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

Для хранения больших объемов информации, которые не используются в данный момент времени процессором, предназначаются накопители/внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

К ним относятся: винчестеры (жесткие магнитные диски), оптические диски, магнитно-оптические диски, флоппи диски, Zip and Jaz Iomega discs (относительно новые носители информации, которые призваны заменить гибкие магнитные диски. Они быстрые и большие по емкости (100 мегабайт - Zip, 1 гигабайт - Jaz)), магнитные ленты. Для подключения к системной шине различных внешних устройств существуют устройства – порты. Различают несколько типов портов: внутренний (таймерный), клавиатурный, коммуникационный, игровой (джойстик).

Коммуникационные порты обеспечивают подключение таких внешних устройств, как мышь, принтер, сканер, внешний модем и др. Эти порты подразделяются на последовательные (COM1, COM2, СОМ3, СОМ4) и параллельные (LPT1, LPT2, LPT3). Последовательные порты обеспечивают двусторонний побайтовый обмен последовательными кодами, они обычно используются для подключения мыши и модема.

Параллельные порты могут реализовать либо однонаправленную побайтовую передачу параллельных кодов, либо двунаправленную. Параллельный порт имеет более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, и используется для подключения принтера.

Широкое распространение получил порт USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Он обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств (сканера, цифровых камер и т.п.).

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.

Видеомонитор (дисплей или просто монитор) - устройство отображения текстовой и графической информации. По типу экрана мониторы разделяются на: ЭЛТ — на основе электронно-лучевой трубки (устаревший вариант) и ЖК — жидкокристаллические мониторы. Также с ПК могут использоваться плазменные мониторы на основе плазменной панели.

Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.

Устройства речевого вывода - это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

• Клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК; Клавиатура – один из важнейших элементов связи человека с компьютером. Клавиатура является основным устройством ввода информации в персональный компьютер. Кроме того, через нее производится управление работой компьютера во время выполнения программы.
• Графические планшеты - для ручного ввода графической информации, контурных изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК.
• Сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей. Сканеры бывают настольные (они обрабатывают весь лист бумаги целиком) и ручные (ими надо проводить над нужными картинками или текстом), черно-белые и цветные (воспринимающие цвета).
• Манипуляторы (устройства указания): джойстик - рычаг, мышь, трекбол - шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК. Трекбол – манипулятор в форме шара на подставке. используется для замены мыши, особенно часто в портативных компьютерах.

Самый популярный манипулятор, один из основных устройств управления – мышь – манипулятор, для работы в графической среде операционной системы. Подразделяют на шариковые, оптические и лазерные. Существуют два основных варианта конструкции мыши: механический и оптический. Механическое устройство использует свободно вращающийся шарик, который располагается на "дне" мыши. Оптическую мышь двигают по специальной отражающей панели. Луч света, испускаемой мышью, отражается от равномерно нанесенных на панель штрихов. При этом сенсор, расположенный внутри мыши определяет пройденное расстояние и направление перемещения и посылает эту информацию компьютеру.

• Сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

• Принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встречаются и другие (светодиодные, термопринтеры и так далее).
• Графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель (на бумаге размером до А0 или кальке). Для обслуживания плоттеров используется специальное программное обеспечение.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы).

Сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модулятор-демодулятор (модем).

Модем – устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. По конструктивному исполнению модемы бывают встроенными (вставляемыми в системный блок ПК) или внешними (подключаемыми через коммуникационный порт). Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (1200, 2400, 9600 бод и так далее, 1 бод = бит в секунду), а также тем, поддерживают ли они средства исправления ошибок. Для устойчивой работы на отечественных телефонных линиях импортные модемы должны быть соответствующим образом адаптированы.

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе - средствам мультимедиа. Средства мультимедиа (multimedia - многосредовость) - это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

2.3 Логическое устройство компьютеров

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.

Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.

Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды правилам, заложенным в конструкцию компьютера. Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере главные устройства (память, процессор, устройства ввода-вывода), описанные выше. Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.

Логический элемент компьютера — это часть электронной логичеcкой схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие, а также триггер.

С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом. Классическую обобщенную структурную схему компьютера составляют следующие принципы:

1. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности).

2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из нумерованных ячеек).

2.4 Эксфильтрация данных по сети питания

Съём данных с изолированной электронной вычислительной машины, которая не имеет подключения к локальной или глобальной сети (air-gapped), представляет трудную, но вполне решаемую задачу. За последние десять лет разработано большое количество способов такой эксфильтрации данных:

• запись электромагнитного излучения видеокарты и различных элементов на материнской плате [4], [5], [10], [1];
• диагностирование нажатий клавиш по звуку;
• съём данных по оптическому [6] и термальному [2] каналам;
• передача аудиосигнала через динамики в слышимом и неслышимом диапазонах частот [11], [3], [7];
• радиопередача с монитора на AM-радиоприёмник [9];

и другие, которые называют SCA (side-channel attacks) — атаки по сторонним (или побочным) каналам.

Вариантом такой атаки является способ скрытой передачи данных по линиям электропитания под названием «Силовой Молот» (Power Hammer), который был разработан в 2018 году группой исследователей из израильского Университета Бен-Гуриона [8].

В этой связи актуальным становится вопрос практического исследования метода скрытой передачи информации по цепям питания.

Метод Power Hammer

Метод Power Hammer заключается в следующем. Атакуемый компьютер находится в защищенной зоне и не имеет сетевых подключений. Поэтому заражение вредоносной программой производится методами социальной инженерии, например, через съемный носитель. Программа сканирует накопители в поисках нужной информации и передает ее по цепи питания, которая выходит за пределы защищенной зоны и доступна злоумышленнику.

Рисунок 1. Схема атаки по методу Power Hammer

Передача производится путем изменения потребления энергии компьютером. В фоновом режиме загрузка процессора составляет единицы процентов, а программа загружает процессор на 100%, что приводит к увеличению энергопотребления.

При питании от сети напряжением 220В, повышение потребления на 1 Вт изменяет ток в сети на 4,5 мА, что легко фиксируется современными приборами.

Описание эксперимента

Экспериментальная проверка проводилась для достижения следующих целей: