Разработка устройства кодирования-декодирования 32-х разрядных слов методом Хемминга - Дипломная работа

Характерной чертой научно-технического прогресса, определяющей мощный дальнейший подъем общественного производства, является широкое внедрение электроники во все отрасли народного хозяйства. Стремительное развитие промышленности и технологий, определило дальнейшее развитие науки на несколько поколений вперед. Одним из самых приоритетных направлений науки является микроэлектроника, позволившая достичь высочайших технологий, которые, в свою очередь, нашли широчайшее применение как в промышленности, так и в научной сфере. Память компьютера время от времени может делать ошибки изза всплесков напряжения на линии электропередачи и по другим причинам. Чтобы бороться с такими ошибками, были разработаны специальные способы кодирования информации, позволяющие обнаружить и исправить возможные ошибки.Если требуемая от системы связи скорость передачи информации R (измеряемая в битах в секунду) меньше С, то, используя коды, контролирующие ошибки, для данного канала можно построить такую систему связи, что вероятность ошибки на выходе будет сколь угодно мала. Это отличает код от сигнала, который определяет физическое представление сообщения (и кода) в системе связи. Код представляют совокупностью (кодовых) символов; помехоустойчивый код позволяет обнаруживать или исправлять ошибки в совокупности кодовых символов. Если сообщения обладают внутренними корреляционными связями, т. е. если одно сообщение некоторым образом зависит от другого, как это обычно бывает при передаче текстов на естественных языках, то помехоустойчивость любого кода может быть повышена за счет статистических связей между сообщениями. Введение избыточности в код позволяет помимо обнаружения и исправления ошибок повысить энергетическую эффективность линии связи, сузить частотный спектр передаваемого сигнала, сократить время вхождения в связь путем повышения помехозащищенности тракта синхронизации, улучшить корреляционные свойства ансамбля сигналов, простыми средствами реализовать разнесенный прием.Контроль четности или коррекция ошибок (ECC (код исправления ошибок)) используется в основном только в жизненно важных компьютерных системах, где недопустима даже одна ошибка в несколько десятилетий. Этот бит устанавливается во время записи, и затем рассчитывается и сравнивается во время чтения. В случае изменения состояния двух битов, возможна ситуация, когда вычисление паритетного бита совпадет с записанным. В этом случае система не определит ошибку, и произойдет экстренная остановка системы. Так как приблизительно 90% всех нерегулярных ошибок происходит именно с одиночным разрядом, проверки четности бывает достаточно для большинства ситуаций.Для этого передающее устройство создает некоторое число, называемое контрольной суммой и являющееся функцией сообщения, и добавляет его к этому сообщению. Однако, данная статья посвящена только расчетам CRC, которые относятся к классу алгоритмов, не затрагивающих самого сообщения и лишь добавляющих в его конце контрольную сумму: Требования сложности Выше показано, что повреждение сообщения может быть обнаружено, используя в качестве алгоритма контроля простое суммирование байтов сообщения по модулю 256: Сообщение: 6 23 4 Если сложение, очевидно, не пригодно для формирования эффективной контрольной суммы, то таким действием вполне может оказаться деление при условии, что делитель имеет ширину регистра контрольной суммы. Предположим, что ширина регистра контрольной суммы составляет 1 байт, а в качестве делителя используется 1001, тогда сама контрольная сумма будет равна остатку от деления 0000 0110 0001 0111 на 1001.Предположим, что слово состоит из m битов данных, к которым прибавляем г дополнительных битов (контрольных разрядов). .Чтобы обнаружить d ошибок в битах, необходим код с интервалом d 1, поскольку d ошибок не могут изменить одно допустимое кодированное слово на другое допустимое кодированное слово. Соответственно, чтобы исправить d ошибок в битах, необходим код с интервалом 2d l, поскольку в этом случае допустимые кодированные слова так сильно отличаются друг от друга, что даже если произойдет d изменений, изначальное кодированное слово будет ближе к ошибочному, чем любое другое кодированное слово, поэтому его без труда можно будет определить. Представим, что хотим разработать код с m битами данных и г контрольных разрядов, который позволил бы исправлять все ошибки в битах. В коде Хэмминга к слову, состоящему из m битов, добавляется r битов четности, при этом образуется слово длиной m r битов.Код Рида-Соломона позволяет скорректировать одну ошибку в одном блоке данных. При его использовании к каждому блоку информации прибавляются дополнительные два элемента X и Y, значение которых находятся исходя из условий: для трех единиц информации (байт):байт1 байт2 байт3 X Y = 0 байт1 2 * байт2 3 * байт3 4 * X 5 * Y = 0 для расчета конкретных значений X и Y для кодирования трех байт: Y = 3 * байт1 2 * байт2 байт3X =-4 * байт1 - 3 * байт2 - 2 * байт3 Теперь для выяснения ошибки и ее коррекции применяем сл

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Анализ способов кодирования информации

1.1 Проверка четности

1.2 Код CRC

1.3 Код Хэмминга

1.4 Код Рида - Соломона

2 Разработка стенда контроля передаваемой информации

2.1 Разработка устройства кодирования (кодера) информации методом Хемминга

2.2 Разработка устройства декодирования (декодера) информации методом Хемминга

2.3 Реализация кодера - декодера на базе ИМС К555ВЖ1

2.3.1 Цоколевка ИМС К555ВЖ1 (SN74LS630)

2.3.2 Разработка принципиальной схемы устройства

2.3.3 Принцип работы устройства

3. Экономическая часть

4 Охрана труда и техники безопасности

4.1 Потенциально опасные и вредные производственные факторы

4.2 Обеспечение электробезопасности

4.3 Обеспечение санитарно-гигиенических требований к помещениям учебных лабораторий

4.4 Противопожарная защита

Заключение

Список ссылок

Характерной чертой научно-технического прогресса, определяющей мощный дальнейший подъем общественного производства, является широкое внедрение электроники во все отрасли народного хозяйства. Стремительное развитие промышленности и технологий, определило дальнейшее развитие науки на несколько поколений вперед. Одним из самых приоритетных направлений науки является микроэлектроника, позволившая достичь высочайших технологий, которые, в свою очередь, нашли широчайшее применение как в промышленности, так и в научной сфере. Стык этих двух сфер сформировал величайшее изобретение современности - цифровой электронный компьютер.

Парк компьютеров разнообразного назначения растет стремительными темпами. В настоящее время персональный компьютер является неотъемлемой частью любого предприятия, учебных заведений, вычислительных центров, и других учреждений. С каждым днем растут объемы передаваемой и принимаемой информации. В связи с этим становится особенно актуальной проблема сохранения целостности передаваемой и обрабатываемой информации. Память компьютера время от времени может делать ошибки изза всплесков напряжения на линии электропередачи и по другим причинам. Передача информации также сопряжена с различного рода ошибками. Чтобы бороться с такими ошибками, были разработаны специальные способы кодирования информации, позволяющие обнаружить и исправить возможные ошибки. Существует большое количество видов помехоустойчивого кодирования. Некоторые виды настолько сложны, что требуют создания специального математического аппарата, другие же, напротив, достаточно просты и понятны. Эффективность разных способов кодирования существенно различается. Изучение методов кодирования часто становится проблемой изза излишней математизированости материала и недостаточной наглядности. Между тем, возможно самостоятельное изготовление простого электрифицированного стенда, которое не приведет к значительным материальным затратам. Это позволяет сформулировать рабочую гипотезу исследования: изготовление и использование электрифицированного учебного стенда позволит повысить наглядность работы устройств кодирования/декодирования и, как следствие, качество усвоения материала студентами, что говорит об актуальности выбранной темы.

Целью дипломного проекта является разработка относительно недорого электрифицированного стенда «Устройство кодирования - декодирования 32х разрядных слов методом Хэмминга». В ходе написания дипломного проекта использовались следующие методы: исследование проблемы, анализ возможных путей решения, проектирование и модернизация стенда.