Документ 768258

1
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.13.12
"СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ"
В основу программы положены следующие вузовские дисциплины:
основы построения САПР», «Автоматизация функционально-логического
БИС», «Лингвистическое обеспечение САПР», «Автоматизация логического
БИС», «Автоматизация схемотехнического проектирования БИС»,
топологического проектирования БИС», «Экспертные системы САПР».
«Теоретические
проектирования
проектирования
«Автоматизация
Введение.
Значение и роль автоматизации проектирования (АП) для научно-технического прогресса.
Комплексный подход к автоматизации проектирования, производства и управления. Связь
САПР, АСУТП, АСУП и АСУ. История развития и современное состояние САПР.
Методология инженерного проектирования и общие сведения о САПР.
Цели и задачи процесса проектирования. Блочно-иерархический подход к проектированию.
Примеры иерархических уровней и аспектов при описании объектов проектирования в
конкретных областях техники.
Проектные операции, процедуры, этапы проектирования. Восходящее и нисходящее
проектирование. Принципы и методы проектирования. Этапы проектирования сложных
технических систем. Краткая характеристика основных этапов проектирования СБИС:
системного, микросхемного, регистрового, логического, схемотехнического, топологического и
компонентного. Классификация параметров и переменных в описаниях проектируемых
объектов. Функциональные и измеряемые параметры. Классификация проектных процедур.
Краткая характеристика процедур структурного синтеза, составления математической модели
(ММ) объекта проектирования, анализа ММ, параметрической оптимизации и статистического
анализа. Типовые проектные процедуры и последовательности процедур в схеме процесса
проектирования. Маршруты проектирования изделий микроэлектроники, используемые
ведущими зарубежными и отечественными компаниями.
Структура САПР. Программные и аппаратные средства САПР. БИС. Назначение
различных видов обеспечения, классификация и примеры подсистем. Блок-схема прикладного
программного обеспечения для проектирования БИС. Принципы построения САПР. Примеры
структур САПР, действующих в промышленности.
Техническое обеспечение САПР
Назначение и классификация средств программной обработки данных. Семейства ЭВМ,
используемые в САПР, их характеристики. Многомашинные и многопроцессорные
вычислительные системы.
Архитектура современных ЭВМ. Специализированные процессоры. Возможности
аппаратной реализации процедур автоматизированного проектирования. Контроллеры вводавывода. Интерфейсы ЭВМ.Организация памяти. Назначение и характеристики различных типов
оперативных и внешних запоминающих устройств. Назначение, разновидности, характеристики
и принципы функционирования устройств ввода-вывода и устройств подготовки информации.
Алфавитно-цифровые и графические дисплеи. Векторные и растровые дисплеи. Устройства
документирования. Назначение, разновидности и принципы функционирования сканеров
графической информации, графопостроителей и координатографов. Комплексирование
аппаратных средств в САПР. Автоматизированные места проектировщиков и интерактивнографические системы. Их состав и режимы функционирования. Вычислительные сети САПР.
Классификация вычислительных сетей.
2
Математическое моделирование и анализ технических объектов в САПР.
Особенности математических моделей на различных иерархических уровнях описания
объектов. Показатели эффективности и требования к моделям, методам и алгоритмам
моделирования в САПР. Понятие об областях адекватности моделей. Классификация
математических моделей по степени детальности отображения свойств объекта, по характеру
отображения свойств, по методам получения. Понятие о полных моделях и макромоделях.
Методика получения моделей элементов и макромоделей, применение методов планирования
экспериментов и регрессионного анализа.
Примеры математических моделей на микроуровне. Сравнение методов конечных
разностей, конечных элементов и граничных элементов. Дискретизация и алгебрализация
уравнений в методах конечных элементов (МКЭ). Этапы применения МКЭ. Примеры анализа
технических объектов с помощью МКЭ.
Аналогии физических величин и уравнений при моделировании объектов на макроуровне.
Компонентные и топологические уравнения.
Представление структуры объектов с помощью эквивалентных схем и графов.
Формализация процедуры составления математических моделей систем из математических
моделей элементов на основе узлового метода. Алгоритмы формирования матрицы Якоби.
Особенности методов табличного и переменных состояния.
Численные методы анализа объектов на микро- и макроуровнях. Метод Гаусса для решения
систем линейных алгебраических уравнений. Понятие о разреженных матрицах. Учет
разреженности матриц в методе Гаусса Метод прогонки. Оптимальное упорядочение строк и
столбцов. Методы Ньютона, Зейделя. Якоби, ПВР и простой итерации для решения систем
нелинейных уравнений и трансцендентных уравнений. Сравнение методов. Численные методы
интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ). Явные и неявные
методы. Устойчивость вычислений и области предпочтительного применения методов. Методы
Эйлера, Рунге-Кутта, Адамса-Башфорта, Адамса-Маултона, Гира. Методы анализа
устойчивости физических систем. Численные методы определения собственных значений и
собственных векторов матриц.
Пути повышения эффективности методов анализа. Декомпозиция и диакоптика. Способы
фрагментации объектов, структура матриц Якоби в математических моделях объектов при
диакоптическом подходе. Методы подсхем. Алгоритмы раздельного интегрирования. Методы
учета событийности. Раздельное интегрирование в методах однонаправленных моделей и
релаксация формы сигнала. Комбинирование моделей и методов в процессе анализа.
Смешанное и многоуровневое моделирование. Адаптивное моделирование.
Подходы к анализу объектов на метауровне. Применение методов анализа систем
автоматического управления. Моделирование логических и функциональных схем дискретных
устройств. Синхронное и асинхронное моделирование. Методы решения логических уравнений.
Выявление рисков сбоя в цифровой аппаратуре. Представление сложных вычислительных и
информационных систем в виде систем массового обслуживания. Имитационное
моделирование систем массового обслуживания. Элементы моделей. Организация событийного
моделирования. Применение методов имитационного моделирования для анализа
функционирования САПР. Процедуры многовариантного анализа. Анализ чувствительности.
Методы приращений, прямой, вариационный, регрессионный. Статистический анализ. Метод
наихудшего случая. Методы статистических испытаний. Метод Монте-Карло. Алгоритмы
задания случайных значений параметрам элементов. Статистическая обработка результатов.
Точность и трудоемкость статистического анализа.
Основные положения геометрического моделирования. Способы задания графической
информации - структурно-символический, рецепторный, аналитический, координатный.
Разновидности математических моделей геометрических объектов. Элементы графических
изображений. Основные графические операции. Математические модели в технологии микро и наноэлектроники: табличные, сетевые, перестановочные, теоретические. Математическое
моделирование технологических процессов и их элементов.
3
Синтез описаний технических объектов в САПР.
Сущность задач параметрической оптимизации и структурного синтеза. Постановка
задачи оптимизации параметров как задачи математического программирования. Критерии
оптимальности, используемые при проектировании сложных технических систем. Понятие о
множестве Парето. Способы нормализации параметров. Методы одномерной оптимизации.
Классификация методов многомерной оптимизации. Методы нулевого, первого и второго
порядков. Сравнение методов безусловной оптимизации, сведение задач условной оптимизации
к безусловной. Методы штрафных функций. Особенности максимальной постановки
экстремальных задач. Методы поиска максимина. Особенности задач линейного
программирования, их решение с помощью симплекс-метода. Нелинейное программирование:
методы и алгоритмы.
Процедуры оптимизации допусков. Постановка задач вписывания гиперфигур в область
работоспособности. Способы нормирования параметров. Алгоритмы центрирования и
оптимизации допусков. Постановка задач многоуровневой оптимизации. Оптимизация
технических требований для технических заданий при нисходящем проектировании. Основные
сведения о графах. Цепи, циклы, маршруты, деревья. Матрицы инциденций и смежности.
Характеристические числа графов. Гиперграфы.
Примеры постановок задач параметрической оптимизации на различных иерархических
уровнях проектирования изделий. Параметрическая оптимизация технологических процессов.
Классификация и уровни сложности задач структурного синтеза. Основные положения
поискового конструирования. Выбор физического принципа действия. Библиотеки физических
эффектов.
Методы синтеза технических решений. Методы полного перебора, сокращенного перебора,
последовательного наращивания структуры и выделения варианта из обобщенной структуры.
Примеры сведения задач структурного синтеза к задаче дискретного математического
программирования. Методы дискретной оптимизации-отсечения, комбинаторные, локальной
оптимизации. Оценка эффективности методов решения комбинаторных задач. Примеры
постановок и алгоритмов решения задач компоновки и размещения оборудования, трассировки
коммуникаций. Постановка и методы решения задач синтеза технологических процессов и их
элементов в машиностроении. Постановка и методы решения задач логического синтеза
цифровых автоматов. Общие понятия экспертных систем. Представление знаний. Методы
логического вывода. Характеристики экспертной системы. Применение экспертных систем для
решения задач структурного синтеза объектов проектирования.
Лингвистическое, программное и информационное обеспечение САПР.
Классификация языков САПР. Языки программирования, проектирования и управления.
Лингвистическое обеспечение: алгоритмические языки высокого уровня (СИ, АДА, СИ++ и
др.); входные языки(VHDL, Verilog, System C); языки СУБД (системы управления базой
данных); выходные языки. Их краткая характеристика. Процедурные и непроцедурные языки.
Примеры входных языков для описания схем. Общецелевые и специализированные языки
имитационного моделирования вычислительных и информационных систем. Диалоговые
языки.
Режимы
функционирования
вычислительных
систем
однопрограммный,
мультипрограммный, разделения времени, реального времени. Дисциплины обслуживания.
Прерывания и приоритеты.
Назначение и основные функции операционных систем (ОС). Характеристики различных
типов ОС. Управляющие программы. Супервизор. Управление заданиями. Планировщик и
главный планировщик. Структура языка управления заданиями в ОС. Управление данными.
Характеристика наборов данных. Идентификация наборов данных. Организация хранения
данных в запоминающих устройствах прямого доступа. Форматы записей наборов данных.
4
Разделение памяти. Обрабатывающие программы. Структура загрузочного модуля. Редактор
связей. Управляющие предложения редактора связей ОС.
Специальное программное обеспечение, пакеты прикладных программ. Типы пакетов, их
состав. Мониторы, их функции. Языковые процессоры. Трансляторы, ассемблеры,
интерпретаторы. Понятие о компиляции и интерпретации. Фазы трансляции. Лексический и
синтаксический анализ. Элементы теории формальных грамматик. Порождающие грамматики.
Контекстно-связанные и контекстно-свободные грамматики и языки. Синтаксические деревья.
Задачи разбора. Одно-, двух и трехпроходные трансляторы. Конверторы. Их применение в
САПР. Функциональные программы. Связи модулей по управлению и информации. Примеры
пакетов прикладных программ САПР. Разработка программного обеспечения САПР. Правила
структурного программирования. Требования к модулям. Автоматизация программирования.
Кросс-системы. Понятие о банках и базах данных. Требования к банкам данных. Системы
управления базами данных. Типы структур баз данных. Иерархические, сетевые и реляционные
структуры. Логическая и физическая организация баз данных. Организация доступа к данным.
Разновидности банков данных. Особенности банков данных в САПР. Информационные потоки.
Информационно-поисковые и информационно-справочные системы.
Литература:
1. Казённов Г.Г.
Основы проектирования интегральных схем и систем.М.:БИНОМ.Лаборатория знаний.-2005.
2. Г.Г.Казеннов, А.Г.Соколов. Основы построения САПР и АСТПП.-М., Высшая школа,
1989(учебник).
3. Г.Г.Казеннов, А.Г.Соколов. Принципы и методология построения САПР БИС.-М.:Высшая
школа, 1990.
4.
Дж.Д.Ульман. Вычислительные аспекты СБИС.-М.: Радио и Связь, 1990.
5.
Корячко В.П., Курейчик В.М.,Норенков И.П.
Теоретические основы САПР.М.:Энергоатом издат, 1987(учебник).
6.
В. М.. Щемелинин. Автоматизация топологического проектирования БИС.-М.:МИЭТ,
2001.
7.
Б. Уилкинсон. Основы проектирования цифровых схем. Издательский дом ”Вильямс”.
Москва*Санкт-Петербург*Киев. 2004.
8.
Кравченко В., Радченко Д. SYNOPSYS-Основные средства и возможности. Электроника:
Наука. Технология. Бизнес.-2003.-№5.
9.
Бухтеев А. Среда проектирования компании Cadence. CHIP NEWS.-2003-№4 (77),апрель.
10. А.Л.Стемпковский, С.В.Гаврилов, А.Л.Глебов. Методы логического и логико-временного
анализа цифровых КМОП СБИС. МОСКВА. НАУКА.2007.
11. Джозеф Джаррантано, Гари Райли. Экспертные системы. Издательский дом “Вильямс”.
Москва*Санкт-Петербург*Киев. 2007.