книги хакеры / журнал хакер / ха-284_Optimized

Мы ранее показали­ , как выгрузить­ кусты­ SYSTEM, SOFTWARE и HKCU (он же NTUSER.DAT), где находится­ setupapi, — для базового­ анализа­ этого­ будет достаточ­ ­но. Для бесплат­ ­ной версии­ нам еще понадобит­ ­ся Amcache Hive, который содержит­ информацию­ о запускаемых­ приложе­ ­ниях в системе­ . Он расположен­ по пути %SystemRoot%\AppCompat\Programs\Amcache.hve (в live-

системе­ ты его так не откроешь­ , но методом можно­ восполь­ ­зовать­ся при ана­ лизе с загрузоч­ ­ной флешки­ или образа­ диска­ ).

Из за проведе­ ния­ валидирующих­ проверок­ между­ входными­ данными­ прог­ рамма работает­ с умерен­ ной­ скоростью­ , но медленнее­ , чем USB Forensic Tracker.

На стенде­ бесплат­ ­ная версия­ нашла­ 242 подклю­ ­чен­ных ранее устройства­ . Для сравнения­ — USB History нашел около­ 100 устройств­ , USB Deview — свы­ ше полутысячи­ событий. Проверим­ , что обнаружи­ ­ла эта софтина­ .

Мы видим, что работа программы­ строится­ на основе­ серийников­ и дат первого­ или последне­ ­го подклю­ ­чения. При двойном­ щелчке­ мышью на соот­ ветству­ ­ющей строке­ можно­ открыть список­ источников­ , откуда­ были подтянуты­ эти сведения­ . Цветом­ выделены­ «сомнения­ » программы­ относитель­ ­но отме­ ток времени­ .

Допол­ нитель­ но­ отобража­ ется­ привяз­ ка­ к VSN, что, безусловно­ , плюс (рань­ ше мы такое видели только­ в USB Forensic Tracker в разделах­ обращений­

к файлам­ , реестру­ и пользовате­ ­лю).

В контекс­ тном­ меню, которое появляет­ ся­ по нажатию правой­ клавиши­ мыши, можно­ открыть список­ других­ подклю­ чений­ выбранно­ го­ устройства­ , что тоже удобно­ .

На этом функции­ бесплат­ ной­ версии­ исчерпывают­ ся­ — давай проверим­ , насколь­ ко­ лучше­ работает­ платная­ или образова­ тель­ ная­ версия­ . В целом, заготовив­ скрипт для сбора­ указан­ ных­ артефак­ тов­ (или используя­ тулзы­ вроде­ KAPE), можно­ будет сосредото­ чить­ ся­ на их дальнейшем­ анализе­ . С точки­ зре­ ния практики­ регулярно­ использовать­ , конечно­ , несколь­ ко­ неудобно­ .

Для платной­ версии­ нам дополнитель­ ­но понадобит­ ­ся файл UsrClass.dat, EventLog, LNK files и Jump Lists. Первый­ файл отвечает­ за параметры­ про­ филя пользовате­ ­ля и находится­ по такому пути:

C:\Users<имя>\AppData\Local\Microsoft\Windows

Еще можно­ изучить­ подразде­ лы­ ветки­ HKEY_USERS в системном­ реестре­ . Логи ищи в каталоге­ C:\Windows\System32\winevt\Logs. LNK files — это те же ярлыки­ в Recent. Jump Lists — списки­ недавно­ открытых­ файлов­ — ищи

вследующих­ скрытых­ папках­ :

•%USERPROFILE%\AppData\Roaming\Microsoft\Windows\Recent\ AutomaticDestinations;

•%USERPROFILE%\AppData\Roaming\Microsoft\Windows\Recent\ CustomDestinations.

По сравнению­ с Community Edition для той же системы­ , просканиро­ ­ван­ной в live-режиме, имеем­ на 40 событий больше­ , время­ анализа­ увеличи­ ­лось до 11 минут. Что по ништякам­ ?

Появи­ ­лась возможность­ посмотреть­ список­ файлов­ , открытых­ на подклю­ ­ чаемом устройстве­ , список­ источников­ . Программа­ сама находит и анализи­ ­ рует бэкапы реестра­ (папка­ RegBack), также­ анализи­ ­рует системный­ лог. Сразу­ можно­ выгрузить­ таймлайн­ по отдельному­ устройству­ в формате­ Excel или пос­ троить­ полные­ отчеты­ (генерятся­ достаточ­ ­но долго­ ).

При такой конфигура­ ции­ отчетов­ на выхлопе­ мы получим три отчетных файла­ :

•Report. По сути, выгрузка­ того, что ты видел на экране­ ;

•Verbose Report. Содержит­ GUID источников­ , а также­ все времен­ ­ные отметки из всех источников­ ;

•Timeline. Представ­ ­ляет собой таймлайн­ событий из источников­ .

Помимо­ событий подклю­ чения­ , безопасного­ отключения­ или просто­ отклю­ чения устройства­ , в журналы­ попадут ивенты­ , связан­ ные­ с создани­ ем­ и откры­ тием директорий­ , а также­ создани­ ем­ , изменени­ ем­ и открытием­ файлов­ на устройствах­ .

Предпоследний вывод

Главный­ недостаток­ программы­ в том, что сканиро­ ­вание live-системы­

и топовых артефак­ тов­ (логи, ярлыки­ ) доступно­ только­ в платных­ версиях­ , а для бесплат­ ных­ приходит­ ся­ заморачивать­ ся­ с выгрузкой­ системных­ артефак­ тов­ . Немного­ жалко­ , что нет возможнос­ ти­ сохранить­ сессию­ в программе­ , чтобы­ каждый­ раз не указывать­ заново артефак­ ты­ и ждать завершения­ анализа­ . Прог­ рамма позволя­ ет­ получить максимум­ валидирован­ ной­ информации­ , минусы — продол­ житель­ ное­ время­ анализа­ и цена pro-версий­ .

Забав­ ­но, что популярная­ утилита­ для очистки­ следов­ USB-устройств­ — USB Oblivion удаляет­ гораздо­ больше­ источников­ , большинс­ ­тво из которых даже не обрабаты­ ­вал USB Detective:

•файлы­ : C:\Windows\setupact.log и setuperr.log;

•журналы­ : Microsoft-Windows-DeviceSetupManager/Operational и Admin, Microsoft-Windows-Kernel-PnP/Confguration, Microsoft-Windows-Kernel- ShimEngine/Operational, также­ журнал­ приложе­ ­ний, безопасности­ и событий оборудо­ ­вания.

Удаление­ ключей­ реестра­ : GUID устройств­ :

HKLM\system\controlset00X\control\class\*

HKLM\system\controlset00X\enum\storage\volume\

Здесь записаны­ отдельные­ устройства­ :

HKLM\system\controlset00X\hardware profiles\0001\system\

currentcontrolset\enum\*

Особен­ но­ обрати­ внимание­ на подпапки­ usbstor\, usb\ и WPDBUSENUMROOT\.

HKEY_LOCAL_MACHINE\system\controlset001\control\devicecontainers\

HKEY_LOCAL_MACHINE\system\controlset001\control\usbflags\`

Устрой­ ства­ с прокеши­ рова­ нием­ ReadyBoost:

HKLM\system\controlset00X\services\rdyboost\attachstate

Shellbags — остаточ­ ные­ истории­ просмотра­ директорий­ :

HKLM\software\classes\local settings\software\microsoft\windows\

shell\bags

HKLM\SOFTWARE\Microsoft\WBEM\WDM\DREDGE`;

Пользователь­ ские­ шелл баги:

HKEY_USERS<user_SID>\software\classes\wow6432node\local settings\

software\microsoft\windows\shell\bagmru

Помимо­ bagmru, учти раздел­ bags.

Записи­ о запуске­ приложе­ ­ния и пути исполняемо­ ­го файла­ :

HKEY_USERS<user_SID>\software\classes\local settings\software\

microsoft\windows\shell\muicache\*

HKEY_USERS<user_SID>\software\classes\local settings\software\

microsoft\windows\shell\bagmru

HKEY_USERS<user_SID>\software\classes\local settings\software\

microsoft\

Центр синхро­ низа­ ции­ :

windows\currentversion\syncmgr\handlerinstances

Часто­ используемые­ приложе­ ния­ :

HKEY_USERS<user_SID>\software\microsoft\windows\currentversion\

explorer\userassist

HKEY_USERS<user_SID>\software\microsoft\windows\shell\bagmru

HKEY_USERS<user_SID>\software\microsoft\windows\shell\bags\

Автозапуск­ с устройств­ :

HKEY_USERS<user_SID>\software\microsoft\windows\currentversion\

explorer\autoplayhandlers\knowndevices

Домаш­ ­нее задание: угадай­ , от каких прог тебя спасет­ USB Oblivion, а от каких — нет? Подсказ­ ­ка: у нас есть бэкапы и прошлые­ версии­ .

Давай­ чисто­ для себя сравним­ результатив­ ­ность наших инстру­ ­мен­тов до и после­ примене­ ­ния USB Oblivion, замер выполним­ в максималь­ ­ном количестве­ обнаружен­ ­ных подклю­ ­чений. Рабочая лошадка­ — какой то древний­ ноут с 32разрядной­ Windows 7 и 3 Гбайт оператив­ ­ной памяти. Что? У сотрудни­ ­ков и XP иногда­ стоит­ с ламповым­ «Сапером» — только­ реальные­ условия­ , а не сказки­ с установ­ ­ленны­ми на все устройства­ патчами­ .

Резуль­ таты­ получились­ забавные­ : при работе на этой же машине WRR зависает­ намертво­ при постро­ ении­ карты­ устройств­ , а USB Detective требует­ себе .NET 4.6.1+, который на эту legacy-систему­ устанав­ ливать­ ся­ не хочет. Наш безопасник­ был бы не в лучшей­ ситуации­ , поэтому­ пришлось­ анализи­ ­ ровать выгружен­ ные­ кусты­ реестра­ и setupapi-логи до и после­ «зачистки­ ».

В USB Oblivion можно­ использовать­ обычную­ очистку­ и с рекомендован­ ными­ параметрами­ . Для чистоты­ эксперимен­ та­ первая­ зачистка­ была произве­ дена­ без рекомендаций­ , вторая­ — уже с ними.

•WRR — не справил­ ­ся с задачей, USB History обнаружил­ следов­ подклю­ ­ чений: 43 (до) / 0 (после­ базовой очистки­ ) / 0 (после­ очистки­ в максималь­ ­ ном режиме), что предска­ ­зуемо.

•USBDeview: 173/139/139. В результате­ пропало­ большинс­ ­тво уникаль­ ­ных серийников­ (строки­ с явными­ флешками­ , типа JetFlash Transcend 4GB USB Device и конкрет­ ­ным серийным­ номером), однако­ осталось­ много­ информации­ о названи­ ­ях устройств­ . Времен­ ­ные отметки у оставшихся­ тоже сохранялись­ . Между­ обычным­ и рекомендован­ ­ным режимом очистки­ никаких различий­ .

•USB Forensic Tracker: 40/25/25. После­ очистки­ все источники­ из реестра­ , кроме­ Registry-MountPoints2 и Registry-VolumeInfoCache, оказались­ пус­

тыми. Не потерт лог с историей­ MTP-устройств­ Microsoft-Windows- WPD-MTPClassDriver/Operational.evtx. Остались­ VSN в обра­

щаемых файлах­ , однако­ без подробнос­ ­тей относитель­ ­но конкрет­ ­ных устройств­ . Точки­ восста­ ­нов­ления не анализи­ ­рова­лись.

•USB Detective Community Edition: 43/9 (полная­ очистка­ ). Потерялись­ иден­

тификаторы­ устройств­ , вся информация­ о буквах­ дисков­ , VSN, открытых­ файлах­ , пользовате­ ­ле. Оставшиеся­ в списке­ MTP-устройства­ — телефоны­ .

Занят­ но­ , что названия­ устройств­ были взяты­ из ветки­ ControlSetXXX\Enum\ USB\, которую, казалось бы, Oblivion чистил­ . Странно­ .

По результатам­ очистки­ мы избавились­ от основных артефак­ тов­ , однако­ опытный­ кримина­ лист­ обязатель­ но­ еще заглянет­ в папку­ Windows.old, бэкап реестра­ , логи кастомных­ приложе­ ний­ , антивиру­ са­ и так далее — право­ слово­ , легче­ форматнуть­ винт!

ИТОГОВЫЙ РЕЗУЛЬТАТ ЧЕМПИОНАТА

Для повседнев­ ­ного использования­ максималь­ ­ной простотой­ , быстро­ ­той и под­ держкой­ разных­ источников­ отличает­ ­ся USB Forensic Tracker. Если ты хочешь получать агрегиро­ ­ван­ные данные­ с вычисленны­ ­ми корреляци­ ­ями между­ источниками­ и готов заморочить­ ­ся, как настоящий­ форензик­ , тогда­ рекомен­ дуем USB Detective (а если ты богат — то лучше­ приобрести­ коммерчес­ ­кую лицензию­ ). Для простых­ рассле­ ­дова­ний, завязанных­ на подтвержде­ ­ние самого факта­ подклю­ ­чения устройств­ обычными­ юзерами­ , которые даже не знают­ , что система­ все пишет, можно­ обойтись­ и USBDeview.

Учти­ , что в Windows 10 есть ряд веселых механизмов­ , которые также­ могут содержать­ следы­ подклю­ ­чения устройств­ . Это база EventTranscript.db (C:\

ProgramData\Microsoft\Diagnosis\EventTranscript), которая собирает­ диагности­ чес­ кую­ информацию­ и телеметрию­ , — по умолчанию­ она выключена­ , но случаи­ разные­ бывают­ .

Начиная­ с Windows 8 определен­ ­ная телеметрия­ пишется­ в файл C:\ Windows\System32\SRU\SRUDB.dat (он же SRUM, System Resource Usage Monitor). Там можно­ найти­ инфу­ о запуске­ программ­ с внешних­ устройств­ .

Еще есть опция Windows 10 Timeline, работающая­ хорошо, когда­ винде­ раз­ решен сбор истории­ активности­ пользовате­ ­ля. База ActivitiesCache.db

обычно­ хранит­ ­ся в папке­ \Users\%profile name%\AppData\Local\ ConnectedDevicesPlatform\L.%profile name%\ — там можно­ найти­ све­

дения об открытии­ файлов­ и запуске­ программ­ , в том числе­ со съемных­ носителей­ .

Что ж, теперь можно­ с уверен­ ностью­ сказать­ : у тебя достаточ­ но­ знаний­ , чтобы­ быстро­ провес­ ти­ анализ­ и выявлять­ нарушения­ на корпоратив­ ных­ ком­ пах. В статье мы не только­ рассмот­ рели­ готовые инстру­ мен­ ты­ на практике­ , но и подкре­ пили­ их теорией об источниках­ артефак­ тов­ . Удачи­ на полях форен­ зики!

ИЗУЧАЕМ СУММАТОР И СОБИРАЕМ ЕГО НА МАКЕТНОЙ ПЛАТЕ

Основная­ работа любого микропро­ цес­ сора­ — это обработ­ ка­ чисел. А уже на ее основе­ совершают­ ся­ другие­ , более сложные­ операции­ .

Всвоих­ прошлых­ статьях­ я расска­ ­зывал о двоичной­ системе­ счисления­ , алгебре логики и логических­ вентилях­ , электрон­ ­ных компонен­ ­тах, микросхе­ ­мах и многом­ другом­ интерес­ ­ном и полезном­ . Рекомендую­ ознакомить­ ­ся, особен­ ­ но если в этой статье встретят­ ­ся непонятные­ вещи.

•Цифровая­ электро­ ­ника с самого начала. Собираем­ схемы­ на MOSFET-тран­ зисторах­

•Бунт многоно­ ­жек. Собираем­ устройство­ с интегральными­ микросхе­ ­мами

Воснове­ работы компьюте­ ­ра лежит арифметико­ логическое­ устройство­ (АЛУ). Чтобы­ понять, как оно работает­ , давай разберем­ принцип­ , который позволя­ ­ет компьюте­ ­ру совершать­ операции­ . Но сначала­ я подробнее­ расска­ ­жу о самой

двоичной­ системе­ .

ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА

Думаю­ , ты уже имеешь­ некоторое­ представ­ ление­ о двоичном­ счислении­ . Все числа­ в двоичной­ системе­ состоят­ из двух цифр — нуля и единицы­ . Внутри­ компьютер­ использует­ ее для всех операций­ , даже если работает­ с десятич­ ными или шестнад­ цатерич­ ными­ числами­ .

Перевод чисел из двоичной системы в десятичную и обратно

Перево­ дить­ числа­ из одной системы­ в другую­ проще­ всего­ при помощи каль­ кулятора­ , но для нас сейчас­ важно­ знать, как это делается­ , по шагам.

Число­ в десятичной­ системе­ счисления­ можно­ предста­ ­вить в виде суммы­ его цифр, помножен­ ­ных на десять в степени­ разряда­ числа­ — от самого пра­ вого, которому­ соответс­ ­тву­ет 10 в нулевой степени­ , к самому левому, при том что степень­ каждый­ раз возраста­ ­ет на единицу­ . Например­ :

389 = 3 ∙ 10² + 8 ∙ 10¹ + 9 · 10 = 300 + 80 + 9

Точно­ так же можно­ раскла­ дывать­ двоичные­ числа­ , только­ каждый­ разряд­ (самая правая­ цифра­ считает­ ся­ самым младшим­ разрядом­ ) умножает­ ся­ не на степень­ десяти, а на степень­ двойки­ . В итоге­ мы получим число­ в десятичной­ системе­ . В качестве­ примера­ переведем­ число­ 1101 из двоичной­ в десятич­ ную:

1101 = 1 ∙ 2³ + 1 · 2² + 0 · 2¹ + 1 · 2 = 8 + 4 + 0 + 1 = 13

Чтобы­ перевести­ обратно, нужно­ использовать­ деление с остатком. Исходное число­ в десятичной­ системе­ делим на два, остаток­ от деления (1 или 0) записываем­ в первый­ разряд­ (самая правая­ цифра­ ). Полученное­ частное­ снова­ делим на два и остаток­ записываем­ уже в следующий­ разряд­ . Так действу­ ем­ , пока в результате­ деления не получится­ ноль. Пример­ ты можешь увидеть­ на картинке­ снизу­ .

Перевод­ числа­ из десятичной­ в двоичную­ систему­ счисления­

Сложение

За операцию­ сложения­ в электрон­ ных­ чипах отвечает­ сумматор­ . Как скла­ дывать двоичные­ числа­ ? Можно­ сложить­ в столбик­ точно­ так же, как десятич­ ные. Посколь­ ку­ цифр всего­ две, держать­ в уме и переносить­ здесь можно­ только­ единицу­ .

Всего­ возможных­ вариантов­ сложения­ цифр одного­ разряда­ четыре:

•0 + 0 = 0

•0 + 1 = 1

•1 + 0 = 1

•1 + 1 = 10

Впоследнем­ случае­ единица­ переходит­ в следующий­ разряд­ , результат­ записывает­ ­ся как «0 с переносом­ 1». Этот бит перенесен­ ­ной единицы­ скла­ дывается­ с битом в следующем­ разряде­ .

Сложение­ двоичных­ чисел

Теперь­ рассмот­ ­рим более сложный­ пример­ со складыва­ ­нием четырехбитных­ двоичных­ чисел. В этих случаях­ все единицы­ младшего­ значаще­ ­го разряда­ дают в сумме­ бит нуля с переносом­ единицы­ в следующие­ разряды­ . Напоми­ наю, разряды­ считают­ ­ся от меньшего­ к большему­ (справа­ налево). В сле­ дующем разряде­ мы снова­ получаем­ две единицы­ от переноса­ и единицы­ в разряде­ . Процесс­ повторя­ ­ется до самого старшего­ значаще­ ­го бита.

Аналогич­ ­но и с другими­ числами­ в среднем­ примере­ . В последнем­ при­ мере вышедший­ из младшего­ разряда­ бит переноса­ дает единицу­ и в сумму­ , и в бит переноса­ . Как видишь, это работает­ точно­ так же, как с десятичными­ числами­ , а может, даже и проще­ .

Вычита­ ние­ двоичных­ чисел

Умножение

Умножение­ тоже выполняет­ ­ся по правилам­ десятичных­ чисел. Двоичные­ числа­ можно­ записать в столбик­ , а потом поразрядно­ перемножить­ второе­ на пер­ вое.

Умножение­ двоичных­ чисел в столбик­

Можно­ заметить некоторые­ особен­ ности­ . При умножении­ на единицу­ в любом из разрядов­ второго­ множите­ ля­ записывает­ ся­ сам первый­ множитель­ со сдви­ гом на соответс­ тву­ ющее­ количество­ битов. А при умножении­ на ноль в строку­ записывают­ ся­ все нули. Далее все промежу­ точ­ ные­ произве­ дения­ складыва­ ­ ются с соблюдени­ ем­ разряднос­ ти­ .

АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

АЛУ — это блок процес­ ­сора, выполняющий­ арифметичес­ ­кие и логические­ опе­ рации с данными­ . В прошлой­ статье я подробно­ разбирал­ базовые блоки­ алгебры логики — если ты успел все забыть, рекомендую­ освежить­ знания­ .

Говоря­ про операции­ , мы начали со сложения­ , поэтому­ изучать­ АЛУ будем тоже с самого базового­ блока­ — сумматора­ .

Сумматор

Снова­ взглянем­ на комбинации­ при сложении­ .

•0 + 0 = 0

•0 + 1 = 1

•1 + 0 = 1

•1 + 1 = 10

Резуль­ ­тат сложения­ двух однобит­ ­ных чисел будет занимать максимум­ два бита — бит суммы­ и бит переноса­ .

Бит суммы­ для однобит­ ­ных чисел можно­ сформировать­ с помощью вентиля­ логического­ исключающе­ ­го ИЛИ, а бит переноса­ — с помощью И.

Теперь­ мы можем составить­ таблицу­ истинности­ для полусум­ матора­ , то есть букваль­ но­ половины­ сумматора­ . Выход исключающе­ го­ ИЛИ обознача­ ется­ гречес­ кой­ буквой­ сигмой­ , Σ (если ты вспомнишь­ математику­ , там она обоз­ начает­ сумму­ ), а бит переноса­ — CO (Carry Output, выход переноса­ ).

Схема­ и таблица­ истинности­ полусумматора­

Почему­ только­ половина­ сумматора­ ? Смысл в том, что такое устройство­ может складывать­ только­ однобит­ ные­ числа­ , потому что у него нет входа­ для бита переноса­ из предыду­ щих­ разрядов­ . Редко­ когда­ требует­ ся­ складывать­ числа­ , состоящие­ из одного­ бита, поэтому­ нам необходим­ полный­ сумматор­ .

Полному­ сумматору­ понадобит­ ся­ тот самый вход для бита переноса­ из пре­ дыдущих­ разрядов­ , он будет брать и прибав­ лять­ к нужному­ разряду­ число­ , «храняще­ еся­ в уме».

Совместив­ два полусумматора­ , мы получим полный­ сумматор­ . В его таб­ лице истинности­ первые­ четыре строки­ точно­ такие же, как у полусумматора­ , а вот оставшиеся­ четыре заполняют­ ­ся так: ненулевой­ бит переноса­ суммиру­ ­ ется с битами слагаемых­ . Интерес­ ­на последняя­ строка­ , в ней складыва­ ­ются три единицы­ , что дает единицу­ и в сумме­ , и в переносе­ .

Таблица­ истинности­ сумматора­

Если­ для сборки­ полного­ сумматора­ использовать­ два полусумматора­ , то нам понадобит­ ся­ еще вентиль­ логического­ ИЛИ, и выглядеть­ схема­ будет так.

Схема­ полного­ сумматора­ из двух полусумматоров­

Зная алгебру логики, мы можем упростить схему­ так, чтобы­ в ней исполь­ зовалось всего­ два типа вентилей­ — И — НЕ и исключающее­ ИЛИ.

Схема­ сумматора­ на двух вентилях­

С помощью однобит­ ного­ сумматора­ можно­ создавать­ сумматоры­ на любое количество­ битов, просто­ комбинируя­ их. Сумматоров­ надо взять столько­ , сколько­ разрядов­ в складыва­ емых­ числах­ . На рисунке­ показан способ­ соеди­ нения сумматоров­ для четырехразряд­ ного­ сумматора­ . Такое устройство­ называется­ параллель­ ным­ сумматором­ , ведь все биты слагаемых­ на входы­ подаются­ одновремен­ но­ , букваль­ но­ параллель­ но­ .

имладший­ бит, например­ A[3:0], B[3:0].

Ванглоязыч­ ной­ литературе­ шина называется­ bus, что логично­ , ведь много­ одинако­ вых­ провод­ ­

ников собраны­ вместе­ , как пассажиры­ в автобусе­ . А вот название­ «шина», скорее­ всего­ , произош­ ло­ от немецкого­ слова­ schiene (рельс).

Например­ , +1 будет записано­ как 001, а –1 находится­ как его инверсия

01000 + 11011 = 00011

Резуль­ татом­ будет +3, как и должно­ быть. Теперь попробу­ ем­ из 5 вычесть 8:

00101 + 11000 = 11101

Резуль­ тат­ — это дополнитель­ ный­ код числа­ –3, так что все правиль­ но­ .

Схема­ двухбитно­ го­ сумматора­ вычитателя­

На рисунке­ сверху­ изображена­ схема­ универ­ саль­ ного­ сумматора­ вычитателя­ , использующе­ го­ дополнитель­ ный­ код. Вход MODE в ней служит­ переключате­ ­ лем режимов. Если его значение­ равно­ логическому­ нулю, то вся схема­ работает­ как сумматор­ .

Сигналы­ на выходах B[0] и B[1] дополнитель­ ных­ элемен­ тов­ исключающее­

ИЛИ (на схеме­ они слева­ от полных­ сумматоров­ ) будут, соответс­ ­твен­но, сов­ падать с сигналами­ на входах­ С[0] и C[1].

То же самое будет и с выходом СО полного­ сумматора­ (снизу­ на схеме­ ), проходя­ щего­ через свое исключающее­ ИЛИ. Таким образом­ , выход S в этом режиме продол­ жит­ работать как бит переноса­ .

Если­ же на MODE подать логическую­ единицу­ , то добавленные­ вентили­ исключающее­ ИЛИ инвертируют­ шины C[1:0] и к результату­ инверсии будет прибав­ ­лена единица­ , попадающая­ со входа­ MODE на вход CI первого­ полного­ сумматора­ . Это значит­ , что теперь шина A[1:0] задает­ уменьшаемое­ , а шина C[1:0] — вычитаемое­ , которое внутри­ схемы­ преобра­ ­зует­ся в отрицатель­ ­ное число­ для сложения­ с уменьшаемым­ на этом же сумматоре­ . А выход CO ниж­ него сумматора­ будет играть роль знаково­ ­го бита в дополнитель­ ­ном коде. В итоге­ все очень удобно­ : один и тот же сигнал­ использует­ ­ся и для перек­ лючения режимов работы, и для преобра­ ­зова­ния числа­ в дополнитель­ ­ный код.

Умножители

Перехо­ ­дим к умножению­ . Как умножать­ в двоичной­ системе­ , мы уже разоб­ рались, осталось­ понять, как сделать­ умножитель­ из сумматора­ . Для этого­ нужно­ один из множите­ ­лей побитно­ сдвигать­ влево­ и, если соответс­ ­тву­ющий бит второго­ множите­ ­ля равен единице­ , прибав­ ­лять сдвинутый­ первый­ мно­ житель к частичной­ сумме­ . Если же бит равен нулю, то прибав­ ление­ пропус­ ­ кается­ . Это не единствен­ ная­ схема­ умножения­ , но такое сложение­ со сдвигом­ довольно­ эффективно­ .

Однако­ умножитель­ я здесь привел­ просто­ как пример­ АЛУ, собирать мы его сегодня­ не будем. Перед этим еще понадобит­ ­ся разобрать­ схемы­ времен­ ­ ного хранения­ промежу­ ­точ­ных результатов­ для частичных­ сумм и реализацию­ побитового­ сдвига­ , а это тема для отдельной­ статьи.

Переходим к АЛУ

Итак, на базе сумматора­ с разными­ дополнитель­ ­ными блоками­ в микросхе­ ­мах создает­ ­ся арифметико­ логическое­ устройство­ , то есть вычислитель­ ­ное ядро процес­ ­сора.

Обозначение­ АЛУ

На этой схеме­ есть несколь­ ­ко входов­ , задающих­ выполняемую­ операцию­ , такую как сложение­ , умножение­ и так далее, а также­ операн­ ­ды, над которыми­ эта операция­ выполняет­ ­ся. Также­ у АЛУ есть флаги­ — поступа­ ­ющие и выходя­ щие из него служеб­ ­ные сигналы­ , которые дополняют­ или уточняют­ то или иное выполняемое­ действие­ .

Разрядность­ операн­ ­дов обозначена­ на схеме­ красной­ чертой­ , которая пересекает­ обозначение­ входа­ . Рядом с чертой­ записывает­ ­ся количество­ раз­ рядов.

СОБИРАЕМ АЛУ

От слов к делу. Берем в руки макетную­ плату­ , микросхе­ мы­ , провод­ ки­ , хорошее настро­ ение­ — и вперед­ !

Однобитный полный сумматор

Начнем­ с самого простого­ — однобит­ ного­ полного­ сумматора­ . Еще раз взгля­ ни на его схему­ . Используя­ знания­ о микросхе­ мах­ из статьи про них, прев­ ратим ее в принципи­ аль­ ную­ схему­ устройства­ , по которой уже можно­ собирать сумматор­ .

На макетной­ плате­ схема­ будет выглядеть­ так.

Однобит­ ный­ сумматор­ на макетной­ плате­

Нам потребу­ ется­ всего­ две микросхе­ мы­ : CD4070BE и CD4011BE. На схеме­ есть два светоди­ ода­ . Верхний­ светоди­ од­ показывает­ значение­ бита суммы­ , а нижний­ — бита переноса­ . Горящий светоди­ од­ равен единице­ , не горящий — нулю.

Двухбитный­ сумматор­ на макетной­ плате­

Универсальный сумматор-вычитатель

Давай­ теперь переработа­ ем­ предыду­ щую­ схему­ в сумматор­ вычитатель­ , осно­ вываясь­ непосредс­ твен­ но­ на его логической­ схеме­ . Используем­ оставшиеся­

в микросхе­ ­ме CD4070BE вентили­ исключающе­ ­го ИЛИ и немного­ поменяем­ расположе­ ­ние проводов­ .

Сумматор­ вычитатель­ на макетной­ плате­

Здесь нижний­ светоди­ од­ в режиме вычитания­ показывает­ знак числа­ , получив­ шегося в результате­ вычисления­ .

ВЫВОДЫ

Сегод­ ня­ мы наконец разобрали­ основу­ всей цифровой­ электро­ ники­ — ариф­ метико логические­ устройства­ . Дорабатывая­ сумматор­ , мы сможем­ получить новые АЛУ. В следующих­ статьях­ мы изучим­ другие­ важные­ блоки­ , которые вместе­ составля­ ют­ процес­ сор­ компьюте­ ра­ .

«Хакеру» нужны новые авторы, и ты можешь стать одним из них! Если тебе интересно то, о чем мы пишем, и есть желание исследовать эти темы вместе с нами, то не упусти возможность вступить в ряды наших авторов и получать за это все, что им причитается.

• Авторы получают денежное вознаграждение. Размер зависит от сложности и уникальности темы и объема проделанной работы (но не от объема текста).

•Наши авторы читают «Хакер» бесплатно: каждая опубликованная статья приносит месяц подписки и значительно увеличивает личную скидку. Уже после третьего раза подписка станет бесплатной навсегда.

Кроме того, наличие публикаций — это отличный способ показать работодателю и коллегам, что ты в теме. А еще мы планируем запуск англоязычной версии, так что у тебя будет шанс быть узнанным и за

рубежом.

И конечно, мы всегда указываем в статьях имя или псевдоним автора. На сайте ты можешь сам заполнить характеристику, поставить фото, написать что-то о себе, добавить ссылку на сайт и профили в соцсетях. Или, наоборот, не делать этого в целях конспирации.

Я ТЕХНАРЬ, А НЕ ЖУРНАЛИСТ. ПОЛУЧИТСЯ ЛИ У МЕНЯ НАПИСАТЬ СТАТЬЮ?

Главное в нашем деле — знания по теме, а не корочки журналиста. Знаешь тему — значит, и написать сможешь. Не умеешь — поможем, будешь сомневаться — поддержим, накосячишь — отредактируем. Не зря у нас работает столько редакторов! Они не только правят буквы, но и помогают с темами и форматом и «причесывают» авторский текст, если в этом есть необходимость. И конечно, перед публикацией мы согласуем с автором все правки и вносим новые, если нужно.

КАК ПРИДУМАТЬ ТЕМУ?

Темы для статей — дело непростое, но и не такое сложное, как может показаться. Стоит начать, и ты наверняка будешь придумывать темы одну за другой!

Первым делом задай себе несколько простых вопросов:

•«Разбираюсь ли я в чем то, что может заинтересовать других?»

Частый случай: люди делают что-то потрясающее, но считают свое занятие вполне обыденным. Если твоя мама и девушка не хотят слушать про реверс малвари, сборку ядра Linux, проектирование микропроцессоров или хранение данных в ДНК, это не значит, что у тебя не найдется благодарных читателей.

•«Были ли у меня в последнее время интересные проекты?» Если ты ресерчишь, багхантишь, решаешь crackme или задачки на CTF, если ты разрабатываешь что-то необычное или даже просто настроил себе какую-то удобную штуковину, обязательно расскажи нам! Мы вместе придумаем, как лучше подать твои наработки.

•«Знаю ли я какую то историю, которая кажется мне крутой?»

Попробуй вспомнить: если ты буквально недавно рассказывал кому-то о чем-то очень важном или захватывающем (и связанным с ИБ или ИТ), то с немалой вероятностью это может быть неплохой темой для статьи. Или как минимум натолкнет тебя на тему.

•«Не подмечал ли я, что в Хакере упустили что то важное?» Если мы о чем-то не писали, это могло быть не умышленно. Возможно, просто никому не пришла в голову эта тема или не было человека, который взял бы ее на себя. Кстати, даже если писать сам ты не собираешься, подкинуть нам идею все равно можно.

Уговорили, каков план действий?

1.Придумываешь актуальную тему или несколько.

2.Описываешь эту тему так, чтобы было понятно, что будет в статье и зачем ее кому-то читать. Обычно достаточно рабочего заголовка и нескольких предложений (pro tip: их потом можно пустить на введение).

3.Выбираешь редактора и отправляешь ему свои темы (можно главреду — он разберется). Заодно неплохо бывает представиться и написать пару слов о себе.

4.С редактором согласуете детали и сроки сдачи черновика. Также он выдает тебе правила оформления и отвечает на все интересующие вопросы.

5.Пишешь статью в срок и отправляешь ее. Если возникают какие-то проблемы, сомнения или просто задержки, ты знаешь, к кому обращаться.

6.Редактор читает статью, принимает ее или возвращает с просьбой

доработать и руководством к действию.

7. Перед публикацией получаешь версию с правками и обсуждаешь их

с редактором (или просто даешь добро).

8.Дожидаешься выхода статьи и поступления вознаграждения.

Если хочешь публиковаться в «Хакере», придумай тему для первой статьи и предложи редакции.

№11 (284)

MEGANEWS

Мария­ Нефёдова­ nefedova@glc.ru

АРТ

yambuto yambuto@gmail.com

КОНСУЛЬТАЦИОННЫЙ СОВЕТ

Иван Андреев­ , Олег Афонин­ , Марк Бруцкий­ Стемпковский­ , Алексей­ Глазков­ , Nik Zerof, Юрий Язев

РЕКЛАМА

Анна­ Яковлева­

Директор­ по спецпро­ ­ектам yakovleva.a@glc.ru

РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ПОДПИСКА

Адрес­ редакции­ : 125080, город Москва­ , Волоколам­ ­ское шоссе­ , дом 1, строение­ 1, этаж 8, помещение­ IX, комната­ 54, офис 7. Издатель­ : ИП Югай Александр­ Олегович­ , 400046, Волгоград­ ­ская область, г. Волгоград­ , ул. Дружбы­ народов, д. 54. Учредитель­ : ООО «Медиа Кар»​​125080, город Мос­ ква, Волоколам­ ­ское шоссе­ , дом 1, строение­ 1, этаж 8, помещение­ IX, комната­ 54, офис 7. Зарегистри­ ­рова­но в Федеральной­ службе­ по надзору­

в сфере­ связи­ , информацион­ ­ных технологий­ и массовых­ коммуника­ ­ций (Роскомнад­ ­зоре), свидетель­ ­ство ​Эл № ​ФС77-​67001 от ​30.08​.2016​ года. Мнение­ редакции­ не обязатель­ ­но совпада­ ­ет с мнением­ авторов­ . Все материалы­ в номере предос­ ­тавля­ются как информация­ к размышле­ ­нию. Лица, использующие­ данную­ информацию­ в противо­ ­закон­ных целях, могут быть привлечены­ к ответствен­ ­ности. Редакция­ не несет ответствен­ ­ности за содержание­ рекламных­ объявле­ ­ний в номере. По вопросам­ лицензирова­ ­ния и получения­ прав на использование­ редакцион­ ­ных материалов­ жур­ нала обращай­ ­тесь по адресу­ : xakep@glc.ru. © Журнал­ «Хакер», РФ, 2022