Вопросы к экзамену по дисциплине «Операционные системы и среды» для студентов группы 26 к

1. Назначение и основные функции операционных систем
2. Основные понятия операционных систем
3. Классификация операционных систем
4. Архитектурные особенности операционных систем
5. Понятие о процессах. Состояния процессов.
6. Операции над процессами. Контекст процесса. Переключение контекста
7. Понятие о планировании. Вытесняющее и невытесняющее планирование. Критерии планирования и требования к алгоритмам
8. Планирование процессов. Методы FCFS и Roud Robin
9. Приоритетное планирование процессов.
10. Планирование процессов по методу многоуровневых очередей
11. Понятие о взаимодействии процессов. Категории средств обмена информацией.
12. Логическая организация механизма передачи информации
13. Организация памяти. Физическое и логическое адресные пространства. Связывание адресов.
14. Память с фиксированными разделами. Память с переменными разделами.
15. Страничная память. Сегментная , сегментно- страничня организация памяти.
16. Таблица страниц. Ассоциативная память.
17. Понятие о виртуальной памяти. Принцип адресации. Способы организации виртуальной памяти
18. Стратегии замещения страниц в виртуальной памяти.
19. Трешинг. Метод границ. Модель рабочего множества
20. Понятие файловой системе и её назначении. Разновидности файловых систем.
21. Разделы диска, файлы, каталоги. Операции с файлами.
22. Файловые системы на основе таблиц размещения файлов
23. Файловые системы на основе индексных узлов
24. Монтирование файловых систем
25. Надежность файловых систем. Журнализация.
26. Понятие внешнего устройства. Системная шина. Порты. Обмен информацией между процессором и памятью и между процессором и внешним устройством.
27. Опрос устройств и прерывания . Виды прерываний. Обработка прерываний. DMA
28. Структура контроллера устройства.
29. Структура системы ввода- вывода. Систематизация внешних устройств.
30. Функции базовой системы ввода-вывода.
31. Алгоритмы запросов к жесткому диску
32. Сетевые и распределенные операционные системы. Проблемы, возникающие при работе в сети и связанные с ними особенности сетевых систем.
33. Понятие протокола. Многоуровневая модель организации взаимодействия в сети.
34. Одноуровневая и двухуровневая адресация. Порты и сокеты. Проблемы маршрутизации.
35. Понятие о безопасной системе. Угрозы, атаки. Разновидности угроз. Идентификация и аутентификация
36. Авторизация и разграничение доступа к объектам. Домены безопасности. Матрица доступа. Списки прав доступа. Аудит и выявление вторжений.
37. Разновидности Windows. Состав и структура Windows.
38. Разновидности дистрибутивов Linux. Структура ядра Linux
39. Процесс установки операционных систем Windows и Linux. Этапы установки и действия администратора. Возможные трудности при установке и их преодоление.
40. Пользовательские интерфейсы в Linux. Выбор интерфейса для работы. Смена интерфейса . Изменение пользовательских настроек в Linux и Windows
41. Установка дополнительного программного обеспечения в Windows. Особенности установки дополнительного программного обеспечения в Linux
42. Файловые менеджеры в Windows и Linux
43. Суть методик сжатия информации. Различие между сжатием текстовой и мультимедийной информации
44. Цели и задачи системного администрирования . Инструменты системного администрирования в Linux и Windows
45. Различные способы входа в систему в Linux и Windows и их назначение
46. Основы работы с командными интерпретаторами. Справочные системы. Обзор основных команд
47. Процесс создания и управления учетными записями пользователей в Linux и Windows
48. Настройка прав доступа к файлам и каталогам.
49. Содержание командных файлов и файлов сценариев. Наиболее часто встречающиеся команды.
50. Файлы autoexec.bat и config.sys. Назначение строк..
51. Установка оборудования в Linux и Windows. Варианты установки
52. Реестры Windows
53. Подключение рабочей станции к существующей сети. Удаленный доступ к компьютеру. Сетевые ресурсы и уровни доступа к ним. Настройка клиентов сети.
54. Настройка серверной части: установка , настройка и администрирование стандартных сетевых служб DNS, Apache, SMB, DHCP, FTP
55. Резервное копирование. Восстановление
56. Текстовые редакторы

Дополнительные вопросы

1. Что такое режим разделения времени и каковы особенности ОС, поддерживающих этот режим?
2. В идеале микроядерная архитектура ОС требует размещения в микроядре только тех компонентов ОС, которые не могут выполняться в пользовательском режиме. Что заставляет разработчиков операционных систем отходить от этого принципа и расширять ядро за счет перенесения в него функций, которые могли бы быть реализованы в виде процессов-серверов?
3. Что такое прерывание? Какие виды прерываний существуют?
4. Мультипрограммные операционные системы принято разделять на системы реального времени, системы разделения времени, системы пакетной обработки. С другой стороны, алгоритмы планирования могут быть основаны на квантовании, относительных приоритетах, абсолютных приоритетах. Предложите для каждого из перечисленных типов ОС наиболее подходящий, по вашему мнению, тип алгоритма планирования.
5. Как происходит переключение контекста процесса?
6. Охарактеризуйте алгоритмы планирования процессов в Windows 2000
7. Охарактеризуйте алгоритмы планирования процессов в Linux
8. Концепция семафора и ее использование для синхронизации процессов
9. Концепция монитора и ее использование для синхронизации процессов
10. Средства синхронизации в ОС Windows 2000
11. Методы управления памятью в операционных системах
12. Методы адресации в компьютерных системах
13. Этапы обработки программы от исходного кода к исполняемому в операционных системах
14. Что такое аномалия Belady?
15. Каковы принципы алгоритма LFU замещения страниц?
16. Что такое глобальное и локальное выделение фреймов?
17. Обзор операций над директориями и методов реализации директорий в файловых системах
18. Обзор методов защиты файлов в операционных системах
19. Обзор методов доступа к файлам
20. Обзор видов прерываний и методов их обработки в современных компьютерах
21. В чем суть схемы криптования на основе открытого с скрытого ключей?
22. С программами для каких ОС и стандартов обеспечивается совместимость в системе Windows 2000?
23. Архитектура и принципы проектирования Linux
24. Как с гарантией исключить пользователя из группы домена?
25. Могут ли пользователи совместно использовать одну учетную запись?
26. Как настроить доступ к принтеру для клиентов Linux и Windows?
27. Сетевые возможности Linux
28. Сравнительный анализ сетевых возможностей Windows и Linux
29. Чем заданные по умолчанию права доступа в Windows 2003 Server отличаются от таковых в более ранних версиях Windows?
30. Чем отличаются файловые системы FAT и NTFS?

Критерии оценки

Экзаменационный билет содержит два основных вопроса и один дополнительный. Уровень освоения умений проверяется по выполнению лабораторных работ. Сдача лабораторных работ является обязательным условием допуска к экзамену.

Оценка «3»  ставится при ответе на один основной вопрос.

Оценка  «4» ставится при ответе на два основных вопроса

Оценка «5» ставится при ответе на оба основных и дополнительный вопрос

Департамент образования, науки и молодежной политики Воронежской области

ГОБУ СПО ВО «Борисоглебский  индустриальный техникум»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по подготовке, выполнению, оформлению и защите

выпускной квалификационной (дипломной) работы

для студентов специальности 09.01.02 «Компьютерные системы и комплексы»

г.Борисоглебск

2014

Рассмотрено цикловой комиссией информационных технологий

Протокол от «___» _____________ 20__г.  № ____

Председатель ц/к  Торгашин Г.В.   ___________

    Методист                                                           Заместитель директора

по учебной работе

________________                                                 ____________

Оглавление

1. Общие положения        

2 Обязанности студента и руководителя дипломной работы        

3 Требования к структуре и содержанию выпускной квалификационной (дипломной) работы        

3.1 Структура ВКР        

3.2 Требования к оформлению пояснительной записки        

3.3 Типовая структура пояснительной записки        

3.4 Содержание основной части        

4 Требования к оформлению дипломной работы (ВКР)        

4.1 Общие правила оформления текста:        

4.2 Оформление структурных единиц        

4.3 Нумерация страниц текстовых документов:        

4.4 Оформление таблиц, рисунков, формул.        

4.5 Оформление списка источников        

4.6 Оформление приложений        

4.7 Оглавление        

5. Требования к содержанию пояснительной записки для различных тем ВКР.        

5.1 Требования к ВКР целью которых является разработка электрических схем.        

5.1.1 Если тема ВКР - проектирование аналогового, аналого-цифрового или цифрового устройства.        

5.1.2 Если Тема ВКР - разработка периферийного устройства.        

5.2 Требования к ВКР целью которых является разработка вычислительного комплекса, крупных компьютерных систем или сетей.        

5.3 Требования к ВКР целью которых является проведение исследования в области контроля,  диагностики и технического обслуживания средств ВТ.        

5.4 Рекомендации по построению презентации.        

Приложение А Пример нумерации разделов и подразделов        

Приложение Б Наклейка на папку с пояснительной запиской        

Приложение В Титульный лист        

Приложение Г Примеры объектов и предметов исследования        

Приложение Д Примеры оформления списка источников        

1. Общие положения

Целью итоговой государственной аттестации является установление соответствия уровня освоенности компетенций, обеспечивающих соответствующую квалификацию и уровень образования обучающихся, Федеральному государственному образовательному стандарту среднего профессионального образования по специальности «Компьютерные системы и комплексы».

Являясь законченной, самостоятельной, комплексной научно-практической разработкой студента-дипломника, выпускная квалификационная  работа предполагает:

• систематизацию, закрепление и расширение теоретических знаний и практических навыков по специальности;
• развитие навыков ведения самостоятельной работы;
• применение методик исследования и экспериментирования;
• выявление умения делать обобщения, выводы, разрабатывать практические рекомендации в исследуемой области.
• развитие творческих способностей, навыков ведения самостоятельных работ при решении конкретной технической задачи по диагностике и контролю;
• развитие навыков использования информационно-коммуникационных технологий расчетов и графического оформления их результатов;
• накопление опыта работы с технической литературой и информацией, находящейся в свободном доступе Internet;
• подготовленности студентов к самостоятельной работе в условиях современного производства, прогресса науки и техники, роста культуры производства.

Для успешного и качественного выполнения выпускной квалификационной работы студенту необходимо:

• уметь сформулировать проблемы, цель и задачи исследования;
• иметь глубокие знания в области специальных и общепрофессиональных дисциплин и руководствоваться ими при решении задач выпускной работы;
• владеть методами научного исследования, в том числе системного анализа,  знать и уметь грамотно применить методы оценки экономической и социальной эффективности;
• уметь использовать современные средства вычислительной техники, в первую очередь персональные компьютеры, как в процессе выполнения исследований, так и оформления выпускной квалификационной работы;
• свободно ориентироваться при подборе различных источников информации и уметь работать со специальной литературой;
• квалифицированно оформлять графический и табличный материал, иллюстрирующий содержание дипломной работы;
• убедительно изложить основные результаты исследования и пути решения поставленных задач в ходе защиты выпускной квалификационной работы.

Выпускная квалификационная работа (дипломная работа) является самостоятельным творческим исследованием студента по избранной им теме. К выполнению выпускной квалификационной работы (дипломной работы) допускаются студенты, полностью выполнившие рабочий учебный план по специальности по всем видам теоретического и практического обучения.

2 Обязанности студента и руководителя дипломной работы

Выпускная квалификационная (дипломная) работа должна быть оформлена и сдана не позднее, чем за неделю до защиты заместителю директора по учебной  работе с отзывом руководителя. Руководитель назначается приказом директора техникума для оказания помощи студентам из числа преподавателей специальных дисциплин и других квалифицированных специалистов. К каждому руководителю прикрепляется не более 10-12 студентов. Основными обязанностями руководителя являются:

• составление и распределение тем дипломных работ;
• составление графика выполнения студентом дипломной работы;
• оказание помощи студенту в определении перечня вопросов и материалов, которые он должен изучить и собрать;
• консультирование студентов;
• регулярная проверка графика выполнения отдельных частей дипломной работы;
• подготовка письменного отзыва на дипломную работу;
• присутствие на защите дипломной работы.

В установленные графиком сроки студенты обязаны отчитаться перед руководителем о ходе выполнения дипломной работы с предоставлением материалов в письменной форме.

По окончании выполнения работы руководитель составляет отзыв по установленной в техникуме форме и сдает работу заместителю директора по учебно-методической работе.

3 Требования к структуре и содержанию выпускной квалификационной (дипломной) работы

3.1 Структура ВКР

Выпускная квалификационная работа состоит из:

• Пояснительной записки
• Иллюстративного материала и другого материального воплощения результатов разработки.

Объем пояснительной записки - 30-40 стр. машинописного текста (не считая приложений).

3.2 Типовая структура пояснительной записки

Структура каждой записки может уточняться студентом с научным руководителем, исходя из научных интересов студента, степени проработанности данной темы в литературе, наличия информации и т.п.

Общая часть включает:

• Введение (рекомендуемый объем 2-3 стр.) должно содержать следующее:

• Тему работы;
• Обоснование актуальности темы дипломной работы.

Актуальность исследования определяется несколькими факторами:

• - потребностью в новых данных;
• - потребностью в новых технологиях;
• - потребностью практики.

Обосновать актуальность, значит, проанализировать, объяснить, почему данную проблему нужно в настоящее время изучать.;

• Содержательную характеристику объекта и предмета исследования для комплектования компьютерного комплекса.

Объект исследования - это процесс или явление, порождающее проблемную ситуацию и выбранное для изучения. Это та часть практики или научного знания, с которой работает исследователь. .

Предмет исследования - целостная составляющая объекта исследования, определенный аспект его рассмотрения, одна или несколько сторон, та точка зрения, с которой исследователь познает целостный объект, выделяя при этом наиболее существенные свойства, признаки, отношения, характеризующие объект исследования. Предмет исследования часто включается в формулировку темы работы. Предметом исследования могут быть явления в целом отдельные их стороны, аспекты и отношения между отдельными сторонами и целым (совокупность элементов, связей, отношений в конкретной области исследуемого объекта, в которой выявлена проблема, требующая решения). Объект и предмет исследования как категории научного познания соотносятся между собой как общее и частное. В объекте выделяется та часть, которая служит предметом исследования. Например, если объектом исследования является проект внедрения, то предметом исследования могут быть его ключевые факторы успеха.

Примеры выбора объектов и предметов исследования можно увидеть в Приложении Г

• Цель исследования.

Цель исследования — это желаемый конечный результат исследования. Наиболее типичны следующие цели:

• Задачи исследования

Задачи исследования - это выбор путей и средств для достижения поставленной цели. Постановка задач основывается на дроблении цели исследования на подцели. В работе может быть поставлено несколько задач.

• Методы исследованиях

Перечисляются методы, с помощью которых проводилось исследование: теоретические и практические.

• Структуру исследования

Исследователь указывает количество глав, параграфов, таблиц, исследуемых источников, приложения

• Теоретическую и практическую значимость.

Теоретическая значимость - на какую область специальности могут оказать влияние полученные теоретические выводы , каковы перспективы прикладных работ.

Практическая значимость - определяется влияние полученных рекомендаций, предложений на изучаемый процесс, решением практических вопросов.

Основная часть включает:

• 1-ю главу, содержащую аналитическую часть, а именно:  

• Постановку проблемы, анализ степени исследованности проблемы, обзор литературы;
• анализ имеющихся решений поставленной задачи
• выбор способа решения поставленной задачи;
• обоснование выбора способа решения .

• 2-ю главу, содержащую практическую часть:  (не менее 1/3 от общего объема), а именно:

• разработку продукта творческой деятельности студента;
• разработку инструкций пользователя.

• Заключение (объем примерно равен объему введения).

Раскрывается значимость рассмотренных вопросов для научной теории и практики; делаются выводы по всей проделанной работе. Выводы могут оформляться в виде тезисов, рекомендаций, предложений

• Список использованных источников

Оформляется по ГОСТ 7.1 — 2003. Отражает список литературы, проработанный автором, независимо от того имеются ли в тексте ссылки на нее или нет.

В списке должно быть указано не менее 10 источников

• Приложения

Приложения призваны облегчить восприятие содержания работы, и могут включать: дополнительные материалы,  иллюстрации вспомогательного характера, анкеты, методики, документы, материалы, содержащие первичную информацию для анализа, таблицы статистических данных и т.д.  

Содержание работы (план) составляется с таким расчетом, чтобы в достаточной мере раскрыть логику исследования и изложения избранной темы. План должен быть согласован с научным руководителем. В процессе написания работы план может корректироваться или уточняться.

3.4 Содержание основной части

Основную часть отчета следует делить на разделы, подразделы и пункты. Пункты, при необходимости, могут делиться на подпункты. При делении текста отчета на пункты и подпункты необходимо, чтобы каждый пункт содержал законченную информацию.

Первая глава носит теоретический характер, в ней следует:

• определить сущность исследуемой проблемы, изучить опыт её реализации в практике деятельности экономических субъектов;
• дать характеристику степени проработанности проблемы в литературных источниках (книгах, журналах, монографиях, газетных статьях, материалах конференций и т.д.),  наметить пути решения проблемы;
• необходимо увязать проблематику исследования с общетеоретическими положениями, дополняя и развивая их;
• создать основу (базу) для последующих глав, которые будут конкретизировать теоретические положения выпускной квалификационной работы.

Во второй главе исследование и изложение материала носят более конкретный характер.

Здесь должны быть представлены результаты проделанных исследований. Если для получения результатов необходимо использовать уже имеющуюся методику, то необходимо сделать на неё соответствующую ссылку. Если  автор предлагает свою методику, то в тексте главы кратко излагается её содержание, приводятся результаты её апробации, т.е. вторая глава является аналитической, а также содержит предложения и рекомендации, пути решения задач, поставленных во введении проекта.

Между параграфами и между главами необходимы смысловые связки, чтобы текст выпускной квалификационной работы был логично выстроен и не содержал разрывов в изложении материала. Необходимо по каждой главе формулировать краткие выводы.

4 Требования к оформлению дипломной работы (ВКР)

4.1 Общие правила оформления текста:

Пояснительная записка выполняется на компьютере в одном экземпляре, и оформляется только на лицевой стороне белой бумаги.

Размер бумаги стандартного формата А 4 (210 х 297 мм ) с основной надписью (рамкой).

Основные надписи (рамки) выполняются в соответствии с ГОСТ 2.104—2006 ЕСКД

На титульном листе основная надпись не используется.

На следующем за титульным листом (Оглавление) используется Форма 2 «Основная надпись и дополнительные графы для текстовых конструкторских документов (первый или заглавный лист)»

На Форме 2 заполняются поля:

1. «Разраб.» - ФИО студента.
2. «Пров.» - ФИО Руководителя
3. Код изделия (поле 2) – код документа
4. Наименование изделия (поле 1) - Тема ВКР

Рисунок 1 Поля основной надписи

Далее используется Форма 2а «Основная надпись и дополнительные графы для текстовых конструкторских документов (последующие листы)»

Код документа в пояснительной записке составляется по форме: БИТ. <Код специальности>.<номер студента по журналу>.ПЗ

Например, если студент учится на специальности 09.02.01 «Компьютерные системы и комплексы» и его номер по журналу – 6. То код:

БИТ.09.02.01.06.ПЗ

Рисунок 2 Код документа

Код документа в чертеже заполняется по форме: БИТ. <Код специальности>.<номер студента по журналу>.<Номер чертежа>

Например, если студент учится на специальности 09.02.01 «Компьютерные системы и комплексы», его номер по журналу – 16, а номер чертежа 5. То код:

БИТ.09.02.01.16.05

Поля: левое – 30 мм, правое – 10 мм, верхнее – 20 мм, нижнее – 20 мм.

Ориентация: книжная.

Шрифт: Times New Roman , кегль: - 12 пт (пунктов) в основном тексте,

10 пт в сносках,  цвет шрифта – черный.

Абзацный отступ должен быть одинаковым и равен по всему тексту 1,25 см.

Строки разделяются полуторным интервалом.

Интервал перед и после абзаца должен быть равен 0.

Разрешается использовать компьютерные возможности акцентирования внимания на определенных терминах, формулах, теоремах, применяя шрифты разной гарнитуры, например Times New Roman, Arial  и т. п..

Полужирный, подчеркнутый, курсивный и другие стили и эффекты шрифта не применяются.

При выполнении отчета необходимо соблюдать равномерную плотность, контрастность и четкость изображения по всему отчету. В отчете должны быть четкие, не расплывшиеся линии, буквы, цифры и знаки.

Вне зависимости от способа выполнения отчета качество напечатанного текста и оформления иллюстраций, таблиц, распечаток с ПЭВМ должно удовлетворять требованию их четкого воспроизведения.

Фамилии, названия учреждений, организаций, фирм, название изделий и другие имена собственные в отчете приводят на языке оригинала. Допускается транслитерировать имена собственные и приводить названия организаций в переводе на язык отчета с добавлением (при первом упоминании) оригинального названия.

4.2 Оформление структурных единиц

Основную часть работы следует делить на разделы и подразделы. Они оформляются следующим образом:

Введение заключение и приложения не нумеруются.

Разделы и подразделы должны иметь порядковую нумерацию в пределах всего текста.

Нумеровать их следует арабскими цифрами.

Номер подраздела включает номер раздела и порядковый номер подраздела, разделенные точкой. Пример нумерации разделов и подразделов смотрите в Приложении А.

После номера раздела и подраздела в тексте точку не ставят.

Если раздел или подраздел имеет только один пункт или пункт имеет один подпункт, то нумеровать его не следует.

Разделы и подразделы должны иметь заголовки.

Заголовки разделов и подразделов следует печатать с абзацного отступа с прописной буквы без точки в конце, не подчеркивая.

Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой.

Переносы слов в заголовках не допускаются.

Каждый раздел начинается с новой страницы.

Расстояние между названиями разделов и подразделов, между названиями подразделов и предыдущим текстом должно быть равно 3 интервалам (пустая строка).

Расстояние между названием подраздела и последующим текстом должно быть равно 1,5 интервала.

Заголовки разделов и подразделов пишутся строчными буквами (первая буква заголовка параграфа заглавная), полужирное начертание и выравниваются по левому краю.

Внутри пунктов или подпунктов могут быть приведены перечисления.

Перед каждым элементом перечисления следует ставить дефис. При необходимости ссылки в тексте отчета на один из элементов перечисления вместо дефиса ставятся строчные буквы в порядке русского алфавита, начиная с буквы а (за исключением букв е, з, й, о, ч, ъ, ы, ь).

Для дальнейшей детализации перечислений необходимо использовать арабские цифры, после которых ставится скобка, а запись производится с абзацного отступа, как показано в примере.

1. __________
2. __________

1. __________
2. __________

3. __________

4.3 Нумерация страниц текстовых документов:

Cтраницы работ следует нумеровать арабскими цифрами, соблюдая сквозную нумерацию по всему тексту работ.

Титульный лист включают в общую нумерацию страниц работ.

Номер страницы на титульном листе не проставляют.

4.4 Оформление таблиц, рисунков, формул.

Оформление иллюстраций должно соответствовать следующим требованиям:

Иллюстрации (чертежи, графики, схемы, компьютерные распечатки, диаграммы, фотоснимки) следует располагать в отчете непосредственно после текста, в котором они упоминаются впервые, или на следующей странице.

Иллюстрации могут быть в компьютерном исполнении, в том числе и цветные.

На все иллюстрации должны быть даны ссылки в тексте.

Чертежи, графики, диаграммы, схемы, иллюстрации, помещаемые в отчете, должны соответствовать требованиям государственных стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Допускается выполнение чертежей, графиков, диаграмм, схем посредством использования компьютерной печати.

Иллюстрации, за исключением иллюстрации приложений, следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией.

Если рисунок один, то он обозначается "Рисунок 1".

Слово "Рисунок" и его наименование располагают посередине строки.

Подписи иллюстраций выполняются шрифтом 10 пт, полужирным.

Допускается нумеровать иллюстрации в пределах раздела. В этом случае номер иллюстрации состоит из номера раздела и порядкового номера иллюстрации, разделенных точкой. Например, Рисунок 1.1.

Рисунок 3.6 Панель инструментов GIMP 2.8.10

Иллюстрации, при необходимости, могут иметь наименование и пояснительные данные (подрисуночный текст). Слово "Рисунок" и наименование помещают после пояснительных данных и располагают следующим образом: Рисунок 1.  Детали прибора.

На скриншоте видны списки. Слева на право это «Места», «Список файлов»,

Рисунок 3.8 Окно открытия файла

Иллюстрации каждого приложения обозначают отдельной нумерацией арабскими цифрами с добавлением перед цифрой обозначения приложения. Например, Рисунок А.3.

При ссылках на иллюстрации следует писать "... в соответствии с рисунком 2" при сквозной нумерации и "... в соответствии с рисунком 1.2" при нумерации в пределах раздела.

Оформление таблиц должно соответствовать следующим требованиям:

Таблицы применяют для лучшей наглядности и удобства сравнения показателей. Наименование таблицы, при его наличии, должно отражать ее содержание, быть точным, кратким. Наименование таблицы следует помещать над таблицей слева, без абзацного отступа в одну строку с ее номером через пробел.

Таблицу следует располагать в тексте непосредственно после текста, в котором она упоминается впервые, или на следующей странице.

На все таблицы должны быть ссылки в тексте. При ссылке следует писать слово "таблица" с указанием ее номера.

Таблицу с большим числом строк допускается переносить на другой лист (страницу). При переносе части таблицы на другой лист (страницу) слово "Таблица", ее номер и наименование указывают один раз слева над первой частью таблицы, а над другими частями также слева пишут слова "Продолжение таблицы" и указывают номер таблицы.

Таблицу с большим количеством граф допускается делить на части и помещать одну часть под другой в пределах одной страницы. Если строки и графы таблицы выходят за формат страницы, то в первом случае в каждой части таблицы повторяется головка, во втором случае — боковик (смотрите Таблицу 1). При делении таблицы на части допускается ее головку или боковик заменять соответственно номером граф и строк. При этом нумеруют арабскими цифрами графы и (или) строки первой части таблицы.

Если повторяющийся в разных строках графы таблицы текст состоит из одного слова, то его после первого написания допускается заменять кавычками; если из двух и более слов, то при первом повторении его заменяют словами "То же", а далее - кавычками. Ставить кавычки вместо повторяющихся цифр, марок, знаков, математических и химических символов не допускается. Если цифровые или иные данные в какой-либо строке таблицы не приводят, то в ней ставят прочерк.

Таблица 1. Элементы таблицы

Таблицы, за исключением таблиц приложений, следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией.

Допускается нумеровать таблицы в пределах раздела. В этом случае номер таблицы состоит из номера раздела и порядкового номера таблицы, разделенных точкой.

Таблицы каждого приложения обозначают отдельной нумерацией арабскими цифрами с добавлением перед цифрой обозначения приложения.

Если в отчете одна таблица, то она должна быть обозначена "Таблица 1" или "Таблица B.1", если она приведена в приложении В.

Подписи таблиц выполняются шрифтом 10 пт, полужирным.

Заголовки граф и строк таблицы следует писать с прописной буквы в единственном числе, а подзаголовки граф - со строчной буквы, если они составляют одно предложение с заголовком, или с прописной буквы, если они имеют самостоятельное значение. В конце заголовков и подзаголовков таблиц точки не ставят.

Таблицы слева, справа и снизу, как правило, ограничивают линиями. Допускается применять размер шрифта в таблице меньший, чем в тексте.

Разделять заголовки и подзаголовки боковика и граф диагональными линиями не допускается.

Головка таблицы должна быть отделена линией от остальной части таблицы.

Оформление формул

Формулы приводятся сначала в буквенном выражении, затем дается расшифровка входящих в них индексов, величин.

Уравнения и формулы следует выделять из текста в отдельную строку. Выше и ниже каждой формулы или уравнения должно быть оставлено не менее одной свободной строки. Если уравнение не умещается в одну строку, то оно должно быть перенесено после знака равенства (=) или после знаков плюс (+), минус (-), умножения (х), деления (:), или других математических знаков, причем знак в начале следующей строки повторяют. При переносе формулы на знаке, символизирующем операцию умножения, применяют знак "X".

Пояснение значений символов и числовых коэффициентов следует приводить непосредственно под формулой в той же последовательности, в которой они даны в формуле.

Формулы в следует нумеровать порядковой нумерацией в пределах всего ljrevtynf арабскими цифрами в круглых скобках в крайнем правом положении на строке.

Пример

А = а:b,                                                         (1)

В = с:е.                                                         (2)

Одну формулу обозначают - (1).

Формулы, помещаемые в приложениях, должны нумероваться отдельной нумерацией арабскими цифрами в пределах каждого приложения с добавлением перед каждой цифрой обозначения приложения, например формула (B.1).

Ссылки в тексте на порядковые номера формул дают в скобках. Пример -... в формуле (1).

Допускается нумерация формул в пределах раздела. В этом случае номер формулы состоит из номера раздела и порядкового номера формулы, разделенных точкой, например (3.1).

4.5 Оформление списка источников

Список источников оформляется по ГОСТ 7.1 — 2003, ссылки на электронные ресурсы по ГОСТ Р7.0.5 2008 . В приложении Д даны примеры некоторых, наиболее часто встречающихся случаев. С примерами для остальных случаев можно ознакомится в указанных стандартах.

Сведения об источниках следует располагать в порядке появления ссылок на источники в тексте отчета и нумеровать арабскими цифрами без точки и печатать с абзацного отступа.

Ссылки на использованные источники следует указывать порядковым номером библиографического описания источника в списке использованных источников. Порядковый номер ссылки заключают в квадратные скобки. Нумерация ссылок ведется арабскими цифрами в порядке приведения ссылок в тексте отчета независимо от деления отчета на разделы.

При ссылках на стандарты и технические условия указывают только их обозначение, при этом допускается не указывать год их утверждения при условии полного описания стандарта и технических условий в списке использованных источников в соответствии с ГОСТ 7.1.

4.6 Оформление приложений

Правила представления приложений:

Приложения помещают на  страницах, следующих за списком литературы.

Приложения располагают в порядке появления на них ссылок в тексте пояснительной записки.

Каждое приложение должно начинаться с новой страницы и иметь содержательный заголовок. Заголовок записывают симметрично относительно текста с прописной буквы отдельной строкой.

Приложения обозначают заглавными буквами русского алфавита, начиная с А, за исключением букв Е, 3, Й, О, Ч, Ъ, Ы, Ь. После слова "Приложение" следует буква, обозначающая его последовательность.

Допускается обозначение приложений буквами латинского алфавита, за исключением букв I и О.

Если в отчете одно приложение, оно обозначается "Приложение А". Порядковый номер размещают в правом верхнем углу над содержательным заголовком после слова Приложение.

Приложения должны иметь общую с остальной частью в пояснительной записки сквозную нумерацию страниц.

На все приложения в основной части пояснительной записки должны быть ссылки. Например «данные приведены в приложении А»

4.7 Оглавление

Оглавление – это отображение структуры работы в виде списка, включающего: введение, названия глав, параграфов каждой главы, заключение, список использованной литературы, приложения.

Оглавление может вставятся автоматически. При создании документа (оглавления) для формирования его структуры и последующего автоматического создания оглавления необходимо абзацы, образующие структуру, (заголовки) разного уровня, предварительно отформатировать т.е. каждому заголовку присвоить свой уровень.

5. Требования к содержанию пояснительной записки для различных тем ВКР.

5.1 Требования к ВКР целью которых является разработка электрических схем.

Электрическая и расчетная части должны содержать разработку и анализ алгоритмов работы проектируемого устройства, синтез структурных и функциональных электрических схем, обоснование выбора элементной базы, принципиальные электрические схемы. Составными вопросами этой части являются также разработка логики микропрограммного управления (в форме алгоритмов, граф-схем, микропрограмм), временные диаграммы, а также необходимые расчеты.

В технологической части разрабатываются следующие вопросы:

• методика контроля, отладки и испытаний устройства;
•  разработка функционального состава стенда для контроля, отладки и испытаний устройства, его узлов и блоков;
•  оформление технической документации.

Некоторые рекомендация по  выполнению электрической и расчетной частей ВКР:

5.1.1 Если тема ВКР - проектирование аналогового, аналого-цифрового или цифрового устройства.

При проектировании аналогового устройства необходимо провести сравнительный анализ нескольких известных  структурных  схем как по параметрам в номинальном режиме, так и по их предельным значениям.

После обоснования структурной схемы аналогового устройства проводится выбор принципиальной электрической схемы, а затем выбор радиоэлементов и расчет их параметров. Расчет в большинстве случаев начинается с выходного каскада и ведется в направлении входа схемы. При расчете определяются токи, напряжения и рассеиваемые мощности во всех режимах работы. На основе полученных данных выбираются элементы, по возможности, стандартные.

При разработке электрических схем цифровых и цифро-аналоговых устройств следует помнить, что высокая потенциальная надежность ИС может быть обеспечена лишь при строгом выполнении требований технических условий на значения параметров, режимов эксплуатации и правил монтажа микросхем. Для согласования между собой ИС  с различным типом логики применяются специальные схемные решения.

5.1.2 Если Тема ВКР - разработка периферийного устройства.

В этом случае темами ВКР могут быть: " Разработка адаптера ВЗУ, дисплея, видеосистемы, системы ввода-вывода, устройства ввода графической информации, модема, синтезатора речи" и др.

Основные требования к содержанию проекта и этапы разработки рассмотрим на примере “Адаптера ВЗУ”.

ВЗУ, для которого необходимо разработать адаптер, представляет собой накопитель на жестких  и гибких магнитных дисках, накопитель на магнитной ленте (например, стример). Исходными данными к проектированию являются: тип интерфейса накопителя, количество подключаемых накопителей, параметры накопителя, скорость обмена, способ записи. И некоторых случаях тип  интерфейса может быть не оговорен, тогда дипломник должен сам его выбрать из числа стандартных интерфейсов, исходя из назначения ЭВМ, скорости передачи данных, удаленности накопителя, стоимостных критериев.

Выбранный тип интерфейса полностью определяет архитектуру  и элементную базу адаптера, т.е. БИС, на которой он будет  построен. На основе выбранной БИС разрабатывается структурная  схема адаптера, а затем принципиальная схема.

В расчетной части может быть приведен расчет и разработка  принципиальной схемы узла предкомпенсации, сепаратора данных,   разработка драйвера диагностики адаптера и накопителя.

5.2 Требования к ВКР целью которых является разработка вычислительного комплекса, крупных компьютерных систем или сетей.

В этом случае можно предусмотреть выполнение как индивидуальных, так и комплексных работ на 2-3 человека.

 Задачи анализа производительности и надежности, а также задачи синтеза систем с заданной производительностью и надежностью - наиболее массовые задачи проектирования и эксплуатации вычислительных систем.

Могут быть выделены два основных направления:

•  моделирование задач функционирования ВК, ВС и сетей с целью расчета их параметров и оптимизации структура;
• разработка структур, элементов, устройств и информационного обеспечения ВК, ВС.

 С точки зрения решения задач первого направления в качестве одного из пунктов работы над проектом могут вновь разрабатываться или использоваться в готовом виде имитационное моделирование вычислительных систем. Может проводиться анализ моделей вычислительных процессов в ВК, ВС и сетях, а также выполняться  расчет производительности мультипроцессорных систем, определение пропускной способности каналов передачи данных, концентраторов, узлов коммутации вычислительных сетей.

Решение задач второго направления сводится к разработке средств вычислительной техники, реализации вычислительных сред на базе СБИС и микропроцессоров, разработке на основе современной элементной базы технических средств обработки данных и вычислительных сетей и их практическое применение.

Вычислительные системы - сложные системы с иерархической организацией структуры и процессов функционирования. Выделяют следующие основные уровни представления структуры и функций: системотехнический, схемотехнический и конструкторский. На системотехническом уровне структура технических средств определяется с точностью до устройств и интерфейсов.

В технологической части разрабатываются следующие вопросы:

• методики тестирования функциональных узлов разработанного комплекса или сети;
• проверка работоспособности разработанного комплекса или сети в рамках поставленных задач
• оформление технической документации.

5.3 Требования к ВКР целью которых является проведение исследования в области контроля,  диагностики и технического обслуживания средств ВТ.

То в этом случае предусматривается комплексное решение следующих вопросов:

•  разработка технологии и отладки проектируемой аппаратуры и программного обеспечения для нее;
•  обеспечение контролепригодности в процессе будущего производства и эксплуатационного обслуживания;
•  разработка методики и программы испытаний на стадиях проектирования, производства, отладки и эксплуатации;
•  подбор испытательного и измерительного оборудования для замеров всех необходимых параметров разрабатываемого устройства;
•  сравнение и сопоставление результатов экспериментальных исследований с требованиями технического задания и оценка сложности решения задач по долговечности, безотказности, ремонтопригодности и устойчивости к влиянию внешних факторов разрабатываемого устройства.

В технологической части разрабатываются следующие вопросы:

• методика тестирования эффективности разработанных программ, методик и т.п.;
•  оформление технической документации.

5.4 Рекомендации по построению презентации.

Проведение ВКР должно сопровождаться показом презентации, для увеличения наглядности и демонстрации объектов, которые не могут быть непосредственно представлены ГАК. Содержательная интерактивность позволит дополнить или же уменьшить объем содержательной информации пояснительной записки. Компьютерная презентация представляет собой набор слайдов (электронных страниц). Презентация является мультимедийным документом, каждый слайд может включать различные формы представления информации (текст, таблицы, диаграммы, изображения, звук, видео).

Содержание и последовательность слайдов должны соответствовать докладу.

Оптимальное количество слайдов, предлагаемое к защите работы – 15.

Суть материала, представленного в одном слайде должен отражать в основном заголовок слайда. Рекомендуется использовать минимальное количество текста на слайде.

Для оформления слайдов презентации рекомендуется использовать простые шаблоны без анимации, соблюдать единый стиль оформления всех слайдов. Не рекомендуется на одном слайде использовать более 3 цветов:  один для фона, один для заголовков, один для текста. Смена слайдов устанавливается по щелчку без времени.

Шрифт, выбираемый для презентации должен обеспечивать читаемость на экране и быть в пределах размеров - 18-72 пт, что обеспечивает презентабельность представленной информации. Шрифт на слайдах презентации должен легко восприниматься зрителем. Не рекомендуется использовать разные шрифты в одной презентации.

Оформление слайдов должно быть выполнено в едином стиле.

Алгоритм выстраивания презентации соответствует логической структуре работы и отражает последовательность ее этапов. Независимо от алгоритма выстраивания презентации, следующие слайды являются обязательными.

- В содержание первого слайда выносится полное наименование образовательного учреждения, согласно уставу, тема выпускной квалификационной работы (курсовой  работы), фамилия, имя, отчество студента, фамилия, имя, отчество руководителя.

• Слайды с заголовком - Понятийный аппарат исследования
• Слайды – Объект исследования и предмет исследования
• Слайды - Цель исследования и задачи исследования
• Слайды с теоретическими положениями, выносимыми на защиту.
• Слайды, иллюстрирующие этапы и результаты и  качественные  опытно части работы.
• Последний слайд – итоги работы.

В презентации материал целесообразнее представлять в виде фотографии, графиков, диаграмм, видеоматериалов.

Видеоматериалы, используемые в презентациях должны быть минимальной длинны.

На слайде с результатами исследования рекомендуется представлять обобщенные результаты организационного этапа по проблеме исследования.

На слайде по результатам оценочного этапа практической части работы следует представить динамику результатов исследования по обозначенной проблеме.

Приложение А

Пример нумерации разделов и подразделов

1 Типы и основные размеры

1.1

1.2 } Нумерация пунктов первого раздела отчета

1.3

2 Технические требования

2.1

2.2 } Нумерация пунктов второго раздела отчета

2.3

3 Методы испытаний

3.1 Аппараты, материалы и реактивы

3.1.1

3.1.2 } Нумерация пунктов первого подраздела третьего раздела отчета

3.1.3

3.2 Подготовка к испытанию

3.2.1

3.2.2 } Нумерация пунктов второго подраздела третьего раздела отчета

3.2.3

Приложение Б

Наклейка на папку с пояснительной запиской

Департамент образования, науки и молодежной политики

Воронежской области

Государственное областное бюджетное учреждение

среднего профессионального образования Воронежской области

«Борисоглебский индустриальный техникум»

Дипломная работа

выпускника специальности

«Компьютерные системы и комплексы»

ФИО

2015

Приложение В

Приложение Г

Примеры объектов и предметов исследования

Таблица 1 Примеры тематики, объектов и предметов исследований, выполняемых в учебном процессе по направлению подготовки "Бизнес-информатика" 

Таблица 2 Обобщенные группы объектов и предметов прикладных исследований, выполняемых в учебном процессе по направлению подготовки "Бизнес-информатика" 

Таблица 3 Типовые ошибки, допускаемые студентами при описании объекта и предмета исследования 

Приложение Д

Примеры оформления списка источников

Книги — однотомные издания

Семенов, В. В. Философия: итог тысячелетий. Философская психология [Текст] / В. В. Семенов ; Рос. акад. наук, Пущин. науч. центр, Ин-т биофизики клетки, Акад. проблем сохранения жизни. – Пущино : ПНЦ РАН, 2000. – 64 с. ; 22 см. – Рез.: англ. – Библиогр.: с. 60–65. – 200 экз. –  ISBN 5-201-14433-0.

Перроун, П. Д. Создание корпоративных систем на базе Java 2 Enterprise Edition [Текст] : рук. разработчика : [пер. с англ.] / Поль Дж. Перроун, Венката С. Р. «Кришна», Р. Чаганти. – М. [и др.] : Вильямс, 2001. – 1179 с. ; + 1  электрон. опт. диск. – ISBN 5-8459-0168-5 (в пер.).

Законы

Российская Федерация. Законы. О воинской обязанности и военной службе [Текст] : федер. закон : [принят Гос. Думой 6 марта 1998 г. : одобр. Советом Федерации 12 марта 1998 г.]. – [4-е изд.]. – М. : Ось-89, [2001?]. – 46, [1] с. ; 21 см. – (Актуальный закон). – ISBN 5-86894-528-Х.

Правила

Правила безопасности при обслуживании гидротехнических сооружений и гидромеханического оборудования энергоснабжающих организаций [Текст] : РД 153-34.0-03.205–2001: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 13.04.01 : ввод. в действие с 01.11.01. – М. : ЭНАС, 2001. – 158, [1] с. ; 22 см. – В надзаг.: …РАО «ЕЭС России». – 5000 экз. – ISBN 5-93196-091-0.

Стандарты

ГОСТ Р 517721–2001. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Входные и выходные параметры и типы соединений. Технические требования [Текст]. – Введ. 2002–01–01. – М. : Изд-во стандартов, 2001. – IV, 27 с. : ил. ; 29 см.

Патентные документы

Пат. 2187888 Российская Федерация, МПК7 H 04 В 1/38, Н 04 J 13/00. Приемопередающее устройство [Текст] / Чугаева В. И. ; заявитель и патентообладатель Воронеж. науч.-ислед. ин-т связи. – № 2000131736/09 ; заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. № 23 (II ч.). – 3 с. : ил.

Журнал

Актуальные проблемы современной науки [Текст] : информ.-аналит. журн. / учредитель ООО «Компания «Спутник +». – 2001, июнь –    . – М. : Спутник +, 2001–    . – Двухмес. – ISSN 1680-2721. 2001, № 1–3. – 2000 экз.

Электронные ресурсы

Энциклопедия животных Кирилла и Мефодия. М. : Кирил и Мефо-дий : New media generation, 2006. 1 электрон. опт. диск (DVD-ROM).

Лэтчфорд Е. У. С Белой армией в Сибири [Электронный ресурс] - URL: http://east-front.narod.ru/memo/latchford.htm (дата обращения: 23.08.2007).

Приложение Ж

Основные надписи ЕСКД

Форма 2 «Основная надпись и дополнительные графы для текстовых конструкторских документов (первый или заглавный лист)

Рисунок 3 Форма 2

Форма 2а «Основная надпись и дополнительные графы для текстовых конструкторских документов (последующие листы)

Рисунок 4 Форма 2а

Вопросы к экзамену по МДК «Цифровая схемотехника»

1. Даны два числа: 13 и 4. Перевести их в двоичную систему счисления, выполнить умножение и объяснить ваши действия
2. Даны два числа: 15 и 6. Перевести их в двоичную систему счисления, выполнить деление и объяснить ваши действия
3. Даны два числа: 12 и 7. Перевести их в двоичную систему счисления, выполнить вычитание и объяснить ваши действия
4. Нарисуйте элементы И на два, четыре и пять входов, составьте для каждого из них таблицу истинности, напишите соответствующее каждому элементу логическое выражение.
5. Нарисуйте элементы ИЛИ-НЕ на три, четыре и пять входов, составьте для каждого из них таблицу истинности, напишите соответствующее каждому элементу логическое выражение.
6. Написать каноническую сумму минтермов и нарисовать минимальную логическую схему для логического выражения

7. Нарисуйте функциональную схему дешифратора на 2 входа с инверсными входами и прямыми выходами. Объясните ее работу
8. Нарисуйте функциональную схему дешифратора на 64 выхода с инверсными входами и выходами. Объясните ее работу.
9. Нарисуйте каскадную схему дешифратора на 6 входов на базе 2-входового дешифратора. Объясните ее работу.
10. Нарисуйте каскадную схему дешифратора на 8 выходов на базе 2-входового дешифратора. Объясните ее работу.
11. Нарисуйте функциональную схему мультиплексора на 3 адресных входа с инверсным разрешающим входом. Объясните ее работу.
12. Нарисуйте функциональную схему мультиплексора на 8 входов данных с инверсным разрешающим входом. Объясните ее работу.
13. Нарисуйте каскад мультиплексоров "1 из 32" на базе мультиплексоров "1 из 8".  Объясните его работу.
14. Нарисуйте каскад мультиплексоров "1 из 64" на базе мультиплексоров "1 из 4". Объясните его работу.
15. Нарисуйте каскад мультиплексоров на 5 адресных линий на базе мультиплексоров "1 из 4". Объясните его работу.
16. Составьте схему шифратора для шифрования чисел в диапазоне от 1 до 10. Объясните работу схемы.
17.  Составьте схему демультиплексора на 16 выходов на базе демультиплексоров на 2 адреса. Объясните ее работу.
18.  На базе четырех разрядного компаратора построить схему сравнения 32 разрядных машинных слов. Объяснить ее работу.
19. На базе четырех разрядного компаратора построить схему однобуквенного селектора. Объяснить ее работу.
20.  Построить схему одноразрядного полного сумматора. Объяснить его работу.
21.  Построить схему трехразрядного последовательного сумматора. Объяснить ее работу. В чем заключается основной недостаток такой схемы?
22. Что представляют собой сумматоры с параллельным распространением переноса? Что представляют собой накапливающие сумматоры? Чем они отличаются от ненакапливающих?
23. Правила перевода чисел в различные системы счисления. Приведите примеры перевода.
24. Что такое прямой, обратный и дополнительный коды? Для чего они используются? Приведите примеры представления чисел в прямом, обратном и дополнительном коде.
25. Запишите основные законы алгебры логики. Для чего они применяются?
26. Составьте таблицы истинности основных логических операций. Изобразите УГО основных логических операций.
27.  В чем заключаются задачи анализа и синтеза цифровых устройств. Приведите примеры синтеза цифровых устройств.
28. Опишите назначение и классификацию триггеров
29. Опишите устройство и принцип работы асинхронных и синхронных RS триггеров
30. Опишите устройство и принцип работы  D триггеров
31. Опишите устройство и принцип работы  JK триггеров
32. Опишите устройство и принцип работы  T триггеров
33. Опишите устройство и принцип работы двухступенчатых RS и T триггеров
34. Опишите  устройство, назначение и  принцип работы параллельного регистра
35. Опишите  устройство, назначение и  принцип работы последовательного регистра
36. Опишите  устройство, назначение и  принцип работы универсального регистра
37. Опишите  устройство, назначение и  принцип работы реверсивного регистра
38. Опишите  устройство, назначение и  принцип работы регистровой памяти
39. Опишите назначение и классификацию счетчиков
40. Опишите устройство и принцип работы асинхронных двоичных и недвоичных счетчиков
41. Опишите устройство и принцип работы синхронных счетчиков
42. Опишите устройство и принцип работы кольцевых счетчиков
43. Опишите устройство делителей частоты на счетчиках
44. Опишите основные характеристики, классификацию и способы организации полупроводниковых ЗУ
45. Опишите устройство и работу запоминающего элемента статического биполярного ОЗУ
46. Опишите устройство и работу запоминающего элемента динамического  ОЗУ на МОП-транзисторах
47.  Опишите устройство, классификацию и принципы работы ПЗУ
48. Объясните, каким образом можно использовать ПЗУ в качестве универсальной комбинационной схемы. Приведите примеры. В чем достоинства и недостатки такого использования
49. Опишите назначение, классификацию и основные характеристики оперативной памяти
50.  Опишите, как классифицируются и как устроены ОЗУ для временного хранения информации
51. Опишите, каким образом можно наращивать разрядность шины адреса и шины данных
52.  Опишите как можно увеличивать быстродействие чтения и записи в ОЗУ
53. Опишите назначение, классификацию информационных буферов
54. Опишите устройство и работу однонаправленного буфера типа FIFO

Департамент образования, науки и молодежной политики Воронежской области

ГОБУ СПО ВО «Борисоглебский индустриальный техникум»

ЦИФРОВАЯ

СХЕМОТЕХНИКА

Методическое пособие для студентов специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» заочной формы обучения

Составитель                                Торгашин Г.В.

Борисоглебск 2013

ББК 32.844

Ц75

Печатается по решению методического совета Борисоглебского индустриального техникума

Методическое пособие по цифровой схемотехнике для студентов специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» заочной формы обучения

Борисоглебский индустриальный техникум,  Г.В. Торгашин – Борисоглебск , 2012. – 26 с.

Приведены методические указания по изучению МДК «Цифровая схемотехника.

 Предназначены  для  студентов  3  курса  специальности  230113  – Компьютерные системы и комплексы заочной формы обучения

МЕТОДИЧЕСКИЕ  РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ

МДК  «ЦИФРОВАЯ  СХЕМОТЕХНИКА»

Цифровая схемотехника нового поколения активно используется в различных научных и технических направлениях и широко внедряется в различные промышленные отрасли и сферы экономики.

Перевод современного электронного оборудования на цифровые «рельсы» является актуальной и важной проблемой. Широкое применение цифровой техники резко увеличивает спрос на специалистов соответствующего профиля.

Цель курса — изучение вопросов применения современных изделий микроэлектроники в приборостроении и современных ЭВМ.

В результате освоения курса студенты должны:

знать:

- арифметические и логические основы цифровой техники;

- правила оформления схем цифровых устройств;

- принципы построения цифровых устройств;

уметь:

- выполнять анализ и синтез комбинационных схем;

- проводить исследования работы цифровых устройств и проверку их на работоспособность;

- разрабатывать схемы цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции;

иметь практический опыт:

- применения интегральных схем разной степени интеграции при разработке цифровых устройств и проверки их на работоспособность;

- проектирования цифровых устройств на основе пакетов прикладных программ;

Курс рассчитан на 40 часа и делится на пять разделов:

1. Арифметические основы теории цифровых устройств

2. Логические основы цифровой схемотехники

3. Комбинационные устройства

4. Последовательностные  устройства

5. Запоминающие устройства

Согласно ФГОС СПО и рабочей программе по междисциплинарному курсу сдается экзамен.

В первом разделе Арифметические основы теории цифровых устройств  рассматриваются арифметические основы организации вычислительного процесса, материал подкрепляется примерами выполнения вычислительных операций. Студенту необходимо иметь четкое представление о двоичной, шестнадцатеричной, восьмеричной, двоично-десятичной системах кодирования, знать правила недесятичной арифметики; уметь изображать числа в различных системах счисления; переходить от одной системы счисления к другой.

Во втором разделе Логические основы цифровой схемотехники изучаются основные законы алгебры логики, основные логические операции; способы записи функций алгебры логики (ФАЛ); описание ФАЛ в виде таблицы истинности; описание ФАЛ в виде алгебраического выражения; элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ; номенклатуру логических элементов.

Изучая третий раздел Комбинационные устройства, студент должен знать назначение, принцип действия комбинационных устройств, таких как шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, цифровые компараторы, преобразователи кодов, сумматоры, одновибраторы и генераторы; их условное графическое обозначение (УГО) и функциональные схемы, интегральные микросхемы устройств; уметь проектировать электронные схемы на ИС.

Рассматривая четвертый раздел Последовательностные  устройства нужно знать назначение и классификацию триггеров, счетчиков, регистров, принципы их работы; УГО, таблицы истинности и функциональные схемы устройств; уметь проектировать узлы последовательного типа на ИС.

Изучая пятый раздел «Запоминающие устройства (ЗУ)», необходимо запомнить назначение, параметры и классификацию ЗУ; структурные схемы устройств; применение устройств.

ОСНОВНЫЕ  ПОНЯТИЯ  ДИСЦИПЛИНЫ

«ЦИФРОВАЯ  СХЕМОТЕХНИКА»

Сигнал — это любая физическая величина (например, температура, давление воздуха, интенсивность света, сила тока и т. д.), изменяющаяся со временем. Именно благодаря этому изменению сигнал может нести в себе какую-то информацию.

Электрический сигнал — это электрическая величина (например, напряжение, ток, мощность), изменяющаяся со временем. Вся электроника в основном работает с электрическими сигналами, хотя сейчас все больше используются световые сигналы, которые представляют собой изменяющуюся во времени интенсивность света.

Аналоговый сигнал — это сигнал, который может принимать любые значения в определенных пределах. Например, напряжение может плавно изменяться в пределах от нуля до десяти вольт (рис. 1.1, а). Устройства, работающие только с аналоговыми
сигналами, называются аналоговыми устройствами. Название «аналоговый» подразумевает, что сигнал изменяется аналогично физической величине, т. е. непрерывно.

 Цифровой сигнал — это сигнал, который может принимать только два (иногда три) значения, причем разрешены некоторые отклонения от этих значений (рис. 1.1, б). Например, напряжение может принимать два значения: от 0 до 0,5 В (уровень нуля) или от 2,5 до 5 В (уровень единицы). Устройства, работающие исключительно с цифровыми сигналами, называются цифровыми устройствами.

Логические элементы или, как их еще называют, вентили (по-английски gates) — это наиболее простые цифровые микросхемы. Именно в простоте и состоит их отличие от других микросхем. Как правило, в одном корпусе микросхемы может располагаться от одного до шести одинаковых логических элементов. Иногда в одном корпусе могут располагаться и разные логические элементы.

Обычно каждый логический элемент имеет несколько входов (от одного до двенадцати) и один выход. При этом связь между выходным сигналом и входными сигналами (таблица истинности) предельно проста. Каждой комбинации входных сигналов элемента соответствует уровень нуля или единицы на его выходе.

Никакой внутренней памяти у логических элементов нет, поэтому они относятся к группе так называемых комбинационных микросхем. Но в отличие от более сложных комбинационных микросхем логические элементы имеют входы, которые не могут быть разделены на группы, различающиеся по выполняемым ими функциям.

Самый простой логический элемент — это инвертор (логический элемент НЕ, англ. inverter), который выполняет простейшую логическую функцию — инвертирование, т. е. изменение уровня входного сигнала на противоположный (см. рис. 1). Инвертор имеет всего один вход и один выход(табл. 1).

1. Таблица истинности инвертора

Следующий шаг на пути усложнения компонентов цифровой электроники — это элементы, выполняющие простейшие логические функции. Объединяет все эти элементы то, что у них есть несколько равноправных входов (от 2 до 12) и один выход, сигнал на котором определяется комбинацией входных сигналов.

Самые распространенные логические функции — это И
(в отечественной системе обозначений — ЛИ), И-НЕ (обозначается ЛА), ИЛИ (обозначается ЛЛ) и ИЛИ-НЕ (обозначается ЛН). Присутствие слова НЕ в названии элемента обозначает только одно — встроенную инверсию сигнала.

В международной системе обозначений используются следующие сокращения: AND — функция И, NAND — функция И-НЕ, OR — функция ИЛИ, NOR — функция ИЛИ-НЕ.

Элемент И формирует на выходе единицу тогда и только
тогда, если на всех его входах (и на первом, и на втором, и на третьем и т. д.) присутствуют единицы.

Если речь идет об элементе И-НЕ, то на выходе формируется нуль, когда на всех входах — единицы (табл. 2). Присутствие слова НЕ в названии элемента обозначает только одно — встроенную инверсию сигнала.

Элемент ИЛИ формирует на выходе нуль тогда и только
тогда, если на всех входах нуль. Элемент ИЛИ-НЕ дает на
выходе нуль при наличии хотя бы на одном из входов единицы.

2. Таблица истинности двухвходовых элементов

И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ

Отечественные и зарубежные обозначения на схемах двухвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ показаны на рис. 2.

Рис. 2. Обозначения элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ:

зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Элементы «Исключающее ИЛИ» (по-английски Exclusive-OR) также можно было бы отнести к простейшим элементам, но функция, выполняемая ими, несколько сложнее, чем в случае элемента И или элемента ИЛИ.

Все входы элементов «Исключающее ИЛИ» равноправны,
однако ни один из входов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал в уровень единицы или нуля.

Под функцией «Исключающее ИЛИ» понимается следующее: единица на выходе появляется тогда, когда только на одном входе присутствует единица (рис. 3).

Надпись на отечественном обозначении элемента «Исключающее ИЛИ» =1 как раз и обозначает, что выделяется ситуация, когда на входах одна и только одна единица.

Рис. 3. Обозначения элементов «Исключающее ИЛИ»:

зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Если единиц на входах две или больше, или если на всех входах нули, то на выходе будет нуль (табл. 3).

3. Таблица истинности «Исключающее ИЛИ»

Комбинационные микросхемы выполняют более сложные функции, чем простые логические элементы. Их входы объединены в функциональные группы и не являются полностью взаимозаменяемыми. Например, любые два входа логического элемента И-НЕ совершенно свободно можно поменять местами – от этого выходной сигнал никак не изменится, а для комбинационных микросхем это невозможно, т. к. у каждого входа своя особая функция.

Объединяет комбинационные микросхемы с логическими элементами то, что они не имеют внутренней памяти. То есть уровни их выходных сигналов всегда однозначно определяются текущими уровнями входных сигналов и никак не связаны с предыдущими значениями входных сигналов. Любое изменение входных сигналов обязательно изменяет состояние выходных сигналов. Именно поэтому логические элементы иногда также
называют комбинационными микросхемами, в отличие от последовательных (или последовательностных) микросхем, которые имеют внутреннюю память и управляются не уровнями входных сигналов, а их последовательностями.

Строго говоря, все комбинационные микросхемы внутри построены из простейших логических элементов, и эта их внутренняя структура часто приводится в справочниках. Но для разработчика цифровой аппаратуры эта информация обычно лишняя, ему достаточно знать только таблицу истинности, принцип преобразования входных сигналов в выходные, а также величины задержек между входами и выходами и уровни входных и выходных токов и напряжений. Внутренняя же структура важна для разработчиков микросхем, а также в тех редчайших случаях,
когда надо построить новую комбинационную микросхему из микросхем простых логических элементов.

Дешифратор преобразует входной двоичный код в номер выходного сигнала (дешифрирует код), а шифратор преобразует номер входного сигнала в выходной двоичный код (шифрует номер входного сигнала).

Количество выходных сигналов дешифратора и входных
сигналов шифратора равно количеству возможных состояний двоичного кода (входного кода у дешифратора и выходного кода у шифратора), т. е. 2n, где n — разрядность двоичного кода
(рис. 4). Микросхемы дешифраторов обозначаются на схемах
буквами DC (англ. decoder), а микросхемы шифраторов — CD (англ. coder).

Рис. 4. Функции дешифратора (слева) и шифратора (справа)

На выходе дешифратора всегда присутствует только один сигнал, причем номер этого сигнала однозначно определяется входным кодом. Выходной код шифратора однозначно определяется номером входного сигнала.

Мультиплексоры (англ. multiplexer) предназначены для поочередной передачи на один выход одного из нескольких входных сигналов, т. е. для их мультиплексирования. Количество мультиплексируемых входов называется количеством каналов мультиплексора, а количество выходов — числом разрядов мультиплексора. Управление работой мультиплексора (выбор номера канала) осуществляется с помощью входного кода адреса. В отечественных сериях мультиплексоры имеют код типа микросхемы КП. Микросхемы мультиплексоров обозначаются буквами MS (рис. 5).

Рис. 5. Примеры микросхем мультиплексоров

стандартных серий

Микросхемы компараторов кодов (англ. comparator) применяются для сравнения двух входных кодов и выдачи на выходы сигналов о результатах этого сравнения (о равенстве или неравенстве кодов). На схемах компараторы кодов обозначаются двумя символами равенства: «= =». Код типа микросхемы компаратора кода в отечественных сериях — СП.

Примером такой микросхемы может служить СП1 — четырехразрядный компаратор кодов, сравнивающий величины кодов и выдающий информацию о том, какой код больше или о равенстве кодов (рис. 6).

Рис. 6. Четырехразрядный компаратор кодов СП1(два варианта обозначения)

Микросхемы сумматоров (англ. adder), как следует из их названия, предназначены для суммирования двух входных двоичных кодов, т. е. выходной код будет равен арифметической сумме двух входных кодов. Например, если один входной код — 7 (0111), а второй — 5 (0101), то суммарный код на выходе будет 12 (1100).

Сумма двух двоичных чисел с числом разрядов N может иметь число разрядов (N + 1). Например, при суммировании чисел 13 (1101) и 6 (0110) получается число 19 (10011). Поэтому количество выходов сумматора на единицу больше количества разрядов входных кодов. Этот дополнительный (старший) разряд называется выходом переноса.

На схемах сумматоры обозначаются буквами SM. В отечественных сериях код, обозначающий микросхему сумматора, — ИМ.

Сумматоры бывают одноразрядные — для суммирования двух одноразрядных чисел, двухразрядные — суммируют двухразрядные числа, и четырехразрядные — суммируют четырехразрядные числа (рис. 7). Чаще всего применяют именно четырехразрядные сумматоры.

Рис. 7. Примеры микросхем сумматоров

Микросхема ИМ6 отличается от ИМ3 только повышенным быстродействием и номерами используемых выводов микросхемы, функция же выполняется та же самая.

Микросхемы преобразователей кодов (англ. сonverter) служат для преобразования входных двоичных кодов в выходные двоично-десятичные и наоборот — входных двоично-десятичных кодов в выходные двоичные. Они используются довольно редко, т. к. применение двоично-десятичных кодов ограничено узкой областью, например в схемах многоразрядной десятичной индикации. К тому же при правильной организации схемы часто можно обойтись без преобразования в двоично-десятичный код,
например, выбирая счетчики, работающие в двоично-десятичном коде. Преобразование двоично-десятичного кода в двоичный встречается еще реже.

На схемах микросхемы преобразователей обозначаются буквами X/Y. В отечественных сериях преобразователи имеют обозначения ПР.

Кроме того, надо учесть, что любые преобразования параллельных кодов могут быть легко реализованы на микросхемах постоянной памяти нужного объема. Это намного удобнее, чем брать стандартные микросхемы преобразователей кодов.

В стандартные серии входят две микросхемы преобразователей кодов: ПР6 — для преобразования двоично-десятичного кода в двоичный и ПР7 — для преобразования двоичного кода в двоично-десятичный (рис. 8).

Рис. 8. Микросхемы преобразователей кодов

Одновибраторы вообще-то нельзя отнести к комбинационным микросхемам. Они занимают промежуточное положение между комбинационными микросхемами и микросхемами с внутренней памятью. Их выходные сигналы не определяются однозначно входными сигналами, как у комбинационных микросхем. Но в то же время они и не хранят информацию длительное время.

Одновибраторы («ждущие мультивибраторы», англ. mono-stable multivibrator) представляют собой микросхемы, которые
в ответ на входной сигнал (логический уровень или фронт) формируют выходной импульс заданной длительности. Длительность определяется внешними времязадающими резисторами и конденсаторами. Можно считать, что у одновибраторов есть внутренняя память, но эта память хранит информацию о входном сигнале строго заданное время, а потом информация исчезает. На схемах одновибраторы обозначаются буквами G1.

В стандартные серии микросхем входят одновибраторы двух основных типов (отечественное обозначение функции микросхемы — АГ):

1. Одновибраторы без перезапуска (АГ1 — одиночный одновибратор, АГ4 — два одновибратора в корпусе).

2. Одновибраторы с перезапуском (АГ3 — два одновибратора в корпусе).

Разница между этими двумя типами иллюстрируется рис. 9. Одновибратор без перезапуска не реагирует на входной сигнал до окончания своего выходного импульса. Одновибратор с перезапуском начинает отсчет нового времени выдержки Т с каждым новым входным сигналом независимо от того, закончилось ли предыдущее время выдержки. В случае когда период следования входных сигналов меньше времени выдержки Т, выходной импульс одновибратора с перезапуском не прерывается. Если период следования входных запускающих импульсов больше времени выдержки одновибратора Т, то оба типа одновибраторов работают одинаково.

Рис. 9. Принцип работы одновибраторов

Микросхемы АГ3 и АГ4 отличаются друг от друга только тем, что АГ3 работает с перезапуском, а АГ4 — без перезапуска (рис. 10).

Рис. 10. Микросхемы одновибраторов

Триггеры и регистры являются простейшими представителями цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Если выходные сигналы логических элементов и комбинационных микросхем однозначно определяются их текущими входными сигналами, то выходные сигналы микросхем с внутренней памятью зависят также еще и от того, какие входные сигналы и в какой последовательности поступали на них в прошлом, т. е. они помнят предысторию поведения схемы. Именно поэтому их применение позволяет строить гораздо более сложные и интеллектуальные цифровые устройства, чем в случае простейших микросхем без памяти.

Микросхемы с внутренней памятью называются еще последовательными или последовательностными, в отличие от комбинационных микросхем.

Триггеры и регистры сохраняют свою память только до тех пор, пока на них подается напряжение питания. Иначе говоря, их память относится к типу оперативной (в отличие от постоянной памяти и перепрограммируемой постоянной памяти, которым отключение питания не мешает сохранять информацию).

После выключения питания и его последующего включения триггеры и регистры переходят в случайное состояние, т. е. их выходные сигналы могут устанавливаться как в уровень логической единицы, так и в уровень логического нуля. Это необходимо учитывать при проектировании схем.

Большим преимуществом триггеров и регистров перед другими типами микросхем с памятью является их максимально высокое быстродействие (т. е. минимальные времена задержек срабатывания и максимально высокая допустимая рабочая частота). Именно поэтому триггеры и регистры иногда называют также сверхоперативной памятью.

Однако недостаток триггеров и регистров в том, что объем их внутренней памяти очень мал, они могут хранить только отдельные сигналы, биты (триггеры) или отдельные коды, байты, слова (регистры).

Триггер можно рассматривать как одноразрядную, а регистр — как многоразрядную ячейку памяти, которая состоит из нескольких триггеров, соединенных параллельно (обычный, параллельный регистр) или последовательно (сдвиговый регистр или, что то же самое, регистр сдвига).

В основе любого триггера (англ. тrigger или flip-flop) лежит схема из двух логических элементов, которые охвачены положительными обратными связями (т. е. сигналы с выходов подаются на входы). В результате подобного включения (рис. 11) схема (так называемая триггерная ячейка) может находиться в одном из двух устойчивых состояний, причем сколь угодно долго, пока на нее подано напряжение питания. У схемы есть два инверсных входа: –R — сброс (англ. reset), и –S — установка (англ. set), а также два выхода: прямой выход Q и инверсный выход –Q.

Рис. 11. Схема триггерной ячейки

на двух двухвходовых элементах И-НЕ

Для правильной работы схемы отрицательные импульсы должны поступать на ее входы не одновременно. Приход импульса на вход –R переводит выход –Q в состояние единицы, а т. к. сигнал –S при этом единичный, выход Q становится нулевым. Этот же сигнал Q поступает по цепи обратной связи на вход нижнего элемента.

Поэтому даже после окончания импульса на входе –R состояние схемы не изменяется (на Q остается нуль, на –Q — единица). Точно так же при приходе импульса на вход –S выход Q в единицу, а выход –Q — в нуль. Оба эти устойчивых состояния триггерной ячейки могут сохраняться сколь угодно долго, пока не придет очередной входной импульс, иными словами, схема обладает памятью.

Если оба входных импульса придут строго одновременно, то
в момент действия этих импульсов на обоих выходах будут единичные сигналы. После окончания входных импульсов выходы случайным образом попадут в одно из двух устойчивых состояний. Точно так же случайным образом будет выбрано одно из двух устойчивых состояний триггерной ячейки при включении питания.

В стандартные серии цифровых микросхем входит несколько типов микросхем триггеров, различающихся методами управления, а также входными и выходными сигналами. На схемах триггеры обозначаются буквой Т. В отечественных сериях микросхем триггеры имеют наименование ТВ, ТМ и ТР в зависимости от
типа триггера. Наиболее распространены три типа (рис. 12):

RS-триггер (обозначается ТР) — самый простой триггер, но редко используемый (а);

JK-триггер (обозначается ТВ) имеет самое сложное управление, также используется довольно редко (б);

D-триггер (обозначается ТМ) — наиболее распространенный тип триггера (в).

Рис. 12. Основные типы триггеров

Регистры (англ. register) представляют собой, по сути, несколько D-триггеров (обычно от 4 до 16), соединенных между собой тем или иным способом. Поэтому принципиальной разницы между ними и отдельными D-триггерами не существует. Правда, триггеры, входящие в состав регистров, не имеют такого количества разнообразных управляющих входов, как одиночные триггеры.

На схемах регистры обозначаются буквами RG. В отечественных сериях микросхем регистрам соответствуют буквы ИР. Все регистры делятся на две большие группы (рис. 13):

— параллельные регистры;

— регистры сдвига (или сдвиговые регистры).

Существуют регистры и других типов, но они применяются гораздо реже, т. к. имеют узкоспециальное назначение.

В параллельных регистрах (рис. 13, а) каждый из триггеров имеет свой независимый информационный вход (D) и свой независимый информационный выход. Тактовые входы (С) всех триггеров соединены между собой. В результате параллельный
регистр представляет собой многоразрядный, многовходовый триггер.

Рис. 13. Структура параллельного регистра (а)

и сдвигового регистра (б)

В сдвиговых регистрах (рис. 13, б) все триггеры соединены
в последовательную цепочку (выход каждого предыдущего триггера соединен со входом D следующего триггера). Тактовые входы всех триггеров (С) объединены между собой. В результате
такой триггер может рассматриваться как линия задержки, входной сигнал которой последовательно перезаписывается из триггера в триггер по фронту тактового сигнала С.

Информационные входы и выходы триггеров могут быть выведены наружу, а могут и не выводиться — в зависимости от функции, выполняемой регистром.

Параллельные регистры, в свою очередь, делятся на 2 группы:

1. Регистры, срабатывающие по фронту управляющего сигнала С (или тактируемые регистры).

2. Регистры, срабатывающие по уровню управляющего сигнала С (или стробируемые регистры).

Чаще всего в цифровых схемах используются регистры, управляемые фронтом (т. е. тактируемые), однако и стробируемые регистры имеют свой круг задач, в которых их ничто не может заменить.

Счетчики представляют собой более высокий, чем регистры, уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Хотя в основе любого счетчика лежат те же самые триггеры, которые образуют и регистры, но в счетчиках триггеры соединены более сложными связями, в результате чего их функции сложнее, и на их основе можно строить более сложные устройства, чем на регистрах. Точно так же, как и в случае регистров, внутренняя память счетчиков оперативная, т. е. ее содержимое сохраняется только до тех пор, пока включено питание схемы.

С выключением питания память стирается, а при новом включении питания схемы содержимое памяти будет произвольным, случайным, зависящим только от конкретной микросхемы, т. е. выходные сигналы счетчиков будут произвольными.

Как следует из самого названия, счетчики предназначены для счета входных импульсов. Другими словами, с приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе счетчика увеличивается (или уменьшается) на единицу (рис. 14).

Срабатывать счетчик может по отрицательному фронту входного (тактового) сигнала (как показано на рисунке) или по положительному фронту. Режим счета обеспечивается использованием внутренних триггеров, работающих в счетном режиме.

Выходы счетчика являются выходами этих триггеров. Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода, причем разряд, переключающийся чаще других (по каждому входному импульсу), будет младшим, а разряд, переключающийся реже других, — старшим.

Рис. 14. Работа четырехразрядного двоичного счетчика

Счетчик может работать на увеличение выходного кода по каждому входному импульсу; это основной режим, имеющийся во всех счетчиках, он называется режимом прямого счета. Счетчик может также работать на уменьшение выходного кода по каждому входному импульсу; это режим обратного или инверсного счета, предусмотренный в счетчиках, называемых реверсивными. Инверсный счет бывает довольно удобен в схемах, где необходимо отсчитывать заданное количество входных импульсов.

Большинство счетчиков работают в обычном двоичном коде, т. е. считают от 0 до (2N – 1), где N — число разрядов выходного кода счетчика.

Имеются также двоично-десятичные счетчики, предельный код на выходе которых не превышает максимального двоично-десятичного числа, возможного при данном количестве разрядов. Двоично-десятичные счетчики удобны, например, при организации десятичной индикации их выходного кода. Применяются они гораздо реже обычных двоичных счетчиков.

По быстродействию все счетчики делятся на три большие группы:

1. Асинхронные счетчики (или последовательные).

2. Синхронные счетчики с асинхронным переносом (или параллельные счетчики с последовательным переносом, синхронно-асинхронные счетчики).

3. Синхронные счетчики (или параллельные).

Принципиальные различия между этими группами проявляются только на втором уровне представления — на уровне модели с временными задержками. Причем больше всего различия эти выражены при каскадировании счетчиков. Наибольшим быстродействием обладают синхронные счетчики, наименьшим — асинхронные счетчики, наиболее просто управляемые среди других.

Микросхемы памяти (или просто память, или запоминающие устройства — ЗУ, англ. memory) представляют собой следующий шаг на пути усложнения цифровых микросхем по сравнению с микросхемами, рассмотренными ранее. Память — это всегда очень сложная структура, включающая в себя множество элементов. Правда, внутренняя структура памяти — регулярная, большинство элементов одинаковые, связи между элементами сравнительно простые, поэтому функции, выполняемые микросхемами памяти, не слишком сложные.

Память, как и следует из ее названия, предназначена для запоминания, хранения каких-то массивов информации, проще говоря, наборов, таблиц, групп цифровых кодов. Каждый код хранится в отдельном элементе памяти, называемом ячейкой памяти. Основная функция любой памяти как раз и состоит в выдаче этих кодов на выходы микросхемы по внешнему запросу. А основной параметр памяти — это ее объем, т. е. количество кодов, которые могут в ней храниться, и разрядность этих кодов.

Для обозначения количества ячеек памяти используются следующие специальные единицы измерения:

1К — это 1024, т. е. 210 (читается кило), примерно равно одной тысяче;

1М — это 1 048 576, т. е. 220 (читается мега), примерно равно одному миллиону;

1Г — это 10 73 741 824, т. е. 230 (читается гига), примерно равно одному миллиарду.

Принцип организации памяти записывается следующим образом: сначала количество ячеек, а затем через знак умножения «косой крест2 (×) — разрядность кода, хранящегося в одной ячейке. Например, организация памяти 64К × 8 означает, что память имеет 64К (т. е. 65 536) ячеек и каждая ячейка — восьмиразрядная.
А организация памяти 4М × 1 означает, что память имеет 4М (т. е. 4 194 304) ячеек, причем каждая ячейка имеет всего один разряд.

Общий объем памяти измеряется в байтах: килобайтах (Кбайт), мегабайтах (Мбайт), гигабайтах (Гбайт) или в битах:
килобитах (Кбит), мегабитах (Мбит), гигабитах (Гбит).

В зависимости от способа занесения (записи) информации и от способа ее хранения, микросхемы памяти разделяются на следующие основные типы:

Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство, ROM — Read Only Memory — память только для чтения), в которую информация заносится один раз на этапе изготовления микросхемы. Такая память называется еще масочным ПЗУ. Информация в памяти не пропадает при выключении ее питания, поэтому ее еще называют энергонезависимой памятью.

Программируемая постоянная память (ППЗУ — программируемое ПЗУ, PROM — Programmable ROM), в которую информация может заноситься пользователем с помощью специальных методов ограниченное число раз. Информация в ППЗУ тоже
не пропадает при выключении ее питания, она также энергонезависимая.

Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом), запись информации в которую наиболее проста и может производиться пользователем сколько угодно раз
на протяжении всего срока службы микросхемы. Информация
в памяти пропадает при выключении ее питания.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП, DAC — Digital-to-Analog Converter) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП, ADC — Analog-to-Digital Converter) главным образом применяются для сопряжения цифровых устройств и систем с внешними аналоговыми сигналами, с реальным миром. При этом АЦП преобразует аналоговые сигналы во входные цифровые сигналы, поступающие на цифровые устройства для дальнейшей обработки или хранения, а ЦАП преобразует выходные цифровые сигналы цифровых устройств в аналоговые сигналы.

ЦАП и АЦП применяются в измерительной технике (цифровые осциллографы, вольтметры, генераторы сигналов и т. д.),
в бытовой аппаратуре (телевизоры, музыкальные центры, автомобильная электроника и т. д.), компьютерной технике (ввод и вывод звука в компьютерах, видеомониторы, принтеры и т. д.),
медицинской технике, радиолокационных устройствах, телефонии и во многих других областях. Применение ЦАП и АЦП постоянно расширяется по мере перехода от аналоговых к цифровым устройствам.

В качестве ЦАП и АЦП обычно применяются специализированные микросхемы, выпускаемые многими отечественными и зарубежными фирмами.

В общем случае микросхему ЦАП можно представить в виде блока (рис. 15), имеющего несколько цифровых входов и один аналоговый вход, а также аналоговый выход.

Рис. 15. Микросхема ЦАП

На цифровые входы ЦАП подается n-разрядный код N, на аналоговый вход — опорное напряжение Uоп (другое распространенное обозначение — UREF).

Выходным сигналом является напряжение Uвых (другое обозначение — UO) или ток Iвых (другое обозначение — IO). При этом выходной ток или выходное напряжение пропорциональны входному коду и опорному напряжению.

Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, т. к. его можно легко использовать для умножения входного кода на любое опорное напряжение.

Микросхемы АЦП выполняют функцию, прямо противоположную функции ЦАП, — преобразуют входной аналоговый сигнал в последовательность цифровых кодов.

В общем случае микросхему АЦП можно представить в виде блока, имеющего один аналоговый вход, один или два входа для подачи опорного (образцового) напряжения, а также цифровые выходы для выдачи кода, соответствующего текущему значению аналогового сигнала (рис. 16).

Рис. 16. Микросхема АЦП

Часто микросхема АЦП имеет также вход для подачи тактового сигнала CLK, сигнал разрешения работы CS и сигнал, говорящий о готовности выходного цифрового кода RDY. На микросхему подается одно или два питающих напряжения и общий
провод.

В целом микросхемы АЦП сложнее, чем микросхемы ЦАП, их разнообразие заметно больше, и поэтому сформулировать для них общие принципы применения сложнее.

ВОПРОСЫ  К  ЗАЧЕТУ  ПО  ДИСЦИПЛИНЕ

«ЦИФРОВАЯ  СХЕМОТЕХНИКА»

1. Логические элементы.

2. Дешифраторы.

3. Шифраторы.

4. Мультиплексоры.

5. Компараторы кодов.

6. Одновибраторы.

7. Триггеры.

8. Регистр.

9. Счетчики.

10. Запоминающие устройства.

11. Постоянная память (ПЗУ).

12. Программируемая постоянная память (ППЗУ).

13. Оперативная память (ОЗУ).

14. Цифроаналоговые преобразователи.

15. Аналого-цифровые преобразователи.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ  ЛИТЕРАТУРА

Мышляева И.М. Цифровая схемотехника / И.М. Мышляева. – М. : Академия, 2005.

Хоровиц П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл. — М. : Мир, 2001.

Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров. — М. : Горячая линия —
Телеком, 2003.

Партала О.Н. Цифровая электроника / О.Н. Партала. — СПб. : Наука и техника,2001.

Вопросы к коллоквиуму по МДК «Цифровая схемотехника»

1. Даны два числа: 13 и 4. Перевести их в двоичную систему счисления, выполнить умножение и объяснить ваши действия
2. Даны два числа: 15 и 6. Перевести их в двоичную систему счисления, выполнить деление и объяснить ваши действия
3. Даны два числа: 12 и 7. Перевести их в двоичную систему счисления, выполнить вычитание и объяснить ваши действия
4. Нарисуйте элементы И на два, четыре и пять входов, составьте для каждого из них таблицу истинности, напишите соответствующее каждому элементу логическое выражение.
5. Нарисуйте элементы ИЛИ-НЕ на три, четыре и пять входов, составьте для каждого из них таблицу истинности, напишите соответствующее каждому элементу логическое выражение.
6. Написать каноническую сумму минтермов и нарисовать минимальную логическую схему для логического выражения

7. Минимизировать логическую схему с помощью карт Карно. Объяснить ваши действия

8. Нарисуйте функциональную схему дешифратора на 2 входа с инверсными входами и прямыми выходами. Объясните ее работу
9. Нарисуйте функциональную схему дешифратора на 64 выхода с инверсными входами и выходами. Объясните ее работу.
10. Нарисуйте каскадную схему дешифратора на 6 входов на базе 2-входового дешифратора. Объясните ее работу.
11. Нарисуйте каскадную схему дешифратора на 8 выходов на базе 2-входового дешифратора. Объясните ее работу.
12. Нарисуйте функциональную схему мультиплексора на 3 адресных входа с инверсным разрешающим входом. Объясните ее работу.
13. Нарисуйте функциональную схему мультиплексора на 8 входов данных с инверсным разрешающим входом. Объясните ее работу.
14. Нарисуйте каскад мультиплексоров "1 из 32" на базе мультиплексоров "1 из 8".  Объясните его работу.
15. Нарисуйте каскад мультиплексоров "1 из 64" на базе мультиплексоров "1 из 4". Объясните его работу.
16. Нарисуйте каскад мультиплексоров на 5 адресных линий на базе мультиплексоров "1 из 4". Объясните его работу.
17. Составьте схему шифратора для шифрования чисел в диапазоне от 1 до 10. Объясните работу схемы.
18.  Составьте схему демультиплексора на 16 выходов на базе демультиплексоров на 2 адреса. Объясните ее работу.
19.  На базе четырех разрядного компаратора построить схему сравнения 32 разрядных машинных слов. Объяснить ее работу.
20. На базе четырех разрядного компаратора построить схему однобуквенного селектора. Объяснить ее работу.
21.  Построить схему одноразрядного полного сумматора. Объяснить его работу.
22.  Построить схему трехразрядного последовательного сумматора. Объяснить ее работу. В чем заключается основной недостаток такой схемы?
23. Что представляют собой сумматоры с параллельным распространением переноса? Что представляют собой накапливающие сумматоры? Чем они отличаются от ненакапливающих?
24. Правила перевода чисел в различные системы счисления. Приведите примеры перевода.
25. Что такое прямой, обратный и дополнительный коды? Для чего они используются? Приведите примеры представления чисел в прямом, обратном и дополнительном коде.
26. Запишите основные законы алгебры логики. Для чего они применяются?
27. Составьте таблицы истинности основных логических операций. Изобразите УГО основных логических операций.
28.  В чем заключаются задачи анализа и синтеза цифровых устройств. Приведите примеры синтеза цифровых устройств.