Диплом разработка и исследование информационных моделей шифратора и дешифратора

ГБОУ гимназия №1505 Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория ДИПЛОМ Разработка и исследование информационных моделей шифратора и дешифратора Автор: ученик 10 «Б» класса Орлов Евгений Руководитель: Пяткина Г.А. Москва 2013 Содержание Введение……………………………………………………………………….……..3 I. Логические основы устройства компьютера……………………………….……5 1.1 Понятие логического элемента и логической схемы………………………….5 1.2 Шифратор. Логическая схема шифратора ………………………………….…7 1.3 Дешифратор. Логическая схема дешифратора……………………………….10 II. Разработка моделей шифратора и дешифратора в среде ООП Delphi……….12 Заключение……………………………………………………………….…………26 Литература…………………………………………………………………..………27 Приложение……………………………………………………………….……..….28 Введение. Во многих устройствах, в том числе и в электронно-вычислительных машинах (ЭВМ), используются кодированные сигналы или коды. Кодом называется система электрических сигналов, используемых для передачи сообщений. В ЭВМ используются двоичные и двоично-десятичные коды. Устройства, преобразующие одну разновидность кода в другую, называются преобразователями кодов. К преобразователям кодов относятся шифраторы и дешифраторы. Без этих устройств не может работать компьютер и другие цифровые устройства, поэтому выбранная мною для исследования тема очень актуальна в наше время. Шифратор (кодировщик) – операционный элемент, преобразующий единичный сигнал на одном из n входов в m-разрядный выходной код. Чаще всего используется для преобразования десятичных чисел в двоичный или двоично-десятичный код. Например, в микрокалькуляторах, в которых нажатие десятичной клавиши соответствует генерации соответствующего двоичного кода. Дешифратор (декодировщик) – операционный элемент, преобразующий n-разрядный входной код в сигнал только на одном из своих m-выходов. Так, например, в устройствах визуальной индикации десятичных цифр применяются семисегментные индикаторы на жидких кристаллах и светодиодах. Для работы такого индикатора необходим дешифратор, преобразующий двоично-десятичный код в сегментированный. Главной целью моей работы является создание и исследование компьютерной модели, которая максимально полно иллюстрирует принцип работы шифратора и дешифратора. Выше я привел определения этих устройств. Задачи моего исследования: Изучить литературу по некоторым разделам алгебры логики, логическим элементам компьютера. Построить компьютерные модели в среде объектно-ориентированного программирования Delphi. Провести компьютерный эксперимент, проанализировать полученные результаты При необходимости провести корректировку модели. Написать отчет. Результатом моего исследования должны быть работающие компьютерные модели шифратора и дешифратора и письменный отчет о проделанной работе. Чтобы достичь требуемый результат, мне необходимо использовать следующую литературу: Угринович Н.Д. Исследование информационных моделей – подробные схемы шифратора и дешифратора; Из интернет - портала «Энциклопедия физики и техники» я буду брать дополнительный материал по шифраторам и дешифраторам; Угринович Н.Д. «Информатика и Икт» содержит много полезной информации о логических элементах в компьютере. Галисеев Г.В. Программирование в среде Delphi 7 – справочник по программированию на языке Delphi. Диплом будет состоять из введения, основной части, включающей в себя теоретическое и практическое исследование, заключения и списка литературы. Введение включает в себя актуальность, аннотацию, цели и задачи моего исследования. При написании основной части я буду использовать как теоретические, так и практические методы исследования данных устройств. Теоретическими методами являются изучение литературы, формулировка выводов. Практическими методами являются создание моделей шифратора и дешифратора в среде ООП (объектно-ориентированного программирования) Delphi, проведение компьютерного эксперимента, проведение корректировки и написание отчета. Заключение будет содержать выводы о проделанной работе и результаты проведения эксперимента. После заключения следует список литературы и интернет-ресурсов, использовавшихся при написании диплома и создании проекта в среде ООП Delphi. Глава I. Логические основы устройства компьютера 1.1 Понятие логического элемента и логической схемы Работа компьютера основана на элементах алгебры логики. Однако в компьютере используются не все существующие логические операции, а только три из них: логическое умножение (конъюнкция), логическое сложение (дизъюнкция) и логическое отрицание (инверсия). То, что компьютер использует только три операции, можно объяснить тем, что все другие логические действия можно произвести с помощью комбинации сложения, умножения и инверсии. Для того, чтобы изучить любые ОЭ (операционные элементы) (такие как шифратор, дешифратор, сумматор, мультиплексор и др.), необходимо сначала разобраться, что же такое логический элемент. Логический элемент1 – преобразователь входных двоичных сигналов в один сигнал, являющийся значением одной из логических операций. Логических действий очень много, но выбраны среди них 3 основные, так как все остальные логические функции могут быть выражены через эти них. Для этих функций существует 3 логических элемента.: 1). Логический элемент «И» (конъюктор) выполняет логическое умножение; 2). Логический элемент «ИЛИ» (дизъюктор) выполняет логическое сложение; 3). Логический элемент «НЕ» (инвертор) – выполняет действие инверсии. Эти логические элементы работают с сигналами, которые являются электрическими импульсами. Если импульс есть, то логическое значение сигнала равно 1, если нет – логическое значение сигнала равно 0. На вход логического элемента поступают сигналы-аргументы, над которыми будет выполнена операция заданного логического элемента, на выходе получается сигнал-функция (результат всех действий в выражении). Конъюнктор выполняет произведение двоичных чисел в соответствии с правилами умножения в математике (на письме обозначается как «˄»): 1˄0=0; 0˄1=0; 0˄0=0; 1˄1=1. Условное обозначение конъюнктора на схеме выглядит так: Рис. 1. Условное обозначение конъюнктора. Дизъюнктор выполняет логическое сложение, это значит, что из чисел выбирается большее. Дизъюнкция на письме обозначается символом «˅». 1˅0=1; 0˅1=1; Если же два числа равны, то выбирается любое из них: 0˅0=0; 1˅1=1. _______________________________________________________________________________________ 1Определение выражения «логический элемент» - Угринович Н.Д. Информатика и Икт. Профильный уровень: Учебник для 10 класса / Н.Д. Угринович. - 7-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 387 с. : ил. С. 180. Условное обозначение дизъюнктора на схеме выглядит следующим образом: Рис. 2. Условное обозначение дизъюнктора. Инвертор выполняет инверсию сигнала, то есть, преобразует 0 в 1 и наоборот, 1 в 0. На письме обозначается верхним подчеркиванием требуемого выражения. Условное обозначение инвертора на схеме: Рис. 3. Условное обозначение инвертора. Прежде, чем приступить к изучению шифратора и дешифратора, необходимо дать определение логической схемы: Логические схемы - физические устройства, реализующие функции алгебры логики. Логические схемы подразделяют на 2 класса: комбинационные схемы (логические схемы без памяти) и последовательностные схемы (логические схемы с памятью). Логические схемы являются основой любых систем (различных назначений и физической природы) обработки дискретной информации. Шифратор и дешифратор относятся к комбинационным схемам. Теперь можно перейти непосредственно к изучению ОЭ (шифратора и дешифратора). 1.2 Шифратор. Логическая схема шифратора Для начала, необходимо дать определение данному устройству: Шифратор 2 (кодировщик) – операционный элемент, преобразующий единичный сигнал на одном из n входов в m-разрядный выходной код. Чаще всего используется для преобразования десятичных чисел в двоичный или двоично-десятичный код. Например, в микрокалькуляторах, в которых нажатие десятичной клавиши соответствует генерации соответствующего двоичного кода. Например, на пульте ввода информации имеется 10 клавиш с номерами i=0, 1, ..., 9. При нажатии i-й клавиши на вход шифратора подаётся единичный сигнал Xi. На выходе шифратора должны появиться сигналы, отображающие двоичный код (Y3, . . ., Y0) входного сигнала X. Как видно из таблицы истинности шифратора (табл. 2), в этом случае нужна комбинационная схема с десятью входами и четырьмя выходами. На выходе Y0 единица появляется при нажатии любой нечётной клавиши, т. е. Y0= Для остальных выходов логические функции имеют следующий вид: Следовательно, для реализации шифратора необходимы четыре элемента ИЛИ: пятивходовый, два четырёхвходовых и двухвходовый. Таблица, отражающая принцип работы шифратора: Таблица 1. Таблица истинности для шифратора с десятью входами и четырьмя выходами: Входы (десятичное число Xi) Выходы (двоичный код) Y3 Y2 Y1 Y0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 Схема 1. Схемы простейших шифраторов: 1.3 Дешифратор. Логическая схема дешифратора Дадим определение дешифратору: Дешифратор2 (декодировщик) – операционный элемент, преобразующий n-разрядный входной код в сигнал только на одном из своих m-выходов. Так, например, в устройствах визуальной индикации десятичных цифр применяются семисегментные индикаторы на жидких кристаллах и светодиодах. Для работы такого индикатора необходим дешифратор, преобразующий двоично-десятичный код в сегментированный. Двоичный дешифратор работает по следующему принципу: пусть дешифратор имеет N входов, на них подано двоичное слово xN − 1xN − 2...x0, тогда на выходе будем иметь такой код, разрядности меньшей или равной 2N, что разряд, номер которого равен входному слову, принимает значение единицы, все остальные разряды равны нулю. Очевидно, что максимально возможная разрядность выходного слова равна 2N. Такой дешифратор называется полным. Если часть входных наборов не используется, то число выходов меньше 2N, и дешифратор является неполным. Функционирование дешифратора описывается системой конъюнкций, то есть, дешифратор осуществляет преобразование, обратное преобразованию шифратора. Для того, чтобы понять принцип работы дешифратора, нужно поменять местами в таблице, отражающей принцип работы шифратора, все входные и выходные переменные: Таблица 2. Таблица истинности для дешифратора трехразрядного двоичного кода десятичных цифр: ______________________________________________________________________________________ 2Определения слов «шифратор» и «дешифратор» взяты с сайта http://femto.com.ua/articles/part_1/1975.html. Входы Выходы X1 X2 X3 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 0 1 1 3 1 0 0 4 1 0 1 5 1 1 0 6 1 1 1 7 Ниже приведены логическая схема, отражающая принцип работы дешифратора: Схема 2. Схемa полного дешифратора 38 Итак, вся работа процессора компьютера основана на алгебре логики. В качестве логических операций берутся три основных логических элемента – дизъюнкция (логическое умножение), конъюнкция (логическое сложение) и инверсия (логическое отрицание), из которых строится алгоритм преобразования единичных сигналов на одном из входов в n-разрядный двоичный код для шифратора, и наоборот для дешифратора. Шифраторы применяются в устройствах, преобразующих один вид кода в другой. Основным же назначением дешифратора является выбор один объект из множества находящихся в устройстве. Каждому объекту присваивается определенный номер, и когда на входы дешифратора поступает двоичный код адреса, соответствующий элемент активируется за счет появления логического нуля на связанном выходе дешифратора, остальные же элементы остаются заблокированными.

Похожие:

	Рабочая программа элективного предмета «Исследование информационных моделей» Н. Д. Угриновича «Исследование информационных моделей» Программы для общеобразовательных учреждений 2-11 классы Составитель Бородин...		Элективный курс «Исследование информационных моделей» в старшей школе Пояснительная записка В новом образовательном стандарте на третьей ступени общего образования, т е в старшей школе (10 – 11 классы), предусмотрено изучение...
	Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка моделей и образцов... «Разработка моделей бакалавра по специальности и магистра по специальности. Реализация моделей по группам специальностей»		Диплом «Исследование и сравнение способов решения логических задач» Практическая часть. Разработка сайта и тестирующей программы
	Оглавление Аннотация к отчету. Общее описание Метаигры 2 Разработка... Данный период был обозначен неизбежным моментом, который в любом случае наступил в результате перехода от феодализма к капитализму....		Факультет информационных технологий Создание и исследование моделей является неотъемлемым элементом любой целенаправленной деятельности. У термина «модель» существует...
	Исследование моделей корпоративной социальной Рассматриваются вопросы формирования моделей корпоративной социальной ответственности, используемых в мировой практике (европейской,...		Разработка и исследование моделей поведения динамических объектов... Специальность: 05. 13. 18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
	Разработка и исследование моделей устойчивых систем инерциальной навигации Работа выполнена в лаборатории прецизионных оптических методов Института автоматики и процессов управления дво ран		Исследование и разработка моделей для организации и управления виртуальными предприятиями Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический...
	Разработка моделей и Методов мониторинга сервис-ориентированных информационных систем Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Программа для студентов специальности 010503. 65 «Математическое... Целью изучения курса «Математическая экономика» является приобретение умений построения математических моделей и навыков алгоритмизации...
	Высшего профессионального образования Целью изучения курса «Эконометрика» является приобретение умений анализа статистических данных и построения эконометрических моделей,...		Специальность “прикладная математика” Методы ссылочного ранжирования... Целью данной работы является обзор наиболее распространенных моделей и методов ссылочного ранжирования, их анализ и разработка собственного...
	Диплом 1 место 5 класс Диплом 1 место 8 класс Диплом 1 место 11 класс... Посещают секцию мальчики и девочки разных возрастов ( от 7 до 16 лет). В конце каждого учебного организуются общешкольные ежегодные...		Отчет о научно-исследовательской работе разработка концепции Объединенных... «Разработка предложений по созданию единой системы выявления, использования и внедрения объединенных государственных и муниципальных...