Специальная часть
| Вид материала | Документы |
- Строительство. Система производственного контроля. Часть, 84.92kb.
- Направления работы семинара, 152.43kb.
- Техническое задание IV. Содержание расчетно-пояснительной записки > А. Специальная, 56.89kb.
- Рабочая программа по курсу «Специальная педагогика и специальная психология» на 5 курсе, 94.48kb.
- Специальная обработка, 1624.5kb.
- Методические указания к дипломному проектированию для студентов специальности 080507, 616.49kb.
- Abramson Family Cancer Research Institute University of Pennsylvania (usa) Роль апоптоза, 15.2kb.
- Примерная программа дисциплины «психология творчества и специальная педагогика», 437.43kb.
- Специальная теория относительности и эксперимент, 634.58kb.
- Примерная программа дисциплины «ценообразование во внешней торговле» Рекомендуется, 374.28kb.
СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Кафедра вычислительной техники
Моделирование.
Основные понятия теории моделирования. Цель и задачи курса. Анализ и синтез. Адекватность. Изоморфизм. Гомоморфизм. Непротиворечивость. Классификация видов моделирования. Требования к моделям. Этапы разработки модели. Понятие темпа моделирования. Системное время. Механизмы изменения системного времени.
Основные методы моделирования. Вероятностные, аналитические, численные, имитационные методы. Метод статистических испытаний (Монте-Карло). Основные этапы моделирования.
Вычислительные системы (ВС) как объекты моделирования. Функциональные характеристики ВС. Классификация ВС. Потоки заявок. Простейший поток заявок. Дисциплины обслуживания. Приоритеты. Абсолютный и относительный приоритеты. Диспетчеризация.
Моделирование на уровне систем. Аналитические модели систем. Детерминированные и стохастические аналитические модели ВС. Вероятностные модели. Критерий согласия «хи-квадрат».
Моделирование случайных величин, событий и потоков событий. Основные виды внешних воздействий в задачах моделирования. Виды распределения случайных величин. Датчики случайных величин с заданными законами распределения. Моделирование системы случайных величин.
Модели вычислительных процессов. Требования, предъявляемые к моделям вычислительных процессов. Марковские модели вычислительных процессов. Оценка трудоемкости алгоритмов методами марковских цепей. Сетевой подход к оценке трудоемкости алгоритмов.
Имитационное моделирование. Рекомендации по использованию имитационных моделей. Структура имитационных моделей. Основные способы формального описания моделей. Основные этапы создания и использования имитационных моделей. Использование нисходящей методологии при имитационном моделировании.
Моделирование на языке VHDL. Основные типы данных, операции и классы объектов в VHDL. Базовые операторы, операторы блоков и процессов. Структурный и поведенческий стили описания в VHDL. Основные типы задержек.
Литература
Поленов М.Ю. Моделирование: Учебно-практическое пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1999. – 69 с.
- Поленов М.Ю. Моделирование на языке VHDL: Учебное пособие.
– Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997. – 55 с.
Схемотехника ЭВМ.
Классификация, параметры и характеристики схем ЭВМ. Классификация систем элементов ЭВМ. Основные понятия и определения. Динамические, статические и стоимостные характеристики интегральных микросхем (ИМС). Основные критерии сравнения ИМС. Система маркировки ИМС.
Комбинационные схемы. Постановка задачи синтеза комбинационных схем. Понятие функциональной и принципиальной схем. Некоторые ИМС малой степени интеграции, реализующие функции И, И-НЕ, ИЛИ, НЕ, И-ИЛИ-НЕ. Основы синтеза комбинационных схем на ИМС малой степени интеграции.
Схемотехника триггерных схем. Классификация триггерных схем. Асинхронные триггеры. Синхронные одноступенчатые и двухступенчатые триггеры со статическим управлением по входу синхронизации. Синхронные триггеры с динамическим управлением по входу синхронизации. Комбинированные триггеры. Функциональные схемы триггеров, условные графические обозначения, таблицы переходов, временные диаграммы работы. ИМС триггеров серий ТТЛ, ТТЛШ.
Регистры. Классификация и условное обозначение регистров. Функциональные схемы, временные диаграммы работы параллельных и сдвигающих регистров. Набор микроопераций реализуемых на регистрах. ИМС регистров в составе ТТЛ- и ТТЛШ-серий.
Дешифраторы. Классификация, способы построения и условное графическое обозначение дешифраторов. Сравнительная оценка различных способов построения дешифраторов, примеры функциональных схем, ИМС дешифраторов в составе ТТЛ, ТТЛШ серий. Каскадное включение ИМС дешифраторов.
Шифраторы. Бесприоритетные и приоритетные шифраторы. Законы функционирования, примеры функциональных схем, сравнительная оценка. Интегральные микросхемы шифраторов в составе ТТЛ, ТТЛШ серий. Каскадное включение ИМС шифраторов.
Мультиплексоры. Закон функционирования, функциональная схема и условное графическое обозначение мультиплексоров. Наращивание размерности мультиплексора. ИМС мультиплексоров серий 155, 533, 1533
Демультиплексоры. Закон функционирования, функциональная схема и условное графическое обозначение демультиплексора. Совмещение функций дешифратора и демультиплексора в интегральном исполнении. Проектирование демультиплексора заданной размерности.
Классификация сумматоров. Полусумматор полный, одноразрядный, комбинационный сумматор, их законы функционирования. Последовательный комбинационный сумматор. Параллельные комбинационные сумматоры с последовательным, параллельным и групповым переносами. Последовательный и параллельный накапливающие сумматоры. Функциональные схемы, временные диаграммы работы, сравнительная оценка, условные графические обозначения. ИМС сумматоров в составе ТТЛ, ТТЛШ серий. Проектирование десятичных сумматоров. Матричные сумматоры.
Счетчики. Классификация, условное графическое обозначение счетчиков. Асинхронные и синхронные суммирующие, вычитающие и реверсивные двоичные счетчики. Двоичные счетчики с последовательным, сквозным, параллельным и групповым переносами. Функциональные схемы, временные диаграммы работы, сравнительна оценка схем двоичных счетчиков. ИМС двоичных счетчиков в составе ТТЛ, ТТЛШ серий. Счетчики с произвольным модулем счета (K-ичные счетчики). Методика синтеза K-ичных счетчиков с естественным порядком счета, принудительным насчетом и начальной установкой кода. ИМС K-ичных счетчиков.
Сервисные устройства. Схема сравнения кодов (компараторы), схемы контроля четности, преобразователи кодов (прямого двоичного кода в обратный или дополнительный и наоборот, двоичного кода в двоично-десятичный и наоборот, преобразователи для семисегментных индикаторов и др.). ИМС сравнения, контроля четности, преобразования кодов, примеры их включения. Распределители импульсов. Генераторы одиночных импульсов, мультивибраторы, триггеры Шмидта, преобразователи уровней.
Комбинационные арифметико-логические устройства (КАЛУ). Назначение, реализуемые логические функции и функциональная схема КАЛУ. Организация цепей переноса. Логические функции генерации G и распространения P переноса. Назначение, реализуемые логические функции функциональная схема схемы ускоренного переноса (СУП). ИМС КАЛУ и СУП в составе ТТЛ, ТТЛШ серий. Проектирования блоков КАЛУ с использованием ИМС КАЛУ и СУП.
Схемотехника интегральных полупроводниковых запоминающих устройств. Назначение и типы построенных запоминающих устройств (ПЗУ).Структура, функционирование и сравнительная оценка масочных, однократно-программируемых и репрограммируемых ПЗУ. Методика построения модулей постоянной памяти с заданными эксплуатационными характеристиками. ИМС ПЗУ серий К 541, 556, 573. Динамическое питание ИМС ПЗУ. Назначение и типы оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). Запоминающие элементы ОЗУ статического и динамического типов. ИМС статических К 537, К 541 и динамических К 565 серий. Структура, временные диаграммы работы, сравнительная оценка, перспективы развития. Построение модулей ОЗУ с использованием БИС статических и динамических ОЗУ. Способы регенерации информации в динамических ОЗУ. Блоки управления процессом регенерации. Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Особенности структурной и функциональной организации, области применения, примеры схем на ПЛМ, ИМС ПЛМ серий К 556, К 1556. Структура, функциональная организация и назначение многопортовой памяти. ИМС многопортовой памяти.
Блоки умножения, деления. Математические выражения, лежащие в основе построения БИС матричного умножения. Построение матричных умножителей большой размерности из модулей меньшей размерности. БИС матричных умножителей КР 1802 ВР3 - КР 1802ВР5, внутренняя структура, технические характеристики. Аппаратная реализация операции деления в ЦВМ, БИС, реализующие операцию деления (КР 1802 ВР2), внутренняя структура, технические характеристики, примеры синтеза принципиальных схем.
Шинные приемопередатчики. Шинные формирователи, порты ввода-вывода (буферные регистры). Последовательные и параллельные адаптеры. Назначение, внутренняя структура, технические характеристики.
Базовые матричные кристаллы (БМК). Разновидности, назначение, и параметры БМК. Технология изготовления БМК. Понятие библиотеки готовых схемных решений базовых кристаллов. Синтез полузаказных БИС с помощью БМК. Современные перспективы развития средств БМК.
Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых узлов цифровых ЭВМ. Интегральные схемы операционных усилителей и их технические характеристики. Влияние параметров операционных усилителей на точность выполнения математических операций. Элементы внешних цепей решающих усилителей. Резисторные, конденсаторные, диодные матрицы. Интегральные схемы аналоговых ключей, компараторов, мультиплексоров, генераторов. БИС преобразователей аналог-код, код-аналог.
Перспективы развития схемотехники. Основные тенденции развития схемотехники ЭВМ, общие принципы проектирования узлов вычислительных устройств будущих поколений.
Литература
- Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства. – СПб: Питер, 1996. – 600 с.
- Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование интегральных устройств на цифровых интегральных микросхемах: Справочник. – М.: Радио и связь, 1990. – 304 с.
- Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Цифровые устройства: Учебное пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 2004. – 229 с.
- Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. – М.: Радио и связь, 1994, 95. – 160 с.
Проблемно-ориентированные вычислительные системы.
Основные принципы построения и этапы развития многопроцессорных вычислительных систем (МВС).
Архитектура современных систем. Классические микропроцессоры, микро-ЭВМ с традиционной Фон-неймановской архитектурой. Организация вычислительного процесса процедурным методом в классических МВС. Архитектура классической МВС. Архитектура и основные параметры типовых зарубежных супер-ЭВМ и МВС: Cray – 1, Cray-X, Cray-Y фирмы Cray Research; Connection Machine фирмы Thiking Machines Inc; МВС на основе транспьютеров фирмы Inmos. Архитектура и основные параметры отечественных МВС: Супер-ЭВМ «Эльбрус ИТМ и ВТ АН СССР»; «Электроника ССБИС»; «Макроконвейер». Основные положения концепции Фон-Неймана при построении МВС классического типа.
Основные принципы построения проблемно-ориентированных МВС с программируемой архитектурой. Принципы и уровни проблемной ориентации МВС (ПО МВС). Структура макропроцессоров со структурно-процедурным принципом построения. Набор крупных операций для макропроцессоров со структурно-процедурной организацией. Структура МВС с программируемой архитектурой (ПА). Организация принципов программируемости структуры и архитектуры МВС. Макропроцессорная секция, макропроцессор, макрокоммутатор, локальная макропамять МВС с ПА. Структура МВС ПА на основе макропроцессорных секций. Структурная схема макропроцессора. Структурная схема МВС ПА на основе макропроцессоров. Структура проблемно-ориентированных МВС ПА. Архитектура и основные параметры отечественных ПО МВС ПА: Модульная Асинхронная Расширяемая система (МАРС) ВЦ СО АН СССР; ПС – 2000 ПС 3000 ИПУ АН СССР; МВС ТРТУ (МПВК – 020; ПВК – 460). Основные положения концепции программируемой архитектуры.
Проблемно-ориентированные МВС с программируемой архитектурой интегрирующего типа. Проблемы цифрового моделирования и управления в реальном масштабе времени. Представление обыкновенных дифференциальных уравнений в форме уравнений Шеннона. Методы перехода от произвольных систем обыкновенных дифференциальных уравнений к системам уравнений Шеннона. Методы численного интегрирования по Стилтьесу. Структурные схемы цифровых интеграторов. Организация вычислительного процесса структурных методов в ПО МВС, построенных на основе универсальных цифровых интеграторах.
Элементная база МВС с программируемой структурой. Микропроцессорный комплект БИС с программируемой структурой. Макропроцессор с программируемой структурой и универсальным набором крупных операций. Коммутационная система МВС с программируемой структурой. Организация памяти в МВС с программируемой структурой. Первый комплект БИС для МВС ПА и МВС на их основе. Микропроцессоры для цифровой обработки сигналов. Второе и современное поколения микросхем мультипроцессорных систем цифровой обработки сигналов. Однокристальные цифровые сигнальные процессоры. Сигнальные процессоры фирмы Analog Devices. Микропроцессоры цифровой обработки фирмы Texas Instruments.
Принципы организации математического обеспечения МВС с программируемой архитектурой. Основы математического обеспечения МВС ПА. Структура математического обеспечения МВС ПА.
Алгоритмические основы проблемно-ориентированных вычислительных систем цифровой обработки сигналов и изображений. Непрерывные и дискретные сигналы, аналоговые и дискретные фильтры, анализ фильтров. Спектральный анализ. Преобразование Фурье. Дискретное преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье (БПФ). Быстрое преобразование Фурье с прореживанием по времени. Быстрое преобразование Фурье с прореживанием по частоте. Применение БПФ.
Проблемно-ориентированные МВС с программируемой архитектурой для цифровой обработки сигналов и изображений. Матрично-потоковые МВС. Основные операции систем обработки сигналов и изображений. Структура вычислителей на основе систем с поразрядной обработки. Специализированные микропроцессоры цифровой обработки.
Перспективы и тенденция развития проблемно-ориентированных МВС.
Литература
Золотовский В.Е., Гузик В.Ф. Проблемно-ориентированные вычислительные системы цифровой обработки сигналов. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004.
- Гузик В.Ф., Золотовский В.Е. Проблемно-ориентированные высокопроизводительные вычислительные системы. 2-е изд. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003.
- Золотовский В.Е. Арифметические и алгоритмические основы проблемно-ориентированных вычислительных систем. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003.
Системы искусственного интеллекта и нейрокомпьютеры.
Нейрокомпьютеры. Их классификация. Структура акселераторных и сетевых нейрокомпьютеров.
Нервные клетки. Функция возбуждения нервных клеток. Межспайковые интервалы, порог, мембранный потенциал. Адаптивные свойства нервной ткани и ее зависимость от величины порога нейрона.
Нейроэлементы. Формальные, градуальные и динамические нейроны. Их отличие друг от друга. Методы аппроксимации входных и выходных спайков. Микропроцессорная реализация нейроэлементов. Трудности такой реализации.
Нейропроцессоры. Их работа в режиме интегрирующего и дифференцирующего устройств. Нейропроцессор как распознающее устройство. Ввод в него значений признаков распознаваемых объектов.
Нейропроцессорные ансамбли. Адаптивные нейроансамбли. Зависимость режимов их работы от значений параметров адаптации 1 и 2, включая неадаптивный режим.
Нейропроцессорные сети. Метод синтеза нейропроцессорных вычислительных сетей, ориентированных на решение систем линейных алгебраических уравнений. Самооптимизация в вычислительных нейропроцессорных сетях.
Перцептроны. Дельта-правило обучения однослойного перцептрона и его отличие от алгоритмов обучения многослойных перцептронов.
Системы продукций. Структура систем продукций.
Деревья И/ИЛИ-типа. Поиск на И/ИЛИ-деревьях. Переборы в глубину и в ширину. Списки «Открыт», «Закрыт». Процедуры разметки и подрезки деревьев.
Конфликтные игры. Минимаксная процедура организации конфликтных игр. Неполное дерево игры. Альфа–бета-процедура.
Игровые автоматы. Структура игрового автомата. Система, предназначенная для восприятия информации о внешней среде.
Интеллектный мобильный робот (МР). Формализация задач решаемых мобильным роботом. Бионический метод адаптивного управления роботами. Параметры, характеризующие среду функционирования мобильного робота.
Литература
Чернухин Ю.В. Искусственный интеллект и нейрокомпьютеры. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997. – 273 с.