Файл: Устройство персонального компьютера ( Понятие персонального компьютера ).pdf

Эффективность СЗИ НСД «Аккорд» связана с тем, что он блокирует уязвимости, связанные с нарушением целостности, и создает доверенную среду для работы программных средств, обеспечивающих защиту компьютера на этапах 1-6. Однако применение такого устройства для корпоративных систем слишком сложно.

Как известно, потоки команд и данных в компьютерах с гарвардской архитектурой уже разделены, а это обстоятельство позволяет существенно упростить защитные механизмы компьютера. Для решения этой задачи необходимо, чтобы память была неизменяемой (т.е. нужно запретить обращение процессора в память), а процедуры контроля исполнялись под управлением безопасной и неизменяемой ОС.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что, поскольку этап 3 не может быть выполнен, постольку и атака (этапы 5 и 6) не может быть реализована. В этом случае компьютер хорошо защищен от любой вирусной атаки.

Недостаток такой организации вычислительного процесса, как правило, связан с необходимостью доработки практически всего ПО, так как для работы почти всех программ необходима возможность записи в память. Разрешить эту проблему можно с помощью использования дополнительной «сеансовой памяти», в которой будут исполняться программы. Тогда разработанное ранее ПО может быть использовано без доработок.

Таким образом, архитектура компьютера, приведенная на рис. 20, будет существенным образом отличаться от архитектуры компьютера, приведенной на рис. 21, что приводит к возможности создания изменяемой архитектуры гарвардского типа.

Рисунок 20. Гарвардская архитектура с памятью RO

Рисунок 21. Гарвардская архитектура с сеансовой памятью

Предложенная ОКБ САПР архитектура получила название «новая гарвардская» архитектура (рис. 22). Ее отличительной особенностью является возможность использовать память в режиме «Только чтение». При этом загруженные команды и данные размещаются и выполняются в сеансовой памяти. Начальная загрузка и копирование кодов в сеансовую память могут выполняться как последовательно, так и параллельно, - суть разделения этапов от этого не меняется.

Рисунок 22. Новая гарвардская архитектура

На рис. 23 приведена условная новая гарвардская архитектура с общей сеансовой памятью. Владельцы таких компьютеров чувствуют себя более защищенными от хакерских атак.

Рисунок 23. Новая гарвардская архитектура с общей сеансовой памятью

Основными характеристиками новой архитектуры являются, во-первых, динамическая изменяемость, которая позволяет сохранить эффективность применения, обеспечивает высокую защищенность и неизменность ОС, а во-вторых, применение адаптированных ОС и всего ПО. Конструктивная реализация новой архитектуры приведена на рис. 24.

Рисунок 24. Образец реального компьютера с новой гарвардской архитектурой

В архитектуре этого компьютера нарушены принципы 4 и 5. Принцип 4 не выполняется, так как память команд и память данных недоступны на запись и при этом нумерацию ячеек в этой памяти и сеансовой памяти нельзя считать последовательной. Нарушение принципа 5 связано с возможностью условного перехода в сеансовой памяти и невозможно в памяти команд и данных.

Таким образом, в качестве преимуществ можно фиксировать:

- высокий уровень защищенности от хакеров, т.е. создание и поддержку доверенной среды;

- возможность использовать все ранее наработанное ПО.

На основе описанной архитектуры был создан ряд компьютеров для различных видов информационного взаимодействия - от дистанционного банковского обслуживания (ДБО)^[11] и защищенных облаков^[12] до Интернета вещей в режиме доверенной среды.

В настоящее время на основе новой архитектуры разработаны и серийно выпускаются 7 типов компьютеров - MKT, МКТ+, MKTrusT, MKcard, MKcard-long, AQ-MK, TrusTPAD. Способы аппаратной защиты данных на основе новой гарвардской архитектуры защищены 8 патентами, а сами компьютеры описаны в литературе^[13]. Российская компания Trusted Clod Computers (ТСС) производит защищенные компьютеры, представляющие собой модификацию новой гарвардской архитектуры.

Ниже приведены конструкции некоторых микрокомпьютеров.

1. MKT - это микрокомпьютер (рис. 25) гарвардской архитектуры в форм-факторе донгла (внешне он похож на большую флэшку), в котором есть только одна ОС - защищенная ОС Linux, расположенная в RO памяти устройства.

Рисунок 25. Микрокомпьютер МКТ

Подключается к телевизору или проектору через порт HDMI, к монитору - через DVI, питание осуществляется от USB-порта телевизора или монитора либо внешнего блока питания (5V-2A). Подключение к Интернету - по беспроводному Wi-Fi.

MKT имеет возможность обновления ОС в защищенном технологическом режиме (в сервисном центре). Специальный переключатель режимов на-ходится внутри корпуса устройства и недоступен пользователю.

2. MKTrusT - это микрокомпьютер гарвардской архитектуры в форм-факторе донгла (рис. 26), позволяющий работать в одном из двух режимов - защищенном (например, работа с ДБО или иными критичными к защищенности сервисами) или незащищенном, без ограничения возможностей.

Рисунок 26. MKTrusT

Работа в разных режимах производится в разных ОС, загружающихся из разных, физически разделенных разделов памяти. Взаимовлияние ОС исключено технологически. Переключение режимов работы производится с помощью физического переключателя (то есть невозможно программное воздействие на выбор режима), расположенного снаружи корпуса устройства, то есть необходимый режим выбирает пользователь.

Защищенная ОС - Linux собственной сборки, незащищенная ОС - Android.

MKTrusT подключается к телевизору или проектору через порт HDMI, к монитору - через DVI, питание осуществляется от USB-порта телевизора или монитора либо внешнего блока питания (5V-2A). Подключение к Интернету - по беспроводному Wi-Fi.

3. MKT-card и MKT-card long - это доверенный облачный микрокомпьютер с динамически изменяемой архитектурой.

Рисунок 27. MKT-card

Параметры компьютера аналогичны остальным решениям линейки.

ПО размещено в памяти с физически устанавливаемым доступом Readonly (RO), что исключает его искажения и обеспечивает неизменность среды функционирования. Функциональное ПО (ФПО) включает RDP и PC-over-IP, что позволяет обеспечить функционирование в облачной или терминальной инфраструктуре.

Заключение

В данной работе рассмотрено устройство персонального компьютера.

Основные устройства компьютера находятся в системном блоке. К ним относятся: материнская плата, процессор, видеокарта, оперативная память, жесткий диск. Но за его пределами также не менее важные устройства компьютера. Такие как: монитор, мышь, клавиатура, колонки, принтер.

На сегодня реализованы два подхода к архитектуре:

- Архитектура фон Неймана – реализована практически во всех настольных компьютерах

- Гарвардская архитектура – реализована практически во всех планшетных компьютерах и телефонах.

В чистой архитектуре фон Неймана процессор в каждый момент времени может либо читать инструкцию, либо читать/записывать единицу данных из/в памяти. Оба действия одновременно происходить не могут, поскольку инструкции и данные используют один и тот же поток (шину).

В компьютере с использованием гарвардской архитектуры процессор может считывать очередную команду и оперировать памятью данных одновременно и без использования кэш-памяти. Таким образом, компьютер с гарвардской архитектурой при определенной сложности схемы быстрее, чем компьютер с архитектурой фон Неймана, поскольку потоки команд и данных расположены на раздельных физически не связанных между собой аппаратных каналах.

В работе показано, что защищенность может быть достигнута использованием компьютеров на основе новой гарвардской архитектуры, в микросхеме банка, памяти которой размещается ОС, функционирующая в режиме «Только чтение» (ReadOnly, RO). Неизменность ОС обеспечивается аппаратными средствами, что гарантирует создание доверенной среды в компьютере.

Универсальность (возможность пользователя работать в недоверенных средах, например, в Интернете) достигается наличием еще одной ОС, незащищенной, без ограничений по доступу в Интернет. Носителем этой ОС может быть банк памяти с полным доступом. Выбор той или иной ОС осуществляется пользователем. Условия сохранения доверенности защищенной ОС обеспечиваются тем, что разные ОС не имеют общих информационных ресурсов.

Выпускаемые в настоящее время микрокомпьютеры используются в различных коммерческих предприятиях и организациях

Список использованных источников

1. Ватаманюк А.И. Обслуживание и настройка компьютера / А.И. Ватаманюк. - Санкт-Петербург: Питер, 2019. - 441 с.
2. Казиев, В.М. Введение в анализ, синтез и моделирование систем / В.М. Казиев. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2017. - 248 с.
3. Конявский В. А. Защищенный микрокомпьютер МК-TrusT - новое решение для ДБО // Национальный банковский журнал. 2014. № 3. С. 105.
4. Конявский В. А. Методы и аппаратные средства защиты информационных технологий электронного документооборота: дис. ... докт. техн. наук 05.13.19. - М.: МИФИ, 2005. 360 с.
5. Конявский В. А., Акаткин Ю. М. Мы не доверяем облаку или облако нам? // Информационная безопасность. 2014. № 1. С. 28-29.
6. Конявский В.А. Защищенные компьютеры новой гарвардской архитектуры // Вопросы защиты информации. 2019. № 1 (124). С. 18-29.
7. Машина Тьюринга и алгоритмы Маркова. Решение задач. Учебно-методическое пособие / В. Н. Пильщиков, В. Г. Абрамов, А. А. Вылиток, И. В. Горячая. М.: МГУ, 2016. 47 с.
8. Миронов Г. А. Первый ВЦ и его основатель [Электронный ресурс] // Открытые системы. - Режим доступа: http://elib.ict.nsc.ru/jspui/bitstream/ICT/887/3/dolgov.pdf (дата обращения: 21.10.2020)
9. Сайт компании Trusted Cloud Computers [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.trustedcloudcomputers.ru/ (дата обращения: 21.10.2020)
10. Соломенчук, В.Г. Аппаратные средства персональных компьютеров / В.Г. Соломенчук. - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2013. - 512 с.
11. Степаненко О.С. Практическая сборка и наладка ПК. Самоучитель / О.С. Степаненко. - М.: ИД Вильямс, 2017. - 336 с.
12. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. СПб.: Питер, 2017. 844 с.
13. Цилькер Б. Я., Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем. Учебник для вузов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2017. 688 с.
14. Бальзамов А.Ю., Беспалов Н.Н. Архитектура персонального компьютера: учебное пособие. - Саранск, 2018. 348 с.
15. Эсетов Ф.Э., Рамазанова И.М. Изучение архитектуры компьютера на основе программных моделей // Наука и образование: состояние, проблемы, перспективы развития. 2018. С. 239-242.
16. Шаповалова Ю.В., Опольский В.В. Архитектура центрального вычислительного устройства компьютера // Информационно-коммуникативная культура: наука и образование. сборник статей. 2019. С. 190-193.
17. Harvard architecture [Электронный ресурс]. - Режим доступа: Источник: https://intellect.ml/garvardskaya-arkhitektura-evm-621 (дата обращения: 21.10.2020)