СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕД ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ В РАМКАХ КУРСА «АРХИТЕКТУРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ»
1.1 Особенности программных сред для разработки лабораторных работ
1.2 Обзор программных сред для разработки лабораторных работ
1.3 Обзор средств дистанционного образования
2. СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОННОГО КУРСА
2.1 Технические требования к использованию
3. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО КУРСА
4. ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
5. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
5.1 Устройства ввода и вывода в среде Logisim
5.2 Элементарные устройства памяти в Logisim
5.3 Исследование двоично-десятичных счетчиков
5.4 Исследование асинхронных двоичных счетчиков
5.5 Синтез комбинационных узлов с использованием базовых логических элементов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
В наше новейшее время технологии развиваются семимильными шагами, появляются всевозможные модификации уже существующих компьютерных архитектур и программных средств обеспечения. Главной же проблемой обширности и развитости технологий является процесс усвоения всей этой информации новому, молодому поколению, а конкретно как максимально просто преподнести столь сложную концепцию знаний.
В частности же за кулисами этих огромных масштабов развитости технологической лежат различные задачи. Конкретно, такие как качественное усвоение информации об новых технологиях, а конкретно об различных элементах архитектуры персонального компьютера. Так как же стоит правильно преподносить знания об архитектуре персонального компьютера человеку, который заинтересован изучить основные аспекты этого направления. В этом и заключается суть выпускной квалификационной работы на тему « разработка демонстрационно-обучающей программы для проведения лабораторных работ в рамках курса архитектура информационных систем». Из общего курса «архитектура информационных систем» будет взято ответвление, основанное на так называемой архитектуре эвм. В основном для изучения такого направления нужно использовать так называемое применение усвоенных знаний из различных теоретических материалов на практике, то есть работать непосредственно и контактно с элементами архитектуры эвм, но для упрощения познания данного курса «архитектура информационных систем» практично осуществлять работу в программных средах на персональном компьютере. Рассмотрев множество вариантов как максимально просто осуществить комплекс лабораторных работ, можно прийти к выводу, что в наше время миром правит дистанционное обучение, на аспект которого и сделан акцент в выпускной квалификационной работе.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕД ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ В РАМКАХ КУРСА «АРХИТЕКТУРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ»
1.1 Особенности программных сред для разработки лабораторных работ
Нынешнему человеку в современном мире, весьма сложно создать какой либо продукт на основе электронных элементов так чтобы он соответствовал множествам требований. Исходя из трудностей создания электронных элементов, в помощь приходят программные среды моделирования. Из основных атрибутов сред моделирования выделяют следующие характеристики:
1) Уменьшение времени на исследование электронных элементов так как современные моделирующие среды обеспечиваются интегральными схемами, что позволяет обходить физическое моделирование информационных систем по причине излишек затрат на их реализацию.
2) Упрощение разработки при моделировании, к этой характеристике можно отнести наличие в программных средах моделирования результативных алгоритмов.
3) Наличие встроенных математических теорий, благодаря которым пользователь может не задумываться над математической составляющей и переходить сразу к реализации составных частей вычислительных электронных машин.
В основном нынешние программные среды представляются в виде виртуальных лабораторий для максимального упрощения разработки электронных элементов, в упрощение же данным программным средам помогают включенные в них огромных размеров библиотек компонентов.
Конкретно же обширный объем библиотек современных сред моделирования позволяет различного рода инженеру проверять, насколько сильно проделанная им работа отличается от требований к его техническому заданию, а также как сильно характеристики его проекта отличаются от реальных характеристик. Обилие программных сред моделирования на сегодняшний день позволяют автоматизировать все стадии проектирования электронных элементов, позволяя реализовывать построение цифровых плат, моделировать процессы в аналоговых цепях, выполнять трассировку и компоновку печатных плат, редактировать уже имеющиеся библиотеки компонентов. logisim программный асинхронный счетчик
Понимание алгоритмов и математических теорий, которые реализуются в конкретных средах моделирования, является важной частью эффективного использования инструментов моделирования электронных элементов, к тому же инженер не должен забывать и о простейших принципах построения электронных вычислительных машин.
1.2 Обзор программных сред для разработки лабораторных работ
В процессе разработки лабораторных работ в рамках курса «Архитектура информационных систем» встает актуальный вопрос, какими же именно пользоваться программными средами моделирования для разработки лабораторных работ. На данный момент в мире существует множество специализированного программного обеспечения для проектирования электронных элементов и устройств. Рассмотрим наиболее распространенные программные среды моделирования.
Первой программой для рассмотрения стоит брать Pspice так как она на данный момент считается самой значимой и эффективной в сфере моделирования электронных устройств. В pspice осуществляется модификация программы анализа электронных цепей SPICE (Simulation Program with Intergrated Circuit). Формат SPICE самый обширный на рынке программного моделирования электронных устройств, так как данный формат используется во множестве других программных средах, которые реализуют схематическое моделирование [4].
Первоначальные версии pspice включают в себя разнообразные сведения о цепях в текстовом формате в виде списка соединений. Результаты моделирования по тому же принципу представлялись в текстовом формате. Позже на помощь в реализации графики появились такие графические редакторы как shematics и capture, предоставляющие возможность иллюстрировать и редактировать чертежи принципиальных схем. Так же на помощь в представлении результатов расчетов в приемлемой и комфортной форме служит графический постпроцессор probe. Данный постпроцессор анализирует математическую составляющею выводимых на экран графиков результатов моделирования [4].
Среда Pspice имеет стандартный спектр элементов включающие в себя двуполярные транзисторы, диоды, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и изолированным затвором, резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, источники напряжения и длинные линии. Возможность пользователю самому набирать параметры аналоговых интегральных схем, а также компонентов, таких как тиристоры, представляющимися подсхемами.
Перечислим ключевые виды анализа, входящие в pspice:
1) расчет параметров режима по постоянному току;
2) анализ спектров сигналов и переходных процессов.
3) альтернативный анализ при изменении различных параметров схемы и температуры
4) вычисление частотных характеристик и спектральных плотностей шума;
5) Расчет наихудшего случая и статический анализ по методу Монте-Карло.
Программ Pspice может похвастаться своим обширным базовым набором элементов, в которые входят исполняющие логические операции и функциональные блоки. Пользователь может проектировать цифровые компоненты на основе функциональных блоков. Несмотря на это, pspice включает в себя уже существующие библиотеки серийно выпускаемых цифровых устройств [4].
Multisim - программная среда моделирования ориентированная на довольно обычный и интуитивно понятный графический интерфейс. Начальные версии multisim носили название Electronics Workbench и разрабатывались фирмой с одноименным названием [2].
Последние версии программ включают в себя математические модули и модели уже известного формата SPICE. Главной отличительной чертой программной среды multisim это наличие виртуальных измерительных компонентов, которые позволяют моделировать реальные аналоги. В составе multisim так же числится многофункциональные средства для графической обработки результатов моделирования процессов [2].
Одной из явных особенностей программной среды multisim служит реализация возможность взаимодействовать с графическими аналогами подобных программ, которые осуществляют моделирование программно-аппаратных средств управления и измерения [2].
CircuitMaket 2000 - простая система моделирования с обильным наличием компонентов стандарта SPICE. Данная программная среда вмещает в себя множества библиотек уже готовых моделей электронных изделий с одним отличием, в circuitmaket 2000 имеет возможность быстро посмотреть главные характеристики различных элементов. Как и в уже описанных программных средах circuitmaket позволяет быстро моделировать различные электрические компоненты схем, так же в ее структуру входят аналоговые, цифровые и их собраться аналого-цифровые устройства, результаты которых можно визуализировать в виде сигналов осциллограмм и графиков частотных характеристик. Так же circuimarket позволяет реализовать графики точных линий при помощи вертикальных и горизонтальных линий. Возможность в выделенных точках схемы контролировать постоянный ток. Изюминкой данной программы является наличие анимационных компонентов при помощи, которых осуществляется имитация конечного результата разрабатываемой электрической схемы, и чтобы пользователю было проще усвоить анимационный движок, в программу встроено учебное пособие в демонстрационном виде [1].
Protel DXP - реализация сквозного проектирования не только аналоговых, но и цифровых электронных устройств. Благодаря своей структурированности позволяет проводить множество видов анализа описанных на базе ядра SPICE. Как и другие программы моделирования в этой сфере позволяет проектировать аналоговые и аналого-цифровые компоненты, к тому же введена реализация многостраничных принципиальных схем иерархической структуры. Помимо иерархических структур и схем содержит ПЛИС и функцию проведения анализа целостности сигналов [1].
PeakFPGA - программная среда входящая в состав Protel и разработанная компанией Accolade Design. Данная программная среда реализует в себе возможности описания проектов на языке VHDL и применение этих проектов в комплектации микросхем разных производителей. Такие средства как верификация и моделирование позволяют производить отладку разрабатываемых устройств, а так же осуществлять скоростной поиск ошибок по заданным критериям. Язык CUPL помогает в описание проектов, что характеризуется описанием логических схем благодаря трем встроенным методам: таблицы истинности, методы конечных автоматов и булевыми выражениями. Редакторы принципиальных схем предоставляют возможность изображать отдельные части проектов при помощи специальных встроенных библиотек. Все разработанные устройства в данной программной среде пакуются в конкретные микросхемы и программируются путем генерации файла JEDEC-формата [3].
Аналогом PeakFPGA - является FPGA studio разработанная компанией cadence. Суть данного аналога заключается в обеспечении более обширным спектром синтеза и моделирования логических схем, который в тот же момент упаковываются в схемы разных производителей. Недостатком же является большая цена данного программного продукта, но эта цена оправдана более функциональным составляющим, нежели аналогичные продукты.
Microwave Office 2003 - продукт в свойства которого входит моделирование СВЧ-устройств в виде как функциональных так и в виде принципиальных схем. Модули данного программного продукта позволяют реализовывать анализ нелинейных и линейных схем, проектировать топологии, моделировать планарные многослойные структуры и системы связи на уровне структурных схем. Присутствуют методы гармонического баланса и рядов Вольтерра которые используются в нелинейном анализе. Метод момента Галеркина помогает в моделировании электромагнитных планарных СВЧ-устройств. MO 2003 имеет самый большой спектр библиотек моделей включающие в себя моделирование структурных схем. Для подготовки технологического производства помогает редактор топологий который основывается на графической среде прорисовки топологий СВЧ-устройств [3].
APLAC - предоставляет возможность во временных и частотных областях моделировать и проектировать электрических схем. Выявленными особенностями являются как цифровые и аналоговые компоненты, так и устройства диапазона СВЧ. Больший спектр расчетов выделяющая особенность данной программной среды, к ним относятся спектральная плотность и коэффициент шума, режим по постоянному току, переходные процессы, анализ периодических режимов, спектры сигналов, статический анализ по методу Монте - Карло, чувствительность и параметрическая оптимизация. Помимо большого спектра расчетов APLAC обладает подпрограммной системой расчета трехмерных электромагнитных полей устройств диапазона СВЧ и микро полосковых конструкций. На последок стоит отметить что возможность ввода результатов измерений и вывода управляющих сигналов осуществляется с помощью интерфейсов плат стандарта IEEE - 488 [3].