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 – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
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).