Место дисциплины в структуре оп магистратуры

Курс адресован студентам магистратуры 3 семестра 2 года обучения по профилю подготовки 020402.01 Информатика и компьютерные науки, входит в вариативную часть ОП.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать:

способностью разрабатывать архитектурные и функциональные спецификации создаваемых систем и средств информационных технологий, а также разрабатывать абстрактные методы их тестирования (ПК-4).

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

• математические модели дискретных устройств с памятью;

• основной алгоритм синтеза дискретных автоматов;

• технологию программирования ПЛИС;

уметь:

• описывать состояния автомата и логику его поведения при решении реальных задач автоматического управления;

• применять на практике системы автоматизированного проектирования больших интегральных схем на базе ПЛИС;

владеть:

• методами проектирования операционного и управляющего автоматов.

4. Структура дисциплины по видам учебной работы, соотношение тем и формируемых компетенций

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы. Дисциплина объёмом 144 часа предусматривает лекционные и практические занятия в объёме 72 часа по 36 часов каждое, 54 часа теоретического материала аттестуется на экзамене, часть работы в объёме 18 часов отводится для самостоятельной работы.

Форма промежуточной аттестации - экзамен

5. Содержание дисциплины

1. Темы и их аннотации (лекции и практические занятия)

Тема 1. (2 час.) Двоичная и троичная системы счисления и логика. Формула Шеннона. Минимизация по числу термов.

Тема 2. (2 час.) Базисы функций двухзначной и трёхзначной логики. Синтез логических и комбинационных схем.

Тема 3. (2 час.) Двоичные и троичные триггеры. Синтез на базе элементов Вебба и Шеффера.

Тема 4. (2 час.) Архитектура ПЛИС.

Тема(2 час.) 5. Проектирование ПЛИС на VHDL и Verilog.

Тема 6. (2 час.) Системы автоматизированного проектирования больших интегральных схем.

Тема 7. (2 час.) Типовые логические узлы I (регистры, счётчики, дешифраторы и селекторы). Типовые логические узлы II (сумматоры и умножители).

Тема 8. (2 час.) Регистровые процессоры. Система команд процессора x86.

Тема 9. (2 час.) Стековые процессоры. Программирование на colorForth.

Тема 10. (2 час.) Синхронные процессы и их интерпретация.

Тема 11(4 час.). Асинхронные процессы и их интерпретация.

Тема 12. (4 час.) Построение надёжных устройств.

Тема 13. (4 час.) Абстрактные автоматы Мараховского.

Тема 14. (4 час.) Микропроцессоры в управлении промышленными объектами.

6. Программа практических занятий

Для выполнения практических заданий студенты получают методические материалы, взятые из открытых источников Интернета по теме лекции. Это позволяет более адекватно отражать современное состояние проблемы, охватываемой темой лекции. Кроме информации на русском языке широко применяется материал, взятый из англоязычных источников. Практические занятия помогают закрепить знания и приобрести навыки и умения использования информационных технологий в решении задач автоматизации и управления технологическими процессами.

7. Образовательные технологии

При проведении занятий и организации самостоятельной работы студентов используются традиционные технологии сообщающего обучения, предполагающие передачу информации в готовом виде, формирование учебных умений по образцу.

В процессе изучения практических разделов курса используются новые образовательные технологии обучения: дифференцированное и адаптивное обучение, методики и технологии современных технических средств обучения, в том числе – интерактивных, технологии развития критического мышления, совместная учебно-практическая деятельность во временных студенческих коллективах.

8. Программа самостоятельной работы студентов (срс)

Структура СРС

*Виды СРС:

1. подготовка к контрольной работе;

2. подготовка к коллоквиуму;

3. подготовка реферата, доклада;

4. подготовка к деловым играм;

5. решение задач;

6. выполнение расчетно-графических работ;

7. написание курсовой работы.

По одной теме может быть несколько видов СРС.

**Формы СРС:

1. СРС без участия преподавателя;

2. КСР контроль самостоятельной работы студента.

***Список учебно-методических материалов приведен в разделе 11.

Содержание СРС (по выбору преподавателя)

Тематика рефератов, докладов

График контроля СРС

Условные обозначения: кр – контрольная работа, к – коллоквиум, р – реферат, д – доклад, ди – деловая игра, рз – решение задач, кур – курсовая работа.

9. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию обучающихся и итоговую государственную аттестацию выпускников.

Текущий контроль проводится в форме двух письменных контрольных работ (рубежный контроль), доклада и текущего опроса по изученному материалу.

Оценочные средства по дисциплине:

Примерный перечень вопросов к экзамену

1. Задачи теории автоматов.

2. Основные понятия теории автоматов.

3. Логические основы работы цифровых автоматов.

4. Основы логического проектирования автоматов.

5. Минимизация логических функций. Алгебра Буля и Жегалкина.

6. Простейшие автоматы с памятью, принципы их работы и реализация на транзисторах.

7. Методы задания автоматов (табличный, графический, матричный).

8. Минимизация автоматов Мили

9. Минимизация автоматов Мура

10. Многофункциональные автоматы Мараховского.

11. Многоуровневые схемы памяти

12. Моделирование автоматов на базе ПЛИС с использованием Verilog HDL

и САПР Altera Quartus.

13. Моделирование автоматов на базе ПЛИС с использованием VHDL

и САПР Altera Quartus.

14. Моделирование автоматов на базе ПЛИС с использованием Verilog HDL

и САПР Actel Libero IDE.

15. Моделирование автоматов на базе ПЛИС с использованием Verilog VHDL

и САПР Actel Libero IDE.

16. Моделирование автоматов на базе ПЛИС с использованием Verilog VHDL

и САПР Xilinx Vivado.

17. Моделирование автоматов на базе ПЛИС с использованием Verilog VHDL

и САПР Xilinx Vivado

18. Архитектура регистровых процессоров и их система команд.

19. Архитектура стековых процессоров и их система команд.

20. Программирование на colorForth и PolyForth.

10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература

• Хопкрофт Д., Мотвани Р., Ульман Дж. Введение в теорию автоматов, языков и вычислений, 2-е изд. — М.: Вильямс, 2002. — 528 с.

• Мозговой М. В. Классика программирования: алгоритмы, языки, автоматы, компиляторы. Практический подход. — СПб.: Наука и техника, 2006. — 256 с.

• Горбатов В. А. Основы дискретной математики. — М.: Высш. шк, 1986. — 311 с.

• Ульман Дж. Вычислительные аспекты СБИС. — М.: Радио и Связь, 1990. — 486 с.

• Гивоне Д., Россер Р. Микропроцессоры и микрокомпьютеры. — М.: «Мир», 1983. — 464 с.

• Брауэр В. Введение в теорию конечных автоматов. — М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.

• Карпов Ю Г. Теория автоматов. — СПб.: Питер, 2003. — 208 с.

• Глушков В. М. Синтез цифровых автоматов. — М.: Физматгиз, 1962. — 476 с.

• Автоматное управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах / Под ред. В. И. Варшавского. — М.: Наука, 1986. — 400 с.

• Зотов В. Ю. Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы XILINX. — М.: Горячая линия-Телеком, 2006. — 520 с.

Дополнительная литература

• Савельев А. Я. Прикладная теория цифровых автоматов.— М.: Высш. шк., 1987. — 272 с.

• Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов (граф-схемы и автоматы).— Л.: Энергия, 1979. — 232 с.

• Бойко В. И. и др. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства.— СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 512 с.

• Лазарев В. Г. , Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов. — Л.: Энергоатомиздат, 1989. — 328 с.

• Короткова М. А. Математическая теория автоматов. — М.: МИФИ, 2008. — 116 с.

• Вершинин О. Е. Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов. — Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 208 с.

• Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца. — М: Додэка-XXI, 2007. — 408 с.

11. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Требования к аудитории (помещению, местам) для проведения занятий:

Доска, мел и тряпка.

Требования к аудиторному оборудованию – традиционно.

При проведении аттестации в форме ФЭПО необходимо наличие ПК.

12. Регламент утверждения рабочей программы дисциплины

Разработчик(и) рабочей программы дисциплины

Экспертиза рабочей программы

Утверждение рабочей программы дисциплины

Внесение изменений в рабочую программу дисциплины

(обновление и переутверждение рабочей программы)