Програма курса и рекомендуемая литература (2011) (1128556)
Текст из файла
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМФакультет ВМК, 3-й курс, 5-й семестрЛекции 3 часа в неделю; семинары 1 час в неделю, зачетЛекция 1. Введение в курсКомпьютер и информация: некоторые определения и история развития вычислительнойтехники, поколения компьютеров и их элементная база. Экспоненциальное развитие и законМура.
Роль полупроводниковых (ПП) материалов в элементной базе современных ЭВМ.Преимущества сверхбольших интегральных схем (СБИС) перед дискретнымикомпонентами. Технологическая база СБИС и степень интеграции. Фотолитография.Воспроизводимость параметров и минимальный топологический размер. Основныенаправления развития СБИС: кремниевые МОП структуры, арсенид - галлиевые и металл полупроводниковые структуры. Перспективы развития микроэлектроники.Лекция 2. Физические основы электропроводимости металлов и полупроводниковКраткие сведения из квантовой механики. Электроны, волны де Бройля, соотношениенеопределенностей, волновая функция.
Спектр электронных состояний в атомах, молекулахи кристаллах. Частица в одномерной потенциальной яме. Спектр электронных состоянийатома водорода и многоэлектронных атомов. Квантовые переходы. Виды химической связи.Понятие о зонной структуре. Принципы разделения веществ на проводники (металлы),полупроводники и изоляторы (диэлектрики). Электропроводность твердых тел. Модельэлектронного газа. Квантовая модель электропроводности. Трехмерный ящик. ЭнергияФерми. Плотность энергетических состояний. Распределение Ферми.
Электроны и дырки.Концентрация электронов в зоне проводимости. Собственная концентрация носителейзаряда в полупроводнике. Собственная и примесная проводимость полупроводников.Полупроводники n- и p-типа. Положение уровня Ферми в электрически нейтральномполупроводнике. Технологии легирования полупроводников.Лекция 3. Элементы физики полупроводников. Полупроводниковые диодыДиффузия и дрейф свободных носителей заряда в металлах и полупроводниках.
Закон Ома,длина свободного пробега и подвижность. Уравнение непрерывности. Электроннодырочные переходы и их характеристики. Высота потенциального барьера. Вольт-ампернаяхарактеристика и дифференциальное сопротивление p-n-переходов. Барьерная идиффузионная емкости. Полупроводниковые диоды.
Быстродействие полупроводниковыхдиодов. Типы полупроводниковых диодов. Контакт металл-полупроводник, диоды Шоттки.Омические контакты.Лекция 4. Биполярные и полевые транзисторыВзаимодействие двух близкорасположенных электронно-дырочных переходов. Биполярныетранзисторы. Основные схемы включения биполярных транзисторов.
Усиление тока инапряжения. Усилитель мощности. Особенности ключевого режима работы транзистора иего быстродействие. Транзисторы, изготовленные по планарной технологии.Многоэмитерные транзисторы. Полевые транзисторы. Металл-оксид-полупроводник МОП(МДП) структуры с изолированным затвором и их быстродействие.Лекция 5. Элементная база современных ЭВМАналоговое и цифровое представление информации.
Физическое представлениеинформации в компьютере. Двоичный код. «Высокое» и «низкое» состояния логическихсхем. Позитивная и негативная логики. Ключевой режим работы коммутирующегоэлемента. Реализация элементарных логических функций. Основные характеристикилогических элементов. Семейства логических схем, Потребляемая мощность, времязадержки распространения, энергия переключения, напряжение питания, коэффициентразветвления по выходу. Понятие о помехоустойчивости логического элемента.Лекция 6. Системный блок ЭВМАрхитектура фон Неймана и обобщенная структура системного блока: микропроцессор(МП), память, шина. Основные характеристики МП: технология изготовления, напряжениепитания, объем адресуемой памяти, разрядность шины данных, тактовая частота.
Цикл МПи его фазы. Взаимодействие МП и ОЗУ. Способы обмена информацией между МП ивнешними устройствами: синхронный, асинхронный и полусинхронный. Режимы работыпроцессора: прерывание, прямой доступ к памяти, ожидание. Внутренняя структурапроцессора (FSB, QPI, HyperTransport, cеверный и южный мосты). Шины и их основныехарактеристики (ISA, VESA, AGP, PCI, PCI-E). Мультиплексирование. Мультипроцессорныеи многоядерные конфигурации.
Специализированные МП.Лекция 7. Полупроводниковые запоминающие устройстваКонденсатор и триггер - простейшие ячейки памяти. Энергозависимая и энергонезависимаяпамять. Классификация ПП запоминающих устройств. Характеристики памяти: стоимость,емкость, быстродействие, потребляемая мощность, возможность доступа. Статическое идинамическое оперативное запоминающее устройство (СОЗУ и ДОЗУ).
Характеристики ипринципы работы. Организация, контроль работоспособности и методы регенерации ДОЗУ.Применение СОЗУ и ДОЗУ в ЭВМ. Сравнительные характеристики и перспективы развития.Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Элементы на основе структур с плавающимзатвором.
Стирание информации УФ излучением и электрическим полем. Применение ПЗУв ЭВМ. Сравнительные характеристики и перспективы развития ПЗУ: Flash-память, MRAM.Лекция 8. Интерфейсы ввода-выводаФункции интерфейса ввода-вывода. Информационная, электрическая и конструктивнаясовместимость. Устройство типичного интерфейса. Методы доступа FIFO и LIFO.Функциональная и управляющая части интерфейса. Контроль паритета. Последовательный ипараллельные интерфейсы. Дуплексная и полудуплексная, синхронная и асинхронная связь.Основные характеристики некоторых универсальных интерфейсов: RS232, CENTRONICS,USB, FireWire, Thunderbolt. Некоторые специализированные интерфейсы: PATA, SCSI,SATA.Лекция 9.
Внешняя память в ЭВММагнетизм. Магнитные материалы: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики. Криваянамагниченности ферромагнетиков: мягкие и жесткие ферромагнетики. Температура Кюри.Доменная структура. Принципы записи и считывания информации на магнитных носителях.Типы магнитных носителей и магнитных головок.
Предельная плотность записи и скоростьдоступа к записанной информации. Продольная и поперечная запись информации.Лекция 10. Внешняя память в ЭВМИспользование оптических явлений для повышения плотности записи информации намагнитных носителях. Магнитооптика. «Чисто» оптическая память - компакт диск (CD).Физические процессы и предельная плотность записи информации в оптике. Записываемые(R) и перезаписываемые (RW) CD и DVD диски. Blu-ray и HD-DVD технологии. Трехмерная(3D) оптическая память и голография: фоторефрактивные и фотохромные материалы,голографический диск (HVD).
Молекулярная память.Лекция 11. Связь ЭВМ с внешней средой: ввод и вывод информацииВвод и вывод цифровой и аналоговой информации. Цифро-аналоговое преобразование(ЦАП). Погрешности ЦАП. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Погрешности АЦП.Понятие о цифровом методе хранения и передачи аналоговой информации. Вводоптического изображения в ЭВМ, приборы с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС-камера (CCD).Принципы отображения информации на твердом носителе - принтеры и плоттеры.Алфавитно-цифровые и графические принтеры.
Матричные, струйные, лазерные исветодиодные принтеры. Цветная печать.Лекция 12. Связь ЭВМ с внешней средой: вывод визуальной информацииПринципы отображения визуальной информации. Алфавитно-цифровые и графические(аналоговые) мониторы. Электронно-лучевая трубка. Физические процессы в ЭЛТ:термоэлектронная эмиссия, электростатическое ускорение и фокусировка, люминесценция.Формирование изображения: строчная и кадровая развертки. Отображение информации оцвете. Плоские мониторы - жидкокристаллические (ЖК) дисплеи (LCD), плазменные(газоразрядные) мониторы (PDP), дисплеи с автоэлектронной эмиссией (FED) и углеродныенаноструктуры, дисплеи на органических светодиодах (OLED) и электронная бумага.Стереоскопическое отображение информации и 3D дисплеи (голография).Лекция 13. Связь ЭВМ с внешней средой: линии связи между ЭВММетоды кодирования информации: амплитудная, фазовая, частотная и другие типымодуляции.
Виды распределенных линий для разных диапазонов частот. Двухпроводная(многопроводная) линия, и радиоканал. Телеграфное уравнение. Скорость распространениясигналов в линии. Волновое сопротивление. Согласование линии с нагрузкой. Модем.Передача данных через телефонные линии связи. Коаксиальный кабель и витая пара.Оптические волокна и волоконно-оптические кабели. Распространение света по оптическимволокнам.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
