вступительного экзамена в магистратуру

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
______________ А.А. Хмыль
«___» _____________ 2007 г.
ПРОГРАММА
вступительного экзамена в магистратуру
по специальности
1-40 80 03 «Вычислительные машины и системы»
Минск-2007
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Настоящая программа является минимальной для подготовки и сдачи вступительного экзамена в магистратуру Учреждения образования «Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники» по специальности Т.10.03.00 «вычислительные машины, системы и сети». Она базируется на программах вузовских дисциплин:
«Высшей математики», «Арифметических и логических основ вычислительной техники»,
«Объектно–ориентированного программирования», «Схемотехники», «Архитектуры персональных ЭВМ», «Структурной и функциональной организации ЭВМ», «Машинной графики», «Цифровой обработки сигналов и изображений», «Контроля и диагностики средств
вычислительной техники» и «Автоматизации проектирования ЭВМ».
2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
2.1 Основы высшей математики
2.1.1. Алгебра.
Множества и отношения. Операции над множествами. Мощность множества. Отношения. Отношения эквивалентности и порядка. Группа. Поле. Кольцо многочленов.
Числовые поля. Основная теорема алгебры. Линейное (векторное) пространство. Линейная зависимость. Размерность. Базис. Координаты. Линейные подпространства.
Матрицы и линейные операторы. Матрицы оператора. Операции над матрицами.
Транспонирование. Обратная матрица. Переход к другому базису. Определители и их
свойства. Системы линейных алгебраических уравнений. Условия существования и
единственности решений.
2.1.2. Теория вероятностей и математическая статистика.
Вероятностное пространство. Случайные величины, функции и плотности распределения. Условные вероятности. Моменты случайных величин. Математическое ожидание и дисперсия. Независимые случайные величины. Дисперсия суммы зависимых
случайных величин. Многомерные случайные величины и их функции распределения.
Многомерное нормальное распределение. Ковариация и коэффициент корреляции.
Случайные процессы (случайные функции). Статистическое моделирование случайных процессов. Стационарные случайные процессы. Марковские процессы. Цепи
Маркова. Основные задачи математической статистики: оценивание параметров и
проверка гипотез. Общие свойства оценок. Методы нахождения оценок. Метод максимального правдоподобия. Оценки математического ожидания, дисперсии, ковариационной матрицы.
2.1.3. Исследование операций.
Предмет и цели исследования операций. Основные понятия и принципы. Математические модели операций. Разновидности задач исследования операций и подходов к
их решению. Прямые и обратные задачи исследования операций. Линейное программирование. Задачи линейного программирования. Задача целочисленного программирования. Основные понятия о нелинейном программировании. Метод и задача динамического программирования в общем виде. Принцип оптимальности.
Многокритериальные задачи принятия решений. Основные группы методов решения многокритериальных задач. Проблема выбора решения в условиях неопределенности. Игровые методы обоснования решений.
2.1.4. Теория графов.
Графы. Типы графов. Маршруты и связность. Экстремальные графы. Операции над
графами. Деревья. Описания деревьев. Центры и центроиды. Независимые циклы и
коциклы. Связность, реберная связность, разбиения. Плоские и планарные графы.
Характеристики планарных графов. Описание графов матрицами связности и инцидентности. Перечисления. Помеченные графы. Перечисления графов, деревьев. Орграфы. Орграфы и соединимость. Орграфы и матрицы.
2.2 Основы вычислительной техники
2.2.1. Арифметические и логические основы вычислительной техники.
Общие сведения об информации. Системы счисления в ЭВМ. Методы перевода чисел.
Кодирование чисел для выполнения арифметических операций в ЭВМ. Машинные формы
представления чисел в ЭВМ Последовательное и параллельное сложение чисел. Алгоритмы умножения и деления чисел в ЭВМ. Методы ускорения выполнения арифметических
операций в ЭВМ. Двоично-десятичные коды. Выполнение арифметических операций над
числами в двоично-десятичных кодах. Основные понятия и законы булевой алгебры. Системы функций алгебры логики, функционально-полный базис. Методы минимизации булевых функций. Метод Квайна (Квайна — Мак-Класки). Метод минимизирующих карт
Вейча (Карно). Применения законов и правил алгебры логики на примерах синтеза некоторых цифровых устройств вычислительной техники. Основные понятия теории конечных автоматов. Канонический метод синтеза автомата с памятью. Синтез микропрограммного автомата (МПА) по граф-схеме алгоритма. Гонки. Риск сбоя. Синхронизация
автоматов.
2.2.2. Схемотехника.
Базовые логические элементы цифровых интегральных схем ТТЛ-, ЭСЛ-, И2Л-, МДП- и
КМДП- типов: схемы, назначение компонентов, принцип работы, определение потенциалов в различных точках схем, параметры, характеристики, временные диаграммы, область
применения. Стандартные функциональные узлы вычислительной техники: шифраторы,
дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, АЛУ, преобразователи кодов, схемы
свертки по модулю 2, триггеры, регистры, счетчики и пересчетные устройства. Оперативные запоминающие устройства статического и динамического типов на биполярных и
МДП- структурах, схемы запоминающих элементов. Постоянные масочные, однократно
программируемые и репрограммируемые ПЗУ. Программируемые логические матрицы и
программируемые матрицы логики. Перспективные направления развития запоминающих
устройств.
2.2.3. Объектно-ориентированное программирование.
Понятие объекта и фундаментальные характеристики (инкапсуляция, наследование, полиморфизм). Понятие класса и иерархии классов. Классы и объекты. Наследование. Полиморфизм. Множественное наследование. Общие конструкции языка С и С++. Не связанные с объектами расширения С++ относительно С. Инициализация объектов. Виртуальные функции. Встроенные функции. Перегружаемые функции и функции с аргументами по умолчанию. Автоматические, динамические и статические объекты. Параметризация классов и шаблоны функций. Потоки ввода-вывода. Ввод и вывод типов пользователя.
Файловый ввод-вывод. Уникальные свойства конструкторов и деструкторов. Механизмы
обработки ошибок и исключительных ситуаций в С++. Основные компоненты объектного
подхода при разработке ПО. Объектно-ориентированное проектирование в жизненном
цикле разработки.
2.3 Архитектуры вычислительных машин и систем
2.3.1. Структурная и функциональная организация ЭВМ.
Организация ввода-вывода в компьютерных системах. Последовательный ввод-вывод.
Синхронный и асинхронный обмен данными. Прерывания программ. Система обработки
прерываний с программным опросом. Векторная система обработки прерываний. Организация компьютерной памяти. Проектирование схем статического и динамического ЗУ.
Организация прямого доступа к памяти. Ассоциативная, стековая и КЭШ-память компьютерных систем. Архитектура компьютерных устройств. Система команд компьютера.
Форматы команд. Методы адресации операндов.
2.3.2 Архитектура ПЭВМ.
Принципы построения ПЭВМ. Шинная архитектура. Структурная организация памяти
ПЭВМ. Расширенная и отображаемая память. Логическая организация памяти ПЭВМ.
Подсистема прерываний ПЭВМ. Системный таймер ПЭВМ. Клавиатура ПЭВМ. Видеоадаптеры ПЭВМ. Дисковая подсистема ПЭВМ. Размещение информации на диске. Интерфейсы ввода-вывода ПЭВМ. Последовательный и параллельный интерфейс.
2.3.3. Системное программное обеспечение ЭВМ.
Понятие процесса. Задачи управления процессами. Понятие ресурса. Концепция виртуализации ресурсов. Файловая система и её разновидности. Планирование вычислительных процессов. Понятие компилятора. Типы компиляторов. Нотации Бекуса-Наура. Общая структура компилятора. Лексический и синтаксический анализ. Грамматики. Классификация грамматик по Хомскому. Средства автоматизации разработки компиляторов.
Понятие Ассемблера. Типы Ассемблеров. Понятие виртуальной машины. Задачи синхронизации процессов. Механизмы межпроцессного взаимодействия.
2.3.4. Системы цифровой обработки сигналов и изображений.
Алгоритмы быстрых преобразований сигналов в базисах Фурье, Уолша, Хаара. Задачи
анализа и синтеза сигналов. Виды сигналов и их особенности. Теоремы сдвига и корреляции, свертки, линейности и комплексной сопряженности для временных последовательностей. Алгоритм вычисления оценок ковариационной и взаимной ковариационной функций. Методы вычисления авто и взаимного спектра мощности случайного процесса. Классификация детерминированных и случайных процессов. Ортогональность сигналов. Теорема Парсеваля.
Изображение. Получение изображения. Метрические свойства для изображения. Сегментация изображений посредством выделения границ области. Метод пространственной области для предварительной обработки изображений. Сжатие данных. Задача распознавания образов. Основные этапы распознавания. Принцип обучения в системах распознавания.
2.3.5. Машинная графика.
Алгоритмы построения точки и линии. Алгоритмы построения элипсов, окружностей. Целочисленные алгоритмы Брезенхема построения линии и окружности. Аппроксимация
кривых по точкам. Эрмитовы формы, формы Безье, бета-сплайны. Заливка. Заливка с затравкой. Растровая заливка Геометрические преобразования. однородные координаты и
матричное представление двумерных преобразований. Композиция двумерных преобразований. Матричное представление трехмерных преобразований. Композиция 3-мерных
преобразований. Проекции. Проективное преобразование Экранные координаты. Преобразование к экранным координатам. Отсечение. Отсечение регулярным окном на плоскости. Алгоритм Коэна-Сазерленда. Алгоритм отсечения средней точкой. Алгоритм отсече-
ния Кируса-Бека. Отсечение в двумерном и трехмерном пространстве. Алгоритмы удаления скрытых линий и поверхностей. Z-буфер. Алгоритм сканирующей строки. Простая
модель освещения. Загрузка Гуро и Фонга. Метод трассировки лучей, его использование в
алгоритмах отсечения. Формирование реалистических изображений методом трассировки
лучей.
2.3.6. Автоматизация проектирования ЭВМ.
Основные понятия и классификация САПР. Понятие программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Классификация ПЛИС. Основные этапы проектирования узлов
ЭВМ на ПЛИС. Методика проектирования функциональных узлов вычислительной техники на ПЛИС. Понятие проекта. Ввод проекта. Способы ввода исходного описания проекта. Схемный ввод. Текстовый ввод проектов. Языки HDL: VHDL, VerilogHDL, AHDL.
Архитектуры PAL16V8, PAL22V10. Сложные ПЛИС. Архитектуры MAX 7000, MAX
7000V, MAX 7000S, MAX 7000E, MAX 7000A. Внутрисхемное программирование сложных ПЛИС. JTAG ISP программирование ПЛИС. Язык JAM. FLEX-логика. Архитектуры
FLEX8000, FLEX10K и FLEX6000. Способы конфигурирования FLEX-логики. Сложные
ПЛИС комбинированной архитектуры Программное обеспечение процесса проектирования на основе ПЛИС. САПР Max+Plus II. Основные возможности и компоненты. Иерархия проекта. Способы ввода сложных иерархических проектов. Компиляция проекта, этапы компиляции. Проверка корректности исходного описания проекта, устранение ошибок
ввода проекта. Временной анализ проекта. Способы отладки и проверки работоспособности проекта. Редактор временных диаграмм. Симуляция и управление симуляцией проекта. Модуль программатора и способы программирования ПЛИС. Применение JTAG для
тестирования проектов на основе ПЛИС.
2.3.7. Контроль и диагностика средств вычислительной техники.
Виды нарушения нормального функционирования ЭВМ. Модели неисправностей. Способы обеспечения надежности работы ЭВМ. Модели потоков отказов и сбоев. Модель профилактических испытаний. Моделирование неисправностей. Тестовое и функциональное
диагностирование ЭВМ. Методы построения тестов. Методы сканирования состояний
элементов памяти. Организация процедуры диагностирования с использованием сигнатурного анализа. Модели неисправностей оперативного ЗУ (ОЗУ). Построение тестов для
микропроцессоров и микро-ЭВМ. Функциональное тестирование микропроцессоров. Проектирование самотестирующихся цифровых узлов. Самотестирование ОЗУ. Внутрисхемный контроль.
Составители: д. т. н., профессор Садыхов Р.Х., к. т. н., доцент Прытков В.А.
Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры ЭВМ
Протокол № 31 от 9 апреля 2007 г.
Зав. кафедрой ЭВМ
Р.Х. Садыхов
3. ЛИТЕРАТУРА
Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление для ВУЗов. М.: Наука,
1985.
2. Бугров Я.С., Никольский С.М. Высшая математика, часть 1-3. М.: Наука, 1980.
3. Савельев А.Я. Арифметические и логические основы цифровых автоматов. М.: Высшая школа, 1980.
4. Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов. Л.: Энергия, 1979.
5. Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов. М. Высшая школа, 1981.
6. Схемотехника ЭВМ. Учебник для студентов ВУЗов по специальности ЭВМ./Под
ред.Г.Н.Соловьева. -М.: Высшая школа, 1985.
7. 8Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. Учебное пособие для студентов
ВУЗов. /Под ред. И.П. Степаненко. -М.: Радио и связь, 1982.
8. Вишняков В.А., Петровский А.А. Системное обеспечение микроЭВМ. -Мн. Вышэйшая
школа, 1989.
9. Скляров В.А. Программное и лингвистическое обеспечение персональных ЭВМ: Новые системы: Справ.пособие. -Мн.: Выш.шк., 1992. -334с.
10. Венгер В.А. и др. Аппаратура персональных компьютеров и ее программирование.
IBM PC/XT/AT и PS/2. -М.: Радио и связь, 1995.
11. Руководство по архитектуре IBM PC AT/ Ж.К. Голенкова, А.В. Заблоцкий,
М.Л.Мархасин и др.; Под общ.ред. М.Л.Мархасина. -Мн.:ООО «Консул», 1992.
12. У. Прэтт. Цифровая обработка изображений, М. Мир, 1982.
13. Дж. Фрир. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров. – М.: Мир, 1990.
14. Каган Б.М., Мкртумян И.Б. Основы эксплуатации ЭВМ. М.: Энергоатомиздат, 1988.
15. Ярмолик В.Н. Контроль и диагностика цифровых узлов ЭВМ. Мн.: Наука и техника,
1988.
16. Закревский А.Д. Логический синтез каскадных схем. -М.: Наука, 1981.
17. Садыхов Р.Х., Чеголин П.М., Шмерко В.П. Методы и средства обработки сигналов в
дискретных базисах, Мн. 1987.
18. Скляров В.А. Язык С++ и объектно-ориентированное программирование: Справ. пособие. – Мн., Вышэйшая школа,1997.
19. Язык программирования С++. – М., “И.В.К. - СОФТ”, 1991.
20. Автоматизация проектирования БИС. В 6 кн.: /Под ред. Г.Г. Казеннова. - М.: Высш.
шк., 1990.
21. Оре О. Теория графов. - М.: Мир, 1980.
22. Р. Отнес, Л. Эноксен. Прикладной анализ временных рядов. М.: Мир, 1982.
23. Бутаков Е.А. и др. Обработка изображений на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1987.
24. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. - М.: Энергоатомиздат,
1985.
25. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки
сигналов. - М.: Радио и связь, 1988.
26. Д.Херн, М.Паулин Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL, М. Издательский дом “Вильямс”, 2005.
27. Р. Гонсалес, Р. Вудс. Цифровая оюработка изображений. Техносфера. Москва, 2005.
1.