Введение в специальность

Вид материала

Содержание

Е.А. Шестаков
Кафедра электронных вычислительных машин и систем
Рекомендована к утверждению в качестве типовой
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.113-98.
Пояснительная записка
СОДЕРЖАНИЕ дисциплины
Раздел 1. Информация. Алгоритмы и программы.
Раздел 2. Принципы построения
Раздел 3. Характеристики и классификация ЭВМ
Раздел 4. Технические и программные средства ЭВМ
Раздел 5. Роль ЭВМ в научно-техническом прогрессе
Раздел 6. Основные направления деятельности инженеров-системотехников по ЭВМ, системам
Раздел 7. Паспорт специальности І-40 02 01
Раздел 8. Современные тенденции развития средств
Г.И. Алексеев
Кафедра электронных вычислительных машин и систем
Рекомендована к утверждению в качестве типовой
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.113-98.
Пояснительная записка
Содержание дисциплины
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-40-021/тип.

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

И.В. Лукьянова, ст. преподаватель кафедры электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

П.Н. Бибило, заведующий лабораторией логического проектирования Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук;

Е.А. Шестаков, старший научный сотрудник лаборатории идентификации систем Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, кандидат технических наук;

Кафедра электронных вычислительных машин и систем Учреждения образования «Брестский государственный технический университет» (протокол № 7 от 18.06.2002 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 26 от 25.02.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлению І-40 Вычислительная техника УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 02.07.2002 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.113-98.

Ответственный за редакцию: Т.Н. Крюкова

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Введение в специальность» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.113-98 для специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является ознакомление с будущей специальностью, введение в круг идей и методов электронной вычислительной техники, ознакомление с характером будущей профессиональной деятельности инженера-системотехника по электронным вычислительным машинам, системам и сетям.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

исторические аспекты развития вычислительной техники;
основные устройства, входящие в состав ЭВМ, их назначение и характеристики, способы представления информации в ЭВМ;
принципы структурной и функциональной организации ЭВМ, основные области применения ЭВМ;
перспективы развития вычислительной техники.

Дисциплина «Введение в специальность» опирается на курс средней школы «Информатика и вычислительная техника», является его дальнейшим развитием и обобщением.

Дисциплина «Введение в специальность» связана с последующими дисциплинами: «Арифметические и логические основы вычислительной техники», «Структурная и функциональная организация ЭВМ», «Периферийные устройства ЭВМ».

Общий объем – 30 часов. Из них 17 часов лекций и 13 часов самостоятельной работы.

В качестве формы самостоятельной работы рекомендуется написание реферата по актуальным проблемам вычислительной техники.

СОДЕРЖАНИЕ дисциплины

Введение. Краткая история развития вычислительной техники и ее сегодняшнее состояние

Домеханический этап развития средств счета. Абак и принципы счета на нем.

Механические счетные машины. Их основные особенности и принципы работы. Проект первой счетной машины В. Шиккарда. Суммирующие машины Б. Паскаля. Арифметические машины Г. Лейбница. Счетная машина Е. Якобсона – первая в России. Разностная и аналитическая машина Ч. Беббиджа.

Электромеханические счетные машины. Их основные особенности и принципы действия.

Релейные вычислительные машины – предвестники ЭВМ.

Зарождение и эволюция электронных вычислительных машин. Проект первой ЭВМ Дж. Атанасова. Первая в мире ЭВМ –«ЭНИАК». ЭВМ «ЭДВАК» - первая ЭВМ с хранимой программой, прообраз современных ЭВМ. Первая советская ЭВМ - МЭСМ.

Поколения ЭВМ. Принцип разделения ЭВМ на поколения по элементной базе. Хронология поколений ЭВМ. Характерные особенности и типичные представители ЭВМ каждого поколения.

ЭВМ общего назначения, проблемно-ориентированные и специализированные ЭВМ. Мини- и микроЭВМ. Персональные ЭВМ.

Раздел 1. Информация. Алгоритмы и программы.

Алгоритмические языки

Понятие информации. Формы представления информации. Способы представления информации.

Понятие алгоритма. Способы описания алгоритмов. Понятие оператора как отдельного действия алгоритма. Типы операторов. Понятие предиката.

Последовательность выполнения алгоритма. Понятие вычислительного процесса. Программа как машинно-ориентированная форма записи алгоритма. Трансляция программы как способ ее преобразования к машинной форме.

Системы счисления. Способы перевода чисел из одной системы счисления в другую. Двоичная система счисления и обоснование ее использования в ЭВМ. Представление числовой и символьной информации в ЭВМ. Кодирование числовой информации. Представление чисел в естественной и нормальной форме. Алгоритмы выполнения арифметических операций.

Раздел 2. Принципы построения

и функционирования ЭВМ

Понятие архитектуры и структуры ЭВМ. Разновидности архитектуры ЭВМ: фон-неймановская, гарвардская.

Минимальный состав ЭВМ: память, процессор, устройство управления, устройства ввода-вывода. Структура ЭВМ простейшего типа.

Память ЭВМ. Принципы ее построения. Понятие ячейки, адреса и слова памяти.

Последовательность этапов выполнения команды в ЭВМ. Взаимодействие процессора и оперативной памяти в процессе выполнения команд программы.

Принцип программного управления.

Раздел 3. Характеристики и классификация ЭВМ

Понятие операционных ресурсов ЭВМ как совокупности способа представления информации в ЭВМ и системы команд ЭВМ. Способы адресации. Состав системы команд ЭВМ.

Емкость памяти ЭВМ. Быстродействие и производительность ЭВМ и способы их увеличения.

Классификация ЭВМ по режимам функционирования. Однопрограммные и мультипрограммные ЭВМ. Режим разделения времени. Диалоговый (интерактивный) режим и режим «запрос-ответ».

Раздел 4. Технические и программные средства ЭВМ

Центральные устройства: процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода. Их назначение и характеристики.

Периферийные устройства ЭВМ: внешние запоминающие устройства, устройства ввода-вывода, устройства связи ЭВМ с оператором.

Программное обеспечение (ПО). Классификация ПО: системное программное обеспечение (СПО), прикладное программное обеспечение (ППО). Назначение системного программного обеспечения ЭВМ, основные функции. Структура СПО и назначение его основных компонентов. Операционные системы и их функции. Пакеты прикладных программ и их назначение.

Раздел 5. Роль ЭВМ в научно-техническом прогрессе

и народном хозяйстве страны

ЭВМ в научной и инженерной деятельности. Автоматизация экспериментальных исследований. Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ). Системы автоматизации проектирования (САПР). Роль ЭВМ в планировании и управлении производством. Автоматизированная система управления предприятием (АСУП). Роль ЭВМ в автоматизации производственных и технологических процессов. Автоматизированные системы управления (АСУ) и гибкие автоматизированные производства (ГАП).

Применение ЭВМ в энергетике, на транспорте, в здравоохранении, городском хозяйстве, банковском деле, сфере обслуживания, обучении и т.п. Интернет. Перспективы расширения областей применения ЭВМ.

Раздел 6. Основные направления деятельности инженеров-системотехников по ЭВМ, системам

и сетям. Инженерная подготовка

специалистов по ЭВМ

Программирование прикладных задач на ЭВМ и системное программирование. Производство ЭВМ. Технология производства ЭВМ. Сборка и наладка ЭВМ. Контроль и диагностика ЭВМ. Проектирование управляющих, контролирующих и измерительных систем на базе микропроцессорных средств.

Раздел 7. Паспорт специальности І-40 02 01

Что должен знать и уметь специалист по вычислительным машинам, системам и сетям. Формирование мировоззрения инженера. Фундаментальная инженерная подготовка, конструкторско-технологическая и специальная инженерная подготовка.

Раздел 8. Современные тенденции развития средств

вычислительной техники

Совершенствование элементной базы на основе новых материалов и новых технологий. Развитие новых принципов передачи и обработки данных на основе оптических методов.

Создание вычислительных сетей. Объединение средств вычислительной техники со средствами связи. Создание цифровых интегральных сетей связи. Создание распределенных баз данных для вычислительных сетей.

Создание баз знаний, экспертных систем, систем искусственного интеллекта.

ЭВМ пятого поколения и их основные черты.

Литература

Майоров С.А., Новиков Г.И. Электронные вычислительные машины: Введение в специальность: Учеб. пособие для вузов.- М.: Высш. шк., 1982.
Основы компьютерной грамоты /А.Н. Жигарев, Н.В Макарова, М.А. Путинцева: Под общ. ред. Н.В. Макаровой.- Л.: Машиностроение, 1988.
Тадао О. Компьютеры: Пер. с яп. – Баку: Азернешр, 1987.
Растригин Л.А. Вычислительные машины, системы и сети. - М.: Наука, 1982.
Перегудов М.А., Халамайзер А.Я. Бок о бок с компьютером. –М.: Высш. шк., 1987.
Бильдюкевич Е.В., Гурачевский В.Л., Шушкевич С.С. ЭВМ и микропроцессор. – Мн.: Народная асвета, 1990.
Скляров В.А. Программное и лингвистическое обеспечение персональных ЭВМ. Системы общего назначения. – Мн.: Высш. шк., 1992.
Вишняков В.А., Петровский А.А. Системное обеспечение микроЭВМ. – М.: Высш. шк., 1990.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-40-022/тип.

СХЕМОТЕХНИКА

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

В.С. Тимошенко, доцент кафедры электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

Н.И. Мурашко, заведующий лабораторией системотехники Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, кандидат технических наук;

Г.И. Алексеев, заведующий лабораторией автоматического ввода информации Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук;

Кафедра электронных вычислительных машин и систем Учреждения образования «Брестский государственный технический университет» (протокол № 7 от 18.06.2002 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 27 от 04.03.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлению І-40 Вычислительная техника УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 02.07.2002 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.113-98.

Ответственный за редакцию: Т.Н. Крюкова

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа дисциплины «Схемотехника» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.113-98 для специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети. Она предусматривает лекции, курс лабораторных работ, практические занятия и написание курсового проекта, а также самостоятельное углубление знаний по отдельным вопросам.

Целью изучения дисциплины является получение знаний по следующим разделам:

Схемотехника логических полупроводниковых и оптоэлектронных элементов вычислительных машин, систем и сетей;
Схемотехника триггерных схем и элементов, ячеек памяти запоминающих устройств;
Схемы операционных узлов и устройств ЭВМ;
Схемотехника устройств обработки и преобразования аналоговых сигналов;
Схемы генераторов электронных колебаний;
Схемотехника новых приборов и компонентов.

Задачей дисциплины является получение знаний о принципах работы, расчета параметров и схемотехнического проектирования элементов, узлов и устройств ЭВМ, особенностей их применения.

В результате изучения курса студент должен:

знать:

- схемы элементов, узлов и устройств современных вычислительных машин, систем и сетей;

уметь:

- выбирать тип элементов и узлов для проектирования различных устройств вычислительных машин, систем и сетей на основе анализа параметров и характеристик элементов, узлов и технических условий на проектируемые схемы, уметь анализировать и синтезировать схемы различной сложности;

иметь навыки измерения параметров, поиска неисправностей, испытания устройств ЭВМ и средств сопряжения.

Программа рассчитана на объем 153 учебных часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 85 часов, лабораторных работ - 51 час, практических занятий - 17часов.

По дисциплине предусмотрен курсовой проект. Для выполнения курсового проекта аудиторные часы не отводятся.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении дисциплин: «Основы теории электрических цепей», «Электроника и микроэлектроника», «Физика» и «Высшая математика».

Знания, полученные в результате изучения дисциплины «Схемотехника», используются при курсовом и дипломном проектировании, а также при изучении дисциплин: «Системотехника», «Периферийные устройства ЭВМ», «Микропроцессорные средства и системы».

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Роль вычислительной техники в ускорении научно-технического прогресса. Задачи и содержание дисциплины, краткий очерк развития схемотехники ЭВМ. Основные определения (элементы ЭВМ, средние, большие, сверхбольшие интегральные схемы, серии средних интегральных схем и др. ). Типы сигналов. Способы определения информации.

Классификация, характеристики и параметры элементов ЭВМ.

Классификация элементов ЭВМ и основные определения.

Характеристики логических элементов: входная и выходная, амплитудная, передаточная. Статические и динамические параметры: помехоустойчивость, параметры, учитывающие как статистику, так и динамику, надежность и стоимость ИС.

Раздел 1. Схемотехника логических элементов ЭВМ

Тема 1.1. Основы схемотехники цифровых интегральных схем потенциального типа

Диодно-транзисторная логика: схемы, назначение компонентов, принцип работы, определение потенциалов в различных точках схем, параметры, характеристики, временные диаграммы, область применения.

Транзисторно-транзисторная логика: схемы, назначение компонентов, принцип работы, определение потенциалов в различных точках схем, параметры, характеристики, временные диаграммы, область применения.

Транзисторно-транзисторные элементы, связанные эмиттерами (ЭСЛ-элементы): схемы, назначение компонентов, принцип работы, определение потенциалов в различных точках схем, параметры, характеристики, временные диаграммы, область применения.

Инжекционная интегральная схемотехника: схемы, назначение компонентов, принцип работы, определение потенциалов в различных точках схем, параметры, характеристики, временные диаграммы, область применения.

Схемотехника на полевых транзисторах: основные параметры и характеристики металл-диэлектрик-полупроводниковых транзисторов (МДП-транзисторов). Инверторы на МДП-транзисторах с линейной, квазилинейной, нелинейной и токостабилизирующей нагрузками. Инверторы на кремниевых МДП-транзисторах (КМДП-транзисторах). Логические элементы (ЛЭ) на полевых МДП-транзисторах с одним типом проводимости: схемы, назначение компонентов, принцип работы, определение потенциалов в различных точках схем, параметры, характеристики, временные диаграммы, область применения. Логические элементы на комплементарных КМДП-транзисторах: схемы, назначение компонентов, принцип работы, определение потенциалов в различных точках схем, параметры, характеристики, временные диаграммы, область применения. Преобразователи уровней. Способы согласования элементов.

Тема 1.2. Схемотехника оптоэлектронных элементов

Физические основы использования элементов вычислительных систем и сетей в оптическом диапазоне. Источники излучения. Приемники излучения. Оптроны и оптоэлектронные микросхемы.

Раздел 2. Схемотехника триггерных схем

Основные понятия. Классификация триггеров. Обобщенная схема триггера. Классификация и основные параметры. Способы задания функционирования триггеров. Таблица переходов триггеров. Структура, обозначение, характеристическое уравнение триггеров. Синхронные одноступенчатые и двухступенчатые триггеры. Синхронные триггеры с динамическим управлением. Параметры триггеров. Область применения.

Раздел 3. Схемотехника функциональных узлов ЭВМ

Основные понятия. Область применения. Классификация. Условное графическое обозначение, схемы, назначение компонентов, принцип работы, переключательные функции, законы функционирования дешифраторов, шифраторов, демультиплексоров, мультиплексоров, узлов сравнения, полусумматоров, сумматоров, преобразователей кодов. Регистры. Назначение. Область применения. Классификация. Схемы регистров, назначение элементов, принцип работы. Счетчики. Назначение. Схемы счетчиков, принцип работы, назначение элементов. Параметры.

Раздел 4. Элементы интегральных запоминающих устройств

Классификация запоминающих устройств. Элементы полупроводниковых постоянных запоминающих устройств. Элементы перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств. Элементы операционных запоминающих устройств. Элементы оптических запоминающих устройств.Общие сведения и классификация. Узлы управления оптическим излучением. Оптическая запоминающая среда.

Раздел 5. Устройства обработки информации

(арифметико-логические устройства (АЛУ))

Назначение, схема, принцип работы, параметры, область применения.

Раздел 6. Устройства обработки информации на основе операционных усилителей

Параметры и характеристики операционных усилителей. Схема преобразователей электрических сигналов: масштабные усилители, интегрирующие узлы, дифференцирующие узлы, сумматоры, повторители, вычитатели сигналов.

Активные фильтры: фильтры высоких частот, фильтры низких частот, полосовые фильтры. Нелинейные преобразователи электрических сигналов. Перемножители и делители сигналов.

Раздел 7. Генераторы и одновибраторы

Основные понятия. Классификация генераторов. Основные положения обратной связи. Параметры и характеристики выходных колебаний в общем виде. Графическая интерпретация. Мощность и энергия колебаний. Частотный, амплитудно-частотный, фазочастотный и энергетический спектры. Корреляционная функция колебаний. Время корреляции. Схемы генераторов гармонических колебаний на логических элементах с использованием кварцевого резонатора. Схемы генераторов гармонических колебаний на основе операционных усилителей с использованием кварцевого резонатора. Параметры генераторов: принцип работы. Мультивибраторы. Генератор импульсов треугольной формы. Ждущий генератор (одновибратор). Генератор пилообразного напряжения. Область применения. Компараторы на основе ОУ. Параметры и схемы компараторов. Область применения генераторов и компараторов на основе ОУ.

Раздел 8. Устройства и системы цифроаналогового

и аналого-цифрового преобразования сигналов

Дискретизация сигналов. Теорема В.А. Котельникова.

Критерий Н.А. Железнова, выбор шага квантования. Дисперсия ошибки квантования, шум квантования. Закон распределения ошибки квантования.

Мера количества информации. Утверждение Р. Хартли.

Узлы цифроаналоговых устройств средств сопряжения.

Аналоговый мультиплексор. Структура коммутатора аналоговых сигналов.

Схема выборки-хранения.

Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) с двоично-взвешенными сопротивлениями, ЦАП на основе резистивной матрицы R-2R.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) последовательного преобразования.

АЦП поразрядного уравновешивания.

АЦП двойного интегрирования.

АЦП с преобразованием напряжения в частоту.

АЦП параллельного преобразования.

Аналого-цифровые множительно-делительные устройства.

Заключение

Перспективы развития элементной базы ЭВМ.

Примерный перечень тем лабораторных работ

Исследование логических элементов.
Исследование триггеров и регистров.
Исследование счетчиков и АЛУ.
Исследование дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров, схем сравнения.
Исследование операционных усилителей.
Исследование масштабных, суммирующих, интегрирующих, дифференцирующих устройств на основе операционных усилителей.
Исследование нелинейных преобразователей.
Исследование фильтров.
Исследование генераторов сигналов.
Исследование ЦАП.
Исследование АЦП.

Примерный перечень тем практических занятий

Расчет параметров ЛЭ диодно-транзисторной логики (ДТЛ) и транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).
Расчет параметров ЛЭ ТТЛ.
Расчет параметров ЛЭ ЭСЛ.
Расчет параметров МДП-логики, ИИЛ.
Расчет параметров и синтез триггеров.
Двоичные счетчики импульсов и регистры.
Шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры.
Запоминающие устройства.

Примерный перечень тем курсовых проектов

Устройство распознавания речи.
Устройство технического зрения роботов.
Устройство преобразования информации.
Устройство охраны объекта.
Устройство идентификации изделий.
Микропроцессорное устройство управления объектом.
Микропроцессорное устройство контроля параметров изделий.

ЛИТЕРАТУРА

Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. – М.: Мир: 2001.
Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника – СПб: БХВ – Петербург, 2002.
Лагин В.И., Савелов Н.С. Электроника. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.
Аналоговая и цифровая электроника / Под ред. О.П. Гнудника. – М.: Радио и связь, 1996.
Прянишников В.А. Электроника.- СПб.: Корона-принт, 1998.
Разевич В.Д. Система схемотехнического моделирования. МИКRO-Cap v. – М.: Солон, 1997.
Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1997.
Электроника /Под ред. Ю.А. Быстрова – СПб.: Энергоатомиздат, 1996.
Янушков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. – М.: Логос, 1999.
Интернет: tute-rt.ru
Интернет: chip.ru
Интернет: m
Интернет: dz.com
Интернет: rg
Интернет: ip.com

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-40-029/тип.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

А.Г. Васильев, ассистент кафедры электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

П.Н. Бибило, заведующий лабораторией логического проектирования Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук

В.В. Анищенко, заместитель директора Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, кандидат технических наук;

Кафедра электронных вычислительных машин и систем Учреждения образования «Брестский государственный технический университет» (протокол № 7 от 18.06.2002 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 26 от 25.02.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлению І-40 Вычислительная техника УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 02.07.2002 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.113-98.

Ответственный за редакцию: Т.Н. Крюкова

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа дисциплины «Автоматизация проектирования ЭВМ» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 01200.5.113-98 для специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети высших учебных заведений. Она предусматривает лекционный курс, выполнение лабораторных работ, самостоятельную работу по отдельным вопросам.

Целью дисциплины является изучение и практическое применение методов автоматизированного проектирования узлов и средств вычислительной техники с использованием современной элементной базы - программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- современные технические и программные средства автоматизации проектирования ЭВМ,

- основы цифровой схемотехники и проектирования цифровых устройств, основные архитектуры ПЛИС и приемы проектирования цифровых схем на основе различных архитектур ПЛИС;

владеть:

- современной технологией проектирования средств вычислительной техники, языками описания аппаратного обеспечения, технологией отладки и решения схемотехнических задач.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин: «Арифметические и логические основы вычислительной техники», «Схемотехника», «Системотехника», «Структурная и функциональная организация ЭВМ», «Периферийные устройства ЭВМ», «Микропроцессорные средства и системы».

Знания, полученные студентами в результате изучения дисциплины «Автоматизация проектирования ЭВМ» могут использоваться в рамках курсов, требующих знания цифровой схемотехники, а также использоваться в дипломном проектировании.

Программа рассчитана на объем 102 учебных часа. Примерное распределение часов по видам занятий: лекций – 70 часов, лабораторных работ – 32 часа.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

История развития средств автоматизированного проектирования цифровых устройств. Основные понятия и классификация САПР.

Раздел 1. Понятие программируемых логических

интегральных схем (ПЛИС)

История развития ПЛИС. Классификация ПЛИС. Преимущества и недостатки ПЛИС.

Раздел 2. Основные этапы проектирования

узлов ЭВМ на ПЛИС

Методика проектирования функциональных узлов вычислительной техники на ПЛИС.

Раздел 3. Понятие проекта

Ввод проекта. Способы ввода исходного описания проекта. Схемный ввод. Понятие мегафункции.

Раздел 4. Текстовый ввод проектов

Языки HDL: VHDL, VerilogHDL, AHDL.

Раздел 5. Типовые архитектуры

простых (классических) ПЛИС

Классификация и система обозначений. Архитектуры PAL16V8, PAL22V10.

Раздел 6. Сложные ПЛИС

Архитектуры MAX 7000, MAX 7000V, MAX 7000S, MAX 7000E, MAX 7000A. Внутрисхемное программирование сложных ПЛИС. JTAG ISP программирование ПЛИС.

Раздел 7. FLEX-логика

История развития, преимущества и недостатки. Архитектуры FLEX8000, FLEX10K и FLEX6000. Способы конфигурирования FLEX-логики.

Раздел 8. Сложные ПЛИС комбинированной архитектуры

Архитектура APEX20K. Основные элементы архитектуры APEX20K.

Раздел 9. Программное обеспечение процесса

проектирования на основе ПЛИС

САПР Max+Plus II. Основные возможности и компоненты. Иерархия проекта. Способы ввода сложных иерархических проектов.

Раздел 10. Компиляция проекта, этапы компиляции

Проверка корректности исходного описания проекта, устранение ошибок ввода проекта. Выбор ПЛИС и этап подгонки проекта.

Раздел 11. Временной анализ проекта

Компиляция под заданное быстродействие. Способы увеличения быстродействия схем. Задание групп и критических путей.

Раздел 12. Способы отладки и проверки работоспособности проекта

Редактор временных диаграмм. Симуляция и управление симуляцией проекта. Модуль программатора и способы программирования ПЛИС.

Раздел 13. Техническое обеспечение процесса проектирования на основе ПЛИС

Программаторы ПЛИС. Применение JTAG для тестирования проектов на основе ПЛИС.

Примерный перечень тем лабораторных работ

1. Ознакомление с САПР Max+Plus II. Способы ввода проектов. Иерархия проекта. Схемный ввод. Примитивы и мегафункции. Компиляция проекта.

2. Построение комбинационных схем на основе примитивов, макрофункций и мегафункций. Выбор архитектуры ПЛИС для полученной схемы. Анализ задержек распространения сигнала.

3. Построение последовательностных схем на основе мегафункций и примитивов. Выбор архитектуры ПЛИС для полученной схемы. Анализ максимального быстродействия проекта.

4. Построение сложной иерархической схемы. Редактор временных диаграмм. Симуляция проекта.

5. Построение схем с использованием внутренней памяти ПЛИС. Назначение информационных ножек и резервирование ресурсов ПЛИС. Просмотр результатов синтеза проекта.

6. Построение схем с максимальным для ПЛИС быстродействием. Конвейерные схемы. Задание групп и критического пути.

Примерный перечень компьютерных

программ и необходимого оборудования

1. Свободно распространяемый вариант САПР Max+Plus II Baseline версии 9.4 и выше.

2. Компьютерный класс с компьютерами на основе процессоров класса Pentium II или Celeron с минимальным объемом оперативной памяти 64 MB и операционной системой семейства Windows 9X или Windows NT.

3. Средства внутрисхемного программирования ПЛИС и отладочные демо-платы на основе ПЛИС.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

Соловьев В.В. Васильев А.Г. Программируемые логические интегральные схемы и их применение. - Мн.: Белорусская наука, 1998.
Скляров В.А. Синтез автоматов на матричных БИС / Под ред. С.И. Баранова. - Мн.: Наука и техника, 1984.
Data Book. Altera. 1998.
PAL Device Data Book and Design Guide. Advanced Micro Devices. 1998.

Дополнительная

Киносита К. и др. Логическое проектирование СБИС: Пер с яп. - М.: Мир, 1988.
Проектирование СБИС: Пер. с яп./ М. Вамапебэ, К. Асада и др. - М.: Мир, 1988.
Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1990.
Разработка САПР. В 10 кн. / Под ред. А.В. Петрова. - М.: Высш. шк., 1990.
Автоматизация проектирования БИС. В 6 кн.: Практ. пособие. Кн. 1. Принципы и методология построения САПР БИС/Под ред. Г.Г. Казеннова. - М.: Высш. шк., 1990.
Автоматизация проектирования БИС: Практ. пособие. В 6 кн. Кн. 3.: Рабочие станции в проектировании БИС/Под ред. Г.Г. Казеннова. - М.: Высш. шк., 1990.
Интеграция данных в САПР БИС. Направления практической реализации/ Ю.Н. Белеков и др. - М.: Радио и связь, 1990.
Оре О. Теория графов. - М.: Мир, 1980.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-40-023/тип.

АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

К.П. Курейчик, профессор кафедры электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», старший научный сотрудник, доктор технических наук

Рецензенты:

Г.И. Алексеев, заведующий лабораторией автоматизированного ввода видеоинформации Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук;

Н.И. Мурашко, заведующий лабораторией системотехники Института технической кибернетики Национальной академии наук Беларуси, кандидат технических наук;

Кафедра электронных вычислительных машин и систем Учреждения образования «Брестский государственный технический университет» (протокол № 7 от 18.06.2002 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронных вычислительных машин Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 26 от 25.02.2001 г.);

Научно-методическим советом по направлению І-40 Вычислительная техника УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 02.07.2002 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.113-98.

Ответственный за редакцию: Т.Н. Крюкова

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Архитектура персональных ЭВМ» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.113-98 для специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети высших учебных заведений.

Основными целью и задачей дисциплины являются овладение:

- общими сведениями об архитектуре ЭВМ;.

- сведениями о составе и принципах функционирования системного программного обеспечения персональных ЭВМ (ПЭВМ);

- принципами управления внешнегми устройствами и функциональными частями ПЭВМ;

- наиболее широко используемыми на ПЭВМ инструментальными системами.

Основой для изучения дисциплины «Архитектура персональных ЭВМ» являются дисциплины: "Программирование", "Введение в специальность". Знания, полученные после изучения дисциплины «Архитектура персональных ЭВМ» используются для изучения дисциплин: "Схемотехника", "Периферийные устройства ЭВМ", "Системное программное обеспечение".

Программа рассчитана на объем 85 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 51час, лабораторных работ - 34 часа.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ