Контрольные вопросы к зачёту по ФОП (2011)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМФакультет ВМК, 3 и 4-й курс, 5 и 7-й семестрЛекции 3 часа в неделю; семинары 1 час в неделю, зачетКОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1.Поколения ЭВМ и их элементная база. Роль полупроводниковых материалов всовременных ЭВМ. Преимущества интегральных схем перед дискретными элементами.2.Технологическая база ЭВМ. Закон Мура. Фотолитография. Степень интеграцииэлементов и минимальный топологический размер. Соединение элементов.3.Основные направления развития интегральных схем: кремниевые биполярные и МОПструктуры, арсенид - галлиевые и металл - полупроводниковые структуры.

Перспективыразвития микроэлектроники.4.Волны де Бройля, соотношение неопределенностей и волновая функция. Спектрэлектронных состояний атома водорода и многоэлектронных атомов. Квантовые переходы.Виды химической связи.5.Спектр электронных состояний в атомах, молекулах и кристаллах. Разрешенные изапрещенные уровни энергии. Энергетические зоны и уровень Ферми.6.Принципы разделения веществ на проводники (металлы), полупроводники иизоляторы (диэлектрики).

Модель электронного газа. Оценка числа электронных уровней вединице объема проводника и полупроводника.7.Полупроводники n- и p-типа. Положение уровня Ферми в электрически нейтральномполупроводнике. Технологии легирования полупроводников.8.Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Движение свободныхносителей заряда в полупроводниках - диффузия и дрейф. Закон Ома, длина свободногопробега и подвижность. Уравнение непрерывности.9.Электронно-дырочные переходы. Высота потенциального барьера. Вольт-ампернаяхарактеристика и дифференциальное сопротивление p-n-перехода. Барьерная идиффузионная емкости. Полупроводниковые диоды.10.Типы полупроводниковых диодов и их быстродействие. Омические контакты,контакт металл - полупроводник. Диоды Шоттки.11.Взаимодействие двухБиполярные транзисторы.близкорасположенныхэлектронно-дырочныхпереходов.12.Схемы включения биполярных транзисторов. Усиление тока и напряжения.Ключевой режим работы и быстродействие.13.Планарная технология.

Многоэмитерные транзисторы. Полевые транзисторы. МОПструктуры с изолированным затвором и их быстродействие.14.Аналоговая и цифровая обработка информации. Физическое представлениеинформации в ЭВМ. Двоичный код. Реализация элементарных логических функций.15.Ключевой режим работы коммутирующего элемента. «Высокое» и «низкое»состояния логических схем. Позитивная и негативная логики.16.Основные характеристики логических элементов.

Потребляемая мощность, времязадержки распространения сигнала, энергия переключения, напряжение питания,коэффициент разветвления по выходу.17.Архитектура фон Нейманамикропроцессор (МП), память, шина.иобобщеннаяструктурасистемногоблока:18.Основные характеристики микропроцессора (МП): технология изготовления,напряжение питания, объем адресуемой памяти, разрядность шины данных, тактоваячастота. Цикл МП и его фазы.19.Взаимодействие микропроцессора (МП) и оперативного запоминающего устройства(ОЗУ).

Способы обмена информацией между МП и внешними устройствами: синхронный,асинхронный и полусинхронный.20.Режимы работы процессора: прерывание, прямой доступ к памяти, ожидание. Шины иих основные характеристики (ISA, VESA, AGP, PCI, PCI-E). Мультиплексирование.Внутренняя структура процессора (FSB, QPI, HyperTransport, северный и южный мост).21.Специализированные микропроцессоры.

Мультипроцессорные и многоядерныеконфигурации. Супер ЭВМ.22.Конденсатор и триггер как простейшие ячейки памяти. Энергозависимая иэнергонезависимая память.23.Энергозависимая и энергонезависимая память. Статическое оперативноезапоминающее устройство (СОЗУ). Принципы работы. Применение СОЗУ в ЭВМ.24.Общая организация памяти. Характеристики памяти:быстродействие, потребляемая мощность, возможность доступа.стоимость,емкость,25.Энергозависимая и энергонезависимая память.

Динамическое оперативноезапоминающее устройство (ДОЗУ). Принципы работы и методы регенерации. ПрименениеДОЗУ в ЭВМ.26.Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Элементы на основе структур сплавающим затвором. Стирание информации. Применение ПЗУ в ЭВМ. Сравнительныехарактеристики и перспективы развития ПЗУ: Flash-память. MRAM.27.Роль и место различных типов памяти в ЭВМ.28.Функцииинтерфейсаввода-вывода.конструктивная совместимость интерфейсов.29.Устройство типичного интерфейса.интерфейса.

Методы доступа FIFO и LIFO.Информационная,Функциональнаяиэлектрическаяуправляющаяичасти30.Интерфейс последовательной связи. Дуплексная и полудуплексная связь.Асинхронная и синхронная связь. Типы универсальных и специализированных интерфейсов.Скорость передачи информации и электрические параметры. Основные характеристикинекоторых универсальных интерфейсов: USB, FireWire, Thunderbolt.31.Модем. Амплитудная, частотная и фазовая модуляция сигнала.

Передача данных потелефонным линиям. Скорость передачи данных.32.Магнетизм. Магнитные материалы: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.Кривая намагниченности ферромагнетиков. Температура Кюри. Доменная структура.33.Принципы записи и считывания информации на магнитных носителях. Типымагнитных носителей и магнитных головок. Продольная и поперечная запись информации.Предельная плотность записи и скорость доступа к записанной информации.34.Использование оптических явлений для повышения плотности записи информации намагнитных носителях.

Магнитооптика.35.Оптическая память. Предельная плотность записи информации в оптике. CD и DVDдиски. Blu-ray и HD-DVD технологии.36.Повышение предельной плотности записи информации. Многослойные оптическиедиски. Трехмерная оптическая память: фоторефрактивные и фотохромные материалы.37.Принципы отображения визуальнойграфические (аналоговые) мониторы.информации.Алфавитно-цифровыеи38.Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Физические процессы в ЭЛТ: термоэлектроннаяэмиссия, отклонение, фокусировка, люминесценция.39.Формирование изображения в ЭЛТ, строчная (чересстрочная и прогрессивная) икадровая развертки. Отображение цвета.40.«Плоские» мониторы: жидкокристаллические (LCD) дисплеи и их типы, плазменные(газоразрядные PDP) мониторы, дисплеи на основе автоэлектронной эмиссии (FED), OLEDдисплеи и электронная бумага.41.Ввод и вывод информации в ЭВМ. Цифро-аналоговое и аналого-цифровоепреобразование.

Принципы реализации. Разрядность и погрешности ЦАП и АЦП.42.Понятие о цифровом методе хранения и передачи аналоговой информации.43.Ввод оптического изображения в ЭВМ: приборы с зарядовой связью (ПЗС). Принципдействия ПЗС-камеры.44.Принципы отображения информации на твердых носителях - принтеры и плоттеры.Алфавитно-цифровые и графические принтеры. Матричные, струйные, лазерные исветодиодные принтеры. Цветная печать.45.Методы кодирования информации: амплитудная, фазовая и частотная модуляция.46.Распределенные линии для разных диапазонов частот. Двухпроводная линия ирадиоканал. Телеграфное уравнение.

Скорость распространения сигналов в линии. Волновоесопротивление. Согласование линии с нагрузкой.47.Линии передачи. Коаксиальный кабель и витая пара. Оптические волокна иволоконно-оптические кабели. Распространение света по оптическим волокнам.48.Оптические моды, дисперсия мод, критическая длина волны. Градиентные волокна,волокна со ступенчатым профилем показателя преломления.49.Оптические передатчики и приемники: свето- и фотодиоды, полупроводниковыелазеры.

Предельная скорость передачи информации. Оптические солитоны.50.Реализация устойчивых одно- и многоэлектронных состояний в различных системах.Предельные размеры, быстродействие и энергозатраты. Нанотехнологии и новые материалы.51.Вычисления в «классических» и «квантовых» компьютерах. Биты и кубиты.«Квантовые» алгоритмы.52.Как построить квантовый компьютер? Когерентность состояний. Особенности«квантовых» вычислений. Разрушение когерентности как источник ошибок при «квантовых»вычислениях и их коррекция.Вопросы составилиассистентдоцентпроф.К.В.

РуденкоВ.Б. МорозовВ.В. ШуваловПримечание:Вопросы по курсу могут быть высланы по электронной почте в формате MS WinWord 7.0при поступлении запроса по электронному адресу vsh@vsh.phys.msu.su либо загружены вформате Adobe Acrobat с сайта http://comp.ilc.edu.ru.