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随着电子技术的高速发展,计算机已经比较普遍地用在国民经济各个领域。在现代电子系统工程中,计算机的作用及其重要性突出显示出来正逐步深化,计算机的地位日益在提高。

但是,随着计算机的普及和使用,电磁辐射干扰对计算机系统的稳定性、可靠性和安全性有着直接影响,电磁辐射对计算机系统及其数据住处所产生的干扰、破坏、窃取与篡改的危险性与日剧增,成为严重的社会化问题。

一、环境电磁辐射对计算机的干扰破坏

一般来讲,计算机属于低电频系统,以低电压传送信号,所以它们在电磁环境之中以受扰为主。计算机的工作频率范围在150KHz—500KHz,这是一段包括中波,短波,超短波和微波段很宽的频带,它基本上与工业、科技、医学高频设备(诸如高频淬火、高频焊接、介质加热、塑料热合等等);广播、电视、通信、雷达等射频设备的工作频段相同,致使计算机工作在一个相当复杂的电磁环境之中,存在着被干扰与破坏的危险性。

1、射频辐射干扰

外界电磁辐射对计算机的危害主要是指电磁干扰,即电噪声干扰,计算机所受的危害程度取决于干扰场强的强度,频率和自身的电磁敏感度。当电子计算机房处在电磁干扰污染区域内,例如机房附近有大功率无线电发射击台、雷达发射台、电视发射塔、高频大电流设备等,当它们工作时其空间场强超过1V/M时,则必然对计算机形成严重干扰,造成计算机系统工作的失误。

据调查研究,在大中城市里,由于广播电视与某些大功率射频设备的使用,致使城市的某些局部环境空间场强较高,对计算机系统的安全构成了直接威胁,计算机系统的任何一个部位受到电磁干扰后都会危及整个系统的安全可靠工作,使其稳定性受到损害,硬件电路受到破坏,数据信息被破坏……

2. 工频电源干扰

一般情况下,计算机系统的电源取自工频交流电网,当电网上的其它用电设备,特别是大功率负载启动或停机时,会造成电网的瞬时电压波动。电源电压的大幅度波动或电流冲击,有可能通过电源线进行计算机系统,将与正常信号迭加,致使计算机信息出错,更为严重者,将威胁到计算机系统及其元器件的使用寿命。此外某些用电设备所产生的尖峰干扰脉冲,工业火花等到奕可经过供电线路的耦合窜入计算机系统,破坏计算机的信息处理。例如,一次开关电传机,可在电源线上产生高达1000V的尖峰脉冲,将某些器件损坏。近些年来,公用电源中的各种电磁干扰和电压波动对计算机的影响是相当严重和突出的。美国的IBM公司的两位专家重点研究了来自电源引起计算机发生差错,(即程序差错,存贮丢失与系统损坏)的尖峰脉冲干扰与衰减振荡干扰,而且做了认真的统计:尖峰脉冲干扰平均每月发生50.7次之多,衰减振荡干扰平均每月发生62.6次之多,其它干扰平均每月发生15次。

研究认为,工频电源干扰和通过电源线传输的射频干扰,对计算机系统,特别是微机干扰几率与程度都十分严重。

3、静电干扰

静电是计算机系统半导体元器件的“大敌”,当机房处于干燥的季节,将由于许多磨擦现象而生产静电。美国曾作过统计,由于静电原因每年造成的计算机及其元器件损失高达5亿美元以上,电磁干扰不仅可以使磁记录被破坏,还可以造成计算机设备外壳的静电放电,容易导致MOS器件栅介质被击穿。

4、雷电干扰

在夏季多雨的季节,常伴有雷电发生。雷电侵入计算机,主要是通过电网之供电电源。由于外线受雷电过电压几率大,被感应的雷电波侵入。结果使计算机受损。一般情况下,雷电波的侵入所引起的干扰包括共模干扰与差模干扰两类。

计算机受雷或引起雷击事故多有发生,应当引起足够的重视。例如,我国有一个铁路局,其财务管理采用计算机管理,在开机工作时受雷击毁坏。我国某气象局中心引进日产大型计算机,两次受雷击。成都铁路局计算中心曾遭雷击损坏一台主机与5台终端机,严重地影响了铁路运输秩序。

雷击属于随机性干扰源,它不仅以电磁干扰形式窜入计算机内产生干扰与破坏,而且以雷电形式作用于计算机系统,因此,必须引起高度的重视,特别是在多雷雨的地区,更要注意雷电波对计算机系统的冲击。

二、计算机系统电磁辐射危害的抑制技术与措施

1、距离防护

根据电磁场强度在传播过程中随距离的加大衰减很快的原理,可以采取将计算机置于远离任何辐射源的地方的做法,这是简而易行的措施。距离防护实质是关于计算机房的地址选择问题,根据技术要求,计算机房场地选择应当具备:

a、避开环境污染区:附近无大功率发射设备、无大功率的工、科、医射频设备,无高压线输电线与大型负载,绝对保证在计算机房的附近环境空间场强控制在1V/M,稳定磁场强度在100e以下。

b、避开大型震动源,特别是铁路沿线及工业生产震动,冲击设备应当绝对避开。

c、避开雷电多发区

d、避免置于高层建筑物上层,计算机房应当安置在地在第一层或通风良好,地下室,妥善保证低阻抗接地。

2、屏蔽与接地

首先强调的是屏蔽与接地应当是互为一体的不可分割的,这一点无论在设计,还是施工中都必须统一起来。计算机房的屏蔽与接地是极为重要的关键措施,屏蔽机房一方面可以防止外界电磁场院干扰或破坏计算机系统的工作,另一方面又可以防止机房内计算机信息的泄漏与失密。关于计算机的屏蔽与接地,国外许多国家作为法规,规定所有机房必须屏蔽与接地,在我国,由于认识上的原因尚未采取屏蔽措施,因而发生了许多事故。

采取完善的屏蔽技术,主要包含下述内容:

a、屏蔽机房必须是全屏蔽,实现整个屏蔽机房电气一体化。

b、所有电源线路必须滤波,尽量使用高抗干扰电源。

c、信号线路滤波。

d、良好的接地技术,且交流接地,直流接地,防雷接地,电磁接地等接地线设计合理,分别设置,互不相连,互不代替。

3、加强数据传输通道接口的防护

目前大多采用多级防护安案,在多级防护电路中,每级的防护效果决定于所用的防雷元件及所配的阻抗值,阻抗值的选择要兼顾信号传输和防护技术的要求,而对每个防护器件而言,应当具备相当抑制过电压能力与通流能力。

4、提高计算机系统的抗干扰能力

在进行计算机的设计过程中,设计人员就必须根据实际要求综合采取各种抗干扰技术措施,以保证计算机系统可靠地实现其控制功能。要提高计算机的抗干扰能力,就必须注意提高硬件与软件抗干扰能力。

在进行软件设计时应当针对程序运行结果的各种可能性进行全面周到的软件设计,比如容错技术,异常处理功能,净化软件工作环境的设计等等。同时,设计时要注意不用的口地址应全面彻底的封闭,防止由于软件设计的不完善造成运行结果出错。用软件与硬件结合解决计算机受干扰出错,也是一种有效的方法。在这些方法中有用于发现程序“跑飞”后,系统自然恢复法,还有防止某些参数被破坏和等程序越限的限界运行法等。

今天是计算机时代,大量有关国家安全、国防军工、国民经济建设的重要数据信息迅速集中于计算机系统,计算机系统已经成为信息资源的重要载体和储存库,但由于外界对其的电磁辐射干扰所造成的信息失密等严重威胁,已经开始引起人们的注意有关部门的重视。

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