«Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей»

Цели дисциплины: усвоение базовой совокупности знаний о принципах организации современных ЭВМ комплексов и систем, на основе которой студенты могли бы самостоятельно оценивать возможности различных вычислительных машин и систем, принимать решения о выборе конкретной модификации машины, осуществлять техническое обслуживание ЭВМ и, в случае необходимости, проектировать отдельные блоки или устройства систем переработки информации.

Основные задачи изучения дисциплины: ознакомление с техническими, алгоритмическими, программными и технологическими решениями, используемыми в данной области; выработка практических навыков аналитического и экспериментального исследования основных методов и средств, используемых в области, изучаемой в рамках данной дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны

знать основные принципы организации технических средств ЭВМ комплексов и систем; функциональную и структурную организацию ЭВМ; принципы построения основных устройств ЭВМ; важнейшие этапы и тенденции в развитии цифровой, аналоговой и гибридной вычислительной техники; методы расчета и оценки параметров ЭВМ и отдельных их устройств, в том числе и автоматизированные;

уметь самостоятельно разбираться в назначении и устройстве различных блоков ЭВМ; применять на практике инженерные методы расчета параметров и методы проектирования ЭВМ и соответствующие математические модели; определять основные технические противоречия в системе (устройстве), мешающие ее совершенствованию, и находить пути их разрешения в процессе модификации и проектирования систем;

владеть методами настройки отдельных блоков ЭВМ; использования средств ВТ для решения задач проектирования.

Основное содержание дисциплины:

Принципы построения и архитектура ЭВМ. Информационно логические основы ЭВМ. Логические основы ЭВМ. Элементная база ЭВМ. Функциональная и структурная организация ЭВМ. Запоминающее устройство ЭВМ. Центральный процессор ЭВМ. Управление внешними устройствами. Внешние устройства ЭВМ. Внешние запоминающие устройства. Программное обеспечение. Вычислительные системы.

Аннотация учебной программы дисциплины

«Цифровая обработка сигналов»

Цель преподавания дисциплины: обеспечение базовой подготовки студентов в области цифровой обработки сигналов.

Задачи: знакомство с принци­пами описания, синтеза и анализа эффективности алгоритмов цифровой фильтрации.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать принципы цифровой обработки сигналов; области применения, достоинства и ограничения цифровой обработки сигналов; методы одномерной фильтрации; методы линейной и нелинейной двумерной фильтрации;

уметь проектировать цифровые устройства; оценивать эффективность применения цифровых уст­ройств; синтезировать цифровые устройства обработки сигналов.

владеть методами использования типовые инструментальные средства и пакеты прикладных программ для решения конкретных задач обработки сигналов на ЭВМ

Содержание дисциплины:

Введение. Классификация цифровых фильтров по импульсной и по частотной характеристике. Идеальные амплитудно-частотные характеристики типовых фильтров. Порядок расчета цифровых фильтров.

Достоинства и недостатки КИХ-фильтров. КИХ-фильтры с линейной фазовой характеристикой. Частотные характеристики КИХ-фильтров с линейной фазовой характеристикой. Виды КИХ-фильтров в зависимости от симметричности импульсной характеристики и четности ее отсчетов. Методы расчета КИХ-фильтров с линейной фазой.

Методы расчета КИХ-фильтров взвешиванием. Прямоугольное окно. Обобщенное окно Хэмминга, окно Ханна. Окно Кайзера. Достоинства и недостатки метода взвешивания. Оптимизация метода взвешивания.

Метод частотной выборки. Задача оптимизации. Фильтры с частотной выборкой и линейной фазой вида 1 и 2.

Проектирование оптимальных фильтров с минимальной ошибкой. Аппроксимация по Чебышеву со взвешиванием. Метод Хермана-Шуслера. Метод расчета КИХ-фильтров с максимальной пульсацией на основе полиномиальной интерполяции. Алгоритм замены Ремеза. Расчет оптимальных КИХ-фильтров методами линейного программирования.

БИХ-фильтры с линейной и нелинейной фазовой характеристикой. Методы расчета БИХ-фильтров с линейной фазой. Эквивалентные фильтры.

Основные характеристики БИХ-фильтров: квадрат амплитудной характеристики, фазовая характеристика, характеристика групповой задержки.

Методы расчета коэффициентов БИХ-фильтра. Расчет цифрового фильтра по аналоговому прототипу. Метод отображения дифференциалов. Метод инвариантного преобразования импульсной характеристики. Билинейное Z-преобразование. Согласованное Z-преобразование.

Стандартные типы БИХ-фильтров нижних частот. Фильтры Баттерворта. Фильтры Бесселя. Фильтры Чебышева типа 1. Фильтры Чебышева типа 2. Эллиптические фильтры.

Частотные преобразования фильтра нижних частот. Преобразования полосы частот для аналоговых фильтров. Преобразования полосы частот для цифровых фильтров.

Прямые методы расчета цифровых фильтров. Расчет по квадрату амплитудной характеристики. Расчет во временной области.

Расчет БИХ-фильтров методами оптимизации. Минимизация среднеквадратической ошибки. Минимизация -ошибки. Оптимизация с помощью всепропускающих цепей. Расчет БИХ-фильтров методами линейного программирования.

Сравнение КИХ- и БИХ-фильтров.

Эффекты конечной разрядности чисел в цифровых фильтрах. Шумы квантования. Ошибки усечения. Ошибки округления. Шум округления в рекурсивных и нерекурсивных структурах, представленных в прямой, канонической, каскадной и параллельной формах.

Шумы при квантовании коэффициентов. Квантование коэффициентов в рекурсивных и нерекурсивных структурах, представленных в прямой, канонической, каскадной и параллельной формах. Оптимальное квантование коэффициентов. Колебания предельного цикла, эффект мертвой зоны.

Двумерная цифровая обработка сигналов. Двумерные сигналы и двумерные системы. Реализуемость и устойчивость двумерных систем. Двумерные разностные уравнения. Двумерное Z-преобразование. Свертка двумерных последовательностей. Двумерное дискретное преобразование Фурье.

Двумерные цифровые фильтры. Методы описания, анализа и син­теза двумерных цифровых фильтров. Двумерные БИХ-фильтры. Устойчивость двумерных БИХ-фильтров.

Двумерные КИХ-фильтры. Двумерные весовые функции. Метод частотной выборки для расчета двумерных КИХ-фильтров. Расчет оптимальных двумерных КИХ-фильтров.

Преобразование одномерных фильтров в двумерные.

Применение двумерной фильтрации к обработке изображений. Улучшение визуального качества изображений путем поэлементного преобразования. Линейное контрастирование изображения. Соляризация изображения. Препарирование изображения. Преобразование гистограмм, эквализация. Применение табличного метода при поэлементных преобразованиях изображений.

Фильтрация изображений. Оптимальная линейная фильтрация. Уравнение Винера-Хопфа. Масочная фильтрация изображений при наличии аддитивного белого шума. Рекуррентная каузальная фильтрация изображений. Применение фильтра Винера для некаузальной двумерной фильтрации. Байесовская фильтрация изображений. Медианная фильтрация.

Аннотация учебной программы дисциплины