Geum.ru

А. Н. Туполева утверждаю: Проректор по учебной и методической работе И. К. Насыров 2007 г. Рабочая учебная программа

Вид материалаРабочая учебная программа

Содержание


1. Цели и задачи дисциплины
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины
Содержание дисциплины
Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов электронно-вычислительных средств (ЭВС)
Математические модели схем ЭВС
Методы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов различного уровня иерархии ЭВС
Техническое, программное и интеллектуальное обеспечение САПР ЭВС
Информационное обеспечение среды проектирования ЭВС
4.2. Содержание дисциплины
2. Принципы автоматизации проектирования
3. Системы автоматизированного проектирования (САПР) ЭВС
4. Классификация математических моделей электронных средств
5. Основные понятия теории графов
6.Задачи компоновки, типизации, покрытия
7.Задача размещения конструктивных модулей в монтажном пространстве
8.Трассировка соединений с помощью построения деревьев
9.Многослойная трассировка
10.Очередность прокладки соединений
11.Канальная трассировка
...
Полное содержание
Подобный материал:

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени А.Н.ТУПОЛЕВА


УТВЕРЖДАЮ:

Проректор по учебной и методической работе

___________________ И.К.Насыров

«____»________________ 2007 г.


РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


СД.02." Информационные технологии проектирования

электронно-вычислительных средств"


Рекомендуется УМЦ КГТУ им. А.Н.Туполева для направления

(специальностей)


Направление 210200 – Проектирование и технология ЭС


Специальность 210202 – Проектирование и технология ЭВС


Форма обучения очная


Казань 2007


1. Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины является формирование и развитие фундаментальных знаний у подготавливаемых специалистов в области использования и создания современных информационных технологий проектирования ЭВС.

Задачами дисциплины являются: изучение основ, принципов и методологии информационных технологий проектирования ЭВС; овладение техническими и программными средствами, математическим ап­паратом, используемыми в информационных технологиях проектирования ЭВС; получение представлений об автоматизированных системах проектирования ЭВС, сетевых инфор­мационных технологиях, интегрированных системах автоматизации проектных работ и управления производством.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен знать:
  • информационные технологии (ИТ), используемые на всех этапах проектирования ЭВС;
  • концепцию, принципы и методологию применения ИТ;
  • техническую базу ИТ;
  • возможности программного обеспечения ИТ;
  • методы математического моделирования, автоматизированного проектирования и принятия проектных решений;
  • действующие нормативные документы;


уметь:
  • пользоваться профессиональными и типовыми пакетами прикладных программ при разработке ЭВС;
  • выполнять конструкторско-технологическую документацию в электронной форме;
  • работать с сетевыми информационными технологиями;


иметь представление:
  • о системах автоматизированного проектирования и управления производством;
  • о системах инструментальной поддержки CASE- и CALS-технологий;
  • о системах управления групповыми разработками.



  1. Объем дисциплины и виды учебной работы




Вид учебной работы
Очная

Всего часов
Часы по семестрам

6 сем.
7 сем.

Общая трудоемкость дисциплины
210
68
142

Аудиторные занятия (всего),


в том числе:
119
68
51

Лекции
68
34
34

Практические занятия (ПЗ)
0
0
0

Семинары (С)
0
0
0

Лабораторные работы (ЛР)
51
34
17

Базовая самостоятельная работа
119
68
51

Дополнительная СРС (всего),

в том числе:
91
0
91

Курсовая работа

40
0
40

Расчетно-графические работы
0
0
0

Другие виды СРС
51
0
51

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)



зачет
экзамен



  1. Содержание дисциплины


Разделы дисциплины и виды занятий


Наименование тем
очная

лекции
лаб.раб.




Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов электронно-вычислительных средств (ЭВС)

Понятия и принципы информационных технологий
8
12

1.

Основные понятия и опре­деления


2
0

2.
Принципы автоматизации проектирования



2
0

3.
Системы автоматизированного проектирования (САПР) ЭВС


4
12




Математические модели схем ЭВС
6
0

4.
Классификация математических моделей ЭВС
2
0

5.
Основные понятия теории графов


4
0




Методы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов различного уровня иерархии ЭВС
34
32

6
Задача компоновки, типизации, покрытия
10
12

7.
Задача размещения конструктивных модулей в монтажном пространстве
10
8

8.
Трассировка соединений с помощью построения деревьев
6
4

9.
Многослойная трассировка


2
0

10.
Очередность прокладки соединений
2
4

11.
Канальная трассировка
4
4




Техническое, программное и интеллектуальное обеспечение САПР ЭВС
14
12

12.
Технические средства САПР и их развитие
6
4

13.
Вычислительные системы в САПР
2
0

14.
Лингвистическое и программное обеспечение САПР
4
0

15.
Принципы организации САПР с элементами искусственного интеллекта
2
0




Информационное обеспечение среды проектирования ЭВС
6
0

16.
Информационная модель объекта проектирования


2
0

17.
Проектирование баз данных


3
0

18.
CALS-технологии
1
0


4.2. Содержание дисциплины


Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов электронно-вычислительных средств (ЭВС)

(20 час. ауд. занятий /20 час. СРС )


1. Основные понятия и опре­деления (2 час. ауд. занятий /2 час. СРС)

Принципы и этапы проектирования. Информационные связи и системный подход. Основные этапы проектирования ЭВС. Электронная (безбумаж­ная) форма ведения конструкторско-технологической документации. Нисходящее и восходящее проектирование.

2. Принципы автоматизации проектирования (2 час. ауд. занятий /2 час. СРС)

Необходимость автоматизации проектирования. Классификация задач проектирования, их формализация. Основные принципы и методология применения информационных технологий (ИТ). Особенности проектирования с использованием ИТ. Уровни сложности ЭВС и уровни автоматизированного проектирования.

3. Системы автоматизированного проектирования (САПР) ЭВС (16 час. ауд. занятий /16 час. СРС)

Назначение, состав и архитектура САПР. Платформа САПР как комплекс ИТ. Виды обеспечения и классификация САПР. Примеры САПР для разработки современных конструкций и технологических процессов ЭВС. Перспективы развития автоматизированного проектирования. Эффективность применения САПР.


Математические модели схем ЭВС (6 час. ауд. занятий /6 час. СРС)


4. Классификация математических моделей электронных средств (2 час. ауд. занятий /2 час. СРС)

Модели в общей системе автоматизированного проектирования и управления технологическими процесса­ми производства ЭВС. Показатели технологичности математических мо­делей. Эволюционный подход к решению задач конструкторского проектирования ЭВС. Обоснованность выбора графа как основной математической модели электронных схем.

5. Основные понятия теории графов (4 час. ауд. занятий /4 час. СРС)

Граф: вершина, ребро, ориентированный, неориентированный, планарный, плоский, подграф, суграф. Понятия смежности вершин, инцидентности. Матрицы смежности, инцидентности. Маршрут, путь(простой, элементарный, замкнутый). Раскраска графа. Граф-решетка, гиперграф, мультиграф, граф Кёнига. Представление схемы в виде мультиграфа, гиперграфа.

Методы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов различного уровня иерархии ЭВС (68 час. ауд. занятий /68 час. СРС)


6.Задачи компоновки, типизации, покрытия (22 час. ауд. занятий /22 час. СРС)

Постановка задачи компоновки. Постановка задач типизации и покрытия. Решение задачи типизации. Решение задачи покрытия заданным набором типовых конструктивных модулей. Последовательные алгоритмы компоновки. Итерационные алгоритмы компоновки. Эволюционные алгоритмы компоновки. Критерии качества компоновки.

7.Задача размещения конструктивных модулей в монтажном пространстве

(18 час. ауд. занятий /18 час. СРС)

Постановка задачи размещения конструктивных модулей в коммутационном пространстве. Классификация методов и алгоритмов размещения. Размещение разногабаритных модулей. Эволюционные алгоритмы размещения. Размещение блоков неодинаковой геометрии на БИС.

8.Трассировка соединений с помощью построения деревьев (10 час. ауд. занятий /10 час. СРС)

Основные понятия и определения. Граф-решетка. Задача Штейнера. Кратчайшие покрывающие деревья (КПД). Алгоритм построения КПД Прима. Алгоритм построения КПД Штейнера. Генетический алгоритм построения КПД.

9.Многослойная трассировка (2 час. ауд. занятий / 2 час. СРС)

Постановка задачи. Распределение соединений по слоям. Расслоение до трассировки, во время трассировки или после трассировки межсоединений.

10.Очередность прокладки соединений (6 час. ауд. занятий /6 час. СРС)

Волновой алгоритм Ли. Лучевой алгоритм трассировки и его модификации. Эвристические алгоритмы трассировки. Генетические алгоритмы трассировки.

11.Канальная трассировка (8 час. ауд. занятий /8 час. СРС)

Постановка задачи. Определение канала. Канальная трассировка методом стволов и ветвей. Метод левого края. Генетический алгоритм канальной трассировки БИС.


Техническое, программное и интеллектуальное обеспечение САПР ЭВС (18 час. ауд. занятий /18 час. СРС)


12.Технические средства САПР и их развитие (10 час. ауд. занятий /10 час. СРС)

Классификация технических средств. Автоматизированные рабочие места и рабочие станции. Вычислительные сети и их классификация. Машинные носители информации, виды каналов связи, средства вычислительной техники. Технические сред­ства сетевых ИТ. Сравнительный обзор основных характеристик различных типов совре­менных технических средств. Рекомендации по выбору технических средств информационных технологий проектирования ЭВС.

13.Вычислительные системы в САПР (2 час. ауд. занятий /2 час. СРС)

Архитектура многопроцессорных вычислительных систем. Проектирование параллельных процессов. Концепция эталонной модели взаимодействия открытых систем.

14.Лингвистическое и программное обеспечение САПР ( 4 час. ауд. занятий / 4 час. СРС)

Классификация программных средств, используемых при проектировании ЭВС. Разновидности системного программного обеспечения. Обзор и характеристики существующих пакетов программ автоматизированного проектирования ЭВС. Специализированные ППП для создания схем электрических принципиальных, моделирования их работы, проектирования печатных плат, размещения цифровой элек­трической схемы в устройствах ПЛИС.

15.Принципы организации САПР с элементами искусственного интеллекта

(2 час. ауд. занятий /2 час. СРС)

Архитектура интеллектуальных САПР. Количественные и качественные характеристики интеллектуальных САПР. Комплексные интеллектуальные САПР для разработки современных конструкций ЭВС и технологических процессов.


Информационное обеспечение среды проектирования ЭВС (6 час. ауд. занятий /6 час. СРС)


16.Информационная модель объекта проектирования (2 час. ауд. занятий /2 час. СРС)

Основные понятия и определения. Базы данных (БД), система управления базами данных (СУБД). Информационное взаимодействие программ.

17.Проектирование БД (3 час. ауд. занятий / 3 час. СРС)

Модели данных: реляционная, иерархическая, сетевая. Их основные достоинства и недостатки. Обоснование выбора модели данных. Проектирование БД с учетом выбранной модели данных.

18.CALS-технологии (1 час. ауд. занятий /1 час. СРС)

Информационные CALS-технологии поддержки электронных средств на всех этапах жизненного цикла. Интегрированная база данных (ИБД) проекта. Сетевые средства доступа в ИБД. АРМы проектировщиков, служб управления разработкой, администра­тивной системы. Интегрированная система автоматизации проектных работ и управления произ­водством.

4.3.Практические занятия


Не предусмотрены

4.4.Лабораторный практикум


№ п/п
№ раздела дисциплины
Наименование лабораторных работ

1,2
3
Общие сведения о печатных платах. Виды конструкторской документации и последовательность проектирования ПП

3
3,12,13
Обшие сведения о системе проектирования ПП в PCAD.

4
3,12,13
Создание символа условного графического изображения в PCAD.

5
3,12,13
Разработка конструкторско-технологического изображения КЭ в PCAD.

6
3,6,12,13
Упаковка компонентов в корпус с использованием менеджера PCAD.

7
3,7,12
Разработка схем электрических принципиальных в графическом редакторе PCAD.

8
3,6,8,12
Упаковка схемы на ПП и автоматическая трассировка в PCAD.

9
3,7,8,9,10,11,12
Размещение компонентов и трассировка ПП внешним трассировщиком

10
3,12
Эспорт схемы электрической принципиальной из PCAD в Auto-CAD.

11,12
3,12
Оформление конструкторской документации с использованием Auto-CAD.



4.5. Курсовая работа и её содержание



Возможные на­именования тем курсовых работ:
  • проектирование ЭВС в условиях САПР (P-CAD);
  • разработка и наполнение БД компонентов ЭВС;
  • разработка информационной технологии для среды автоматизированного проектирования ЭВС;
  • разработка информационного обеспечения решения задач компоновки блоков ЭВС, размещения КЭ на монтажном пространстве и трассировки межсоединений.


Состав файлов курсовой работы:

- техническое задание;

- технические и программные средства, необходимые для проектирования узла;

- графическая документация.


5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

5.1. Рекомендуемая литература:


а) основная литература

  1. Савельев М.В. Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: Учебное пособие / Москва: В.Ш., 2004.-240с. (15 экз).
  2. Шахнов М.И. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник/ К.И.Билибин, А.И.Власов, Л.В.Журавлева и др./ Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004 (10экз.)
  3. Хомоненко А.Д. Базы данных: Основы, проектирование, использование / А.Д.Хомоненко, В.М.Цыганков, М.Г.Мальцев; под ред. А.Д.Хомоненко/ Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа -2006 (50экз.).
  4. Ли Кунву Основы САПР (CAD/CAM/CAE): пер. с англ. – СПб.: Питер, 2004 – 560с (10экз).
  5. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.-360 с. (15 экз)
  6. Советов Б.Я., Цехановский В.В. Информационные технологии: Учебник/ М.: Высшая школа, 2006 (15экз)
  7. Воронова В.В. Генетический алгоритм при автоматизированном проектировании электронных средств: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2002.


б) дополнительная литература
  1. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА – М., 2005, 560с. (10 экз)
  2. Олифер А.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Уч.пособ. для ВУЗов/ М.: Высшая школа -2006 (40экз.).
  3. Андрейчиков А.В. Интеллектуальные информационные системы: Учебник для ВУЗов/ М.: Высшая школа – 2006 (30экз.).
  4. Сучков Д.И. Основы проектирования печатных плат в САПР P-CAD: Учебное пособие / М.: Радио и связь, 2002 (15экз.)
  5. ГОСТ РИСО 10303-1-02. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Ч. 1. Общие представления и основополагающие принципы / Москва: ИПК Издательство стандартов, 2002.
  6. ГОСТ РИСО 10303-1-02, Системы автоматизации производства и их инте­грация. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Ч. 2. Методы реализации. Кодирование открытым текстом структуры обмена. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 2002.




5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины


Применение обучающих и контролирующих программ, фото-, кино- и иных материалов не предусматривается. При заочном обучении студенту предоставляется электронное пособие, включающее в себя теоретический и практический материал, а также тесты для самоконтроля.
  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Компьютерный класс, оснащённый ПЭВМ с характеристиками, обеспечивающими нормальную работу операционных систем.

Особенностью дисциплины является то, что она находится в стадии непрерывного развития, постоянной смене программно-технических средств, расширении номенклатуры информационных технологий и систем автоматизированного проектирования. Это требует постоянного обновления материально-технической базы, используемой при выполнении лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования.


7. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

Для изучения данной дисциплины необходимы знания, полученные при изучении следующих дисциплин: высшая математика, информатика, программирование, инженерная и компьютерная графика, общая электротехника и электроника, теоретические основы конструирования и надежности, схемотехническое проектирование ЭВС. Для выполнения курсовой работы рекомендуется использовать методические указания для курсового проектирования. Для самостоятельной работы по теоретическому курсу рекомендуется использовать электронный конспект лекций и учебные пособия из списка рекомендованной основной литературы.


Рекомендуемый список контрольных вопросов по курсу:

  1. Основные принципы и этапы проектирования.
  2. Проектирование. Задание на проектирование. Результат проектирования.
  3. Принципы системного подхода.
  4. Уровни сложности ЭВС.
  5. Уровни автоматизированного проектирования.
  6. Аспекты описания. Функциональный аспект. Конструкторский аспект. Технологический аспект.
  7. Стадии проектирования. Этап проектирования. Проектная процедура. Проектная операция.
  8. Функциональное проектирование. Логическое проектирование.
  9. Виды обеспечения САПР: математическое, программное, техническое, информационное, лингвистическое.
  10. Классификация САПР. Разновидности САПР.
  11. Математические модели схем ЭВС. Граф: неориентированный, ориентированный, взвешенный. Подграф, суграф.
  12. Маршрут. Путь. Длина пути. Элементарный путь. Простой путь. Мощность пути.
  13. Матрица смежности. Матрица инцидентности.
  14. Локальная степень вершины. Полустепень исхода вершины. Полустепень захода вершины.
  15. Двудольный граф. Полный граф. Гиперграф. Униграф. Мультиграф. Граф Кёнига. Граф-решётка.
  16. Плоский граф. Планарный граф. Число планарности.
  17. Сильносвязный граф. Слабосвязный граф. Несвязный граф. Компонент связности. Точка сочленения.
  18. Эйлеров граф. Полуэйлеров граф.
  19. Раскраска графа. Хроматическое число.
  20. Число внутренней устойчивости. Цикломатическое число. Паросочетание графа.
  21. Дерево. Кратчайшее покрывающее дерево. Точка Штейнера. Дерево Штейнера.
  22. Постановка задачи компоновки. Постановка задачи типизации. Постановка задачи покрытия.
  23. Разрезание схемы на части. Ограничения. Критерии.
  24. Основные алгоритмы компоновки конструктивных блоков.
  25. Основные методы, применяемые для решения задачи компоновки конструктивных блоков.
  26. Последовательные алгоритмы компоновки блоков ЭВС. Принцип формирования очередного блока. Список запрещенных вершин.
  27. Итерационные алгоритмы компоновки блоков ЭВС. Метод дихотомического деления. Числа связности вершин.
  28. Постановка задачи размещения конструктивных элементов в монтажном пространстве. Исходные данные для задачи размещения. Критерии качества для решения задачи размещения.
  29. Регулярность структуры объекта проектирования. Разногабаритные элементы и алгоритмы их размещения.
  30. Непрерывно-дискретные алгоритмы размещения элементов. Метод динамических моделей. Метод релаксации.
  31. Алгоритмы случайного поиска. Метод случайного блуждания. Выбор конструктивного элемента и позиции для его размещения.
  32. Алгоритмы начального размещения. Последовательные алгоритмы по связности. Принцип выбора очередного элемента для размещения.
  33. Матричные методы размещения. Правило выбора номера очередного элемента для размещения и номера позиции на плате.
  34. Метод обратного размещения.
  35. Итерационные алгоритмы размещения. Алгоритм парных перестановок. Итерационный алгоритм, использующий понятие медианы.
  36. Трассировка межсоединений. Очередность прокладки межсоединений.
  37. Многослойная трассировка. Расслоение до трассировки. Граф перекрытий. Расслоение после трассировки. Граф пересечений.
  38. Волновой алгоритм трассировки. Построение волны. Прокладка пути. Метод встречной волны. Прокладка пути.
  39. Лучевой алгоритм трассировки. Выбор направлений распространения луча. Прокладка пути.
  40. Эвристические алгоритмы трассировки. Прокладка пути.
  41. Канальная трассировка. Канал. Магистраль. Прокладка соединений в канале методом стволов и ветвей. Метод «левого края». Метод «Доглег».
  42. Структура технического обеспечения САПР. Узел данных. Среда передачи данных. Линии передачи данных. Средства обработки данных. Рабочая станция.
  43. Вычислительные сети. Классификация вычислительных сетей.
  44. Вычислительные системы. Архитектура вычислительных систем мелкоячеистой и крупноячеистой структуры.
  45. Реализация параллельных процессов в многопроцессорных вычислительных системах.
  46. Передача информации в режимах коммутации: каналов, сообщений, пакетов. Режим виртуальных каналов. Дейтаграммный режим.
  47. Информационное обеспечение САПР. Проектирование баз данных. Инфологическое проектирование. Даталогическое проектирование. Физическое проектирование.
  48. Концептуальная, логическая и физическая модели данных.
  49. Реляционная модель данных. Свойства таблиц в реляционной модели данных. Лучший набор таблиц. Понятие ключа. Первичный ключ. Достоинства и недостатки реляционной модели данных.
  50. Сетевая модель данных. Достоинства и недостатки сетевой модели данных.
  51. Иерархическая модель данных. Достоинства и недостатки иерархической модели данных.
  52. CALS-технология. CALS-система.



Программу составили: Воронова В.В., к.т.н., доцент каф. КиПЭВА КГТУ.

Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры КиПЭВА ______________________2007 г

Зав. кафедрой КиПЭВА О.Ш.Даутов

д.т.н., профессор

Зав. выпускающей кафедрой КиПЭВА О.Ш.Даутов

д.т.н., профессор

Председатель Учебно-методической В.А.Суздальцев

комиссии факультета, доцент


Декан факультета ТКиИ Л.Ю. Емалетдинова

д.т.н., профессор