ПРОГРАММА Схемотехника ЭВМ ВМКСиС

УДК 004(073)
ББК
Кононов О.А. Рабочая программа дисциплины «Схемотехника ЭВМ» по специальности
230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети – СПб.: СУРАО, 2013. _____ с.
Рабочая программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями
Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
(Регистрационный номер N 224 тех / дс от 27 марта 2000г.).).
Рабочая программа утверждена в рамках ООП по специальности 230101.65
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» на заседании ученого совета
института Протокол № _09-12_ от «_26_»_июня_2013 г.
Председатель ученого совета АНО ВПО «Смольный институт Российской академии
образования»
Б.Я. Советов
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании учебно-методического совета
института. Протокол № _6_ от «_13_»_июня_2013 г.
Председатель УМС
А.П. Шарухин
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании совета факультета Информационных
технологий. Протокол № _9-12 от «_23_»___мая___2013 г.
Председатель ученого совета факультета
О.А.Кононов
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры информационных систем.
Протокол № 9 от «_23_»___мая___2013 г.
Заведующий кафедрой
О.А.Кононов
2
Выписка из ГОС ВПО РФ
СД.Ф.03
Схемотехника ЭВМ
общее число часов: 200
Совместная работа цифровых элементов в составе узлов и устройств: типы
выходных каскадов, цепи питания, согласование связей, элементы задержки,
формирователи импульсов, элементы индикации, оптоэлектронные развязки;
триггеры; синхронизация в цифровых устройствах; риски сбоя в комбинационных
и последовательных схемах; функциональные узлы комбинационного типа;
функциональные узлы последовательностного типа: регистры, счетчики,
распределители; матричные умножители; БИС/СБИС с программируемой
структурой: программируемые логические матрицы, программируемая матричная
логика, базовые матричные кристаллы, оперативно-перестраиваемые FPGA;
схемотехника запоминающих устройств: статические, динамические, масочные,
прожигаемые;
запоминающие
устройства
на
основе
БИС/СБИС;
микропроцессорные комплекты БИС/СБИС; автоматизация функциональнологического этапа проектирования цифровых узлов и устройств.
3
3. Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является овладение студентами методами
построения функциональных узлов и устройств технического обеспечения
информационных систем, вычислительных машин, комплексов и систем, в том
числе с использованием систем автоматизированного проектирования.
Изучив дисциплину, студент должен:
знать и уметь использовать современную элементную базу (СИС, БИС, СБИС,
ПЛМ, БК, ПЛИС и др.); систему параметров и характеристики микросхем
различного уровня интеграции; методы построения функциональных устройств и
узлов технического обеспечения ИС и ЭВМ, в том числе подсистемы
полупроводниковой памяти; принципы автоматизации функциональнологического этапа проектирования цифровых узлов и устройств;
владеть методами выбора элементной базы для построения того или иного узла
ИС и ЭВМ; методикой разработки цифровых блоков и устройств; методами
оценки рисков сбоя в комбинационных и последовательностных устройствах;
методикой расчета основных технических характеристик разрабатываемого
устройства.
4. Содержание дисциплины
4.1 Объем и распределение часов дисциплины по разделам, темам и видам
занятий (очное отделение)
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГО
Общая трудоёмкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические и лабораторные занятия
Самостоятельная работа
200
128
80
48
72
ЧАСОВ
ПО
СЕМЕСТРАМ
7
8
104
96
64
64
40
40
24
24
40
32
Расч-граф. работы, домашние задания и (или)
другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
4
зачет
экзамен
Количество часов
Аудиторные занятия
№
ДЕ
1
2
3
Наименование разделов и тем
7 семестр
Введение. Классификация и
40
основные параметры цифровых
микросхем
Стандартные ИС.
Микросхемы типа ТТЛ, ЭСЛ и
КМДП
Основные серии стандартных
интегральных микросхем
Комбинационные устройства
Микросхемы малой степени
интеграции :
Микросхемы средней степени
интеграции: дешифраторы,
демультиплексоры,
мультиплексоры, шифраторы,
логические компараторы, схем
контроля четности и нечетности,
сумматоры, АЛУ
Последовательностные
устройства
Классификация триггеров. Одно- и
двухступенчатые триггеры.
Триггеры с динамическим
управлением. Триггеры RS, D, Т,
JK типа.
Регистры. Классификация и
устройство.
Классификация и устройство
счетчиков
2
2
6
5
6
6
8 семестр
4
Самостоя
Лаборатор
Практичес тельная
Лекции
ные
кие занятия работа
занятия
Запоминающие устройства
Классификация запоминающих
устройств. Основные понятия,
термины и характеристики.
Энергонезависимые
запоминающие устройства:
структурная схема, принцип
работы и устройство ячейки
памяти, способы
программирования микросхем
ПЗУ, ППЗУ, РППЗУ, ЭСППЗУ
Энергозависимые запоминающие
устройства: Структурная схема,
24
40
16
12
16
8
2
8
8
10
8
16
12
16
8
8
8
8
8
8
40
20
24
12
32
16
4
4
8
6
6
8
6
6
5
5
принцип работы и устройство
ячейки памяти ЗУПВ, АЗУ, FIFO и
LIFO
Функционально-логическое
проектирование узлов и блоков
ИС и ЭВМ
Способы согласования линий
связи. Формирователи и
распределители импульсов.
Синхронизация в цифровых
устройствах. Риски сбоя в
комбинационных и
последовательностных узлах и
методы борьбы с ними
Особенности проектирования
функциональных узлов на основе
БК и ПЛИС. Автоматизация
функционально-логического
проектирования цифровых узлов.
Заключение
Итого
20
12
16
10
6
8
10
6
8
80
48
72
Объем и распределение часов дисциплины по разделам, темам и видам
занятий (заочное отделение)
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГО
Общая трудоёмкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические и лабораторные занятия
Самостоятельная работа
200
24
18
6
176
ЧАСОВ
ПО
СЕМЕСТРАМ
8
9
84
116
8
16
8
10
76
6
100
зачет
экзамен
Расч-граф. работы, домашние задания и (или)
другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
6
Количество часов
Аудиторные занятия
№
ДЕ
1
2
3
4
Наименование разделов и тем
Самостоя
Лаборатор
Практичес тельная
Лекции
ные
кие занятия работа
занятия
8 семестр
Введение. Классификация и
8
76
основные параметры цифровых
микросхем
Стандартные ИС.
Микросхемы типа ТТЛ, ЭСЛ и
КМДП
Основные серии стандартных
интегральных микросхем
Комбинационные устройства
Микросхемы малой степени
интеграции :
Микросхемы средней степени
интеграции: дешифраторы,
демультиплексоры,
мультиплексоры, шифраторы,
логические компараторы, схем
контроля четности и нечетности,
сумматоры, АЛУ
Последовательностные
устройства
Классификация триггеров. Одно- и
двухступенчатые триггеры.
Триггеры с динамическим
управлением. Триггеры RS, D, Т,
JK типа.
Регистры. Классификация и
устройство.
Классификация и устройство
счетчиков
1
6
1
10
2
30
1
10
1
20
4
30
2
14
2
16
9 семестр
10
6
Запоминающие устройства
Классификация запоминающих
устройств. Основные понятия,
термины и характеристики.
Энергонезависимые
запоминающие устройства:
структурная схема, принцип
работы и устройство ячейки
памяти, способы
программирования микросхем
ПЗУ, ППЗУ, РППЗУ, ЭСППЗУ
Энергозависимые запоминающие
устройства: Структурная схема,
6
100
30
2
10
2
10
2
10
7
5
принцип работы и устройство
ячейки памяти ЗУПВ, АЗУ, FIFO и
LIFO
Функционально-логическое
проектирование узлов и блоков
ИС и ЭВМ
Способы согласования линий
связи. Формирователи и
распределители импульсов.
Синхронизация в цифровых
устройствах. Риски сбоя в
комбинационных и
последовательностных узлах и
методы борьбы с ними
Особенности проектирования
функциональных узлов на основе
БК и ПЛИС. Автоматизация
функционально-логического
проектирования цифровых узлов.
Заключение
Итого
4
6
70
2
6
30
2
40
18
8
6
176
4.2 Содержание дисциплины
Раздел 1 Микросхемы типа ТТЛ, ЭСЛ, КМОП
Классификация и основные параметры цифровых микросхем. Микросхемы типа
ТТЛ: схема базового элемента, входная, выходная и передаточная
характеристики, модификации базового элемента, совместная работа в составе
узлов и устройств.
Микросхемы типа ЭСЛ: схема базового элемента, входная, выходная и
передаточная характеристики, модификации базового элемента, совместная
работа в составе узлов и устройств.
Микросхемы типа КМОП: схема базового элемента, входная, передаточная
характеристика, понятие динамического тока потребления, совместная работа в
составе узлов и устройств. Основные серии стандартных интегральных
микросхем.
Раздел 2 Комбинационные устройства
Простейшие комбинационные устройства. Устройство, принцип работы и
правили каскадирования дешифраторов, демультиплексоров, мультиплексоров,
шифраторов, логических компараторов, схем контроля четности и нечетности.
Схемы арифметических устройств: полный одноразрядный сумматор,
многоразрядные сумматоры с последовательным и параллельным переносом,
схемы ускоренного переноса, стандартные схемы АЛУ, матричные умножители.
Раздел 3 Последовательностные устройства
Классификация триггеров. Одно- и двухступенчатые триггеры. Триггеры с
динамическим управлением. Триггеры RS, D, Т, JK типа. Параллельные,
последовательные и параллельно-последовательные регистры. Классификация
счетчиков.
Суммирующие
и
вычитающие
счетчики.
Счетчики
с
последовательным и параллельным переносом. Реверсивные счетчики. Счетчики
с произвольным модулем счета.
Раздел 4 Запоминающие устройства
Классификация запоминающих устройств. Основные понятия, термины и
характеристики. Постоянные запоминающие устройства: структурная схема,
принцип работы и устройство ячейки памяти, способы программирования
микросхем ПЗУ, ППЗУ, РППЗУ, ЭСППЗУ. Оперативные запоминающие
устройства: Структурная схема, временная диаграмма работы, электрическая
схема ячейки памяти микросхем СОЗУ и ДОЗУ. Правила построения блоков
памяти на основе стандартных БИС ЗУ.
Раздел 5 Функционально-логическое проектирование узлов и блоков ИС и ЭВМ
Способы согласования линий связи. Формирователи и распределители
импульсов. Синхронизация в цифровых устройствах. Риски сбоя в
комбинационных и последовательностных узлах и методы борьбы с ними.
9
Особенности проектирования функциональных узлов на основе БК и ПЛИС.
Автоматизация функционально-логического проектирования цифровых узлов.
10
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Обязательная литература
1. Горелик, В. Ю. Схемотехника ЭВМ: Учебное пособие / В.Ю. Горелик, А.Е.
Ермаков, О.П. Ермакова – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по
образованию на железнодорожном транспорте», 2007. – 174 с.
2. Грушвицкнй Р. И., Мурсаев А. X., Угрюмое Е. П. Проектирование систем
на микросхемах программируемой логики. — СПб.: БХВ -Петербург, 2002.
— 608 с.
Рекомендуемая литература
1. Лехин С. Н. Схемотехника ЭВМ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010
2. Дунаев, С. Д. Цифровая схемотехника: Учебное пособие / С.Д. Дунаев, С.Н.
Золотарев. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на
железнодорожном транспорте», 2007. – 238 с.
3. Антонов А.П. Язык описания цифровых устройств. ALTERA HDL.
Практический курс.-М.: ИП Радио Софт, 2002.- 224
4. Браммер, Ю. А. Импульсные и цифровые устройства: Учебник / Ю.А.
Браммер, И.Н. Пащук. – 6-изд. – М.: Высшая школа, 2002. – 351 с.
5. Зобенко А. А., Филиппов А. С., Комолов Д. А., Мяльк Р. А. Системы
автоматизированного проектирования фирмы Altera MAX+plus II и Quartus
II. Краткое описание и самоучитель. - Издательство «РадиоСофт» · 2002 г. ·
360 с.
6. Браммер, Ю. А. Цифровые устройства: Учебное пособие для вузов / Ю.А.
Браммер, И.Н. Пащук. – М.: Высшая школа, 2004. – 229 с.
7. Лаврентьев, Б. Ф. Схемотехника электронных средств: Учебное пособие /
Б.Ф. Лаврентьев. – М.: Академия, 2010.
8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. 7-е изд. М.: Мир, 2009.- 704
с
11
ТЕМЫ ДЛЯ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ И РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ:
«Схемотехника ЭВМ»
Разработать схему устройства по заданию преподавателя и промоделировать
его работу в среде Multisim или EWB.
Возможные темы курсовых работ:
АЦП последовательного счета;
АЦП следящего типа;
АЦП последовательных приближений;
АЦП двойного интегрирования;
Генератор белого шума (цифро-аналоговый);
Генератор линейно изменяющегося напряжения (аналоговый, цифроаналоговый);
7. Генератор ШИМ (аналоговый, аналого-цифровой, цифро-аналоговый);
8. Генератор ЧИМ (аналоговый, аналого-цифровой, цифро-аналоговый);
9. Генератор с управляемым сдвигом фазы (цифро-аналоговый);
10.Генератор и декодер Манчестер II;
11.Генератор с ФАПЧ для синхронизации обмена по LVDS каналу;
12.Преобразователь напряжение – длительность импульса;
13.Преобразователь ток – длительность импульса;
14.Преобразователь емкость – длительность импульса;
15.Преобразователь сопротивление – длительность импульса;
16.Электронный секундомер;
17.Электронные часы;
18.Электронный расходомер;
19.Электронный термометр;
20.Электронный влагомер;
21.Электронный безмен;
22.Электронные весы.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
12