, что амплитудная характеристика экспандера обратна компрессору.

Кодирование - это сопоставление элементов сигнала с некоторой кодовой комбинацией символов. Широко используется двоичный код.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода. Схемотехника цифро-аналоговых

(2-10-3/3)

преобразователей весьма разнообразна. На рис. 1 представлена классификационная схема ЦАП по схемотехническим признакам. Кроме этого, ИМС цифро-аналоговых преобразователей классифицируются по следующим признакам:

- по виду выходного сигнала: с токовым выходом и выходом в виде напряжения

- по типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом и с параллельным вводом входного кода

- по числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные

- по быстродействию: умеренного и высокого быстродействия

(2-15-1/2) Современные линии связи (витая пара: принцип устройства, основные характеристики; коаксиальный кабель: принцип устройства, основные характеристики; радио связь: принцип устройства, основные характеристики; оптоволоконная линия: принцип устройства, основные характеристики).

Кабель связи — это длинномерное изделие электротехнической промышленности. Из кабелей связи и других элементов (монтаж, крепеж, кожухи и т.д.) строят линии связи.

Витой парой называется кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов.

Кабели на витой паре подразделяются на: неэкранированные (UTP – Unshielded Twisted Pair) и экранированные медные кабели. Последние подразделяются на две разновидности: с экранированием каждой пары и общим экраном (STP – Shielded Twisted Pair) и с одним только общим экраном (FTP – Foiled Twisted Pair). Наличие или отсутствие экрана у кабеля вовсе не означает наличия или отсутствия защиты передаваемых данных, а говорит лишь о различных подходах к подавлению помех. Отсутствие экрана делает неэкранированные кабели более гибкими и устойчивыми к изломам.

Коаксиальные кабели используются в радио и телевизионной аппаратуре. Коаксиальные кабели могут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Они разделяются на толстые и тонкие в зависимости от толщины.

Тип	Название, значение сопротивления
RG-8 и RG-11	Thicknet, 50 Ом
RG-58/U	Thinnet, 50 Ом, сплошной центральный медный проводник
RG-58 А/U	Thinnet, 50 Ом, центральный многожильный проводник
RG-59	Broadband/Cable television (широковещательное и кабельное телевидение), 75 Ом
RG-59 /U	Broadband/Cable television (широковещательное и кабельное телевидение), 50 Ом
RG-62	ARCNet, 93 Ом

Кабель Thinnet, известный как кабель RG-58, является наиболее широко используемым физическим носителем данных. Сети при этом не требуют дополнительного оборудования и являются простыми и недорогими.

Толстый коаксиальный кабель(Thick Ethernet) имеет большую степень помехозащищенности, большую механическую прочность, но требует специального приспособления для прокалывания кабеля, чтобы создать ответвления для подключения к ЛВС.

Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость и чувствительна к электронному и атмосферному наложению, а также подвержена перехватам, поэтому требует шифрования для обеспечения уровня безопасности.

Передача данных в микроволновом диапазоне (Microwaves) использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Используется в местах, где использование физического носителя затруднено. Передача данных в микроволновом диапазоне при использовании спутников может быть очень дорогой.

Инфракрасные технологии (Infrared transmission), функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды (LED – Light Emitting Diode) для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости и может быть использована в офисных зданиях.

(2-12-1/3) Криптографические методы защиты информации (обеспечение аутентичности, целостности и неоспоримости информации, использование шифров и ключей, характеристика распространенных алгоритмов шифрования, система PGP, цифровая подпись)

Криптография – это наука о способах преобразования информации с целью защиты её от незаконного пользователя.

Шифрование – это приведение к такому виду, когда содержимое исходного текста невозможно прочесть без знания ключа.

Ключ – информация с помощью которой выполняется шифрование и дешифрование сообщения.

Шифрограмма (криптограмма) - результат шифрования.

Вскрытие (взлом) – процесс получения криптоаналитиками открытого сообщения из зашифрованного сообщения без заранее известного ключа.

Криптоанализ — наука, изучающая математические методы нарушения конфиденциальности и целостности информации.

Криптоаналитик — человек, создающий и применяющий методы криптоанализа.

Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к расшифрованию без знания ключа (т.е. криптоатаке)

Криптографические методы используются для шифрования информации, которая может быть представлена в виде:

- письменных текстов

- данных, хранящихся на внешних носителях

- сообщений передаваемых в телекоммуникационных сетях

- программного обеспечения, графики, видео, аудио и т.д.

Желательно, чтобы методы шифрования обладали минимум двумя свойствами:

- законный получатель сможет выполнить обратное преобразование и расшифровать сообщение;

- криптоаналитик противника, перехвативший сообщение, не сможет восстановить по нему исходное сообщение без таких затрат времени и средств, которые сделают эту работу нецелесообразной.

Общий принцип шифрования:

По характеру использования ключа известные криптосистемы можно разделить на два типа: симметричные (одноключевые, с секретным ключом) и несимметричные (с открытым ключом).

Симметричные криптосистемы

В данной криптосистеме используется один секретный ключ для шифрования и дешифрования сообщения. При этом секретный ключ должен храниться в тайне, и при его передаче должна быть исключена возможность его прехвата.

Общий принцип шифрования симметричной криптосистемы:

Преимущества:

- большая скорость

- простота в реализации

- меньшая требуемая длина ключа для сопоставимой стойкости

Недостатки:

- сложность обмена ключами. Для применения необходимо решить проблему надёжной передачи ключей каждому абоненту, так как нужен секретный канал для передачи каждого ключа обеим сторонам.

- сложность управления ключами в большой сети. Означает квадратичное возрастание числа пар ключей, которые надо

(2-12-2/3)

генерировать, передавать, хранить и уничтожать в сети. Для сети в 10 абонентов требуется 45 ключей, для 100 уже 4950, для 1000 — 499500 и т. д.

Примеры распространенных алгоритмов:

- AES (англ. Advanced Encryption Standard) - американский стандарт шифрования

- ГОСТ 28147-89 — отечественный стандарт шифрования данных

- DES (англ. Data Encryption Standard) - стандарт шифрования данных в США до AES

- IDEA (англ. International Data Encryption Algorithm)

- RC6 (Шифр Ривеста)

Шифрование заменой (подстановкой)

Это наиболее простой метод, в котором символы шифруемого текста заменяются другими символами, взятыми из одного (одно- или моноалфавитная подстановка) или нескольких (много- или полиалфавитная подстановка) алфавитов. Самой простой разновидностью является прямая замена, когда буквы шифруемого сообщения заменяются другими буквами того же самого или некоторого другого алфавита.

Однако, такой метод шифрования имеет низкую стойкост