Рабочая учебная программа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО

Кафедра «Проектирование вычислительных комплексов»

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Физические основы информатики»

Направление № 000 «Информатика и вычислительная техника»

Шифр учебного плана: 230100.03пвк

Факультет № 6

Выпускающая кафедра: Проектирование вычислительных комплексов

Форма обучения: очная

Количество часов по дисциплине: 180

Цикл дисциплин: Е

Распределение времени студента по видам учебных занятий

(часы аудиторных занятий/самостоятельная работа)

Семестр	5
По учебному плану (АР/СР)	64/116
Лекции (АР/СР)	32/58
Лабораторные работы (АР/СР)	-
Практические занятия (АР/СР)	32/58
Курсовая работа (0/СР)	-
Форма контроля	экзамен

Москва 2006 г.

1.  ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Цель преподавания дисциплины

Цель курса состоит в расширении и углублении фундаментальных физических представлений, необходимых для понимания принципов действия различных современных информационных систем.

1.1.  Задачи изучения дисциплины

Чтение данной дисциплины составляет основу теоретической подготовки инженеров и играет роль фундаментальной физико-математической базы высшего технического образования, без которой невозможна успешная деятельность инженера любого профиля.

1.2.  Перечень тем и разделов предшествующих дисциплин, освоение которых необходимо для изучения данной дисциплины

Для изучения данной дисциплины необходимо знакомство с курсами общей физики, а также «Основами физики твердого тела и полупроводников»

2.  СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1.  Наименования разделов и тем, объем в часах лекционных занятий.

5 семестр (32 часа)

№	Тема и содержание	Кол-во часов
Введение Информатика и технология. Понятие информации. Ее общие свойства. Отображение, сбор и поиск, хранение, преобразование, передача и обработка информации. Знания, как разновидность информации. Технология и "наукоемкие" производства. Технология как совокупность методов. Информационные технологии и синтез различных областей знания (психология, кибернетика, информатика, математика, вычислительная техника, электроника, микроэлектроника, физика твердых тел и полупроводников, акустика, оптика, квантовая электроника).	2
Вероятность, энтропия и информация. Основные понятия. Мера информации. Негэнтропийный принцип информации. Информация и сообщения. Дискретные сообщения (знаки, алфавит, коды). Информативность символики и сообщений. Единицы информации. Физические примеры. Сложные динамические системы. Динамический хаос. Информационное "воздействие" на поведение динамических систем. Самоорганизация и возникновение иерархических структур.	2
Роль процессов измерения в физике. Энтропия в процессе измерения. Физические носители информации (электроны, фононы, фотоны, магнитные носители). Физические каналы информации. "Естественные" каналы информации для человека. Кодирование как способ представления информации. Основные виды информационных процессов: получение, хранение, обработка, передача информации.	2
Передача информации и связь. Понятие сигнала. Полоса частот (спектральная ширина). Элементы гармонического Фурье-анализа. Радио-, видео-, электромагнитные сигналы. Линии связи (кабельно-коаксиальная, двухпроводная). Оптическая связь. Волоконная оптика. Интегральная оптика. Оптоволоконная и волноводная линии связи. Способы уплотнения информации (временной, спектральный. Преимущества оптики при реализации межсвязей. Аналоговая и цифровая формы. Дискретизация и квантование. Метод отсчетов. Теорема отсчетов Котельникова - Найквиста. Последовательная и параллельная передача информации.	2
Электронное представление и обработка информации. Физические свойства электронов. Токи и потенциалы. Электроны в вакууме и в кристалле. Термоэлектронная эмиссия. Вакуумные диоды и триоды. Полупроводниковые диоды. Транзистор. Логические элементы, триггер. ИС, БИС и СБИС. Логические ИС и схемы электронной памяти. Основные характеристики (быстродействие, энергетика переключений, степень интеграции). Технология производства ИС. Физические ограничения в технологии производства СБИС.	2
Акустический канал информации. Звук как носитель информации. Инфра-, ультра - и гиперзвук. Основные характеристики звука (высота, интенсивность). Предельные частоты. Ультразвуковая диагностика. Предельные разрешения. Особенности физиологии слуха у человека. Бинауральный эффект. Музыкальный строй (пифагорейский, равномерно темперированный). Тембр. Принципы записи и воспроизведение звука (в том числе цифровые методы). Стерео - и квадрозвук. Синтез звука. Особенности речеобразования у человека. Формантная структура. Фонемы. Синтагмы. Синтез речи. Распознавание речи.	3
Электромагнитный канал информации. Электромагнитные волны. Частотные диапазоны. Телефония, радио- телевидение. Электромагнитные сигналы в двухпроводных линиях и коаксиальных кабелях. Согласованная нагрузка. Связь (проводная, кабельная, космическая).	3
Оптический канал информации. Особенности света, как носителя информации. Волновой процесс и фотоны. Основные характеристики. Уникальные свойства зрения у человека (спектральная чувствительность, диапазон интенсивностей, разрешение). Особенности физиологии. Оптические иллюзии. Миражи. Глаз как абсолютно черное тело. Инфракрасный диапазон. Электронно-оптические преобразователи (ЭОП'ы). Термография. Стереоскопическое зрение. Понятие стереопары. Элементы "виртуальной реальности". Амплитудно-фазовые транспаранты. Линза как фазовый транспарант. Линза как элемент, осуществляющий преобразование Фурье. Фурье-плоскость. Возможность формирования изображения. Принципы пространственной фильтрации спектра. Аналоговая обработка оптических изображений. Голографическая запись и восстановление изображения. Способы создания голограмм. Восстановление в отраженном некогерентном свете. Цветопередача при восстановлении изображений. Динамическая голография.	4
Магнитные носители информации. Винчестеры, стриммеры. Принципы аналоговой и цифровой магнитной записи.	2
Элементная база оптических средств связи и обработки информации. Пространственно-временные модуляторы света (ПВМС) или управляемые транспаранты. Жидкокристаллические (ЖК) транспаранты с независимой электрической адресацией, SEED'ы	3
Методы обработки информации. Аналоговая обработка радиосигналов. Временной корреляционный анализ. Элементы акустооптики. Аналоговые и цифровые акустооптические процессоры. Оптические методы обработки изображений. Самосогласованная фильтрация. Цифровое представление в акустооптике и оптике.	3
Методы записи оптической информации и архивная память. Видеомагнитный способ записи. Лазерные аудио- видео - компакт-диски. Магнитооптические диски и возможности перезаписи информации. Методы восстановления информации. Ксероксы. Лазерные принтеры. Струйные и термографические принтеры.	2
Искусственный интеллект. Основные понятия. Задачи распознавания образов, понимания языка, планирования действий, выявления закономерностей. Имитация деятельности мозга. Интеллектуальные информационные системы. Системы для "аналитических вычислений". Оптические нейронные сети. Распределенные среды. Нейрокомпьютеры. Обучающиеся системы. Модель Хопфилда. Правило Хебба. Ассоциативная память. Заключение. Перспективы развития информационных технологий.	2

2.2.  Практические занятия, их содержание и объем в часах

5 семестр (32 часа)

№	Тема и содержание	Кол-во часов
Энтропия и термодинамическая вероятность. Распределения молекул идеального газа в трехмерном пространстве и в пространстве скоростей. Наиболее вероятная функция распределения молекул по скоростям.	2
Энтропия и информация. Дискретные сообщения (знаки, алфавит, коды). Информативность символики и сообщений. Формула Шеннона.	2
Понятие сигнала. Полоса частот (спектральная ширина). Элементы гармонического Фурье-анализа.	2
Метод отсчетов. Теорема отсчетов Котельникова-Найквиста. Цифровое представление различных сигналов.	3
Электронное представление и обработка информации. Устройства обработки и представления двоичной информации. Логические элементы. Триггеры.	3
Акустический канал информации. Интенсивность звука. Динамический диапазон. Колебания струны. Основы равномерно-темперированного музыкального строя.	2
Электромагнитный канал информации. Уравнения телеграфистов. Волновое сопротивление. Согласованная нагрузка.	3
Физические свойства света в качестве носителя информации. Дифракция света. Роль дифракции в информационных системах.	3
Фурье-преобразующие свойства линз.	3
Элементы «виртуальной реальности».	3
Оптические средства обработки и передачи информации. Инжекционные лазеры с «вертикальным» выводом излучения.	3
Цифровое представление в оптике. Носители информации с лазерной записью и считыванием. Лазерные принтеры, ксероксы, CD-ROM’ы, магнитооптические диски. Дифракционные ограничения.	3

3.  САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

5 семестр

3.1.  Проработка конспекта лекций и изучение дополнительной литературы по основным темам лекций (58 часов).

3.2.  Подготовка к практическим занятиям (58 часов)

4.  УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

4.1.  Основная литература

1.  . "Курс общей физики". М.: Наука. 2003.

2.  . «Динамика и информация». 2-ое изд, М.: Наука, 1999.

3.  . «Основы микроэлектроники». 2-ое изд, М.: Лаб. Базовых знаний, 2003.

4.2 Дополнительная литература

1.  . Конспект лекций по курсу «Физические основы информатики», МГАТУ, каф. ПВК, 2005.

2.  . “Энтропия и информация”. М.: Наука, 1986.

3.  . "Физика музыкальных звуков". М.: Легкая индустрия, 1976.

4.  . «Математика и искусство». М.: Просвещение, 2000.

5.  Я. Синклер. "Введение в цифровую звукотехнику". М.: Энергоатомиздат, 1990.

6.  , , . “Запоминающие устройства на оптических дисках”. М.: Радио и Связь, 1991.

2.1.  Перечень методических указаний по проведению конкретных видов учебных занятий

1.  . Сборник вопросов и задач по курсу «Физические основы информатики» (Часть 1). М.: МГАТУ, ИВВС РАН, 1995.

2.  . Сборник вопросов и задач по курсу «Физические основы информатики» (Часть 2, «Оптика и информатика»). М.: МГАТУ, ИВВС РАН, 1997.