Математические и физические основы цифровых средств

内容描述: Дисциплина знакомит с организацией вычислительного процесса в цифровых устройствах на основе применения позиционных систем счисления, специальных форм представления и способов кодирования числовых данных. Рассматривает основы логического моделирования функциональных узлов аппаратных средств цифровых систем. Даёт представление о технических решениях построения цифровых устройств и систем на основе магнитных, оптических и оптоэлектронных сред и компонентов. Формирует понятийные основы традиционных и перспективных направлений конструирования и реализации цифровых устройств.

贷款数: 3

*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:

零件: Компонент по выбору

循环次数: Базовые дисциплины

Цель

• Сформировать базовые компетенции для применения их в процессе последующего изучения организационных и архитектурных принципов построения цифровых систем и особенностей их функционирования; научить осознанно воспринимать вычислительные процессы, протекающие на аппаратном уровне и иметь представление об особенностях логического конструирования средств цифровой техники; развить способности обосновывать роль природных законов (электричество, магнетизм, оптика и пр.) в процессах создания и функционирования компонентов и систем цифровой техники; освоить практику логического мышления, на примерах изучая принципы функционирования ряда устройств цифровой техники.

Задача

• Сформировать понятия процедур применения логических и математических инструментов при проектировании узлов и компонентов систем хранения, обработки и передачи цифровых данных.
• Приобрести осознанное понимание роли физических законов, процессов, явлений и базирующихся на них принципов функционирования базовых компонентов средств цифровой техники.
• Конкретизировать (расширить) понятийную базу в сфере технологии производства средств цифровой техники.

Результат обучения: знание и понимание

• Знание: Перечислить позиционные системы счисления; форматы чисел с фиксированной точкой, с фиксированной запятой, с плавающей запятой; понятия «прямой», «обратный» и «дополнительный» коды чисел.
• Знание: Назвать понятие логической функции; ви-ды представления логических функций; что такое таблица истинности.
• Знание: Повторить определение, аксиомы и законы алгебры логики; определения нормальных форм логических функций; положения до-менной теории ферромагнетизма и основ-ные характеристики ферромагнетиков; со-став функциональных узлов накопителей на магнитном диске.
• Знание: Назвать основные положения теории света; номенклатуру основных элементов опто-электроники; что такое окно прозрачности волоконного световода; типы жидких кри-сталлов; электрооптические явления, при-сущие жидким кристаллам; принцип голо-графического способа хранения данных, методы записи голограмм.
• Понимание: Объяснить влияние различных физических факторов на основные функциональные ха-рактеристики накопителей на магнитном диске; какие законы и принципы лежат в основе создания и функционирования источников и приёмников света, а также среды для передачи светового потока; принцип функционирования жидкого кристалла; конструкцию жидкокристаллических мониторов.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• Показать правила выполнения операций над числами позиционных систем счисления; механизм кодовых преобразований чисел позиционных систем счисления и выполнения над ними арифметических операций; вывод логических функций по вербальному алгоритму решаемой задачи; выполнение аналитической минимизации логических функций.
• Объяснить формирование таблицы истинности по вербальному описанию задачи; правило записи аналитических выражений логических функций по таблице истинности; правило преобразования логических функций из одной формы в другую. в сфере инновационного менеджмента и стратегического планирования.

Результат обучения: формирование суждений

• Формирование суждений в сфере инновационного менеджмента и стратегического планирования.

Результат обучения: коммуникативные способности

• – уметь работать в группе по обслуживанию и администрированию корпоративной компьютерной сети, телекоммуникационной системы; – развить коммуникационные способности по организации процесса обучения навыкам сетевых пользователей сотрудников предприятия и организации.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• Практически проводить анализ и формули-ровать критические оценки работоспособности систем персонального пользования.
• Интерпретировать функциональные и тех-нические характеристики основных узлов и конструктивных компонентов компьютеров и систем на их основе.
• Анализировать содержание информационных материалов по вопросам практического применения вычислительных систем.

*TeachingMethods(zh-CN)*

При проведении учебных занятий предусматривается использование следующих образовательных технологий: Информационно-коммуникационные технологии: 1) конструирование занятия с использованием активных и интерактивных методов: – формулировка цели; – составление алгоритмов действий, необходимых для достижения цели; – методическое обеспечение занятия; – анализ итогов путём сравнения поставленной цели с достигнутыми результатами; 2) интерактивное обучение в ходе фронтальной работы: – активное воспроизведение ранее полученных теоретических знаний в новых условиях; – применение обратной связи; 3) проблемное обучение; 4) инновационные методы обучения: – имитационные – игровые (тренинги); – неимитационные (дискуссии; поисковые практические работы; самостоятельная работа).

Темы лекционных занятий

• Тема 1. Позиционные системы счисления. Правила перевода чисел из одной системы счисления в другую. Двоичная арифметика.
• Тема 2. Формы представления чисел. Общие сведения. Представление чисел в форме с плавающей запятой. Представление чисел в форме с фиксированной запятой.
• Тема 3. Машинные коды. Кодирование положительных и отрицательных чисел в форме с фиксированной запятой. Арифметические действия на числами с плавающей запятой. Двоично-десятичное кодирование чисел.
• Тема 4. Логические основы цифровой схемотехники. Логика. Математическая логика. Основные положения математической логики. Логические операции. Таблицы истинности.
• Тема 5. Логические основы цифровой схемотехники. Нормальные формы логической функции. Аналитическая минимизация логических функций.
• Тема 6. Физические основы записи и воспроизведения информации на подвижном магнитном носителе. Основные положения доменной теории ферромагнетизма. Основная кривая намагничивания и кривые перемагничивания ферромагнетика. Основные компоненты ЗУ на подвижном магнитном носителе.
• Тема 7. Способы записи/считывания двоичной информации на подвижном магнитном носителе. Модель записи/считывания двоичной информации на подвижный магнитный носитель. Классификация способов записи двоичной информации. Принцип записи/считывания двоичной информации способом без возврата к нулю (БВН).
• Тема 8. Оптоэлектроника. Причины возникновения и развития оптоэлектроники. Некоторые положения теории света. Номенклатура оптоэлектронной элементной базы.
• Тема 9. Оптоэлектроника. Источники оптического излучения: положения энергетической теории генерации электромагнитных волн, светодиоды и лазеры (конструкция и принцип действия). Приёмники оптического излучения: понятие фотоэффекта, конструкция и принцип действия диодного фотоприёмника (фотодиода).
• Тема 10. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Понятие ВОЛС и её место в составе канала передачи данных. Принцип передачи световой энергии по волоконному световоду – эффект полного внутреннего отражения. Типы волоконных световодов. Окна прозрачности волоконных световодов. Варианты конструктивных решений оптоволоконных кабелей.
• Тема 11. Жидкокристаллические приборы для отображения информации. Физические принципы, лежащие в основе работы жидкокристаллических индикаторов. Типы жидких кристаллов. Электрооптические явления, присущие жидким кристаллам. пример «работы» жидкого кристалла.
• Тема 12. Оптика. Голографические запоминающие устройства. Принцип голографического способа хранения данных. Методы записи голограмм. Типы голографических запоминающих устройств. Свойства голографических запоминающих устройств. Структурная схема голографического запоминающего устройства.
• Тема 13. Оптика. Голографические запоминающие устройства. Устройства управления оптическим излучением.
• Тема 14. Мониторы. Конструкция жидкокристаллического монитора. LCD монитор. LED мониторы и телевизоры. E-INK и SiPix мониторы. Подсветка ЖК мониторов. Сенсорные панели.
• Тема 15. Нанотехнологии. Нанофотоника. Наноэлектроника.

Основная литература

• Основная литература: 1 Мышляева И.М. Цифровая схемотехника: Учебник для сред. Проф. Образования/Ирина Михайловна Мышляева. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 400 с. (с. 5 – 40).
• 2. Введение в цифровую схемотехнику / Новиков Ю.В. – М.: Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ", 2016 (Основы информационных технологий). (с. 4 – 8).
• 3. Беспалов В.Г. Основы оптоинформатики. Часть 1. Информационные технологии – от электронного к оптическому компьютеру. – СПб.: Издательство «Питер», 2006.
• 4. Ефанов В.И. Введение в специальность. Физика и техника оптической связи: Учебное пособие. – Томск: Томский межвузовский центр ди-станционного образования, 2006. – 166 с.

Дополнительная литература

• 1. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. – М.: Высш. шк., 1982. – С. 176 – 181.
• 2. Миловзоров В.П. Элементы информационных систем: Учеб. для вузов по спец. "Автоматизированные системы обр. информ. и упр.". – М.: Высш. шк., 1989. С. 136 – 147; 317 – 322.
• 3. Фрике К. Вводный курс цифровой электроники: Пер. с нем. – Москва.: Издательство «Техносфера», 2003. – 432 с. (С. 19 – 32; 65 – 78).
• 4. Ткалич В.Л., Макеева А.А., Оборина Е.Е. Физические основы наноэлектроники: Учебное пособие. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011. – 83 с.
• 5. Голографические запоминающие устройства. – https://yandex.kz/images/search?text=голографические%20 запоминающие%20 устройства&stype=image&lr=10306&noreask=1&source=wiz.
• 6. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд. (+CD). – СПб.: Питер, 2007. – 844 с