Министерство образования и науки РФ Саратовский государственный технический университет кафедра радиотехники ИНФОРМАТИКА для специальностей 210300, 210302 «Радиотехника» и 210400, 210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы» Саратов 2010
Основная литература 1. Коломейцев В. А. , Комаров В. В. , Хамидуллин Ф. З. Информационные технологии в системах радиотехники и связи. - Саратов: СГТУ, 2005. 2. Алексеев А. П. Информатика. 2007 – М. : СОЛОН-Пресс, 2007. 3. Шапоров С. Д. Информатика. Теоретический курс и практические занятия, М. : Высшая школа, 2008. 4. Акулов О. А. , Медведев Н. В. Информатика: базовый курс. – М. : Омега, 2007. 5. Суворов А. Б. Телекоммуникационные системы, компьютерные сети и Интернет. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. 6. Алексеев Е. Р. , Чеснокова О. В. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mat. Lab, Math. Cad, Maple. – M. : NT Press, 2006. Дополнительная: 7. Глушаков С. В. , Жакин И. А. , Хачиров Т. С. Математическое моделирование Math. Cad 2000, Mat. Lab 5. Учебный курс – М. : АСТ, 2001. 8. Паршков С. В. MATLAB 7. Учебник. Основы работы и программирования. – М. : Бином, 2006. 9. Савельев А. Я. Основы информатики – М. : Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001. 10. Ширшин С. И. , Байбурин В. Б. Методы защиты данных от случайных и преднамеренных воздействий и их применение в цифровых системах связи. Саратов: СГТУ, 2002. 11. Ушаков Н. М. , Козина О. Н. , Коломейцев В. А. , Комаров В. В. Волоконные и интегральные оптические устройства для систем связи. -Саратов: СГТУ, 2006.
Системы математических расчетов Математическая система MATHCAD Особенностью данного программного обеспечения является реализация системы визуализации вычислений. Основная панель инструментов Math (математика) – для открытия других панелей для ввода в рабочий лист шаблонов математических операторов и команд. В Math входят следующие кнопки: Calculator – арифметика; Evaluation – равенства; Graph – графика; Matrix – матрицы; Boolean – логика; Programming – программирование; Greek – греческий алфавит; Symbolic – символьные вычисления.
Для ввода переменных необходимо установить курсор в любое место документа и ввести имя переменной, далее, используя панель Calculator, нажать кнопку присваивания : =, а затем можно ввести значение переменной. Например, f(x) : = sin(cos(x)). Для определения функций, не входящих в имеющийся в Math. Cad набор функций предусмотрена специальная конструкция: имя_функции (аргумент1, аргумент2, …. ) : = выражение В Math. Cad имеется около 200 встроенных функций, которые можно легко найти, используя команды Insert→Function. Панель инструментов Сalculator
Панель инструментов Evaluation Панель инструментов Matrix Панель инструментов Calculus Панель инструментов Boolean Панель инструментов Programming Панель инструментов Greek
Панель инструментов Symbolic
Панель инструментов Graph
Пакет программ математического моделирования MATLAB является интерактивной системой для выполнения инженерных и научных расчетов, ориентированный на работу с массивами данных. Язык MATLAB представляет собой готовые алгоритмы тех или иных вычислений. Причем пользователь может создавать свои собственные функции, которые хранятся на жестком диске. MATLAB имеет средства для расчета и проектирования аналоговых и цифровых устройств, построения их частотных, импульсных и переходных характеристик, средства для спектрального анализа и синтеза, что оказывается полезным для специалистов в области радиотехники и связи. Операторы, константы и служебные символы. Арифметические операторы: сложение (+), вычитание (-), умножение (*), деление (/), возведение в степень (^), транспонирование ( ' ). Приоритет: (^), (/), (*), (+), (-). Логические операторы: меньше (< ), больше ( > ), меньше или равно (<= ), больше или равно (>= ); не равно (~=). Специальные символы: присвоение (=); формирование векторов и матриц ([ ]); десятичная точка; запятая - для отделения операторов; точка с запятой - для отделения строк матриц или массивов и для подавления вывода на экран результатов; логический конец строки (%); результаты выполнения последней операции (ans); мнимая единица (i); бесконечность (inf); знак π (pi).
Математические функции: abs (x) - абсолютное значение; sqrt (x) - квадратный корень; exp (x) - экспонента; log (x) -натуральный логарифм; log 10 (x) - логарифм по основанию 10; sin (x) - синус; sinh (x) -гиперболический синус; cos (x) - косинус; cosh (x) - гиперболический косинус; tan (x) - тангенс; tanh (x) - гиперболический тангенс; cot (x) - котангенс; coth (x) - гиперболический котангенс; asin(x) – арксинус. Форматы вывода числовой информации: format short - пять значащих десятичных цифр; format long - 16 значащих десятичных цифр; format rat – запись в виде рациональной дроби. Cправочные и управляющие команды и функции: demo - демонстрация возможностей системы; help - справка о командах и функциях системы; lookfor - поиск ключевого слова; which - справка о пути доступа к функции или файлу; save - выгрузка переменных из рабочей области на диск; load - загрузка переменных в рабочую область; clear - удаление всех переменных из рабочей области; delete - удаление файлов; clc – очистка командного окна; home – возвращает курсор в верхний левый угол экрана; disp вывод значений переменных и текста на экран.
Построение графиков функций. plot(x, y) - построение графика в декартовых координатах. Для форматирования графика любой построенной функции необходимо подвести курсор к клавише меню Edit и кликнуть. Появится окно с несколькими опциями: figure properties – свойства всего рисунка в целом; axes properties – форматирование осей; current object properties – форматирование самого графика, включая тип линий, их цвет и т. д. Последняя опция оказывается полезной при получении информации о числовых значениях координат точек графика: current object properties → data → edit data. Пример построения графиков двух функций одной переменной y 1 = sin(x) и y 2 = log(x)-1: >> x=0. 5: 0. 01: 10; >> y 1=sin(x); >> y 2=log(x)-1; >> plot(x, y 1, x, y 2) Основными функциями построения графиков поверхностей в системе MATLAB являются plot 3, mesh, surf. Поверхность z=f(x, y) определяется как z-координаты точек над координатной плоскостью x 0 y. Перед использованием какой-либо из этих функций необходимо создать матрицы x и y, состоящие из повторяющихся строк и столбцов х-, у-координат соответственно. Это делается с помощью функции meshgrid(x, y), которая преобразует векторы в матрицы.
Операции с полиномами. roots - вычисление корней полинома; poly - построение вектора коэффициентов полинома по заданному вектору его корней; polyval вычисление значений полинома по заданному значению аргумента; polyfit аппроксимация данных полиномом; conv - произведение полиномов; polyder производная от полинома. Действия с матрицами: magic(n) – задает матрицу n×n, у которой сумма всех строк, всех столбцов и всех диагоналей одинакова; eye(n) – единичная матрица; rand(n) - матрица случайных чисел; diag(v, n) – диагональная матрица; ones(n) матрица единичных элементов; zeros(n) – матрица нулевых элементов; rot 90(A) поворот матрицы A на 90 градусов по часовой стрелке; det(A) – вычисляет детерминант матрицы; rank(A) - определяет ранг матрицы. Функции вычисления определенных интегралов: trapz - интегрирование методом трапеций; quad - интегрирование методом Симпсона. Создание М-файлов Создание и отладка М-файла осуществляется при помощи встроенного тестового редактора Debugger, который вызывается командой File/New/M-file. Если требуется вызвать готовый М-файл: File/Open/имя файла. файл-функция всегда должна начинаться со строки следующего вида: Function [< M>] =<F>(<D>) М – массив конечной величины; F - имя функции; D - входные данные.
Примеры использования MATLAB
Приложение для символьных вычислений Переменная, предназначенная для символьных преобразований, называется символьным объектом MATLAB и для ее введения используется команда syms. Эта команда дает возможность задавать сразу несколько символьных переменных. Например: >> syms x y; >> simplify ((x^2 -y^2)/(x-y)) ans = x + y >> syms x y; >> rez=expand((x-y)^2) rez = x^2 -2*x*y+y^2 Для выполнения операции дифференцирования используется функция diff(y(x)), y(x) – явно заданная функция. Пример: >> syms x; >> f = sin(5*x); >> diff(f) ans = 5*cos(5*x) Функция diff(f, n) позволяет найти n-ю производную от функции
Структурная, комбинаторная и семантическая меры информации Информация - любые сведения, являющиеся объектом хранения, преобразования и передачи. Информация бывает непрерывной или дискретной. Дискретизация – это замена непрерывного сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. В дискретном виде функция x(t) может принимать вещественные значения только при определенных значениях аргумента. При использовании структурных мер информации учитывается только дискретное строение сообщения, количество содержащихся в нем информационных элементов и связей между ними. Комбинаторная мера предполагает, что количество информации определяется как число, комбинация элементов (символов). Чтобы отличить число, записанное в той или иной системе исчисления, в конце записи ставят цифры или буквы: десятичные - D; двоичные - B; восьмеричные - Q; шестнадцатеричные - H. Пример: 216 D=11011000 B=330 Q=D 8 H. Наименьшей единицей информации, которая может быть представлена в компьютере, является двоичный разряд или бит, который может иметь 2 значения 0 или 1. Группа, состоящая из 8 двоичных разрядов, называется байт. При этом: 1 Кбайт = 1024 байт; 1 Мбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 1024 Мбайт; 1 Тбайт = 1024 Гбайт.
Для оценки разнохарактерной информации используют следующие семантические понятия: содержательность события i выражается через функцию меры: 0 m(i) 1. Логическое количество информации: Inf = log 2[1/m(i)]. Мера целесообразности информации, которая определяется как изменение вероятности достижения цели, при получении дополнительной информации: Iц = log 2 p 1/p 0 , где p 0, p 1 - начальная (до получения информации) и конечная (после получения информации) вероятность достижения цели. Метод дискретизации влияет на количество информации, которую необходимо хранить или преобразовывать в вычислительном устройстве. Согласно теореме Котельникова, функция, имеющая ограниченный спектр частот, полностью определяется дискретным множеством своих значений, взятых с частотой отсчета f 0 = 2 fm, где fm = 2 m - максимальная частота отсчета в спектре частот сигнала, определяемого функцией x(t); m - угловая скорость. При этом x(t) воспроизводится без погрешностей по точным значениям x(ti) в виде ряда Котельникова: , где t - шаг дискретизации. Таким образом, преобразование непрерывной информации в дискретную может сопровождаться ее сжатием.
Цифровые системы передачи и обработки информации Под цифровой системой связи обычно понимают систему, в которой поток данных в двоичной системе исчисления передается путем модуляции источника излучения таким образом, что излучаемая им энергия во времени передачи одного бита равна одному из двух уровней (ноль или единица). Чтобы представить исходный аналоговый сигнал, занимающий полосу Δf (Гц) и имеющий динамический диапазон (As/AN) в цифровом виде, потребуется минимум В двоичных цифр в секунду (бит/с). Это число определяется по формуле Шеннона: Теоретическая пропускная способность канала связи: С = 2 В(1 + Plog 2 P + Qlog 2 Q) [бит/с], где Q = 1 – P – вероятность приема бита без ошибки; Р – вероятность ошибки на бит информации.
Волоконно-оптические линии связи Волоконно-оптические линией связи (ВОЛС) называется линия оптической связи, в которой передача информации осуществляется с помощью волоконно-оптических элементов. Скорость передачи информации составляет 107 – 109 бит/с. Типы ВОЛС: Внутриобъектовые ВОЛС ( менее 100 м) применяются для соединения отдельных функциональных узлов бортовых систем внутри учреждений и предприятий, для передачи световых импульсов в лазерной и медицинской технике. Допустимые потери – несколько десятков д. Б/км. Городские (50. . . 100 км) , межгородские (200. . . 300 км) предназначены для всязи, а также соединения удаленных компьютерных систем. Допустимые потери – менее 10 д. Б/км. Магистральные ВОЛС (более 100 км), включая межконтинентальные служат для передачи информации на очень большие расстояния. Допустимые потери – 1÷ 7 д. Б/км. Компоненты ВОЛС: источники излучения (светодиоды и полупроводниковые лазеры); приемники излучения (p-i-n и лавинные фотодиоды); оптические кабели (100 BASE-FX – кабель со скоростью передачи информации 100 Мбит/с); оптические соединители; коммутаторы; ответвители.
Классификация и параметры оптических волокон
Кодирование данных в телекоммуникационных системах
Структурная схема компьютера Иерархия систем оперативной памяти очередь предварительной выборки (1); кэш-память (2); устройство управления КЭШ-памятью (3); ОЗУ (4); устройство управления ОЗУ (5)
Элементы логических схем Логические элементы (ЛЭ) представляют собой электронные устройства, реализующие одну из логическим операций: конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ), инверсии (НЕ). В логических элементах обрабатываемая информация выражается через логические переменные, которые могут принимать только два значения 0 или 1, а также логические функции. Таблица истинности элемента И-НЕ RS-триггеры также предназначены для хранения информации. S – вход установки; R – вход сброса, а также два выхода: основной и инверсный. В отсутствии управляющих сигналов триггер находится в режиме хранения информации.
Американский код для обмена информацией В большинстве современных вычислительных систем используемся так называемый американский код для обмена информацией ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Этот код ставит в соответствие каждой букве, цифре, знаку препинания цепочку из семи двоичных разрядов или битов. Восьмой бит служит для контроля правильности переданного кода. Семь значащих битов дают 27 = 128 всевозможных перестановок 0 и 1. Классификация и особенности современных процессоров на примере МП Pentium Процессоры с полным набором команд (CISC) и с сокращенным набором команд (RISC). Единицы измерения быстродействия МП: MIPS – миллион команд над числами с фиксированной точкой за секунду; MFLOPS - миллион операций над числами с плавающей точкой за секунду; GFLOPS - миллиард операций над числами с плавающей точкой за секунду.
Архитектуры вычислительных систем CPU 1, CPU 2 – процессоры; L 1 – КЭШ-память первого уровня; L 2 – КЭШ-память второго уровня; SRI – блок обработки очереди системных запросов; CS – специальный коммутатор, осуществляющий взаимодействие каждого из ядер с разделяемыми системными ресурсами; ICM – интегральный контроллер памяти; CHT – контроллер шины Hyper Transport. Архитектура двуядерного процессора AMD Opteron
Локальные вычислительные сети (ЛВС) ЛВС – совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники, а также периферийных устройств, объединенных с целью совместного использования их ресурсов. Концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия. Типы сетей: одно-ранговая сеть и сеть на основе выделенного сервера Топологии сетей Шина Звезда Кольцо
Вспомогательные устройства ЛВС: сетевой адаптер, репитер, мост, маршрутизатор. Маршрутизатор – устройство для соединения сетей с разными архитектурами и протоколами. Позволяет коммутировать и направлять пакеты информации через несколько сетей, определять оптимальный путь их передачи, обходить медленные и неисправные каналы, действовать как барьер безопасности между сетями. Средства коммутации ЛВС: витая пара, коаксиальный кабель, Ethernet кабель, Cheapernet кабель, оптический кабель. Сетевые протоколы TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – промышленный стандартный набор протоколов обеспечивающих совместимость между ПК различных типов. Данный протокол является стандартным для межсетевого взаимодействия. Net. BEUI – небольшой эффективный протокол, который поставляется со всеми сетевыми продуктами Microsoft. Преимущества: небольшой размер стека, высокая скорость передачи данных по сети и совместимость со всеми сетями. Недостаток – отсутсвие поддрежки маршрутизатора. IPX/SPX – стек протоколов в сетях Novell. Относительно небольшой и быстрый протокол с поддержкой маршрутизатора. Одной из его разновидностей является протокол NWLink.
Глобальная компьютерная сеть Интернет – мировая компьютерная сеть, состоящая из различных компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией и единой системой адресации. Сетевые протоколы Интернет SLIP/PPP (Serial Line Internet Protocol/Point to Point Protocol) - протокол обеспечивающий передачу пакетов TCP/IP между двумя ПК. TELNET, FTP (File Transfer Protocol) – старейшие протоколы семейства TCP/IP. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – поддерживает передачу сообщений между узлами Интернет. HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – применяется для обмена информацией между серверами www и программами просмотра гипертекстовых страниц. POP 3 (Post Office Protocol) – протокол почтового узла, позволяет программамклиентам электронной почты передавать сообщения и, в основном, используется для приема входящих сообщений. NNTP (Network News Transfer Protocol) – протокол передачи сетевых новостей, а также обеспечивает индексирование и удаление устаревших сообщений. Наиболее распространенные домены верхнего уровня : com – коммерческие организации; edu – учебные заведения; gov – правительственные учреждения; mil – военные; org - прочие организации; net - сетевые ресурсы; rec - игры и развлечения; info - предоставление информационных услуг.
Сервисы Интернет WWW (World Wide Web) – гипертекстовая информационно-поисковая система. Блоки данных размещаются на отдельных ПК (Web-серверах). Web-страница – документ сети, имеющий собственный доменный адрес. Сайт – группа Web-страниц, объединенных по какому-либо принципу и размещенных на одном сервере. В основе WWW лежит HTTP, а сами страницы формируются с помощью гипертекстового языка HTML. Для использования этого сервиса применяются браузеры, то есть программы предназначенные для просмотра Web-страниц. Наиболее популярные браузеры – Internet Explorer, Netscape Navigator, Opera. E-mail (электронная почта). Этот сервис служит для обмена сообщениями. Помимо протоколов SMTP и POP для этих целей могут применятся протокол IMAP (Internet Message Access Protocol) – протокол доступа к э-почте Интернета, протокол MIME – многоцелевое расширение почты, позволяющий вкладывать в текстовые сообщения графику и видеофайлы. Usernet – распределенный дискуссионный клуб, состоящий из так называемых наборов конференций, имена которых организованы иерархически. Сообщения для этих конференций рассылаются пользователями с помощью специального ПО. IP-телефония – передача звуковой и видео информации. Интернет радио и телевидение – услуга приема множества радио и ТВ каналов. IRC (Internet Relay Chat) – чат для непосредственного общения пользователей. ICQ – интернет-пейджер для двухстороннего обмена информацией в реальном масштабе времени.
HTML-язык и WEB-дизайн Hyper. Text Markup Language (HTML) – язык разметки гипертекста для создания Web-страниц. <b><i>URL</i>-универсальный указатель ресурсов</b> - тег перехода на новую страницу без создания нового абзаца; <hr> - тег создания разделительной горизонтальной линии; <b> - тег четкости (bold); <i> курсив (италик); <u> - подчеркивание (underline); <head> - тег заголовка; <img> тег изображения. <имя тега или имя атрибута = аргумент>текст<имя/тега> Вставка графических объектов: <img src = “foto. jpeg”> Пример фрагмента программы HTML, который позволяет выполнить переход на другую Web-страницу щелчком мыши по рисунку: <a href=http: //www. rambler. ru> <img src=http: //www. apa. ok. ru/button. gif</a>
Некоторые общие понятия сетевых технологий Web-дизайна Стиль – набор правил оформления и форматирования, который может быть применен к различным элементам страницы, то есть набор атрибутов текста, обозначенный одним именем. DHTML – динамический язык разметки гипертекста. Скриплеты – программы на языке DHTML. Апплеты – программы на языке Java, хранящиеся отдельно от основного документа, предназначенные для создания разнообразных визуальных эффектов на основной Web-странице. Эмулятор – специальная программа, преобразующая инструкции для виртуальной машины в инструкции для конкретного процессора. Java Virtual Machine – программный эмулятор, установленный на каждом компьютере. Фрейм – некоторое выделенное в окне браузера поле в форме прямоугольника. Каждый фрейм является как бы автономной Web-страницей. Снипперы – фрагменты кода, заготовленные для повторного многократного применения. Баннер – графическая или тестовая гиперссылка, выполненная в виде яркого динамического табло. Служит для рекламных целей. Слой – своеобразный контейнер, который может содержать различные элементы страницы. Web-ring – объединение системой взаимных ссылок сайтов со сходной тематикой. HTML-редакторы: Home. Site, Microsoft Front. Page, Dreamweaver, Netscape Composer, Adobe Go. Live, Net. Objects Fusion.
Поисковые системы Поисковыми системами называют один из сервисов сети Internet, позволяющий находить необходимую информацию по ключевым словам и словосочетаниям. Хорошо известными примерами являются: www. google. com; www. yandex. ru; www. rambler. ru; www. narod. ru; www. yahoo. com Первый закон Зипфа Матричная модель Второй закон Зипфа Векторная модель
Экспертные системы (ЭС) – интеллектуальная вычислительная система, содержащая накопленные знания специалистов в определенной предметной области и реализованная в виде программы. ЭС в пределах определенной предметной области способна принимать экспертные решения, запрашивая при необходимости дополнительную информацию. Примерами таких решений являются медицинская диагностика, поиск неисправностей в сложных технических системах, прогноз погоды. Алгоритм функционирования ЭС 1. Задается набор целей, то есть переменных, значения которых требуется определить с помощью ЭС. Список таких переменных через интерфейс вводится в рабочую память. 2. В базе знаний машина логического вывода выделяет список правил, из которых можно найти неизвестные переменные. 3. После этого определяются остальные переменные, необходимые для применения этих правил. 4. Устанавливается, какие из найденные на предыдущем этапе переменных можно получить из правил базы знаний. 5. Делается попытка применить базу знаний для достижения поставленных целей. 6. Если не все цели достигнуты, производится переход к п. 2, исключив из списка целей найденные переменные. 7. По достижении всех первоначально поставленных целей диспетчер прекращает работу машины логического вывода и через интерфейс выводит пользователю значения этих переменных.
Технология «Синий зуб» Bluetooth – это радио звено ближнего действия, функционирующее в так называемом ISM-диапазоне частот вблизи 2. 4 ГГц и для борьбы с интерференцией применятся прыгающая частота трансивера. Для полной дуплексной передачи используется схема TDD (дуплекс с временным разделением). Функциональная схема Пикосети
Классификация языков программирования
Системное и прикладное программное обеспечение Системное программное обеспечение (СПО) включает программы, осуществляющие управление, контроль и планирование вычислительного процесса, распределение ресурсов, ввод-вывод данных и другие операции. СПО подразделяется, в свою очередь, на общесистемное и базовое. Операционная система (ОС) является основным компонентом СПО. Прикладное ПО состоит из прикладных программ, реализующих алгоритмы решения проектных задач.
Классификация операционных систем 1. по количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские и многопользовательские; 2. по количеству используемых процессоров: однопроцессорные и многопроцессорные; 3. по типу пользовательского интерфейса: командные (текстовые) и объектноориентированные (графические); 4. по способу использования аппаратных и программных ресурсов: сетевые и локальные; 5. по числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС: однозадачные и многозадачные; в свою очередь многозадачные ОС подразделяются на системы пакетной обработки, системы разделения времени и системы реального времени. Главной целью ОС пакетной обработки является решение максимального числа задач в единицу времени. Влияние пользователя на работу ОС в таком режиме минимально. Выбор того или иного задания из общего пакета зависит не от пользователя, а от самой ОС. Критерием эффективности работы ОС разделения времени является не скорость обработки информации, а удобство работы каждого отдельного пользователя, для которого выделяется отельный терминал для управления вычислительным процессом.
Прикладной программное обеспечение Прикладное ПО представляют пакеты прикладных программ (ППП) для выполнения различных проектных процедур. Такое ПО разрабатывается на основе единого внутреннего представления графической и текстовой информации, единого входного языка, строится по модульному принципу и ориентировано на использование непрограммистом- проектировщиком. К примеру, ППП, ориентированные на автоматизацию проектирования печатных плат, цифровых и аналоговых интегральных схем, операционных усилителей, НЧ радиотехнических устройств: P-CAD, SPADE, Lab. View (www. natinst. com/labview), Modeler (www. mil 3. com), Design Center. Примерами ППП для моделирования электромагнитных полей в радиотехнических и телекоммуникационных СВЧ-системах являются: HFSS (www. ansoft. com), Soprano (www. vectorfields. com), MAFIA (www. cst. de), Quick. Wave-3 D (www. qwed. com. pl), ANSYS (www. ansys. com), Full. Wave (www. infolitica. com), XFDTD (www. remcom. com). Все эти пакеты имеют расширенные графические возможности двумерного и трехмерного изображения полей и токов СВЧ. Такие ППП позволяют моделировать структуры всех компонент электромагнитного поля, дисперсионные характеристики, параметры матрицы рассеяния, волновое сопротивление.
Свойства алгоритмов Дискретность. Алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательность выполнения простых этапов, для реализации которых требуется конечный отрезок времени. Определенность. Каждое правило алгоритма должно быть четким и однозначным, при этом не требуется никаких дополнительных указаний. Результативность. Алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов. Массовость. Алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. Разработанный алгоритм можно зафиксировать в виде схемы и на алгоритмическом языке. Схема – графическое изображение алгоритма в виде геометрических фигур (блоков) и связей между ними. ГОСТ 19. 002 -80 и ГОСТ 19. 003 -80 определяют правила выполнения схем и обозначений отдельных операций процесса обработки данных:
Основные структуры алгоритмов Цикл «ДО» «ОБХОД» Цикл «ПОКА» «РАЗВЕТВЛЕНИЕ» «МНОЖЕСТВЕННЫЙ ВЫБОР»
Принципы сжатия информации Сжатие - это такое преобразование информации, в результате которого исходный файл уменьшается в объеме, а количество информации в сжатом файле уменьшается на такую величину, которой можно пренебречь. Многие приемы сжатия аудио- и видеоинформации основаны на методах исключения избыточной информации, не воспринимаемой человеком. Объединенным комитетом Moving Pictures Experts Group (MPEG) двух организаций: комиссии по стандартизации (ISO) и международной электротехнической комиссии (IEC) были разработаны стандарты MPEG-1 и MPEG-2. Допустимая интенсивность потока данных для последнего из них составляет 2÷ 10 Мбайт/с. Для телевидения высокой четкости был предложен стандарт MPEG-3, являющийся составной частью MPEG-2. Стандарт MPEG-4 предназначен для использования в системах с низкой пропускной способностью. В зависимости от скорости упаковки изображений методы сжатия видеоинформации подразделяются на методы сжатия неподвижного и движущегося изображений. Стандарт MPEG формирует три типа кадров: Intra (внутренние) или I-кадры, Predicted (предсказуемые) или Р-кадры, Bi-directional Interpolated (кадры двунаправленной интерполяции) или В-кадры.
Криптографические методы защиты информации Защита информации – совокупность методов, позволяющих управлять доступом выполняемых в системе программ и хранящейся в ней информации. • Обработка информации путем замены и перемешивания букв, при котором объем данных не меняется (шифрование); • Сжатие информации с помощью замены отдельных сочетаний букв, слов или фраз (кодирование). Методы шифрования: методы замены (подстановки), методы перестановки, аддитивные (гаммирования) и комбинированные методы. Алгоритмы шифрования с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции. Все используемые в настоящее время криптосистемы с открытым ключом опираются на один из типов необратимых преобразований. • Разложение больших чисел на простые множители (RSA-алгоритм, авторы – Райвест, Шимир и Адлеман). • Вычисление логарифма или возведение в степень (DH-алгоритм, авторы – Диффи и Хеллман). • Вычисление корней алгебраических уравнений.
Алгоритм шифрования с открытым ключом RCA
Электронные ключи и встроенные замки Электронный ключ – это устройство, подключаемое к параллельному порту компьютера, без которого защищаемое ПО не работает. Разработчики ЭК обычно предлагают два метода защиты: • Автоматическая защита. С ее помощью защищаемая программа как бы вкладывается в «конверт» защиты, не претерпевая при этом никаких изменений. • Использование функций API. Здесь защита оказывается внедренной в текст программы и составляет с ней единое целое. Взломать такую защиту сложнее, чем автоматическую. В настоящее время наибольшее распространение получили ЭК: HASP 4, Aladdin Hardlock, Guardant, Entron Smart Key, MPKEY. Встроенный замок защиты информации – это электронная плата, входящая в состав компьютера и выполняющая следующие функции: • идентификация и аутентификация пользователей; • разграничение прав пользователей на доступ к компьютеру; • контроль целостности файлов и секторов жесткого диска; • функциональное замыкание информационных систем с исключением возможности несанкционированного выхода в ОС, загрузки с дискеты и прерывания контрольных процедур с клавиатуры; • регистрация событий, имеющих отношение к безопасности системы.
Борьба со спамом Спам – массовая рассылка незапрошенной адресатами коммерческой или иной информации. Для рассылки, как правило, используются Интернет-службы, которые обеспечивают ее низкую стоимость и анонимность. Для фильтрации спама провайдеры используют следующие методы: • фильтрация по RBL-спискам. Эти списки включают в себя почтовые адреса известных спамеров, адреса почтовых пересылок, используемых спамерами время от времени и списки адресов тех сетей, которые не борются со спамерами. Доступ к данным спискам осуществляется в реальном времени по протоколу DNS. • распределенные методы обнаружения спама базируются на сборе данных о спам-почте из максимально возможного количества точек сети. Эти данные обрабатываются и делаются доступными для всех заинтересованных участников информационного обмена в сети. • статистический метод фильтрации спама основывается на теории вероятностей и использует алгоритм Байеса. Каждому встречающемуся в электронной переписке слову или тегу присваивается два значения: вероятность его наличия в спаме или вероятность его присутствия в письмах, разрешенных для прохождения. Баланс этих двух значений и определяет вероятность того, что письма является спамом.
Вирусы и антивирусные программы Компьютерный вирус – программа, способная самостоятельно создавать свои копии, внедрять их в различные объекты и ресурсы компьютера, вычислительных сетей, систем и производить определенные действия без ведома пользователя. Типы вирусов: загрузочные, файловые, резидентные, нерезидентные, компаньенвирусы, паразитические, вирусы-черви, вирусы-невидимки, макровирусы, троянские программы. Симптомы вирусного заражения: • замедление работы некоторых программ; • увеличение размеров файлов; • появление не существовавших ранее файлов; • уменьшение объема доступной оперативной памяти; • внезапно возникающие разнообразные видео- и звуковые эффекты; • появление сбоев в работе ОС, включая зависание; • запись информации на диски в моменты времени, когда это не должно происходить; • прекращение работы или неправильная работа ранее нормально работавших программ. Антивирусные программы: программы-детекторы, программы-доктора, программы-ревизоры.
Математические модели РЭ объектов Математическая модель – совокупность математических элементов и отношений между ними, которые с требуемой точностью описывают свойства объекта. Понятие электрической модели включает либо систему уравнений, связывающих напряжения и токи в электрической схеме, либо саму электрическую схему, состоящую из базовых элементов, на основе которой можно получить систему уравнений, связывающих токи и напряжения в модели. В физико-топологических моделях исходными параметрами являются геометрические размеры и электрофизические характеристики материала объекта. Чаще всего такие модели применяются при разработке полупроводниковых приборов и СВЧ устройств. Технологические модели основываются на параметрах технологических процессов изготовления объекта (температура, время, диффузия, концентрация и т. д. ). Модель диффузного резистора
Базы данных (БД) – совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных, отображающих состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Система управления базами данных (СУБД) – совокупность программных средств, предназначенных для создания, защиты и совместного использования БД. Реляционные БД представляют собой таблицы, столбцы которых называются полями, а строки – записями. При формировании реляционной модели необходимо задать тип и размер полей. Символьные поля допускают ввод любых алфавитноцифровых символов, знаков препинания. Предельное число символов для одного поля – 255. Числовые поля могут включать целую и дробную часть, десятичную точку и знак минус. Все это должно занимать от 1 до 20 разрядов. Логические поля могут иметь только два значения: Т – истина, F – ложь. БД может быть расширена за счет полей примечаний, имеющих произвольную длину. Таблицы БД, в которых происходит непрерывное или периодическое обновление информации называются операционными. Справочное таблицы содержат информацию, которая меняется достаточно редко. Программные средства для создания пользовательских приложений по обработке данных: Access, SQL-Server, Visual Basic, Visual C++, Visual Fox. Pro.
Основы компьютерного моделирования РЭС Радиоэлектронная система (РЭС) – радиоэлектронное средство, представляющее собой совокупность функционально взаимодействующих автономных устройств, обладающих свойством перестройки структуры при решении технических задач. В основе функционирования РЭС лежит передача, извлечение и обработка информации, а также преобразование и передача электромагнитной энергии. Основные проектные процедуры: анализ, оптимизация и синтез. Схема распределения информации в системах компьютерного проектирования и моделирования РЭС Здесь: подсистема контроля и коррекции результатов (1); архив результатов (2); подсистема решений задач конструирования (3); библиотека (4); подсистема выдачи конструкторскотехнологической документации (5); диспетчер (6); подсистема подготовки входной информации (7).
Некоторые англоязычные сокращения, используемые в области информатики и телекоммуникации: ADSL – асимметричная цифровая абонентская линия. DDR – синхронное динамические ОЗУ с двойной скоростью передачи данных; DIMM – модуль памяти со спаренным входом; USB – универсальная последовательная шина со скоростью передачи данных 12 Мбит/с LAN – локальная вычислительная сеть; DDE – динамический обмен данными; DES – стандарт шифровая данных; BIOS – базовая система ввода-вывода; SNA – сетевая архитектура систем; IEEE – институт инженеров по электротехнике и электронике; DAP – протокол доступа к информации; CPU – центральный процессор; CGM – стандартный формат обмена графическими данными в OC Windows
Экзаменационные вопросы 1. Структурная, комбинаторная и семантическая меры информации. 2. Преобразование информации. Теорема Котельникова. Пропускная способность канала связи. 3. Цифровые системы передачи и обработки информации. Формулы Шеннона и Найквиста. 4. Типы и компоненты ВОЛС. 5. Классификация и основные параметры оптических волокон. 6. Структурная схема компьютера. Иерархия систем памяти компьютера. Элементы логических схем. 7. Американский код для обмена информацией. Классификация и особенности современных процессоров на примере МП Pentium. 8. Архитектуры вычислительных систем. Двуядерные процессоры. 9. Локальные вычислительные сети. 10. Способы доступа в Интернет. Доменная система имен. 11. Сетевые протоколы и сервисы Интернет. 12. Поисковые системы. 13. HTML-язык и WEB-дизайн. 14. Экспертные системы. 15. Технология «Синий зуб» . 16. Классификация языков программирования. 17. Системное и прикладное программное обеспечение. 18. Основные понятия программирования. Свойства алгоритмов. 19. Принципы сжатия информации. Метолы архивации. 20. Криптографические и программные методы защиты информации. Программа PGP. 21. Электронные ключи и встроенные замки. 22. Вирусы и антивирусные программы. 23. Математические модели РЭ объектов. 24. Базы данных. 25. Основы компьютерного моделирования РЭС.
Примеры тестовых заданий 1. Основным преобразователем цифровой информации в компьютере является: -: арифметико-логическое устройство -: устройство управления -: устройство ввода информации -: память 2. Какой из протоколов применяется для обмена информацией между серверами WWW и программами просмотра гипертекстовых страниц: -: РОР 3 -: NNTP -: SMTP -: HTTP 3. Как называется запоминающее устройство, в котором хранятся подпрограммыдрайверы, организующие ввод-вывод информации со стандартных периферийных устройств: -: КЭШ-память -: постоянное запоминающее устройство -: оперативное запоминающее устройство -: внешнее запоминающее устройство
Скачать презентацию Министерство образования и науки РФ Саратовский государственный технический
Prezentatsia_INF.ppt