«Организация и технология защиты информации» специализации «Организация защиты информации» (стр. 1 )

Факультет
«Информационных систем и инновационных технологий в управлении»

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

____________

« ___ » ____________ 2013 г.

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

учебной дисциплины «Основы компьютерной электроники»

специальности 090103.65

«Организация и технология защиты информации»

специализации «Организация защиты информации»

Составители: Желнов И. И., к. в.н., заведующий кафедры
«Информационной безопасности»
, д. в.н., профессор кафедры
«Информационной безопасности»

Утверждено на заседании Учебно-методической комиссии факультета Протокол №____ « ___ » ________________ 201__ года Председатель УМК __________________

Утверждено на заседании кафедры Протокол №____ « ___ »_________________201__ года Зав. Кафедрой __________________

Москва 2013

СОГЛАСОВАНО Выпускающая кафедра «Информационной безопасности» Зав. кафедрой ________  « ___ » _____________ 2013 г.

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ______________ « ___ » _____________ 2013 г.

Кафедра «Информационной безопасности»

Автор: Желнов И. И. к. в.н., заведующий кафедры
«Информационной безопасности»
д. т.н., профессор, профессор кафедры
«Информационной безопасности»

Рабочая учебная программа по дисциплине

«Основы компьютерной электроники»

Специальность 090103.65 «Организация и технология защиты информации»

Специализация «Организация защиты информации»

Москва 2013

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, утвержденного Министерством образования РФ.

Рабочая программа рассмотрена и утверждена
на заседании кафедры информационной безопасности

От « ___ » ____________ 20__ г.

Протокол № _______

Зав. кафедрой
к. в.н.

Рабочая программа одобрена Ученым Советом
Института государственного управления, права
и инновационных технологий

От « ___ » _____________ 20__г.

Протокол № ________

Программу разработал: к. в.н.,
заведующий кафедрой «Информационной безопасности»
д. т.н., профессор, профессор кафедры
«Информационной безопасности»

Согласовано

Начальник
информационно-аналитического отдела

Цели и задачи освоения дисциплины

Цель учебной дисциплины –

Сформировать представление о современной компьютерной электронике. В результате изучения дисциплины студенты должны овладеть знаниями в области естественнонаучных основ компьютерной электроники, ее элементной базы, конструкции и технологии, необходимыми для грамотной работы на персональных компьютерах.

Предметом дисциплины является изложение основ компьютерной электроники, принципов организации базовых элементов интегральных схем цифровой и аналоговой схемотехники, функциональных элементов и узлов цифровой электроники.

Задачи учебной дисциплины:

– изучение принципов действия, конструкции и технологии полупроводниковых приборов в качестве элементов компьютеров;

– изучение математических моделей полупроводниковых приборов, как элементов интегральных схем (ИС);

– изучение базовых элементов интегральных схем цифровой и аналоговой схемотехники;

– изучение функциональных элементов и узлов цифровой электроники;

– изучение особенностей электроники больших ЭВМ и персональных компьютеров.

Место дисциплины в профессиональной
подготовке выпускника

Наряду с дисциплинами базовой части учебных дисциплин общего профессионального цикла, дисциплина «Основы компьютерной электроники» выступает одним из важных и неотъемлемых элементов в формировании общей профессиональной составляющей в системе подготовки специалистов по защите информации. В условиях стремительного развития полупроводниковой электроники, быстрой смены поколений интегральных схем, микропроцессоров и платформ средств вычислительной техники наука и техника компьютерной электроники перестала быть уделом только разработчиков ИС и компьютерной техники и необходима всем специалистам в области информационных систем и инновационных технологий.

Данная дисциплина преподается как вариативная часть в числе дисциплин по выбору студента в цикле общих профессиональных дисциплин.

Требования к уровню освоения
содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины «Криптографическая защита информации студенты должны:

а) знать:

– принципы действия, конструкции и технология полупроводниковых приборов в качестве элементов ИС;

– математические модели полупроводниковых приборов, как элементов интегральных схем (ИС);

– базовые элементы интегральных схем цифровой и аналоговой схемотехники;

– функциональные элементы и узлы цифровой электроники.

б) уметь:

– применять полученные знания при работе на современных компьютерах;

– строить и изучать математические модели базовых элементов ИС;

– решать основные задачи по функционированию логических (цифровых) интегральных микросхем.

в) иметь представление:

– о роли математики, ее месте в компьютерной электронике;

– о роли естественных наук, их месте в компьютерной электроники;

– о методах анализа и моделирования компонентов компьютерной электроники;

– об технологии ИС, автоматизированном проектировании и производстве ИС;

– об электронике больших ЭВМ и персональных компьютеров.

г) иметь навыки:

– применения отечественной терминологии в области компьютерной электроники для выражения количественных и качественных требований к компьютерам;

– использования математического аппарата в проведении исследований;

– пользования справочной информацией по элементам и функциональным узлам компьютерной электроники.

Объем дисциплины
и виды учебной работы

Вид учебной работы	Количество часов по формам обучения
Очная	Заочная
№№ семестров	4	4
Аудиторные занятия	40	10
Лекции	30	4
Практические и семинарские занятия	10	6
Самостоятельная работа	60	90
ВСЕГО ЧАСОВ НА ДИСЦИПЛИНУ	100	100
Текущий контроль (вид текущего контроля и кол-во, №№ семестров)	Тестирование 1 раз, реферат	Тестирование 1 раз, реферат
Виды промежуточного контроля (экзамен, зачет, №№ семестров)	Зачет (4 сем.)	Зачет (4 сем.)

Содержание дисциплины

Тема 1. Введение. Предмет компьютерной электроники

Введение к курсу лекций. Обзор курса. История развития компьютерной электроники. Естественнонаучные основы компьютерной электроники. Цифровые системы и представление информации. Теоретические основы компьютерной электроники. Основные понятия алгебры логики (булевой алгебры). Концепция, базовые логические функции, основные соотношения алгебры логики.

Физические и технологические основы микроэлектроники и наноэлектроники.

Классификация и обзор интегральных схем. Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов. Краткий исторический обзор.

Тема 2. Полупроводники, полупроводниковые приборы
и элементы ИС

Введение. Классификация полупроводников, их основные свойства и характеристики. Структура полупроводников. Носители заряда. Энергетические уровни и зоны, распределение носителей заряда в зонах проводимости. Законы движения и сохранения носителей заряда в полупроводниках.

Классификация полупроводниковых приборов. Полупроводниковые переходы и контакты. Электронно-дырочные переходы. Контакты полупроводник-металл. Выпрямление на р-n переходе.

Физические принципы работы биполярных и полевых транзисторов. Основные свойства, характеристики и параметры. Эквивалентные схемы, модели и параметры.

Биполярные транзисторы n-р-n и р-n-р типов. Интегральные диоды. Схемы включения транзисторов с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Коэффициент передачи тока эмиттера и тока базы транзистора. Входные, передаточные и выходные характеристики биполярных транзисторов, включенных по схемам с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

Транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник (МОП). Полевые транзисторы с управляющим переходом и барьером Шоттки. Диоды интегральных схем, их конструкции и основы технологии. Эквивалентные схемы и модели диодов ИС. Основные характеристики и параметры. Биполярные транзисторы интегральных схем, их конструкции и основы технологии. Эквивалентные схемы и модели транзисторов ИС. Методы изоляции транзисторов в ИС. Полупроводниковые резисторы и конденсаторы.

Тема 3. Базовые элементы интегральных схем цифровой
и аналоговой схемотехники

Основы аналоговой и цифровой схемотехники. Статический и динамический режим биполярного ключа (инвертора). Ключ с барьером Шоттки. Переключатель тока.

Статический режим простейшего усилителя. Переходные процессы в простейшем усилителе. Простейшие усилители на МДП-транзисторах. Дифференциальные усилители. Операционные усилители. Выходные каскады. Стабилизаторы напряжения и тока.

Логические элементы на биполярных транзисторах НЕ. ИЛИ-НЕ, И-НЕ и их анализ. Базовые логические элементы РТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ЭСЛ, ИИЛ.

Транзисторные ключи МОП ИС. Логические элементы на МОП-транзисторах НЕ. ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Базовые КМОП логические элементы. Логические элементы на совмещенных биполярных и МОП-транзисторах (БиКМОП). Параметры логических элементов.

Тема 4. Функциональные элементы и узлы
цифровой электроники

Логические функции и базовые логические элементы. Комбинационные цифровые устройства. Дешифраторы и преобразователи кодов. Мультиплексоры и демультиплексоры. Арифметические устройства. Арифметико-логические устройства. Последовательностные цифровые устройства. Интегральные триггеры. Счетчики импульсов. Регистры. Полупроводниковые запоминающие устройства.

Цифро-аналоговые преобразователи и аналого-цифровые преобразователи. Основные характеристики ЦАП и АЦП.

Генераторы электрических колебаний и импульсные генераторы на базе операционных усилителей и базовых логических элементов.

Тема 5. Электроника ЭВМ

Элементы цифровой вычислительной техники. Большие и сверхбольшие интегральные схемы. Цифровые микропроцессоры и однокристальные микро-ЭВМ. Вопросы конструирования и технологии ИС. Основные представления о автоматизированном проектировании и производстве ИС.

Электроника больших ЭВМ и персональных компьютеров.

Элементы функциональной микроэлектроники. Проектная норма. Закон Мура. Масштабирование ИС. Представления о наноэлектронике.

Источники электропитания ЭВМ. Представление об аппаратах бесперебойного питания.

Тенденции развития полупроводниковой компьютерной электроники. Заключение.

Распределение часов
по темам и видам учебной работы

Очная форма обучения

Названия разделов и тем	Всего часов по учеб-ному плану	Виды учебных занятий	СРС
Ауд. занятия, в том числе
Лек-ции	Прак. сем. занятия

1	2	3	4	5
Тема 1. Введение. Предмет компьютерной электроники	12	2	2	8
Тема 2. Полупроводники, полупроводниковые приборы и элементы ИС	16	4	2	10
Тема 3. Базовые элементы интегральных схем цифровой и аналоговой схемотехники	24	8	2	14
Тема 4. Функциональные элементы и узлы цифровой электроники	24	8	2	14
Тема 5. Электроника ЭВМ	24	8	2	14
Всего:	100	30	10	60

Заочная форма обучения

Названия разделов и тем	Всего часов по учеб-ному плану	Виды учебных занятий	СРС
Ауд. занятия, в том числе
Лек-ции	Прак. сем. занятия

1	2	3	4	5
Тема 1. Введение. Предмет компьютерной электроники	19,5	0,5	1	18
Тема 2. Полупроводники, полупроводниковые приборы и элементы ИС	19,5	0,5	1	18
Тема 3. Базовые элементы интегральных схем цифровой и аналоговой схемотехники	20	1	1	18
Тема 4. Функциональные элементы и узлы цифровой электроники	20	1	1	18
Тема 5. Электроника ЭВМ	21	1	2	18
Всего:	100	4	6	90

Содержание лекций
и конторольные вопросы

1.  Тема 1. Введение. Предмет компьютерной электроники

Введение к курсу лекций. Обзор курса. История развития компьютерной электроники. Естественнонаучные основы компьютерной электроники. Цифровые системы и представление информации. Теоретические основы компьютерной электроники. Основные понятия алгебры логики (булевой алгебры). Концепция, базовые логические функции, основные соотношения алгебры логики.

Физические и технологические основы микроэлектроники и наноэлектроники.

Классификация и обзор интегральных схем. Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов. Краткий исторический обзор.

Контрольные вопросы:

1. Опишите коротко историю развития компьютерной электроники.

2. Характеризуйте поколения вычислительной техники.

3. Каковы естественнонаучные основы компьютерной электроники?

4. Что такое – цифровая система?

5. Как представляется информации в цифровых системах?

6. Каковы основные понятия алгебры логики (булевой алгебры)?

7. Технологические основы микроэлектроники и наноэлектроники?

8. Что такое микроэлектроника?

9. Что такое наноэлектроника?

10. Что такое интегральная схема?

11.Классификация и обзор интегральных схем.

12. Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов.

13. Дайте краткий исторический обзор ИС.

14. В чем состоят основные преимущества приборов, выполненных на ИС, по сравнению с приборами, выполненными на дискретных схемах?

15. Поясните смысл понятия «микроэлектроника».

16. Дайте классификацию ИС.

17. Какие сложности возникают при применении полупроводниковых ИС?

18. Что такое совмещенная ИС?

19. Как характеризуется функциональная сложность ИС?

20. Как характеризуют уровень технологии изготовления ИС?

21. Дайте определение понятия «биполярная ИС».

22. Дайте определение МОП ИС.

23. Что такое гибридная ИС?

24. Каким образом в ИС достигается высокая надежность?

25. Каковы особенности схемотехнических решений в микроэлектронике?

26. Что называют функциональной сложностью ИС?

27. Перечислите три главных аспекта развития микроэлектроники и покажите связь между ними.

28. В чем сущность группового метода производства?

29. Что достигается увеличением размера кристалла и пластины?

30. В чем заключаются недостатки планарной технологии?

2.  Тема 2. Полупроводники, полупроводниковые приборы
и элементы ИС

Введение. Классификация полупроводников, их основные свойства и характеристики. Структура полупроводников. Носители заряда. Энергетические уровни и зоны, распределение носителей заряда в зонах проводимости. Законы движения и сохранения носителей заряда в полупроводниках.

Классификация полупроводниковых приборов. Полупроводниковые переходы и контакты. Электронно-дырочные переходы. Контакты полупроводник-металл. Выпрямление на р-n переходе.

Физические принципы работы биполярных и полевых транзисторов. Основные свойства, характеристики и параметры. Эквивалентные схемы, модели и параметры.

Биполярные транзисторы n-р-n и р-n-р типов. Интегральные диоды. Схемы включения транзисторов с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Коэффициент передачи тока эмиттера и тока базы транзистора. Входные, передаточные и выходные характеристики биполярных транзисторов, включенных по схемам с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.