Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації
Спеціальність: Кібербезпека
Код дисципліни: 6.125.02.E.095
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Захист інформації
Лектор: Доц., к.т.н. Совин Ярослав Романович
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
Фахові компетентності:
ФК 3. Здатність до використання програмних та програмно-апаратних комплексів засобів захисту інформації в інформаційно-телекомунікаційних (автоматизованих) системах.
ФК 5. Здатність забезпечувати захист інформації, що обробляється в інформаційно-телекомунікаційних (автоматизованих) системах з метою реалізації встановленої політики інформаційної та/або кібербезпеки.
ФК 12. Здатність аналізувати, виявляти та оцінювати можливі загрози, уразливості та дестабілізуючі чинники інформаційному простору та інформаційним ресурсам згідно з встановленою політикою інформаційної та/або кібербезпеки.
Фахові компетентності спеціальності:
ФКС 2.1. Здатність обґрунтовувати та реалізовувати систему захисту інформаційних ресурсів з обмеженим доступом на об'єктах інформаційної діяльності.
ФКС 2.5. Здатність до здійснення технічного обслуговування, контролю і діагностики комплексної системи захисту інформації в організації.
ФКС 2.8. Здатність виконувати спеціальні дослідження технічних і програмно-апаратних засобів захисту обробки інформації в інформаційно-телекомунікаційних системах.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
а) знати:
1. Архітектури, системи команд, принципи функціонування сучасних мікропроцесорів.
2. Архітектуру, периферійні модулі та систему команд однокристальних 8-бітових мікроконтролерів родини AVR фірми Atmel..
3. Основні етапи проектування та відладки технічних та програмних засобів мікропроцесорних пристроїв.
4. Етапи проектування, програмування та тестування типових спеціалізованих пристроїв захисту інформації з використанням криптографічних алгоритмів.
б) вміти:
1. Розробляти технічні та програмні засоби на основі мікроконтролерів родини AVR, відлагоджувати робочі програми в спеціалізованих пакетах прикладних програм, на резидентних засобах і персональному комп’ютері.
2. Вибирати архітектурні, структурні, схемотехнічні та програмні рішення при проектуванні мікропроцесорної апаратури, раціонально розподіляти виконувані системою функції між апаратним і програмним забезпеченням.
3. Проектувати і програмувати типові мікропроцесорні спеціалізовані пристрої захисту інформації.
4. Ефективно реалізовувати криптографічні примітиви, алгоритми та протоколи у вбудованих системах на базі мікроконтролерів
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання:
Результати навчання
ЗН 2.2. Використовувати програмні та програмно-апаратні комплекси захисту інформаційних ресурсів.
ЗН 2.5. Реалізовувати заходи з протидії отриманню несанкціонованого доступу до інформаційних ресурсів і процесів в інформаційних та інформаційно-телекомунікаційних (автоматизованих) системах.
Методи навчання і викладання
Лекції та практичні заняття – інформаційно-рецептивний метод, лабораторні роботи, практичні заняття, контрольна робота репродуктивний метод, евристичний метод.
Самостійна робота – репродуктивний метод, дослідницький метод
Методи оцінювання рівня досягнення результатів навчання:
Поточна перевірка в процесі засвоєння кожної теми, що вивчається; оцінка активності студента у процесі практичних занять; перевірка виконання лабораторних робіт; перевірка виконання контрольної роботи, опитування щодо засвоєння знань. Екзаменаційний контроль.
ЗН 2.6. Вирішувати задачі забезпечення та супроводу комплексних систем захисту інформації, а також протидіяти несанкціонованому доступу до інформаційних ресурсів і процесів в інформаційних та інформаційно-телекомунікаційних (автоматизованих) системах згідно встановленої політики інформаційної і/або кібербезпеки.
Лекції та практичні заняття – інформаційно-рецептивний метод, лабораторні роботи, практичні заняття, контрольна робота репродуктивний метод, евристичний метод.
Самостійна робота – репродуктивний метод, дослідницький метод
Поточна перевірка в процесі засвоєння кожної теми, що вивчається; оцінка активності студента у процесі практичних занять; перевірка виконання лабораторних робіт; перевірка виконання контрольної роботи, опитування щодо засвоєння знань. Екзаменаційний контроль.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
• Схемотехніка пристроїв ТЗІ
Наступні навчальні дисципліни:
• Апаратна криптографія
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна присвячена вивченню базових принципів побудови і функціонування мікропроцесорів та мікроконтролерів, а також їх програмуванню мовами низького та високого рівня. Детально вивчаються 8-бітові мікроконтролери родини AVR, їх архітектура, система команд і периферійні модулі. Головний наголос робиться на практичному застосуванню мікропроцесорів у кіберфізичних системах захисту інформації.
Опис: Історія розвитку мікропроцесорної техніки. Мікропроцесори (МП), основні поняття і визначення. Класифікація МП. Основні області застосування.
Структура мікропроцесорного пристрою. Архітектурні особливості МП. Поняття про систему команд МП. Типова архітектура універсального МП. Основні способи адресації у МП.
Структура однокристальних мікроконтролерів (МК). Процесорне ядро та функціональні блоки МК.
Загальні відомості про 8-бітні AVR МК. Характеристики та архітектура ядра МК, підсистеми вводу-виводу. Периферійні пристрої. Умовне позначення AVR МК AT90S2313 та призначення виводів.
Арифметично-логічний пристрій та файл регістрів загального призначення AVR МК. Організація пам’яті програм та пам’яті даних.
Способи адресації. Організація доступу до Flash-пам’яті. Лічильник команд, функціонування конвеєру AVR МК. Стек.
Система команд AVR МК.
Формат програми на асемблері. Директиви, операнди, оператори та функції асемблера. Програмування на мові С для МК.
Управління і обробка перериваннями в МК AVR. Таблиця векторів переривань. Зовнішні переривання.
Тактовий генератор. Режими пониженого енергоспоживання. Схеми скиду МК. Сторожовий таймер.
Паралельні порти вводу-виводу МК AVR. Звертання та задання конфігурації портів вводу-виводу. Функціонування аналогового компаратора.
Призначення та режими роботи таймерів/лічильників в МК AVR. Режим таймера, функції захоплення, порівняння. Режим ШІМ.
Універсальний асинхронний приймач-передавач МК AVR. Програмування режимів передачі і приймання даних.
Спеціалізовані мікроконтролери для задач захисту інформації.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль, який складається з виконання лабораторних робіт та захисту звітів, виконання та захисту контрольної роботи, усне опитування, оцінювання активності під час практичних занять. Екзаменаційний контроль, який складається з письмового опитування та усної компоненти.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль (40 балів):
1. Лабораторні заняття – 35 балів.
2. Практичні заняття – 5 балів.
Екзаменаційний контроль (60 балів):
письмова компонента - 55 балів
усна компонента - 5 балів
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100-88 балів - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення
1. Совин Я. Р. Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації.: навчальний посібник / Я. Р. Совин, Ю. М. Наконечний. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2011. – 308 с. Рекомендовано МОН України.
2. Електронний навчально-методичний комплекс у ВНС: https://vns.lpnu.ua/user/view.php?id=54723&course=5674
3. Знайомство з інтегрованим середовищем розробки AVR Studio та програмою симуляції Proteus. Побудова і програмування системи охоронної сигналізації на AVR-мікроконтролерах мовою асемблера: Методичні вказівки до лабораторної роботи № 1 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації» для студентів спеціальності 125 «Кібербезпека» / Укл. Я. Р. Совин, М. Ю. Стахів – Львiв: Національний університет "Львівська політехніка", 2010.– 19 с.
4. Вивчення внутрішніх модулів та режимів роботи AVR-мікроконтролерів: Методичні вказівки до лабораторної роботи № 2 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації» для студентів спеціальності 125 «Кібербезпека» / Укл. Я. Р. Совин, М. Ю. Стахів – Львiв: Національний університет "Львівська політехніка", 2010. – 14 с.
5. Побудова інфрачервоних детекторів руху на AVR-мікроконтролерах: Методичні вказівки до лабораторної роботи № 3 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації» для студентів спеціальності 125 «Кібербезпека» / Укл. Я. Р. Совин, М. Ю. Стахів – Львiв: Національний університет "Львівська політехніка", 2010. – 15 с.
6. Побудова і програмування системи охоронної сигналізації на AVR-мікроконтролерах мовою С. Знайомство з середовищем CodeVisionAVR: Методичні вказівки до лабораторної роботи № 4 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації» для студентів спеціальності 125 «Кібербезпека» / Укл. Я. Р. Совин, М. Ю. Стахів – Львiв: Національний університет "Львівська політехніка", 2010. – 22 с.
7. Побудова модуля управління системи контролю доступу на AVR-мікроконтролерах. Робота з інтерфейсами 1-Wire, I2C, SPI, UART: Методичні вказівки до лабораторної роботи № 5 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації» для студентів спеціальності 125 «Кібербезпека» / Укл. Я. Р. Совин, М. Ю. Стахів – Львiв: Національний університет "Львівська політехніка", 2010. – 23 с.
Рекомендована література
Базова
1. Мікропроцесорна техніка: Підручник / Ю. І. Якименко, Т. О. Терещенко, Є. І. Сокол, В. Я. Жуйков, Ю. С. Петергеря; За ред. Т. О. Терещенко. – К.: ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”; “Кондор”, 2004. – 440 с.
2. J. Hennessy, D. Patterson. Computer Architecture. A Quantitative Approach. – Morgan Kaufmann, 2017. – 936 p.
3. W. Stallings. Computer Organization and Architecture. Designing for Performance. – Prentice Hall, 2010. – 774 p.
4. G. Blanchet, B. Dupouy. Computer Architecture. – ISTE, John Wiley & Sons, 2013. – 363 p.
5. D. Patterson, J. Hennessy. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. – Elsevier, 2012. – 916 p.
6. K. Qian, D. Haring, L. Cao. Embedded Software Development with C. – Springer, 2009. – 390 p.
7. T. Noergaard. Embedded Systems Architecture. A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers. – Elsevier, 2013. – 653 p.
Допоміжна
1. S. Barrett. Embedded Systems Design with the Atmel AVR Microcontroller. – Morgan & Claypool, 2010. – 183 p.
2. S. Barrett, D. Pack. Atmel AVR Microcontroller Primer: Programming and Interfacing. – Morgan & Claypool, 2008. – 194 p.
Інформаційні ресурси
1. Совин Я.Р. Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації [Електронний ресурс] / Режим доступу: https://vns.lpnu.ua/user/view.php?id=54723&course=5674
2. https://drive.google.com/open?id=0B2X7K0-a_13cQXE4MEsydVJuY0E
3. https://www.microchip.com/
4. https://www.newbiehack.com/MicrocontrollerIntroductionABeginnersGuidetotheAtmelAVRAtmega32.aspx
5. https://www.codevision.be/
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).