Программа практических занятий(32 ч.)

Канд. физ.-мат. наук, доцент Иван Борисович Логашенко

На практических занятиях студенты знакомятся с пакетами программного обеспечения, широко используемых при анализе результатов экспериментов в области физики элементарных частиц – пакет статистического анализа ROOT и пакет для моделирования взаимодействия элементарных частиц с веществом детектора GEANT4. Студенты должны решить несколько индивидуально подобранных задач с использованием указанных пакетов. Задания реализуются на языках C++ или Python и сдаются в терминальном классе в среде ОС Linux.

Примерные темы задач:

1. Генерация случайной величины по известному распределению. Численная оценка параметров распределения, демонстрация свойств оценки.

2. Моделирование отклика детектора при прохождении через него частицы определенного типа.

3. Параметризация аналитической функцией распределений, полученных с помощью моделирования. Использование метода максимального правдоподобия для определения количества частиц определенного типа, зарегистрированных детектором.

4. Использование нейронной сети для идентификации частицы, зарегистрированной детектором.

Литература

1. Описание пакета ROOT. http://root.cern.ch/drupal/content/users-guide

2. Описание пакета TMVA. http://tmva.sourceforge.net/docu/TMVAUsersGuide.pdf

3. Описание пакета Geant4. http://geant4.cern.ch/support/userdocuments.shtml

4. А. Д. Букин, С. И. Эйдельман. ЭВМ в планировании и обработке эксперимента: Учебное пособие. 2-е изд. Новосибирск: НГУ, 2002. — 114 с.

5. В. И. Лотов. Теория вероятностей и математическая статистика. Новосибирск: НГУ, 2006.

6. Д. Худсон. Статистика для физиков. М.: Мир, 1970.

7. К. Групен. Детекторы элементарных частиц. Новосибирск: Сибирский хронограф, 1999.

8. Методы анализа данных в физическом эксперименте. / Под ред. М.Реглера. М.: Мир,1993.

9. Frederic James. Statistical Methods in Experimental Physics (2nd edition). World Scientific Publishing Company, 2006.

Программируемые логические устройства(1-й курс магистратуры, 9-й сем., 36 ч., экзамен) Программа практических занятий (36 ч.)

Ассистент Александр Анатольевич Рубан

1. Введение.

Понятие логического элемента, как усилительного звена и его особенности. Базовые элементы конъюнкции и дизъюнкции. Понятие логического элемента как линии передачи информации. Быстродействие, шум в амплитуде и времени. Теорема Шеннона. Элементная база и материалы логических элементов. Кремниевая планарная технология. Нормы проектирования, выход годных и результирующая стоимость микросхем. Интегральные микросхемы как путь снижения стоимости и энергопотребления логического элемента. Цикл разработки интегральной микросхемы. Особенности СБИС в эпоху лазерной подгонки.

2. Программируемые и реконфигурируемые логические интегральные схемы. От ПЗУ и ПЛМ к Морю Вентилей и программированию структуры ИС.

Программирование линий связи на кристалле как водораздел программируемой и реконфигурируемой архитектур. Коммутируемые матричные блоки (CLB). Реконфигурируемые модули памяти (EAB). Реконфигурируемые блокиPLL. Глобальные цепи синхронизации. Аппаратная поддержка арифметических вычислений, высокоскоростных интерфейсов.System-on-chip(SoC). Методы конфигурации –PPA,PPS,AS,PS,JTAG. КонфигурационныеEEPROM. Конфигурирование в системе (ISP).

3. Цикл разработки проекта на ПЛИС с использованием САПР.

Прямой цикл разработки с использованием языков описания и моделирования VHDLиVerilogHDL. Рекурсивный цикл разработки с использованием языков описанияAHDL,AbelHDL. Возможности вовлечения в цикл разработки ПО сторонних производителей. Верификация логики и реальных данных, попадающих в устройство. Системы сканирования границ блоков, интерфейсJTAG.

4. Языки описания аппаратуры VHDL и AHDL.

Числа, константы, символы.

Булевы выражения.

Логические операторы.

Арифметические операторы.

Реализация условной логики (операторы IF,CASE).

Компараторы (операторы сравнения).

Оператор FOR–GENERATE.

Оператор TruthTable.

Примитивы.

Порты.

Комбинационная логика.

Узел (node).

Определение групп.

Реализация условной логики (IF,CASE).

Значения по умолчанию.

Реализация двунаправленных выводов.

Последовательная логика.

Регистры.

Счетчики.

Цифровые автоматы (statemachine).

Реализация иерархического проекта.

Макрофункции Altera.

Пользовательские макрофункции.

Импорт и экспорт цифровых автоматов.

5. Системы проектирования ПЛИС – MAX+PLUS и QUARTUS.

Поддерживаемые устройства (семейства микросхем), система лицензирования.

Средства описания проекта.

Схемный ввод, поддержка языка AHDL, интерфейс с САПР третьих фирм, топологический редактор, иерархическая структура проекта, библиотека параметризируемых модулей.

Средства компиляции проекта.

Логический синтез и трассировка, автоматическое обнаружение ошибок, поддержка мегафункций по программам MegaCore и AMPP.

Управление компиляцией.

Средства верификации проекта.

Временной анализ, функциональное и временное моделирование, анализ сигналов, возможность использования программ моделирования (симуляторов) третьих фирм.

Аппаратные средства верификации проекта. Встроенный логический анализатор с вводом через интерфейс JTAG.

6. Типичные проблемы-ловушки и способы преодоления.

Классические «гонки» сигналов.

Клапанирование тактовых сигналов.

Метастабильные состояния.

Неполное описание схем совпадения.

7. Типичные узлы, применяемые в проектах для ядерной физики.

Формирователи задержек и разрешающих времен, схемы совпадения. Обработка сигналов быстрых АЦП. Теорема Котельникова-Найквиста. Роль входного фильтра. Вычислители «бегущего среднего». Окно Дирихле, другие окна. Вычисление контрольных циклических кодов. Размен латентности на производительность при замене параллельных вычислителей на последовательные. Подход к конвейерным и систолическим структурам.