Республики Беларусь «24»

Вид материала

Документы

Содержание Под общей редакцией А.И. Пинаева, В.В. Мельничука. С.Н. Анкуда Пояснительная записка Содержание дисциплины Тема 2. СТРУКТУРА САПР Тема 4. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ Тема 5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НА МИКРОУРОВНЕ Тема 6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НА МАКРОУРОВНЕ Раздел 3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Тема 9. РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА Тема 13. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Примерный перечень практических занятий Примерный перечень лабораторных работ Примерный перечень компьютерных программ АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ Учебная программа для высших учебных заведений В.В. Серков Ю.А. Скудняков Пояснительная записка Содержание дисциплины Отсечение и покрытие многоугольников ... Полное содержание

Подобный материал:

• В перечень банков Республики Беларусь, имеющих право обязываться по векселю, утверждаемый, 419.3kb.
• Республики Беларусь 15 августа 2006, 202.35kb.
• Одобрен Советом Республики 8 февраля 1999 года общая часть глава 1 общие положения, 799.65kb.
• Об утверждении Инструкции о порядке взаимодействия государственных органов, ответственных, 157.85kb.
• Республики Беларусь «Об органах внутренних дел Республики Беларусь», 9.85kb.
• Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.32kb.
• Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.74kb.
• Совета Министров Республики Беларусь от 31 октября 2001 г. N 1592 "Вопросы Министерства, 1509.5kb.
• Постановление государственного комитета по авиации республики беларусь, 78.75kb.
• Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 13.86kb.

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД-136 /тип


ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ


УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ

39 02 02 «Проектирование и производство радиоэлектронных средств»,

Т.08.02.00 «Проектирование и технология электронных

вычислительных средств»

Составители:

А.И.Пинаев – кандидат технических наук, доцент кафедры радиоэлектронных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники;

В.В.Мельничук – кандидат технических наук, доцент кафедры

радиоэлектронных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники;

В.С.Колбун – доцент кафедры радиоэлектронных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники;

А.В.Станкевич - кандидат технических наук, доцент кафедры электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники;

Ю.И.Тормышев – доктор технических наук, профессор кафедры электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Под общей редакцией А.И. Пинаева, В.В. Мельничука.


Рецензенты:

Кафедра специальных дисциплин Минского государственного высшего радиотехнического колледжа (протокол № 2 от 12 октября 2000 г.);

С.Н. Анкуда - проректор по производственному обучению Минского государственного высшего радиотехнического колледжа, доцент.


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиоэлектронных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 5 от  23  октября 2000 г.);

Кафедрой электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 9 от 29 мая 2000 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).


Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Теоретические основы систем автоматизированного проектирования» разработана для студентов специальностей 39 02 02 «Проектирование и производство радиоэлектронных средств», Т.08.02.00 «Проектирование и технология электронных вычислительных средств». Она предусматривает изучение основных принципов организации и функционирования систем автоматизированного проектирования (САПР), видов обеспечения САПР, базовых положений математического обеспечения, получение навыков разработки и анализа математических моделей на различных стадиях проектирования радиоэлектронной аппаратуры, изучение методов оптимального проектирования. Целью дисциплины является изучение принципов проектирования, методологии построения систем автоматизированного проектирования и требований к видам обеспечения САПР. Основным направлением курса является математическое обеспечение САПР, его роль и место в процессе автоматизированного проектирования. Рассматриваются базовые математические методы и положения САПР радиоэлектронных средств (РЭС) и электронных вычислительных средств (ЭВС), особенности получения и анализа математических моделей, методы синтеза и оптимизации параметров технических объектов и процессов в РЭС и ЭВС.

Предмет базируется на знаниях, полученных студентами при изучении общеобразовательных и специальных дисциплин (высшей математики, физики, численной математики, основ алгоритмизации и программирования). Знания, полученные студентами по данному предмету необходимы для последующего изучения алгоритмов автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры, программного и технического обеспечения. Материал курса может быть использован для подготовки специалистов в области разработки САПР различного назначения.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов и рассчитана на объем 40-70 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 24-36 часов, лабораторных работ – 16-17 часов, практических – 0-17 часов.

В результате освоения курса студент должен:

знать:

• общую организацию процесса проектирования, его содержание, методологию, принципы построения систем автоматизированного проектирования, состав и виды обеспечения САПР;
  
• основные математические методы и положения, используемые в САПР РЭС и ЭВС;
  
• математические модели, применяемые в САПР РЭС и ЭВС на разных этапах проектирования, методы их получения;
  
• методы анализа технических объектов различного назначения;
  
• методы синтеза технических объектов различного назначения;
  
• основные принципы и способы решения задач оптимального проектирования;
  

приобрести практические навыки:

• использования конкретных методов для решения широкого класса задач САПР РЭС и ЭВС;
  

уметь:

• строить модели объектов и процессов, используемых при разработке РЭС и ЭВС;
  
• осуществлять анализ полученных моделей и выбирать наиболее оптимальные способы их решения;
  
• определять и оптимизировать параметры объектов и процессов;
  
• синтезировать структуры различных элементов и процессов.
  

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Раздел 1. СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ САПР


Тема 1. ПОНЯТИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОЕКТНЫХ ПРОЦЕДУР

Введение. Предмет, задачи, и структура курса. Место курса в общей структуре учебного процесса. Принципы и задачи проектирования: понятие проектирования, иерархия процесса проектирования, составные части процесса проектирования. Унифицированные проектные процедуры: классификация, типовая последовательность проектных процедур, вложенность проектных процедур, понятие анализа и синтеза. Маршрут проектирования.


Тема 2. СТРУКТУРА САПР

Понятие системы автоматизированного проектирования, основные определения. Состав и организация процесса автоматизированного проектирования. Основные виды обеспечения САПР: математическое, информационное, техническое, программное, организационное. Краткая характеристика видов обеспечения, их роль и место в системе автоматизированного проектирования. Место, цели и задачи математического обеспечения САПР.


Раздел 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И МОДЕЛИ В САПР


Тема 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

1. Понятие математических методов и положений, используемых в САПР. Общие сведения о численных методах решения задач. Элементы теории множеств. Основные понятия теории множеств: определения, способы задания, операции над множествами, математический аппарат теории множеств. Расплывчатые множества.
   
2. Элементы теории графов: определения теории графов, виды графов, способы задания графов. Понятия маршрутов, циклов. Характеристические числа графов, операции над графами, преобразования графов. Понятие гиперграфа, способы задания, преобразования. Примеры представления различных технических объектов в виде графов и их математическое описание.
   

Тема 4. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

Понятие математической модели, иерархия математических моделей в САПР, классификация моделей. Уровни математических моделей: микро, макро, мета. Особенности представления моделей на каждом уровне. Основные требования к моделям: адекватность, универсальность, экономичность. Методы получения математических моделей: теоретические, экспериментальные. Общий алгоритм получения модели. Преобразования математических моделей между уровнями.


Тема 5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НА МИКРОУРОВНЕ

1. Модели объектов на микроуровне. Понятие микроуровня. Примеры моделей объектов, используемых в РЭС и ЭВС на микроуровне. Алгоритм получения моделей на микроуровне, сеточные методы.
   
2. Метод конечных разностей (МКР). Общие сведения, основные области применения в САПР РЭС и ЭВС, алгоритм МКР. Оценка МКР: точность, устойчивость, сходимость. Общие способы оценки качества решения по методу конечных разностей. Пример решения задачи методом конечных разностей.
   
3. Метод конечных элементов (МКЭ). Общие сведения, основные области применения в САПР РЭС и ЭВС, отличие от МКР, алгоритм МКЭ. Виды типовых элементов, методы получения функций формы для типовых элементов. Пример получения функций формы и их объединения в ансамбль. Методы определения узловых значений элементов. Вариационный метод. Пример использования вариационного метода, матрица жесткости. Оценка метода конечных элементов.
   

Тема 6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НА МАКРОУРОВНЕ

1. Модели объектов на макроуровне. Понятие макроуровня. Примеры моделей объектов, используемых в РЭС и ЭВС на макроуровне. Понятие компонентных и топологических уравнений, алгоритм получения моделей на макроуровне. Виды элементов при моделировании объектов на макроуровне, компонентные уравнения различных элементов. Виды и связи подсистем. Топологические уравнения.
   
2. Принцип получения топологических уравнений. Использование графов для получения топологических уравнений, понятие М-матрицы (контуров и сечений). Обобщенный метод получения математических моделей на макроуровне. Табличный метод. Пример получения математической модели электрической принципиальной схемы табличным методом. Метод переменных состояния. Пример получения математической модели электрической принципиальной схемы методом переменных состояния.
   

Тема 7. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НА МЕТАУРОВНЕ

1. Модели объектов на метауровне. Понятие метауровня, общие сведения о моделях объектов на метауровне. Примеры моделей объектов, используемых в РЭС и ЭВС на метауровне.
   
2. Модели аналоговой РЭА на основе теории автоматического управления. Понятие типовых звеньев, структурирование схемы на типовые звенья. Передаточные функции типовых звеньев. Методы соединения типовых звеньев. Преобразования схем. Пример преобразования схемы, заданной звеньями с известными передаточными функциями, получение передаточной функции системы.
   
3. Модели цифровой РЭА. Классификация моделей, общие положения. Двухзначные и многозначные модели, синхронные и асинхронные модели. Пример получения модели цифровой схемы на основе логических уравнений и соответствующих им временных диаграмм.
   
4. Модели для задач конструирования РЭС и ЭВС. Виды моделей. Модели схем в виде графов и соответствующих им матриц.
   
5. Модели технологических процессов на основе графов переходов. Пример модели технологического процесса.
   
6. Математические модели информационных процессов. Модели на основе теории систем массового обслуживания. Основные термины и определения, классификация моделей. Принципы получения, вероятностные параметры модели. Пример модели информационного процесса.
   

Раздел 3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Тема 8. ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

Понятие анализа объекта. Классификация процедур анализа: одновариантный, многовариантный, Характеристика методов анализа: надежность, точность, экономичность. Методы анализа.


Тема 9. РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

1. Анализ переходных процессов, общие сведения. Явные и неявные методы интегрирования, точность интегрирования, методы оценки точности. Устойчивость методов интегрирования. Методы оценки устойчивости.
   
2. Анализ статических режимов. Итерационные методы решения уравнений. Метод простой итерации, условие сходимости. Пример решения системы алгебраических уравнений методом простой итерации. Релаксационные методы, метод Зейделя. Оценка итерационных методов, выбор шага интегрирования для явных и неявных методов. Сравнение методов интегрирования. Метод Ньютона, алгоритм решения по методу Ньютона. Метод продолжения решения по параметру, алгоритм решения алгебраических уравнений методом продолжения решения по параметру.
   
3. Многовариантный анализ. Анализ чувствительности. Пример расчета допустимых отклонений электронной схемы. Метод приращений. Прямой метод (метод моделей чувствительности). Статистический анализ, общие сведения о статистическом анализе, метод статистических испытаний (Монте-Карло).
   
4. Методы анализа повышенной эффективности. Диаскопические методы, общие сведения, пример использования. Методы однонаправленных моделей. Комбинированные методы анализа. Учет латентности фрагментов (методы раздельного интегрирования систем ОДУ). Адаптивное моделирование. Алгоритм расчета выходных параметров объектов моделирования.
   

Раздел 4. МЕТОДЫ СИНТЕЗА ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ


Тема 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕДУР СИНТЕЗА

10.1. Постановка задачи синтеза. Задачи параметрического синтеза, пример постановки. Классификация задач параметрического синтеза. Понятие оптимального проектирования. Задачи оптимального проектирования: назначения технических требований, расчет параметров элементов, основная задача оптимизации параметров и допусков, оптимизации параметров, назначения допусков, совмещения и центрирования, определения параметров математических моделей и областей их адекватности.

2. Постановка задачи математического программирования. Целевая функция, критерии. Виды критериев: частные, аддитивные, мультипликативные, критерии формы функции, минимаксные критерии. Понятие и виды ограничений, назначение ограничений, прямые ограничения, функциональные ограничения. Разновидности задач оптимизации: задачи условной и безусловной оптимизации. Необходимые и достаточные условия экстремума. Классификация методов поиска экстремума.
   

Тема 11. РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМА

11.1. Общие алгоритмы методов поиска экстремума. Методы безусловной оптимизации, общая формула итерационного процесса. Методы одномерного поиска: метод дихотомии, метод полиномиальной аппроксимации. Методы многомерного поиска экстремума: метод Гаусса-Зейделя, градиентные методы (наискорейшего спуска, сопряженных градиентов, сопряженных направлений). Метод Ньютона, пример решения задачи поиска экстремума методом Ньютона.

11.2. Методы условной оптимизации. Общие положения. Метод штрафных функций: метод внутренней точки, метод внешней точки.

3. Особенность решения задач оптимизации при максминных постановках. Общие подходы к постановке и решению обобщенных задач оптимизации. Пример постановки задачи назначения технических требований на разработку блока радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), постановка задачи формирования многоуровневого технического задания (ТЗ). Решение задачи назначения параметров и допусков. Пример решения задачи о назначении допусков на элементы электрической принципиальной схемы.
   

Тема 12. СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ

12.1. Постановка задачи структурного синтеза. Классификация задач структурного синтеза, разбиение по уровням сложности. Примеры задач структурного синтеза при разработке РЭА. Формализация структур проектируемых объектов. Подходы к решению задач структурного синтеза: переборные алгоритмы, последовательные алгоритмы, алгоритмы на основе трансформации описаний. Особенности и примеры использования переборных алгоритмов. Последовательные алгоритмы, способы применения: наращивание, выделение, использование методов трансформации описаний.

2. Математическое программирование в структурном синтезе. Решение задач линейного программирования (симплекс - метод). Решение задач целочисленного программирования (метод отсекающих плоскостей). Решение задач частично целочисленного программирования (метод ветвей и границ). Пример использования математического программирования для синтеза структуры блока РЭС и ЭВС.
   

Тема 13. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Особенности применения математических методов в разработке САПР РЭС и ЭВС. Совершенствование и развитие математических процедур в задачах автоматизированного проектирования.


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Элементы теории множеств: способы задания, операции над множествами, математический аппарат теории множеств. Задачи по теории множеств.
   
2. Элементы теории графов: виды графов, способы задания графов. Характеристические числа графов, операции над графами, преобразования графов. Задачи по действиям над графами.
   
3. Элементы теории графов. Представление технических объектов в виде графов и их математическое описание. Задачи по представлению технических объектов графами различного вида.
   
4. Математические модели объектов на микроуровне. Решение задач методом конечных разностей.
   
5. Математические модели объектов на макроуровне. Получение графов электрических принципиальных схем и М- матриц.
   
6. Анализ математических моделей. Решение систем алгебраических уравнений методами простой итерации и методом Зейделя.
   
7. Методы безусловной оптимизации. Решение задач оптимизации численными методами.
   
8. Математическое программирование в структурном синтезе. Оптимальное проектирование. Решение задачи математического программирования симплекс-методом.
   

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Математические модели объектов на микроуровне. Решение задач моделирования процессов в РЭС и ЭВС методом конечных разностей, анализ точности, сходимости и устойчивости разностных схем.
   
2. Математические модели объектов на макроуровне. Получение моделей электрических принципиальных схем табличным методом и методом переменных состояния. Анализ моделей.
   
3. Многовариантный анализ, анализ чувствительности. Решение задачи определения отклика схемы на изменения параметров элементов.
   
4. Синтез. Постановки задачи назначения технических требований на разработку блока РЭА, постановка задачи формирования многоуровневого ТЗ. Решение задачи назначения параметров и допусков на элементы электрической принципиальной схемы.
   

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ

1. Программа математического моделирования MATHCAD.
   
2. Программа моделирования электронных схем WORKBENCH.
   

ЛИТЕРАТУРА


Основная


1. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов / О.В.Алексеев, А.А.Головков, И.Ю. Пивоваров и др.: Под ред. О.В.Алексеева. – М.: Высш. шк., 2000.

2. Корячко В.П., Норенков И.П., Курейчик В.М. Теоретические основы САПР.- М.: Энергоатомиздат, 1987.

3. САПР. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для технических вузов. В 9 кн. / Под ред. И.П. Норенкова. - М. : Высш. шк., 1986.

4. Деньдобренко Б.Н., Малика А.С. Автоматизация конструирования РЭА. Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 1990.

5. Норенков И.П., Маничев В.В. Системы автоматизированного проек-тирования электронной и вычислительной аппаратуры: Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1983.

6. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. – М.: Радио и связь, 1988.

1. Левков С.А., Корнеев Н.В. Численные методы анализа электрических цепей: Справочное пособие для инженеров и научных работников. - М.: Додека, 1998.
   

Дополнительная

1. Морозов К.К., Одиноков В.Г., Курейчик В.М. Автоматизированное проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры. – М.: 1983.
   
2. Хорн Д., Челс Р. Численное программирование. - М.: Мир, 1984.
   
3. Петренко А.И. Основы автоматизации проектирования. - К.: Техника, 1982.
   
4. Донец А.М., Львович Я.Е., Фролов В.Н. Автоматизированный анализ и оптимизация конструкций и технологий РЭА. - М.: Радио и связь, 1983.
   
5. Горелик А.Г. Автоматизация инженерно-графических работ с помощью ЭВМ.- Мн.: Выш. шк., 1980.
   
6. Автоматизация поискового конструирования /Под ред. А.И. Половинкина. - М.: Радио и связь, 1981.
   
7. Алипов Н.В. Задачник по автоматизации конструкторского проектирования РЭА и ЭВА. – М.: Высш. шк., 1986.
   

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД -144 / тип

АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности Т.08.02.00 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ»


Составители:

А.А. Петровский – профессор кафедры электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор технических наук;

В.В. Серков – доцент кафедры электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.


Рецензенты:

Кафедра программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем Белорусской государственной политехнической академии (протокол № 16 от 7 июня 2000 г.);

Ю.А. Скудняков - заведующий кафедрой информатики Минского государственного высшего радиотехнического колледжа, кандидат технических наук, доцент.


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 9 от 29 мая 2000 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).


Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Алгоритмические основы компьютерной графики» разработана для студентов высших учебных заведений по специальности Т.08.02.00 «Проектирование и технология электронных вычислительных средств». Она предусматривает знание студентами дисциплин «Высшая математика», «Программирование», «Начертательная геометрия и инженерная графика». Курс является составной частью цикла курсов теоретических основ систем автоматизированного проектирования и составляет базу для последующего изучения дисциплин цикла САПР.

Целью изучения дисциплины является освоение студентами математических основ компьютерной графики, алгоритмов преобразования двухмерных и трехмерных объектов, эффективных приемов программирования в задачах обработки изображений.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 51 учебный час. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 34 часа, лабораторных работ – 17 часов.

В результате освоения курса «Алгоритмические основы компьютерной графики» студент должен:

знать:

- принципы построения растровых и векторных дисплеев;

- основные математические аспекты двухмерной графики;

- алгоритмические преобразования в координатной геометрии трехмерного пространства;

- алгоритмы и программное обеспечение растровой графики;

уметь:

- находить проекцию объектов трехмерного пространства на плоскость;

- осуществлять поворот пространства вокруг произвольной оси;

- строить перспективное и стереоскопическое изображения;

-проектировать интерактивный графический интерфейс САПР ЭВС.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИННОЙ ГРАФИКЕ. ДВУХМЕРНАЯ МАШИННАЯ ГРАФИКА

1. Основные понятия и определения. Векторные
   

и растровые дисплеи

1.1. Понятие интерактивной графики. История развития и области применения.

1.2. Классификация и примеры графических систем. Векторные и растровые дисплеи. Растровая развертка отрезка. Черно-белые и цветные буферы кадра.

1.3. Общая структура графического интерактивного программного обеспечения.

2. Координатная геометрия двухмерного пространства
   

2.1. Преобразования двухмерного пространства. Линейный перенос. Изменение масштаба. Поворот вокруг начала координат и произвольного центра.

2.2. Прямая на плоскости. Уравнение прямой. Точка пересечения двух прямых.

2.3.Матричное представление преобразований пространства. Однородные координаты. Матрицы переноса, изменения масштаба, поворота.

3. ОТСЕЧЕНИЕ И ПОКРЫТИЕ МНОГОУГОЛЬНИКОВ
   

Задачи отсечения и покрытия многоугольников. Простой метод отсечения. Метод Коэна-Сазерленда.


Раздел 2. ТРЕХМЕРНАЯ МАШИННАЯ ГРАФИКА

4. Координатная геометрия трехмерного пространства
   

4.1. Основные элементы в трехмерном пространстве. Левая и правая система координат. Точка, линия и плоскость.

4.2. Пересечение фигур в трехмерном пространстве. Пересечение двух прямых. Пересечение плоскостей. Расстояние от начала координат до плоскости.

5. Преобразования трехмерного пространства
   

5.1. Матричная запись преобразований трехмерного пространства. Перенос начала координат, изменение масштаба, поворот осей координат. Функциональное представление поверхности.

5.2. Поворот пространства вокруг произвольной оси. Перенос начала координат. Поворот осей координат. Поворот пространства. Возврат к исходной системе координат.


Раздел 3. ПРОЕКЦИИ ПРОСТРАНСТВА НА ПЛОСКОСТЬ. РАСТРОВАЯ ГРАФИКА

6. Проекции двухмерного пространства
   

6.1. Ортогональные проекции. Абсолютная система координат. Задание объекта. Простейший метод проецирования. Общая ортогональная проекция. Особенности построения общих ортогональных проекций.

6.2. Алгоритмы удаления невидимых линий. Алгоритм для выпуклых тел, содержащих начало координат. Алгоритм Уоткинса. Алгоритм Ньюэлла – Ньюэлла - Санча.

6.3. Перспективное изображение. Свойства перспективных проекций. Стереоскопическое изображение.

7. Алгоритмы и программное обеспечение
   

растровой графики

7.1. Преобразование отрезка из векторной формы в растровую. Алгоритм пошаговой генерации отрезка и окружности. Алгоритмы Брезенхэма. Растровая развертка сплошных областей.

7.2. Заполнение многоугольников. Простой алгоритм заполнения с затравкой. Построчный алгоритм заполнения.


Примерный перечень лабораторных работ

1. Использование дисплея в графическом режиме. Построение графиков математических кривых.
   
2. Преобразование двухмерного пространства. Перенос начала координат. Изменение масштаба. Поворот.
   
3. Отсечение многоугольников (двухмерное отсекающее окно). Отсечение одной фигурой другой фигуры.
   
4. Трехмерные преобразования. Проекция трехмерного пространства на двухмерную плоскость. Поворот пространства вокруг произвольной оси. Перспективная проекция.
   

Примерный перечень компьютерных программ

1. ПЭВМ Pentium-100 или выше.
   
2. Операционная система Windows-95 или выше.
   
3. Среда быстрой разработки программ Delphi-3 или выше.
   

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Энджел Й. Практическое введение в машинную графику. - М.: Радио и связь, 1984.
   
2. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. - М.: Мир, 1989.
   
3. Аммерал Л. Принципы программирования в машинной графике. - М.: Сол Систем, 1992.
   
4. Аммерал Л. Интерактивная трехмерная машинная графика. - М.: Сол Систем, 1992.
   
5. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. - М.: Радио и связь, 1986.
   

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Аммерал Л. Машинная графика на персональных компьютерах. - М.: Сол Систем, 1992.
   
2. Фоли Дж., А.вэн Дэм. Основы интерактивной машинной графики. - М.: Мир, 1985.
   
3. Хирн Д., Бейкер М. Микрокомпьютерная графика. - М.: Мир, 1987.
   
4. Гардан И., Люка М. Машинная графика и автоматизация конструирования. - М.: Мир, 1987.
   
5. Гилой В. Интерактивная машинная графика: структуры данных, алгоритмы, языки. - М.: Мир, 1981.
   
6. Современный компьютер. - М.: Мир, 1986.
   

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД -145/ тип

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности Т.08.02.00 «проектирование и технология электронных вычислительных средств»

Составитель:

И.В. Боднарь - заведующий кафедрой химии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор химических наук, профессор.


Рецензенты:

Кафедра энергофизики Белорусского государственного университета (протокол № 2 от 19 октября 2000 г.);

Н.Я. Шишкин - доцент кафедры технологии электрохимических производств и материалов электронной техники.


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой химии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 10 от 17 апреля 2000 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).

Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель и задачи дисциплины «Физико-химические основы технологии» и ее место в учебном процессе.

Типовая программа «Физико-химические основы технологии» разработана для специальности Т.08.02.00 «Проектирование и технология электронных вычислительных средств» высших учебных заведений.

Цель преподавания дисциплины состоит в формировании у студентов теоретических знаний и практических навыков в области физико-химических явлений и процессов, протекающих в конденсированных средах. Без четкого понимания физической природы явлений, которые определяют работу конструкций ЭВС, без умения правильного математического описания этих явлений невозможно целенаправленно осуществлять проектирование и создание современных ЭВС. Существенное усложнение многих технических систем привело к необходимости более глубокого изучения физико-химических процессов, основных закономерностей, определяющих направленность процессов в сплошных средах.

Современный инженер должен обладать фундаментальными знаниями, включающими в себя качественное и количественное описание энергетического спектра и статистики носителей заряда, оптических и фотоэлектрических свойств, процессов переноса, контактных явлений и других процессов, протекающих в конденсированных средах.

Все это диктует необходимость изучения физико-химических процессов, используемых при проектировании, создании и эксплуатации ЭВС, в рамках учебной дисциплины «Физико-химические основы технологии ».

Настоящая программа курса составлена с учетом требований образовательного стандарта и рассчитана на объем 34 учебных часа: лекций – 17 часов, лабораторных занятий – 17 часов.

На основе данной программы разрабатывается рабочая программа курса в соответствии с количеством часов, отведенных на ее изучение в вузе. При этом допускается изменение последовательности изложения отдельных разделов и их объем.

Составной частью учебного процесса при изучении курса «Физико-химические основы технологии» является лабораторный практикум, основная цель которого, закрепление теоретического материала, приобретение навыков в проведении эксперимента, обработка экспериментальных данных и их анализ.

В результате изучения дисциплины студент должен:

иметь представление:

- об основных физико-химических процессах, эффектах и явлениях, определяющих работу устройств ЭВС и технологию их изготовления;

- об общих закономерностях протекания физико-химических процессов в твердом теле;

знать и уметь использовать:

- основные понятия и положения физики твердого тела и физики полу-проводников;

- физические принципы работы используемых приборов и материалов для создания ЭВС;

- основные закономерности в описании физических процессов, протекающих в твердых телах;

иметь навыки:

- в интерпретации полученных результатов при определении состава и структуры твердых тел;

- проводить анализ физических процессов, протекающих в устройствах ЭВС;

- определять возможные области использования устройств электронной тех-ники.

Содержание ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Структура и физико-химические

свойства твердых тел


1.1. Кристаллические твердые тела

Агрегатные состояния вещества и характер взаимодействия между частицами. Основные свойства кристаллических веществ. Кристаллические решетки. Решетки Браве. Обозначение узлов и направлений в кристаллах. Индексы Миллера.


1.2. Дефекты структуры кристаллов

Основные типы дефектов в кристаллах. Точечные дефекты по Шоттки и Френкелю и их влияние на физико-химические свойства кристаллов. Дислокации. Виды дислокаций, их образование и влияние на свойства материалов. Линейные, объемные, поверхностные дефекты в кристаллах и их влияние на свойства кристаллов.


Раздел 2. Основы квантовой механики


Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновое уравнение Шредингера. Применение уравнения Шредингера: движение свободной частицы, прохождение микрочастицы через потенциальный барьер (туннельный эффект), движение микрочастицы в потенциальной яме. Водородоподобный атом.

Раздел 3. Элементы зонной теории твердых тел


Зонный характер энергетического спектра кристаллов: обобществление электронов в кристалле, образование энергетических зон, дисперсионные кривые. Металлы, полупроводники и диэлектрики в свете зонной теории. Эффективная масса электрона. Понятие о дырках. Собственные и примесные полупроводники. Положение примесных уровней в полупроводниках.


Раздел 4. Статистика носителей зарядов в полупроводниках


Невырожденные полупроводники. Функции распределения Максвелла-Больцмана, Ферми-Дирака, Бозе-Эйнштейна. Плотность заполнения уровней в полупроводниках. Определение концентрации носителей в полупроводниках. Положение уровня Ферми в собственных полупроводниках. Основные и неосновные носители заряда, закон действующих масс. Неравновесные носители заряда.


Раздел 5. Тепловые свойства твердых тел


Нормальные колебания атомов в кристалле. Дисперсионные зависимости для акустических и оптических колебаний. Спектр нормальных колебаний решетки. Фононы. Теплоемкость твердых тел. Законы Дебая и Дюлонга-Пти. Характеристическая температура Дебая. Тепловое расширение твердых тел. Теплопроводность твердых тел.


Раздел 6. Электропроводность твердых тел


Природа электропроводности твердых тел: дрейф электронов, подвижность носителей, удельная электропроводность для вырожденного и невырожденного электронного газов. Подвижность свободных носителей заряда и ее зависимость от температуры. Электропроводность металлов и сплавов. Электропроводность собственных и примесных полупроводников.


Раздел 7. Гальваномагнитные эффекты


Эффект Холла в примесных полупроводниках и металлах. Эффект Холла в собственных полупроводниках. Эффект Эттингсгаузена. Эффект Нернста. Изменение электропроводности проводника в магнитном поле (магнетосопротивление).


Раздел 8. Контактные явления


Классификация контактных явлений. Работа выхода. Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов. Контакт металла с полупроводником. ВАХ барьера Шоттки. Электронно-дырочный переход. Равновесное состояние электронно-дырочного перехода. Выпрямляющие свойства р-n – перехода. Энергетические диаграммы. ВАХ р-n – перехода.