Закреплена за кафедрой | Кафедра вычислительной техники и электроники |
---|---|
Направление подготовки | 09.03.01. Информатика и вычислительная техника |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
Учебный план | 09_03_01_ИиВТ-3-2019 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 3 (5) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 19 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 36 | 36 | 36 | 36 |
Практические | 18 | 18 | 18 | 18 |
Сам. работа | 27 | 27 | 27 | 27 |
Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники
Протокол от 26.06.2019 г. № 69/18-19
Заведующий кафедрой д.т.н., Седалищев Виктор Николаевич, проф., зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"
1.1. | Цель изучения дисциплины – формирование у будущих бакалавров теоретических знаний об общих принципах работы с логическими функциями и цифровыми схемами, ознакомление с основами цифровой схемотехники и типовыми методиками проектирования цифровых устройств, приобретение практических навыков анализа и синтеза цифровых и микропроцессорных узлов и схем. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.03 |
ОПК-4 | способностью участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов |
ПК-3 | способностью обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | об основных разновидностях и схемотехнике функциональных узлов цифровой и микропроцессорной техники; о современном состоянии и перспективах развития цифровой и микропроцессорной техники |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | обладать базовыми знаниями по выбору элементной базы и схемных решений при разработке цифровых устройств разной степени сложности и назначения; владеть технологиями проектирования и разработки различных функциональных узлов цифровой и микропроцессорной техники; владеть технологиями разработки алгоритмов функционирования цифровых и микропроцессорных устройств |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | навыками практической работы с документацией и справочной информацией по цифровым и микропроцессорным устройствам; методами проектирования конкретных устройств в соответствии с техническим заданием; способами создания и отладки программ для микропроцессора на языке низкого уровня |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. Введение. Алгебра логики. Логические уровни. Логика состояний. Бинарная логика. | ||||||
1.1. | Основные понятия булевой алгебры. Логические переменные, логические функции. Реализация булевой функции с помощью переключательных и электронных схем. Теоремы булевой алгебры. Конъюнкции и дизъюнкции, канонические формы. Карты Карно, упрощение функций. Понятие базиса, представление функций в базисах И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Смешанные схемы, элементы с тремя состояниями, схемы с открытым коллектором, расширение элементов. | Лекции | 5 | 4 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
1.2. | Применение основных теорем и аксиом булевой алгебры Отрицание функции. Р-и S- термы. Канонические представления функций в виде Р-термов. Карты Карно. Упрощение дизъюнктивных нормальных форм. Базис И-НЕ. Реализация дизъюнктивных форм с помощью И-НЕ. Расширение элементов, смешанные схемы. Функции равнозначности и неравнозначности. Канонические представления функций в виде S-термов. Отображение S-термов на картах Карно. Инверсная функция. Базис ИЛИ-НЕ. Реализация конъюнктивных и дизъюнктивных форм в базисе ИЛИ-НЕ. | Практические | 5 | 2 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
1.3. | Решение задач с использованием базовых теорем булевой алгебры. Составление таблиц истинности функций. Реализация функций в различных базисах. Представление и упрощение функций с помощью карт Карно. Получение канонических форм алгебраически и с помощью карт Карно. Минимизация функций и отрицаний функций с использованием ТНБ. | Сам. работа | 5 | 1 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
Раздел 2. Проектирование комбинационных логических схем. | ||||||
2.1. | Проектирование простых дешифраторов. Проектирование преобразователей кода. | Практические | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
2.2. | Комбинационные логические схемы. Полусумматор, сумматор, расширение разрядности. Двоичное кодирование, обратный код, дополнительный код. Сложение и вычитание чисел. Умножение. Преобразование кодов. | Лекции | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
2.3. | Разработка и реализация в заданных базисах различных преобразователей кода (NBCD в XS3,(NBCD в дополнительный и т.п.) | Сам. работа | 5 | 2 | Л2.2, Л1.1, Л3.1 | |
Раздел 3. Проектирование на основе микросхем средней степени интеграции. | ||||||
3.1. | Мультиплексор, функции и применение. Уравнение мультиплексора. Расширение входов. Мультиплексор как генератор логических функций. Дешифратор и демультиплексор. ОЗУ, ПЗУ. Способы адресации ПЗУ. ПЛМ. Логические схемы на основе ПЗУ и ПЛМ. | Лекции | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л3.1 | |
3.2. | Реализация булевых функций с использованием 4-х и 8-ми входового мультиплексора. Реализация функций пяти и шести переменных с помощью двух уровней мультиплексирования. Использование микросхем дешифраторов для реализации логических функций. Преобразователи кода на ПЗУ и ПЛМ. | Практические | 5 | 2 | Л2.2, Л1.1, Л3.1 | |
3.3. | Реализация функций трех и четырех переменных на 4-х и 8-ми входовом мультиплексоре. Выбор оптимального варианта. Проектирование полного 4-х разрядного сумматора на мультиплексорах. Реализация различных преобразователей кода на ПЗУ и ПЛМ. Определение необходимой емкости и организации ПЗУ и ПЛМ. | Сам. работа | 5 | 2 | Л2.2, Л1.1, Л3.1 | |
Раздел 4. Ситуации риска при проектировании цифровых схем. | ||||||
4.1. | Статический риск. Виды статического риска. Выявление ситуаций статического риска. Схемы, гарантированные от статического риска. Динамический риск. Выявление и способы устранения динамического риска. | Лекции | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
4.2. | Определение и устранение статического риска. Построение гарантированных от риска схем в базисах И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Определение наличия динамического риска. Варианты устранения динамического риска. | Практические | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
4.3. | Анализ схем на присутствие разного рода рисков (статического, динамического). Избавление от ситуаций риска при проектировании логических схем. | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
Раздел 5. Последовательные схемы. Элементы памяти (триггеры). Схемы, проектируемые при помощи триггеров. | ||||||
5.1. | Элементы памяти. Триггеры. Уравнение для запирания и отпирания триггера. RS- триггер. T, D, JK триггеры, таблицы истинности и уравнения. Счетчики. Двоичные счетчики. Счетчики по модулю 2,4,8…,2^n. Двоично-десятичные счетчики. Кольцевые счетчики, счетчики с автосбросом. Регистры. Регистры сдвига. Обратная связь в регистрах. Счетчики на основе сдвиговых регистров. Генераторы последовательности на сдвиговых регистрах. Генератор псевдослучайной последовательности. Метод скачка. | Лекции | 5 | 6 | Л2.2, Л1.1, Л3.1 | |
5.2. | Стандартные типы триггеров. Проектирование триггеров. Проектирование синхронных и асинхронных счетчиков. Проектирование счетчиков и генераторов на сдвиговых регистрах. | Практические | 5 | 6 | Л2.2, Л1.1, Л3.1 | |
5.3. | Варианты реализации двухступенчатых триггеров. Временные диаграммы работы стандартных триггеров. Принцип динамической записи. Многоразрядные счетчики на микросхемах. Надежный сброс в асинхронных счетчиках. Свойства кольцевого счетчика и счетчика Джонсона. Генератор псевдослучайной последовательности с заданной функцией обратной связи. | Сам. работа | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л3.1 | |
Раздел 6. Проектирование синхронных последовательных схем. | ||||||
6.1. | Синхронные последовательные схемы. Постановка задачи. Алгоритм проектирования. Способы сокращения состояний. Кодирование состояний. Автоматы Мили и Мура. | Лекции | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
6.2. | Проектирование синхронных последовательных схем. Алгоритм проектирования. | Практические | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
6.3. | Обоснование выбора синхронной схемы вместо асинхронной для реализации конкретного ТЗ. Последовательность проектирования синхронной схемы. | Сам. работа | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
Раздел 7. Проектирование асинхронных последовательных схем. | ||||||
7.1. | Асинхронные последовательные схемы. Определение, постановка задачи и алгоритм проектирования. Сокращение состояний. Гонки и циклы. Противогоночное кодирование состояний. | Лекции | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
7.2. | Проектирование асинхронных схем на примере счетчика клиентов предприятия. | Практические | 5 | 2 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
7.3. | Анализ асинхронной схемы на наличие циклических переходов (циклов). Варианты устранения циклов. Обнаружение и устранение гонок в асинхронных схемах. | Сам. работа | 5 | 4 | Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
Раздел 8. Микропроцессоры. Введение. | ||||||
8.1. | Принцип декомпозиции академика Глушкова. Построение упрощенного микропроцессора (МП)на примере устройства двоичного умножения с программным управлением. Обобщенная структурная схема микропроцессорной системы. Понятие архитектуры МП. Принципы фон Неймана. Фоннеймановская, гарвардская архитектуры. Основные технические характеристики МП. Классификация МП. | Лекции | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
8.2. | Понятие микропроцессорного комплекта (МПК). Классификация МПК. Обзор популярных МПК. Однокристальные микроконтроллеры. | Сам. работа | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
Раздел 9. Однокристальный 8-ми разрядный МП на примере I8080 (КР580ВМ80). | ||||||
9.1. | МП I8080 (КР580ВМ80). Структурная схема. Программная модель. Регистры. АЛУ. Последовательность выполнения команды в МП КР580ВМ80 (пример). Организация памяти. Организация ввода/вывода. Стек. Система команд. Типы и форматы команд. Способы адресации. Командный цикл. Машинные такты и машинные циклы. Типы машинных циклов. Байт состояния. Особые режимы работы (прерывание, ПДП, останов). Структурная схема блока центрального процессора на микропроцессорном комплекте серии 580. | Лекции | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
9.2. | Временные диаграммы обмена машинных циклов МП I8080(выборка, прерывание, ПДП, останов). Последовательность обработки запросов прерываний. | Сам. работа | 5 | 2 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
Раздел 10. Организация вычислительных систем на базе МП Intel 80х86. | ||||||
10.1. | 16-разрядные МП компании Intel. МП i8086. Основные характеристики. Минимальный и максимальный режим. Структурная схема. Организация памяти. Распределение памяти. Организация ввода/вывода. Программная модель. Регистры. Прерывания МП i8086. 32-разрядные МП. Основные характеристики. Режимы работы. Сегментная и страничная организация памяти. Формирование физического адреса в защищенном режиме. Основные характеристики, архитектурные и схемотехнические особенности 64-разрядных МП компании Intel. | Лекции | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
10.2. | Обзор современных МП компании Intel. Сравнительный анализ технических характеристик и функциональных возможностей МП компаний-конкурентов Intel. | Сам. работа | 5 | 4 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 | |
Раздел 11. Аттестация | ||||||
11.1. | Экзамен | 5 | 27 | Л2.2, Л1.1, Л2.1, Л3.1 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
Контрольная работа №1. Базовые логические элементы. Синтез цифровых узлов на микросхемах малой степени интеграции. Контрольная работа №2. Анализ и синтез цифровых узлов на микросхемах средей степени интеграции. Контрольная работа №3. Синхронные и асинхронные последовательные схемы. |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
Не требуется |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
ФОС приведен в Приложении |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | Ю.В. Новиков | Введение в цифровую схемотехнику: учебное пособие | ИНТУИТ; Бином, 2007 | biblioclub.ru |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | Мышляева И.М. | Цифровая схемотехника: Учебник для сред. проф. образования | М.: Издательский центр «Академия», 2005 | |
Л2.2 | Хартов В.Я. | Микропроцессорные системы: учеб. пособие для вузов | М.: Академия, 2010 | |
6.1.3. Дополнительные источники | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л3.1 | Матющенко Ю. Я. | Цифровая и микропроцессорная техника: Практикум | Барнаул : АлтГУ, 2017 | elibrary.asu.ru |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Новиков Ю.В. Введение в цифровую схемотехнику: учебное пособие. – М.: ИНТУИТ; БИНОМ, 2007. | biblioclub.ru | ||
Э2 | Матющенко Ю.Я. Цифровая и микропроцессорная техника. Практикум.- Издательство АлтГУ, 2017 | elibrary.asu.ru | ||
Э3 | Единый образовательный портал АлтГУ. Курс «Цифровая и микропроцессорная техника» | portal.edu.asu.ru | ||
Э4 | Новиков Ю.В. Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники: учебное пособие. – М.: ИНТУИТ; БИНОМ, 2009. | www.intuit.ru | ||
Э5 | Курс в Мудле ЦМПТ | portal.edu.asu.ru | ||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
Open Office – Условия использования по ссылке http://www.openoffice.org/license.html LibreOffice Условия использования: https://ru.libreoffice.org/about-us/license/ 7-zip Условия использования: https://www.7-zip.org/license.txt Acrobat Reader Условия использования: http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf Mozila FireFox Условия использования: https://www.mozilla.org/en-US/about/legal/eula/ Chrome Условия использования: http://www.chromium.org/chromium-os/licenses Microsoft Windows | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
1 Федеральная служба государственной статистики РФ [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.gks.ru/. 2 Федеральный портал по научной и инновационной деятельности [Электронный ресурс]. -Электронные данные. - Режим доступа: http://www.sci-innov.ru/. 3 Научная и учебно-методическая литература [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.intuit.ru. 4 Научный журнал «Вестник Российской академии естественных наук» [Электрон-ный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.ras.ru/publishing/rasherald/rasherald_archive.aspx. 5 Научный журнал «Интеграл» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http://www.portalnano.ru/read/databases/publication/journal_integral. 6 Научный журнал «Инновации» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http://ojs.innovjoum.ru/index.php/innov 7 Научный журнал «Информатика и системы управления» [Электронный ресурс]. – Электронные данные. - Режим доступа: http://ics.khstu.ru/ 8 Научный журнал «Информационные системы и технологии» [Электронный ре-сурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://gu-unpk.ru/science/joumal/isit 9 Научный журнал «Информационные технологии» [Электронный ресурс]. - Элек-тронные данные. - Режим доступа: http://novtex.ru/IT/ 10 Научный журнал «Нейрокомпьютеры: разработка, применение» [Электронный ре-сурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http://www.radiotec.ru/catalog.php?cat=jr7 11 Научный журнал «Программные продукты и системы» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http://www.swsys.ru/ Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/); |
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
202К | лаборатория цифровой техники - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 18 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1шт.; компьютеры: марка Aqarius; Парус - 12 единиц; вольтметр В7-34А; генератор Г5-56; генератор сигналов Г6-36; коммутатор SWITCH; компьютер Парус 945 MSI; осциллограф АСК- 1052 - 7шт.; осциллограф ЕО- 213 - 4шт.; осциллограф С1-64; осциллограф С1-91; паяльная станция АТР-1121; системный блок Aquarius Cel - 2400 – 10 шт.; стабилизатор 1202; методические указания по выполнению лабораторных работ: работа на учебной микроэвм; методы проектирования на микросхемах средней степени интеграции; последовательностные схемы; комбинационные логические схемы. |
001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
Необходимые теоретические сведения для самостоятельной работы студентов содержатся в учебном пособии Матющенко Ю.Я. "Цифровая и микропроцессорная техника", приведенным в Приложении. |