Внешняя память на магнитных носителях

Бакалавр

Форма обучения:

Очная

Нижний Новгород

1. Цели освоения дисциплины

Содержание дисциплины направлено на изучение физических явлений и процессов, которые реализуются в элементах современной вычислительной техники при записи, передаче, обработке и воспроизведении информации.

2.Место дисциплины в структуре ООП.

Дисциплина «Физические основы вычислительной техники» входит в раздел «Б.3.Профессиональный цикл. Вариативная часть» ФГОС-3 по направлению подготовки «Прикладная математика и информатика».

Предшествующие предметы, которые студент должен знать для того, чтобы приступить к освоению данного курса:

-математический анализ,

-комплексный анализ,

-функциональный анализ,

-физика,

-теоретическая механика,

-дифференциальные уравнения,

-уравнения математической физики.

Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студентов:

студент должен обладать навыками активного применения математических методов исследования физических процессов и знать основные законы классической физики, особенно в области электромагнетизма.

Дисциплина «Физические основы вычислительной техники» является одной из завершающих дисциплин в программе подготовки бакалавра и рассчитана на формирование целостного восприятия всего цикла курсов, ориентированных на применение вычислительной техники.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций (в соответствии с ФГОС ВПО):

способность приобретать новые научные и профессиональные знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ПК - 2);

способность к интеллектуальному, культурному, нравственному, физическому и профессиональному саморазвитию, стремление к повышению своей квалификации и мастерства (ОК-16).

В результате изучения студенты должны:

Знать

- пределы применимости классической физики при рассмотрении физических явлений в современной ВТ;

- новый (квантовомеханический) подход к объектам нанотехнологии;

- возможности достижений физики, определяющие прогресс в вопросах обработки информации (ферромагнетики, полупроводники, лазеры, волоконная оптика).

Уметь

- строить простейшие модели для исследования микрообъектов (учет ограниченности, симметрии, конечности времени жизни);

- решать типовые задачи квантовой механики (в пределах тематики курса).

Иметь представление о физических процессах и явлениях, реализованных в различных устройствах ВТ.

Иметь представление об основных элементах вычислительной техники, их характеристиках, и взаимодействии в процессе приёма, хранения, обработки и передачи информации.

4.Структура и содержание дисциплины

4.1. Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа (лекции – 18, практические занятия – 18, самостоятельная работа –36).

4.2. Содержание разделов дисциплины

Основы теории электропроводности.

Классическая теория электропроводности металлов. Необходимость введения квантовомеханического подхода для описания электронных состояний. Основные понятия и принципы квантовой механики. Волны де Бройля, соотношение неопределённости. Уравнение Шрёдингера .Волновая функция. Состояния частицы в одномерной потенциальной яме. Сферическая симметрия. Момент импульса и спин. Электрон в кулоновом поле. Электронные состояния атомов. Теория возмущений и квантовые переходы. Типы химической связи Электрон в периодическом поле. Зонная структура твёрдого тела.

Проводники, полупроводники и диэлектрики. Квазичастицы в теории твёрдого тела. Распределение Ферми-Дирака. Энергия Ферми Электроны и дырки .Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводники n- и p-типа. Легирование полупроводников.

Диоды

Кинетика носителей заряда в металлах и полупроводниках .Длина свободного пробега и подвижность носителей. Уравнение непрерывности. Вольт-амперная характеристика и дифференциальное сопротивление p-n –переходов. Барьерная и диффузионная ёмкости. Полупроводниковые диоды. Типы и характеристики полупроводниковых диодов. Контакт металл- полупроводник. Диоды Шоттки.

Транзисторы

Взаимодействие двух близкорасполо­женных электронно-дырочных переходов. Биполярные транзисторы. Схемы включения. Ключевой режим работы и быстродействие биполярных транзи­сторов. Полевые (униполярные) транзисторы. МОП (МДП) структуры с изолированными каналами и их использование в флэш-памяти. Многоэмитерные транзисторы.

Физическая реализация представления и обработки информации в ЭВМ

Аналоговая и циф­ровая обработка информации. Физическое представление информации в ЭВМ . Двоичный код. Реализация элементарных логических функций. Клю­чевой режим работы коммутирующего элемента. «Высокое» и «низкое» со­стояния логических схем. Позитивная и негативная логики. Основные харак­теристики логических элементов. Потребляемая мощность, время задержки распространения, энергия переключения, напряжение питания, коэффици­ент разветвления по выходу. Понятие о помехоустойчивости логического эле­мента. Семейства логических схем и их совместимость. Перспективные на­правления развития логической схемотехники.

Системный блок

Обобщенная структура системного блока: микро­процессор (МП), память, шина. Архитектура и внутренняя магистраль МП. Основные характеристики МП: технология изготовления, напряжение пита­ния, тактовая часто­та, объем адресуемой памяти, разрядность шины данных, , количество и разрядность регистров. Современные микропроцессоры и шины и их характеристики. Цикл МП и его фазы. Взаимодей­ствие МП с ОЗУ. Способы обмена информацией между МП и внешними устройствами: синхронный, асинхронный и полусинхронный. Обмен данны­ми на магистрали МП. Мультиплексирование шин. Режимы работы ЭВМ : основной, прерывания, прямой доступ к памяти, ожидание. Мультипроцес­сорные и многоядерные конфигурации. Специализированные МП.

Запоминающие устройства

Триггер и конденсатор, как элемент памя­ти. Ячейка памяти и ее адрес. Статическое оперативное запоминающее уст­ройство (СОЗУ). Структурная схема СОЗУ. Общая организация памяти. Ха­рактеристики памяти: стоимость, емкость, быстродействие, потребляемая мощность, возможность доступа. Энергозависимая и энергонезависимая память. Классификация полупроводниковых запоминающих устройств. Динамическое опера­тивное запоминающее устройство (ДОЗУ). Его структура, принцип действия и основные параметры. Организация ДОЗУ. Мето­ды регенерации ДОЗУ. Контроль работоспособности ДОЗУ. Применение СОЗУ и ДОЗУ в ЭВМ . Сравнительные характеристики и перспективы разви­тия СОЗУ и ДОЗУ. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Элементы на основе структур с пла­вающим затвором. Стирание информации УФ излучением и электрическим полем. Применение ПЗУ в ЭВМ . Сравнительные характеристики и перспек­тивы совершенствования ПЗУ. Флэш-память

Интерфейсы ввода-вывода

Функции интерфейса ввода-вывода. Инфор­мационная, электрическая и конструктивная совместимость. Устройство типичного интерфейса. Функциональная и управляющая части интерфейса. Внутренние регистры интерфейса ввода-вывода. Ошибки интерфейса. Кон­троль паритета. Ошибки переполнения. Интерфейс последовательной связи. Дуплексная и полудуплексная связи. Асинхронная и синхронная связь. Стан­дарты связи. Интерфейсы RS232,.USB, FireWire. Скорость передачи информации и электри­ческие параметры. Модем. Амплитудная, частотная и фазовая модуляция. Передача данных через телефонные линии связи. МП ввода-вывода. Контроллер пря­мого доступа к памяти: общая организация и структура.

Внешняя память на магнитных носителях

Магнетизм. Магнитные материалы: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики. Кривая намагниченности ферромагне­тиков. Температура Кюри. Доменная структура. Принципы записи и считы­вания информации на магнитных носителях. Типы магнитных носителей и магнитных головок. Предельная плотность записи и скорость доступа к за­писанной информации.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: