Программа учебной дисциплины «вычислительные машины, системы и сети» Направление подготовки



Скачать 240.33 Kb.
Дата17.10.2016
Размер240.33 Kb.
ТипПрограмма


ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»



Согласовано
_______________________

Утверждаю
______________________

Руководитель ООП

по направлению 220700

доц. А.А. Кульчицкий

Зав. кафедрой АТПП

доц. А.А. Кульчицкий


ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ,

СИСТЕМЫ И СЕТИ»
Направление подготовки:

220700 Автоматизация технологических процессов и производств


Профиль подготовки:

Автоматизация технологических процессов и производств в металлургической промышленности


Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная
Составители:

Доцент каф. АТПП А.Ю.Фирсов


Ассистент каф. АТПП Н.И. Котелева

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

1.Цели и задачи дисциплины:

Дисциплина “ Вычислительные машины, системы и сети ” призвана познакомить студента, обучающегося по направлению 220700 “Автоматизация технологических процессов и производств”, с общими принципами построения и законами функционирования вычислительных комплексов, сетей ЭВМ и систем автоматизации на их основе.


2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина “ Вычислительные машины, системы и сети ” относится к общепрофессиональным дисциплинам Для изучения дисциплины студенты должны знать принципы организации микро-ЭВМ, а также уметь программировать и работать на персональном компьютере в объеме курса: "Информатика". Дисциплина в свою очередь является базой для последующего освоения курсов “Проектирование автоматизированных систем”, “Технические средства автоматизации”,“Интегрированные системы проектирования и управления”, “Автоматизация технологических процессов и производств”, а также для курсового проекта и выпускной бакалаврской работы.


3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

способностью выбирать средства автоматизации технологических процессов и производств (ПК-11);

способностью осваивать средства программного обеспечения автоматизации и управления, их сертификации (ПК-26);

способностью изучать и анализировать необходимую информацию, технические данные, показатели и результаты работы, обобщать их и систематизировать, проводить необходимые расчеты с использованием современных технических средств и программного обеспечения (ПК-38);

способностью участвовать в разработке алгоритмического и программного обеспечения средств и систем автоматизации и управления процессами (ПК-41);



участие в разработке алгоритмического и программного обеспечения средств и систем автоматизации и управления;
В результате изучения дисциплины студент должен:

    Знать:

  • понятия о функциональной, струк­турной организации и архитектуре ВМ, основные характе­ристики ВМ;

  • организация управления, адресация, система ко­манд микропроцессора;

  • со­временные микропроцессоры и микро­контроллеры, тенденции развития;

  • типы и основные прин­ципы построения периферийных устройств, организация ввода-вывода, прерывания;

  • системный контроллер и контроллер шин, ор­ганизация внутримашинных обменов, особенности органи­зации рабочих станций и серверов, многомашинные ком­плексы, стандартные интерфейсы для связи компьютеров, телекоммуникации;

  • принципы построения компьютерных сетей, сетевые протоколы;

  • аппаратные и программные средства ВМ;

  • влияние сетевых технологий на архитектуру компьютеров, индустриальные системы, унификация, комплексирование информационных и управляющих систем.

    Уметь:

  • владеть аппаратом булевой алгебры и двоичной арифметики;

  • выбирать средства вычислительной техники, необходимые для технического и информационного обеспечения систем автоматизации;

  • пользоваться одним из машинно-ориентированных языков для программирования простейших задач;

  • выбирать оптимальную архитектуру вычислительной сети и настраивать соответствующие протоколы.

    Владеть:

навыками работы с современными аппаратными и программными средствами
исследования и проектирования систем управления.


    4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет _5.158__ зачетных единиц.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

6

7







Аудиторные занятия (всего)

83

33

51







В том числе:

-

-

-

-

-

Лекции

33

16

17







Практические занятия (ПЗ)

17




17







Семинары (С)
















Лабораторные работы (ЛР)

33

17

17







Самостоятельная работа (всего)

74.5

33

41.5







В том числе:

-

-

-

-

-

Курсовой проект (работа)
















Расчетно-графические работы

16

8

8







Реферат
















Другие виды самостоятельной работы

58.5

25

33.5

























Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)




зач

экз







Общая трудоемкость час

зач. ед.


185.7













5.158














5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1

Введение.

Общие вопросы обработки информации на ВМ; Классификация ВМ, понятия о функциональной, струк­турной организации и архитектуре ВМ. Клас­сификация, назначение. Индустриальные системы, унификация, комплексирование информационных и управляющих систем. Аппаратные и программные средства, многоуровневая организация вычислитель­ных процессов, интерфейс, информационная среда.

2

Логические элементы.

Булева алгебра(БА). Константы, переменные, функции. Унарные и бинарные операции. Теоремы БА. Канонические формы. Построение выражения по таблице истинности. Сокращение выражений по картам Карно. Логическая диаграмма. Стандартные логические элементы. Функционально полный базис. Комбинационная и последовательная схемы. Триггеры. Граф переходов системы. Синтез последовательной схемы.

3

Двоичная арифметика и кодирование данных.

Двоичная система счисления. Шестнадцатеричная система счисления. Восьмеричная система счисления. Преобразование чисел из одной системы счисления в другую. Способы представления отрицательных чисел в ЭВМ. Обратный код и вычисления в обратном коде. Дополнительный код и арифметика в дополнительном коде. Сумматор. Буквенно-цифровой код. Двоично-десятичный код. Коды с обнаружением и исправлением ошибки. Шифрование данных.

4

Принципы построения вычислительных машин.

Логический автомат. Микропрограммный автомат. Принципы построения ВМ. Процессор. Память. Внешние устройства. Системная шина. Структура шин типичных ЭВМ. Ар­хитектурные способы повышения производительности. Локальная шина. Модели безадресных,1-,2-,3-адресных ВМ. Архитектура ВМ и систем. Функциональная организация ВМ. Многомашинные и многопроцессорные системы. Системное программное обеспечение ВМ. Основные характе­ристики ВМ, методы оценки. Влияние технологии производ­ства интегральных схем на архитектуру и характеристики.

5

Организация памяти.

ОЗУ и ПЗУ. ОЗУ статического и динамического типа. ПЗУ, ППЗУ, СППЗУ. Flash-память. Микросхемы памяти. Построение модулей памяти. Логическая и физическая организация памяти IBM PC. Модули SIPP, SIMM, DIMM. Банки памяти. Логическая организация памяти. Адресация. Принципы FIFO и LIFO. Стек.

6

Система команд микропроцессора.

Процессоры, организация управления. Система команд микропроцессора и его программирование в двоичном коде и на ассемблере. Регистры общего назначения. Способы адресации с использованием регистров общего назначения. Понятие безадресных,1-,2-,3-адресных команд. Форматы машинных команд. Слово состояния процессора. Со­временные микропроцессоры, тенденции развития. Производительность процессора, методы оценки.

7

Структура управляющего вычислительного комплекса.

Архитектура централизованных и децентрализованных комплексов. Системный контроллер и контроллер шин, ор­ганизация внутри-машинных обменов. Типы и основные прин­ципы построения периферийных устройств. Устройства связи с объектом. организация ввода-вывода, прерывания, особенности органи­зации рабочих станций и серверов, многомашинные ком­плексы, стандартные интерфейсы для связи компьютеров, многопроцессорные системы, шины, влияние на произво­дительность. Персональные компьютеры и промышленные компьютеры.

8

Программируемые логические контроллеры.

Программируемые логические контроллеры, назначение, архитектура, тенденции развития. Стандарты МЭК на системы программирования микроконтроллеров. Языки IL, LD, ST, FBD, SFC. Полевая шина. Протокол Modbus. Системы сбора данных.

9

Способы обмена информацией с внешними устройствами.

Понятие внешнего уст­ройства. Регистры внешних устройств. Синхронный и асинхронный способ обмена. Понятие обмена по прерыванию. Радиальные и векторные прерывания. Контроллер прерываний. Понятие вектора прерывания. Организация прерывания по принципу дейзи-цепочки. Временные диаграммы прерывания программы. Временная диаграмма цикла канала "Вывод".

10

Организация передачи данных

Стандартные интерфейсы для связи. Параллельный и последовательный интерфейсы. Синхронный и асинхронный методы передачи. Однонаправленный, полудуплексный, дуплексный способы обмена информацией. Старт-стопная система синхронизации. Стандартные протоколы связи, базовая процедура управления передачей, высокоуровневая процедура управления каналом. Иерархическое представление и стандартизация протоколов. Последовательные интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485. Адаптер канала.

11

Модули связи с объектом

Цифроаналоговое преобразование. Методы аналого-цифрового преобразования. Реализация интерфейса АЦП-УВК. Следящий АЦП. АЦП последовательного приближения. АЦП прямого преобразования. Интегрирующий АЦП. Сравнительная характеристика производительности АЦП. Модуль ввода дискретных сигналов. Модуль вывода дискретных сигналов. Модуль вывода релейных сигналов. Модуль ввода аналоговых сигналов. Модуль вывода аналоговых сигналов. Специальные модули.

12

Сети передачи данных

Передача данных по телефонной сети, цифровые АТС. Частотные каналы связи, повышение эффективности частотных каналов (частотное и временное разделение каналов). Соединение различных каналов связи. Сети передачи данных с коммутации каналов и коммутацией пакетов. Защита в системах передачи данных. Телекоммуникации.

13

Модемы

Телефонная связь. Модемы: асинхронный метод передачи. Алгоритм установления связи между модемами. GSM-модемы. АТ-команды и коммуникационные программы. Протоколы передачи файлов между модемами. Протоколы коррекции ошибок нижнего уровня. Последовательный интерфейс RS232. Применение модемов.

14

Локальные вычислительные сети

Компьютерные сети. Общие понятия. Топология. Типы ЛВС (временное и частотное уплотнение). Сетевая топология. Стандартизация структуры и протоколов сетей. Объединение сетей. Требования к сетям связи различных уровней. Функции в иерархии объединения открытых систем. Семиуровневая сетевая архитектура по стандарту ISO/OSI. Типовые решения по созданию локальной сети. Интерфейсы RS-232C, RS-422, RS-485. Протокол IEEE802.3 Ethernet. Аппаратура Ethernet. Характеристики различных носителей. Сетевой адаптер. Повторитель. Концентратор. Мост. Маршрутизатор. Шлюз. Коммутатор. Протокол IEEE802.5 Token Ring. Модуль множественного доступа. Протоколы передачи данных IPX/SPX и NetBIOS. Имена NetBIOS. Протоколы передачи данных TCP/IP и UDP. IP-адреса. Доменная система имен (DNS). Служба имен WINS. Влияние сетевых технологий на архитектуру компьютеров.

15

Глобальные сети

Электронная почта. PPP соединение. Удаленный доступ. FTP-протокол передачи файлов. Системы поиска. Виртуальные частные сети.

Безопасность сетей.





5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

Интегрированные системы проектирования и управления










+







+

+

+

2.

Программное обеспечение систем управления






+




+

+













3.

CASE средства при проектировании систем управления




+

+

+
















4.

Автоматизация технологических процессов в металлургии
















+

+

+




5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практ.

зан.


Лаб.

зан.


Семин

СРС

Все-го

час.


1

Введение.

2

 







2

3

2

Логические элементы.

2

 

6




4

12

3

Двоичная арифметика и кодирование данных.

2

 

4




2

8

4

Принципы построения вычислительных машин.

2

4

10




2

10

5

Организация памяти.

2

 

2




2

6

6

Система команд микропроцессора.

2

4

 




2

10

7

Структура управляющего вычислительного комплекса.

2

 

2




2

6

8

Микроконтроллеры.

2

5

8




6

16

9

Способы обмена информацией с внешними устройствами.

2

 

2




2

6

10

Организация передачи данных

2

 

2




6

10

11

Модули связи с объектом

2

 

2




8

12

12

Сети передачи данных

2

 

0




8

10

13

Модемы

2

 

2




8

12

14

Локальные вычислительные сети

6

4

8




12

24

15

Глобальные сети

2

 

3




8

13

6. Лабораторный практикум

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(час.)


1

2

Знакомство с системой автоматизированного проектирования цифровых устройств NI Multisim и построение логических схем с использованием основных булевых элементов “И”, “ИЛИ” и “НЕ”.

2

2

2, 8

Программирование интеллектуального реле Zelio на языке релейной логики (LD) для реализации заданной комбинационной схемы.

2

3

2

Сокращение комбинационных схем с помощью карт Карно.

2

4

5

Изучение работы ОЗУ и ПЗУ. Программирование ППЗУ.

2

5

4

Проектирование микропрограммного автомата.

2

6

3

Изучение системы команд микропроцессора и способов адресации с использованием регистров общего назначения, а также способов представления отрицательных чисел в ВМ (в дополнительном коде).

2

7

4, 9

Изучение организации синхронного и асинхронного способа обмена между ЦП и ВУ. Программирование на ассемблере портов ввода-вывода контроллера УМПК-80

2

8

8

Знакомство с системой разработки программного обеспечения Concept (UNITY) для ПЛК. Язык IL.

2

9

4

Изучение архитектуры ВМ на примере персонального компьютера IBM PC.

2

10

7

Изучение архитектуры и программирование модуля ввода и модуля вывода аналоговых сигналов.

2

11

8

Изучение архитектуры и системы команд микроконтроллера AutoLog.

2

12

10

Изучение интерфейсов RS232 и RS485 и протокола Modbus.

2

13

11

Изучение и программирование АЦП. Следящий АЦП и АЦП последовательного приближения.

2

14

14

Изучение аппаратуры Ethernet и настройки протокола TCP/IP.

2

15

15

Поиск неисправностей в сети Ethernet с использованием консольных утилит Windows.

2

16

14,15

Проектирование ЛВС с помощью ресурса NetWizard.

2

17

14

Исследование структуры TCP/IP пакетов с помощью сниффера EtherReal.

2


7. Практические занятия (семинары)

№ п/п

№ раздела дисциплины

Тематика практических занятий (семинаров)

Трудо-емкость

(час.)


1

8

Знакомство с системой разработки программного обеспечения Concept (UNITY) для ПЛК. Язык SFC.

2

2

8

Знакомство с системой разработки программного обеспечения Concept (UNITY) для ПЛК. Язык FBD.

2

3

13

Изучение работы модема и факс-модема.

2

4

14

Настройка сервера локальной сети MS Windows Server 2003 в MS VirtualPC.

2

5

3

Устройство шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров и демультиплексоров и моделирование их работы.

2

6

4

Триггеры и последовательные схемы (логические автоматы).

2

7

4

Счетчики и регистры.

2

8

9

Организация обмена по прерыванию между ЦП и ВУ.

3


8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)_______________________________

_____________________________________________________________________________

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература



1. В. Ф. Мелехин, Е. Г. Павловский. Вычислительные машины, системы и сети. М:Академия, 2010 г., - 560 с.

2. Кадыров Э.Д., Кравченко А.Н., Фирсов А.Ю. Программируемые логические контроллеры. Программирование и конфигурирование. Учебное пособие/ Санкт-Петербург, изд. СПГГИ (ТУ), 2007, -119с.



3. Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 3-е изд. – СПб.:Питер, 2006. -1072с.

4. Кадыров Э.Д., Симаков А.С., Фирсов А.Ю. Сетевые_интерфейсы микропроцессорных систем. Учебное пособие/ Санкт-Петербург, изд. СПГГИ (ТУ)., 2011г., - 117с.



5. Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры: практическое руководство для начинающего инженера. – Ставрополь: АРГУС, 2009г., -100с.

6. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф, В. П. Дьяконова. -М.: СОЛОН-Пресс, 2004. -256 с.


б) дополнительная литература

1. Сборник олимпиадных задач для специальности "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети". М: КноРус, 2010 г., -277 с.

2. Зотов В.Ю. Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы XILINX. –М.: Горячая линия – Телеком,2006.-520с.

3. AT-команды. Руководство по использованию АТ-команд для GSM/GPRS модемов.: Пер. с англ. – М.: Серия «Библиотека Компэла». ЗАО «Компэл», 2005. – 432 с.



4. Иванов Ю.И., Югай ВЛ. Микропроцессорные устройства систем управления: Учебное пособие. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. - 133с.

5. Белов А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. – СПб.: Наука и Техника, 2005. – 256с.



6 Таненбаум Э. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2008. - 992с.

7. ОлиферВ.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.:2006. -958с.

в) программное обеспечение

National Instruments LabView, National Instruments Multisim, National Instruments Ultiboard, Matlab 2007b, ModelSim, LogicWorks, EtherReal, MS VirtualPC, Schneider Electric Concept, Schneider Electric UNITY.


г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

сайт Schneider Electric, сайт National Instruments, сайт MathWorks.



10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Для выполнения лабораторных работ, и оформления отчетов используются компьютеры кафедрального вычислительного центра и специализированной лаборатории “Моделирования систем управления” кафедры АТПП, а также межфакультетской лаборатории “Современных средств автоматизации” c специальным программным обеспечением. Лекции по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащённых мультимедийным оборудованием.


11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Практические занятия проводятся в аудиториях, снабженными компьютерами с специальным программным обеспечением, а также программными средствами для проведения компьютерных телеконференций (средствами удаленного доступа к рабочим столам). Примерами средств для текущего контроля являются тестовые контрольные работы на усвоение синтаксических конструкция языков программирования и знание важнейших библиотечных функций.


Разработчик:

Каф. АТПП доцент А.Ю. Фирсов


Каф. АТПП ассистент Н.И. Котелева
Эксперты:

__________ __________ _______________


__________ __________ _______________


Каталог: system -> files -> lib -> abiturient -> Program
Program -> Рабочая программа дисциплины «Информационные технологии» Направление подготовки специалиста
Program -> Пример оформления
Program -> Рабочая программа дисциплины сапр технологических процессов шифр по гос впо
Program -> Рабочая программа дисциплины «радиотехнические цепи и сигналы» Направление подготовки специалиста
Program -> Рабочая программа дисциплины промысловая геофизика
Program -> Рабочая программа учебной дисциплины «Гидродинамические методы исследования скважин и пластов»
Program -> Программа ознакомительной учебной практики
Program -> Рабочая программа дисциплины «теория автоматического управления» Направление подготовки бакалавра
Program -> Рабочая программа дисциплины «минеральные ресурсы и цивилизации»
Program -> Рабочая программа учебной дисциплины «Бурение нефтяных и газовых скважин скважин»


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал