Учебно-методический комплекс по дисциплине моделирование (название)
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Кузьмин Леонид Юрьевич, к т. н., профессор учебно-методический комплекс, 1040.48kb.
- Л. Л. Гришан Учебно-методический комплекс по дисциплине «Аудит» Ростов-на-Дону, 2010, 483.53kb.
- И. Л. Литвиненко учебно-методический комплекс по дисциплине международный туризм ростов-на-Дону, 398.8kb.
- Учебно- методический комплекс по дисциплине (название) Базы данных, 566.19kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «Юридическая психология специальность «Юриспруденция», 970.99kb.
- Е. М. Левченко учебно-методический комплекс по дисциплине «управленческие решения», 181.01kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине История новейшего времени (название), 210.33kb.
- О. А. Миронова учебно-методический комплекс по дисциплине «основы таможенного дела», 679.3kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине Информатика (название дисциплины), 1875.2kb.
- Онсфоктор Елена Леонидовна Тимирьянова Венера Маратовна Экономика и организация оптово-посреднических, 589.99kb.
1 2
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ”
(МИИТ)
| | УТВЕРЖДАЮ: |
| | Проректор по учебно-методической работе – директор РОАТ |
| | _____________Апатцев В.И. (название института, подпись, Ф.И.О.) |
| | «_____»______________ 20 г. |
Кафедра______________ Вычислительная техника________________________
(название кафедры)
Автор Ермаков А.Е., к.т.н., доцент_____________________________________
(ф.и.о., ученая степень, ученое звание)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Моделирование
(название)
__________________________________________________________________
Специальность/направление:_230101.65 (ЭВМ)_________________
(код, наименование специальности /направления)
___________________________________________________________________
| Утверждено на заседании Учебно-методической комиссии РОАТ Протокол №____2____ «_20_» _января______ 2011___ г Председатель УМК______Горелик А.В. (подпись, Ф.И.О.) | Утверждено на заседании кафедры Протокол №__27___ «_18_» _ января___ 2011__ г. Зав. кафедрой __________Горелик В.Ю. (подпись, Ф.И.О.) |
Москва 2011 г.
Автор-составитель:
Канд. тех. наук, доц. А.Е.Ермаков
Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки уровню подготовки специалистов уровню подготовки инженера по специальности 230101.65 (ЭВМ).
Дисциплина входит в компонент специальных дисциплин для специальности ЭВМ и является обязательной для изучения.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ”
(МИИТ)
| СОГЛАСОВАНО: | УТВЕРЖДАЮ: |
| Выпускающая кафедра “Вычислительная техника” | Проректор по учебно-методической работе – директор РОАТ |
| Зав. кафедрой _________Горелик В.Ю. (подпись, Ф.И.О.) | _____________Апатцев В.И. (название института, подпись, Ф.И.О.) |
| «_____»______________ 20 г. | «_____»______________ 20 г. |
Кафедра______________ Вычислительная техника________________________
(название кафедры)
Автор ___Ермаков А.Е., к.т.н., доцент__________________________________
(ф.и.о., ученая степень, ученое звание)
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Моделирование
(название)
__________________________________________________________________
Специальность/направление:_230101.65 (ЭВМ)__________________
(код, наименование специальности /направления)
___________________________________________________________________
| Утверждено на заседании Учебно-методической комиссии РОАТ Протокол №___2___ «_20_» _января_ 2011_ г Председатель УМК ______________Горелик А.В. (подпись, Ф.И.О.) | Утверждено на заседании кафедры Протокол №__27__ «_18_» _января___ 2011_ г. Зав. кафедрой __________Горелик В.Ю. (подпись, Ф.И.О.) |
Москва 2011 г.
Программа составлена в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальности 230101.65 (ЭВМ).
Составил: канд. тех. наук, доц. А.Е.Ермаков
1. ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины “Моделирование” является изучение студентами средств моделирования и моделей, используемых в процессе проектирования вычислительных систем (ВС) на разных стадиях детализации проекта.
В рамках дисциплины рассматриваются основные понятия теории моделирования, классификация методов моделирования, формализация и алгоритмизация процессов обработки информации, инструментальные средства и языки моделирования, методы моделирования систем информатики, вычислительных систем и сетей.
Дисциплина связана с предшествующими дисциплинами: “Информатика”, “Высшая математика”, “Организация ЭВМ, комплексов и систем”, “Периферийные устройства”.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Изучив дисциплину, студент должен:
2.1. Знать и уметь использовать:
1. Основные понятия моделирования и теории подобия;
2. Теоретические положения и методики экспериментальных исследований, используемых для построения математических моделей;
3. Математические модели вычислительных систем;
4. Прикладные пакеты программ для моделирования ВС на разных стадиях детализации проекта.
2.2. Приобрести навыки:
1. Разработки моделей вычислительных систем на разных стадиях детализации проекта;
2. Планирования эксперимента с моделями ВС;
3. Обработки результатов моделирования.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
| Вид учебной работы | Количество часов по формам обучения | ||
| Очная | Очно-заочная | Заочная | |
| №№ семестров | | | |
| Аудиторные занятия: | | | 20 |
| Лекции | | | 12 |
| Практические и семинарские занятия | | | - |
| Лабораторные работы (лабораторный практикум) и т.д. | | | 8 |
| Индивидуальные занятия | | | |
| Самостоятельная работа | | | 120 |
| ВСЕГО ЧАСОВ НА ДИСЦИПЛИНУ | | | 140 |
| Текущий контроль (вид текущего контроля и количество, №№ семестров) | | | |
| Контрольная работа (№ семестра) | | | 5 курс |
| Виды промежуточного контроля (экзамен, зачет) - №№ семестров | | | Зачет -1 Экзамен -1 |
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Форма обучения – заочная
| Названия разделов и тем | Всего часов по учебному плану | Виды учебных занятий | Индив. занятия | Самостоят. работа | ||
| Аудиторные занятия, в том числе | ||||||
| Лекции | Практ. занятия, семинары | Лаб. работы (практикумы) | ||||
| Раздел 1. Общие вопросы теории моделирования | ||||||
| 1. Объект и его модель. Основные понятия теории моделирования. Классификация видов моделирования вычислительных систем (ВС). Методы реализации моделей (аналоговые, численные, аналитические, имитационные). Использование моделирования при проектировании и эксплуатации ВС | | 1 | | | | 8 |
| 2. Основные понятия теории подобия. Соответствие между объектом и его моделью. Способы представления моделей. Коэффициенты и критерии подобия. Оценка точности и достоверности результатов моделирования | | 1 | | | | 8 |
| Раздел 2. Прикладные пакеты программ для моделирования ВС | ||||||
| 1. Современные средства описания ВС. Язык моделирования стохастических систем GPSS. Язык описания аппаратуры HDL. Языки высокого уровня VHDL и Verilog. Язык микроопераций. Аппарат теории булевых функций. | | 2 | | | | 8 |
| 2. Декомпозиция вычислительных систем на операционный и управляющий блоки согласно принципам акад. В.М.Глушкова. Пакет программ StateCAD для построения и моделирования граф-схем переходов управляющих и операционных автоматов (State Machines). | | 2 | | 4 | | 8 |
| 3. Пакет программ MicroSim Design Lab для моделирования вычислительных устройств. | | 2 | | 4 | | 30 |
| Раздел 3. Моделирование процессов обработки информации | ||||||
| 1. Понятие информационного процесса (ИП). Понятие сигнала. Детерминированные математические модели ИП. Теоретико-вероятностные модели ИП. Сигналы и их математические модели. Количественная оценка сигнала. | | 1 | | | | 8 |
| 2. Модели каналов связи. Модели процесса передачи информации. Модели процессов обработки информации. Модели процессов хранения и поиска информации. Модели представления информации. | | 1 | | 2 | | 10 |
| Раздел 4. Аналитическое моделирование ВС | ||||||
| 1. Потоки заявок. Простейший поток. Пуассоновский поток. Эрлянговский поток. Марковские модели. Уравнение Колмогорова для вероятностей состояний. | | | | | | 10 |
| 2. Характеристики ВС как систем массового обслуживания (СМО). Коэффициент загрузки. Число заявок в СМО. Длина очереди. Время реакции. Многомерный поток. Многоканальная СМО. Потоки обслуживания. Системы с отказами. Методы приближенной оценки характеристик ВС. Характеристики ВС как стохастических сетей. | | | | 4 | | 10 |
| Раздел 5. Имитационное моделирование ВС | ||||||
| 1. Общие вопросы имитационного моделирования. Построение моделей сложных систем. Составление содержательного описания объекта моделирования. Разработка концептуальной модели объекта моделирования. Формализация объекта моделирования. | | 1 | | | | 10 |
| 2. Программа имитационного моделирования GPSS World. Программирование и отладка имитационной модели. Процедура имитационного моделирования. Методы определения характеристик ВС. Метод повторных экспериментов. Методы генерации случайных величин и последовательностей. | | 1 | | | | 10 |
5. Лабораторные работы (лабораторный практикум)
| №№ названия разделов и тем | Цель и содержание лабораторной работы | Результаты лабораторной работы |
| Лабораторная работа № 1. | ||
| Раздел 2. Моделирование граф-схем переходов в управляющих и операционных блоках с помощью пакета StateCAD | Приобретение навыков моделирования граф-схем переходов управляющего блока | Граф-схемы переходов |
| Лабораторная работа № 2. | ||
| Раздел 2. Моделирование цифровых и аналого-цифровых блоков ВС с помощью пакета MicroSim Design Lab | Приобретение навыков моделирования операционного блока ВС | Электрическая схема и временные диаграммы работы операционного блока |
6. Тематика контрольных работ и методические указания по их выполнению
Студенты выполняют 1 контрольную работу, которая посвящена моделированию арифметико-логического устройства ВС.
Пояснительная записка должна включать в себя электрические схемы АЛУ, выполненные по схеме с ускоренным и последовательным переносом, временные диаграммы работы, таблицы с временами задержки распространения сигнала при минимальных, типовых и максимальных задержках логических элементов, выводы.
Примерный объем пояснительной записки составляет 10…15 страниц.
7. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
| Разделы и темы для самостоятельного изучения | Виды и содержание самостоятельной работы |
| Объект и его модель. Основные понятия теории моделирования. Классификация видов моделирования вычислительных систем (ВС). Методы реализации моделей (аналоговые, численные, аналитические, имитационные). Использование моделирования при проектировании и эксплуатации ВС | Проработка учебного материала |
| Основные понятия теории подобия. Соответствие между объектом и его моделью. Способы представления моделей. Коэффициенты и критерии подобия. Оценка точности и достоверности результатов моделирования | Проработка учебного материала |
| Современные средства описания ВС. Язык моделирования стохастических систем GPSS. Язык описания аппаратуры HDL. Языки высокого уровня VHDL и Verilog. Язык микроопераций. Аппарат теории булевых функций. | Проработка учебного материала |
| Декомпозиция вычислительных систем на операционный и управляющий блоки согласно принципам акад. В.М.Глушкова. Пакет программ StateCAD для построения и моделирования граф-схем переходов управляющих и операционных автоматов (State Machines). | Проработка учебного материала. Выполнение заданий по лабораторной работе |
| 3. Пакет программ MicroSim Design Lab для моделирования вычислительных устройств. | Проработка учебного материала. Выполнение заданий по контрольной работе |
| 1. Понятие информационного процесса (ИП). Понятие сигнала. Детерминированные математические модели ИП. Теоретико-вероятностные модели ИП. Сигналы и их математические модели. Количественная оценка сигнала. | Проработка учебного материала. |
| 2. Модели каналов связи. Модели процесса передачи информации. Модели процессов обработки информации. Модели процессов хранения и поиска информации. Модели представления информации. | Проработка учебного материала |
| 1. Потоки заявок. Простейший поток. Пуассоновский поток. Эрлянговский поток. Марковские модели. Уравнение Колмогорова для вероятностей состояний. | Проработка учебного материала. |
| 2. Характеристики ВС как систем массового обслуживания (СМО). Коэффициент загрузки. Число заявок в СМО. Длина очереди. Время реакции. Многомерный поток. Многоканальная СМО. Потоки обслуживания. Системы с отказами. Методы приближенной оценки характеристик ВС. Характеристики ВС как стохастических сетей. | Проработка учебного материала. |
| 1. Общие вопросы имитационного моделирования. Построение моделей сложных систем. Составление содержательного описания объекта моделирования. Разработка концептуальной модели объекта моделирования. Формализация объекта моделирования. | Проработка учебного материала. |
| 2. Программа имитационного моделирования GPSS World. Программирование и отладка имитационной модели. Процедура имитационного моделирования. Методы определения характеристик ВС. Метод повторных экспериментов. Методы генерации случайных величин и последовательностей. | Проработка учебного материала. |
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Литература
Основная:
- Бибило П.Н. Системы проектирования интегральных схем на основе языка VHDL. – М.: Солон-пресс, 2005. – 384 с.
- Бибило П.Н., Авдеев Н.А. VHDL. Эффективное использование при проектировании цифровых систем. – М.: Солон-пресс, 2006. – 344 с.
- Сабунин А. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств. – М.: Солон-пресс, 2009. – 432 с.
- Болотовский Ю.И., Таназлы Г.И. ORCAD 9.x ORCAD 10.x. Практика моделирования. – М.: Солон-пресс, 2008. – 208 с.
- Суходольский В.Ю. Altium Designer. Проектирование функциональных узлов РЭС на печатных платах. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 480 с.
- Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум. – М.: Высшая школа, 2009. – 296 с.
- Емельянов В.В., Ясиновский С.И. Имитационное моделирование систем. – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. – 584 с.
Дополнительная
- Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 348 с.
- Кудрявцев Е.М.GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. - М.: ДМК Пресс, 2004. - 317 с.
- Лоу А.М. Имитационное моделирование. - СПб.: Питер, 2004. - 846 с.
- Перельройзен Е.З. Проектируем на VHDL/ Е.З. Перельройзен. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2004. - 443 с.
9. Материально-техническое и/или информационное обеспечение дисциплины
1. Персональный компьютер. Программное обеспечение: пакет StateCAD, пакет программ MicroSim Design Lab, GPSS World.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Успешное освоение дисциплины предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной, повседневной работы.
Изучение дисциплины следует начинать с проработки рабочей программы, особое внимание, уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.
2. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
2.1. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ ПРОГРАММНЫХ материалов
Самостоятельная работа студентов по изучению программных материалов является основным видом учебных занятий по дисциплине “ Методы и средства защиты компьютерной информации”.
Умение самостоятельно работать необходимо не только для успешного овладения курсом обучения, но и для творческой деятельности в учреждениях, учебных заведениях. Следовательно, самостоятельная работа является одновременно и средством, и целью обучения.
Основными видами самостоятельной работы студентов по курсу дисциплины являются:
- работа на лекциях;
- выполнение практических заданий;
- выполнение контрольной работы;
- самостоятельная работа над учебными материалами с использованием конспектов и рекомендуемой литературы;
- групповые и индивидуальные консультации;
- подготовка к экзамену.
На лекциях излагаются лишь основные, имеющие принципиальное значение и наиболее трудные для понимания и усвоения теоретические и практические вопросы.
Теоретические знания, полученные студентами на лекциях и при самостоятельном изучении курса по литературным источникам, закрепляются при выполнении лабораторных и контрольных работ.
Целями проведения лабораторных занятий являются:
- обучение студентов умению использовать имеющиеся шаблоны оформления;
- контроль самостоятельной работы студентов по освоению курса;
- обучение навыкам профессиональной деятельности.
При выполнении контрольной работы обращается особое внимание на выработку у студентов умения пользоваться научно-технической литературой, грамотно выполнять и оформлять документацию.
Текущая работа над учебными материалами представляет собой главный вид самостоятельной работы студентов. Она включает обработку конспектов лекций путем систематизации материала, заполнения пропущенных мест, уточнения схем и выделения главных мыслей основного содержания лекции. Для этого используются имеющиеся учебно-методические материалы и другая рекомендованная литература.
Просмотрите конспект сразу после занятий, отметьте материал конспекта лекций, который вызывает затруднения для понимания. Попытайтесь найти ответы на затруднительные вопросы, используя рекомендуемую литературу.
Работу с литературой рекомендуется делать в следующей последовательности: беглый просмотр (для выбора глав, статей, которые необходимы по изучаемой теме); беглый просмотр содержания и выбор конкретных страниц, отрезков текста с пометкой их расположения по перечню литературы, номеру страницы и номеру абзаца; конспектирование прочитанного.
Регулярно отводите время для повторения пройденного материала, проверяя свои знания, умения и навыки по контрольным вопросам.
Если самостоятельно не удалось разобраться в материале, сформулируйте вопросы и обратитесь за помощью к преподавателю на консультации.
На групповых и индивидуальных консультациях студенты завершают уточнение учебных материалов применительно к подготавливаемым мероприятиям (зачет, выполнение курсовой работы и др.).
Подготовка к зачету и экзамену осуществляется студентами самостоятельно.
Задание на контрольную работу с методическими указаниями
1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Контрольная работа выполняется на листах формата А4. На титульном листе должны быть указаны данные студента и его учебный шифр.
Для выполнения контрольной работы необходимо:
- изучить методические указания и рекомендуемую литературу;
- определить свой вариант задания;
- с помощью графического редактора Schematics ввести электрическую схему АЛУ и распечатать ее;
- с помощью редактора входных воздействий Stimulus Editor задать необходимые генераторы входных воздействий;
- смоделировать работу АЛУ с помощью программы Pspice A_D;
- с помощью графического постпроцессора Probe проанализировать полученные результаты моделирования и распечатать их;
- оформить отчет по контрольной работе.
В контрольной работе должны быть выполнены все пункты задания, которое приводится в начале работы. Контрольные работы, не соответствующие указанным требованиям, возвращаются студенту без рецензии.
2. Задание на контрольную работу
С помощью пакета программ MicroSim DesignLab (студентческая версия) смоделировать работу арифметико-логического устройства (АЛУ) ЭВМ, построенного по схеме с последовательным и ускоренным переносом. Серия микросхем и число разрядов АЛУ определяется по табл. 1.
Таблица 1. Варианты задания на контрольную работу
-
Цифра шифра
Серия микросхем
Число разрядов АЛУ
0
К133 (74H)
16
1
К134 (74L)
14
2
К155 (7400)
12
3
К531 (74S)
10
4
К555 (74LS)
12
5
К1531 (74F)
14
6
К1533 (74ALS)
16
7
К561 (74AC)
14
8
К1561 (74HC)
12
9
К1554 (74HCT)
10
Примечание. По последней цифре шифра определяется серия микросхем, на которых будет строиться АЛУ, а по предпоследней цифре – число разрядов АЛУ.
С помощью созданной модели АЛУ определить:
- Время задержки распространения сигнала от входов до выходов при выполнении арифметической операции
;
- Время задержки распространения сигнала от входов до выходов при выполнении логической операции
.
Для арифметических операций в качестве операнда А необходимо использовать учебный шифр студента, представленный в двоичном коде, а в качестве операнда В – обратный код операнда А (
). При этом на вход переноса АЛУ должны быть поданы прямоугольные импульсы с частотой 5 МГц. Для логической операции операнд А остается без изменения, а на входы В АЛУ сначала подать все нули, а затем все единицы. Сравнить полученные результаты моделирования для двух схем. Анализ работы АЛУ провести при трех значениях задержек распространения сигналов: минимальных, типовых и максимальных.
3. Методические указания к выполнению контрольной работы.
3.1. Ввод электрических схем в редакторе Schematics
Ввод электрической схемы АЛУ осуществляется с помощью графического редактора Schematics, вызов которого производится из главного меню команд операционной системы Windows. После загрузки программы на монитор выводится основной экран редактора (рис.1)
Окно редактора имеет стандартный вид, принятый для программ, функционирующих под управлением Windows. В строке заголовка отображается имя программы и имя файла, в котором должна быть сохранена схема. Если схема не сохранена, то моделирование выполняться не будет. Строка меню и панели инструментов предназначены для ввода и редактирования электрических схем. В нижней части окна расположена строка состояния, в которой отображаются: текущее положение курсора, активная команда и краткое ее описание.
Ввод и редактирование схем рекомендуется проводить в следующей последовательности.
1. Настройка конфигурации редактора.
По команде File/New создается новый файл. Затем по команде Options/Page Size устанавливается размер листа схемы (рекомендуется установить формат А4). По команде Options/Editor Configuration/Page Settings/ Border Symbol на чертеже схемы наносится изображение рамки, соответствующей выбранному формату. Для нанесения угловых штампов, стандартных надписей используется команда Options/Editor Configuration/ Title Block Symbol.
Размер схемы и систему единиц можно изменять на любой стадии работы со схемой .
По команде Options/Display Options устанавливается шаг координатной сетки (Grid Spacing). Рекомендуется шаг 2,5 мм или 0,1 дюйма. При этом необходимо убедиться, что включен режим привязки графических объектов к узлам сетки (Stay on Grid).
Редактирование настроек производится в диалоговом окне этой команды. Параметры, имеющие числовые значения, редактируются после установки на них курсора с клавиатуры, а параметры, которые могут принимать значения On (включен) или Off (выключен) - мышкой. В заключении необходимо щелкнуть по кнопе ОК для запоминания выполненных настроек или кнопки Cancel - для отмены.
2. Ввод символов компонентов осуществляется по команде Draw/Get New