Mathematical and physical fundamentals of digital tools

Description: Mastering the methodological foundations of building digital aids with an emphasis on hardware of computer systems and networks. Familiarity with the basic principles and fundamental physical laws that form the basis of the technology of designing digital devices. Formation of the conceptual foundations of traditional and promising areas of design and implementation of digital devices.

Amount of credits: 3

Course Workload:

Component: Component by selection

Cycle: Base disciplines

Goal

• 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.

Objective

• 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.

Learning outcome: knowledge and understanding

• 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.

Learning outcome: applying knowledge and understanding

• 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.

Learning outcome: formation of judgments

• Формирование суждений в сфере инновационного менеджмента и стратегического планирования.

Learning outcome: communicative abilities

• – 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.

Learning outcome: learning skills or learning abilities

• 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.

Teaching methods

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).

Topics of lectures

• Тема 1
• Тема 2
• Тема 3
• Тема 4
• Тема 5
• Тема 6
• Тема 7
• Тема 8
• Тема 9
• Тема 10
• Тема 11
• Тема 12
• Тема 13
• Тема 14
• Тема 15

Key reading

• 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.

Further reading

• 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