• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2021/2022

Цифровая схемотехника и архитектура компьютера

Статус: Курс обязательный (Информационная безопасность)
Направление: 10.03.01. Информационная безопасность
Когда читается: 3-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Охват аудитории: для своего кампуса
Язык: русский
Кредиты: 6
Контактные часы: 108

Программа дисциплины

Аннотация

Учебная дисциплина «Цифровая схемотехника» входит в цикл общепрофессиональных дисциплин, изучаемых студентами технических специальностей, так как для киберфизических систем требуются специалисты в области цифровых методов и цифровых устройств, микропроцессорных систем и ЭВМ. Широкое применение цифровых устройств и микропроцессоров объясняется их большими функциональными возможностями простотой схем, небольшими размерами и малой потребляемой мощностью при высокой надежности. В результате изучения данной дисциплины у студентов должны сформироваться знания, умения и навыки, позволяющие проводить анализ физических процессов и расчет основных электрических характеристик электронных устройств как изучаемых в настоящей дисциплине, так и находящихся за ее рамками. В рамках направления подготовки «Информационная безопасность» изучение цифровой схемотехники и архитектуры ПК необходимо для понимания принципов функционирования технических и программно-аппаратных средств защиты информации. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде домашних / индивидуальных заданий, практических, лабораторных работ и экзамена.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Формирование базовой подготовки студентов в области цифровых устройств и микропроцессорных систем и развитии навыков использования цифровой техники при эксплуатации киберфизических систем.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • - Особенности построения и работы функциональных схем счетных триггеров. Построение функциональных схем и принцип работы триггеров T-типа, D-типа. Построение универсального JK-триггера на основе RS-триггера с устранением состояния неопределенности.
  • - Построение суммирующего двоичного счетчика методом синтеза. Варианты графического изображения функциональных схем счетчиков (вертикальное и горизонтальное). Схемы делителя частоты импульсной последовательности на основе двоичных счетчиков (назначение, принцип построения и работа делителей с различными коэффициентами деления).
  • - Построение триггеров на основе логических элементов интегральной схемотехники методом синтеза. Основные понятия о статическом и динамическом управлении триггером. Принцип функционирования асинхронного RS-триггера (бистабильная ячейка памяти) на основе логических элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ в интегральной схемотехнике с прямыми инверсными входами.
  • - Иерархия (структура) запоминающих устройств (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ). Основные характеристики за-поминающих устройств: емкость, быстродействие, надежность и экономичность.
  • - Назначение, принцип построения и режимы работы оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) - запись, хранение и чтение информации в элементах памяти ОЗУ. Организация памяти в ОЗУ. Построение схем запоминающих элементов динамических и статических ОЗУ
  • - Общие сведения о регистрах. Назначение и типы регистров. Классификация регистров. Принцип построения и работы последовательных, параллельных, последовательно-параллельных и параллельно-последовательных регистров при вводе и выводе информации.
  • - Общие сведения о счетчиках. Назначение и типы счетчиков и пересчетных устройств. Классификация и параметры счетчиков. Принцип функционирования счетчиков. Максимальный (избыточный) и эффективный коэффициенты счета счетчика. Переполнение счетчика. Принципы построения и работы счетчиков на сложение и вычитание с последовательным, параллельным, сквозным и групповым переносом.
  • - осуществлять поиск стандартных схемотехнических решений и подбор элементов по их техническим параметрам; - изображать схемы электрические принципиальные схемотехнических решений узлов микроконтроллерных киберфизических систем.
  • Арифметико-логическое устройство (АЛУ), универсальные АЛУ, специализированные АЛУ, АЛУ большой разрядности.
  • Динамические ОЗУ, схемотехника ОЗУ
  • Матричные, линейные и прямоугольные дешифраторы. Емкость шифраторов и дешифраторов. Форматы входного кода: двоичный и двоично-десятичный. Многоступенчатые дешифраторы. Условное графическое обозначение шифраторов и дешифраторов. Анализ схем шифраторов и дешифраторов в базисах ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ
  • Назначение преобразователей кодов. Принцип построения и работы преобразователя двоичного позиционного числа в специальные двоичные машинные коды и машинных кодов одного вида в другой, преобразователя двоично-десятичного кода в двоично-десятичный код другого вида, преобразователя кодов для цифровой кодировки.
  • Однокристальные микропроцессоры. Структурная схема и архитектурное построение однокристального микропроцессора. Состав, назначение и принципы взаимосвязи основных блоков в структурной схеме микропроцессора.
  • Организация памяти микропроцессоров. Машинные такты и циклы (временная диаграмма циклов). Информация состояния. Запуск микропроцессора. Состояния захвата, прерывания, останова.
  • Особенности функциональных схем триггеров: расширение информационных входов по И (ИЛИ), создание входов асинхронной установки (сброса) в нулевое (0) или единичное (1) состояние триггеров и их блокировка, создание дополни-тельных входов разрешения.
  • По окончанию курса студент будет иметь представление : -структуру программного обеспечения микроконтроллеров; - структуру микропроцессоров и микроконтроллеров; -системы команд микропроцессоров и микроконтроллеров; - аппаратное обеспечение микроконтроллеров; - основные узлы и принципы их работы
  • По окончанию курса студент будет иметь представление: математические основы и физические принципы функционирования современных электронных устройств, исторические аспекты и современные тенденции создания и развития цифровых устройств.
  • По окончанию курса студент будет иметь представление: Назначение шифраторов и дешифраторов. Назначение преобразователей кодов. Принцип построения и работы преобразователя двоичного позиционного числа в специальные двоичные машинные коды и машинных кодов одного вида в другой. Назначение мультиплексоров и демультиплексоров. Назначение и классификация комбинационных сумматоров.
  • По окончанию курса студент будет иметь представление: Общая характеристика и назначение цифровых запоминающих устройств. Классификация и параметры цифровых запоминающих устройств по физическим принципам работы, по технологии изготовления, способу изображения чисел, способу запоминания информации, по кратности считывания. Методы размещения информации (адресная и безадресная).
  • По окончанию курса студент будет иметь представление: Общие сведения о триггере как простейшем конечном цифровом автомате. Назначение триггеров и их применение в аппаратуре железнодорожной автоматики и телемеханики. Типы триггеров. Классификация триггеров по способу записи и управления информацией, организации логических связей. Методика определения состояния триггеров. Основные параметры
  • По окончанию курса студент будет иметь представление: Общие сведения о цифровых интегральных микросхемах (ЦИМС) и область их применения. Классификация серий ЦИМС по функциональному назначению, физическому принципу работы активных элементов (схемотехническое решение), электрическим и эксплуатационным параметрам, выполняемым функциям, классам (типам). Общая характеристика последовательных и комбинационных цифровых логических устройств на основе ЦИМС.
  • По окончанию курса студент будет иметь представление: Основные определения и понятия о микропроцессорах как примерах цифрового автомата. Назначение, классификация и типовая структура микропроцессора. Два подхода к построению процессоров: принципы схемной логики и программируемой логики. Способы организации управления вычислительным процессом. Классификация микропроцессорных средств.
  • По окончанию курса студент будет иметь представление: Форматы представления и передачи информации для цифровых устройств. Понятие бита, байта, машинного слова. Математический и машинный способы записи двоичных чисел. Формы представления чисел с фиксированной и плавающей запятой. Понятие о разрядной сетке. Представление положительных и отрицательных двоичных чисел в прямом, обратном, дополнительном и модифицированном кодах со знаковым и без знакового разряда
  • По окончанию курса студент будет иметь уметь: - настраивать периферийные устройства микроконтроллеров;
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Математические основы цифровой электроники
  • Базовые логические элементы
  • Изучение микроконтроллера на ядре AVR 8 бит
  • Цифровые комбинационные устройства
  • Универсальные математические блоки, цифровые операционные устройства, цифровые управляющие устройства
  • Полупроводниковые запоминающие устройства
  • Последовательные цифровые устройства
  • Основные способы организации архитектуры ЭВМ.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Экзамен
  • неблокирующий Лабораторные работы
  • блокирующий Индивидуальные и/или домашние задания
  • блокирующий Практические работы
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • 2021/2022 учебный год 2 модуль
    0.2 * Лабораторные работы + 0.2 * Практические работы + 0.1 * Индивидуальные и/или домашние задания + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Дэвид, М. Х. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера / М. Х. Дэвид, Л. Х. Сара. — Москва : ДМК Пресс, 2017. — 792 с. — ISBN 978-5-97060-522-6. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/97336 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
  • Евстифеев, А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя : руководство / А. В. Евстифеев. — Москва : ДМК Пресс, 2010. — 592 с. — ISBN 978-5-94120-090-0. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/60968 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
  • Титце, У. Полупроводниковая схемотехника / У. Титце, К. Шенк. — 12-е изд. — Москва : ДМК Пресс, [б. г.]. — Том 1 — 2009. — 832 с. — ISBN 978-5-94120-200-3. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/915 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
  • Титце, У. Полупроводниковая схемотехника / У. Титце, К. Шенк. — 12-е изд. — Москва : ДМК Пресс, [б. г.]. — Том II — 2009. — 942 с. — ISBN 978-5-94120-201-0. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/916 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
  • Ушенина И.В. - Проектирование цифровых устройств на ПЛИС: учебное пособие - Издательство "Лань" - 2019 - ISBN: 978-5-8114-3657-6 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/119638

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Берикашвили В. Ш. - ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА: ИМПУЛЬСНАЯ И ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 242с. - ISBN: 978-5-534-05543-6 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/elektronika-i-mikroelektronika-impulsnaya-i-cifrovaya-elektronika-441143
  • Палий, А. В. Комбинационные цифровые устройства : учебное пособие / А. В. Палий, А. В. Саенко ; Южный федеральный университет. - Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2017. - 125 с. - ISBN 978-5-9275-2726-7. - Текст : электронный. - URL: https://new.znanium.com/catalog/product/1021767 - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/1021767
  • Сигов А.С. - Отв. ред. - ЭЛЕКТРОНИКА В 4 Ч. ЧАСТЬ 2 МИКРОЭЛЕКТРОНИКА 2-е изд., испр. и доп. Учебник для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2018 - 326с. - ISBN: 978-5-534-01867-7 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/elektronika-v-4-ch-chast-2-mikroelektronika-425387