Фонд оценочных средств

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Алтайский государственный университет»

Кафедра Вычислительной техники и электроники

ФОНД

ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

по дисциплине (модулю)

Практикум по цифровой и микропроцессорной технике

(наименование дисциплины/модуля)

09.03.01 Информатика и вычислительная техника

(код и наименование направления)

базовый

(профиль/специализация)

Разработчики:

доцент кафедры вычислительной техники и электроники, к. ф.-м. н.

(должность)

____________  //

(подпись)

Барнаул 2017

Визирование ФОС для исполнения в очередном учебном году Фонд оценочных средств пересмотрен, обсужден и одобрен для исполнения в _______-_______ учебном году на заседании кафедры __________________
Внесены следующие изменения и дополнения:	Протокол от___________ №____ Зав. кафедрой ________________________ фио, должность
Визирование ФОС для исполнения в очередном учебном году Фонд оценочных средств пересмотрен, обсужден и одобрен для исполнения в _______-_______ учебном году на заседании кафедры __________________
Внесены следующие изменения и дополнения:	Протокол от___________ №____ Зав. кафедрой ________________________ фио, должность
Визирование ФОС для исполнения в очередном учебном году Фонд оценочных средств пересмотрен, обсужден и одобрен для исполнения в _______-_______ учебном году на заседании кафедры __________________
Внесены следующие изменения и дополнения:	Протокол от___________ №____ Зав. кафедрой ________________________ фио, должность
Визирование ФОС для исполнения в очередном учебном году Фонд оценочных средств пересмотрен, обсужден и одобрен для исполнения в _______-_______ учебном году на заседании кафедры __________________
Внесены следующие изменения и дополнения:	Протокол от___________ №____ Зав. кафедрой ________________________ фио, должность

Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы

Перечень формируемых компетенций:

Компетенции/контролируемые этапы	Показатели	Наименование оценочного средства
Начальный этап формирования компетенции (ий) осуществляется в период освоения учебной дисциплины и характеризуется освоением учебного материала
ОПК-4: способностью участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов	Знает: - основы алгебры логики, базовые логические элементы цировых схем; - о современном состоянии и перспективах развития цифровой и микропроцессорной техники; - об основных разновидностях и схемотехнике функциональных узлов цифровой и микропроцессорной техники. Умеет: - производить выбор элементной базы и схемных решений при разработке цифровых устройств разной степени сложности и назначения; - выполнять проектирование и разработку различных функциональных узлов цифровой и микропроцессорной техники. Владеет: - методами проектирования конкретных устройств в соответствии с техническим заданием; - навыками работы с прикладным программным обеспечением для проектирования и расчета цифровых и микропроцессорных схем.	Лабораторные работы Практические задания
Базовый этап формирования компетенции (ий) (формируется по окончании изучения дисциплины (модуля))
ОПК-4: способностью участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов	Знает: - о перспективах и путях развития цифровой и микропроцессорной техники; - об основных разновидностях и схемотехнике функциональных узлов цифровой и микропроцессорной техники. Умеет: - производить выбор элементной базы и схемных решений при разработке цифровых устройств разной степени сложности и назначения; - выполнять проектирование и разработку различных функциональных узлов цифровой и микропроцессорной техники. Владеет: - методами проектирования конкретных устройств в соответствии с техническим заданием; - навыками работы с прикладным программным обеспечением для проектирования и расчета цифровых и микропроцессорных схем.	Вопросы к зачету
Заключительный этап формирования компетенций (направлен на закрепление определенных компетенций в период прохождения практик, НИР, ГИА)

Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания

Количество таблиц с критериями оценивания зависит от количества используемых оценочных средств (типовых контрольных заданий) и определяется преподавателем самостоятельно.

Оценивание выполнения лабораторных работ

4-балльная шкала (уровень освоения)	Показатели	Критерии
Отлично (повышенный уровень)	Полнота выполнения практического задания; Своевременность выполнения задания; Последовательность и рациональность выполнения задания; Самостоятельность решения; и т. д.	Студентом лабораторная работа проведена самостоятельно. При этом составлен правильный алгоритм решения задания, в логических рассуждениях, в выборе формул и решении нет ошибок, получен верный ответ, лабораторная работа проведена рациональным способом.
Хорошо (базовый уровень)	Студентом лабораторная работа проведена с подсказкой преподавателя. При этом составлен правильный алгоритм решения задания, в логическом рассуждении и решении нет существенных ошибок; правильно сделан выбор формул для решения; есть объяснение решения, но лабораторная работа проведена нерациональным способом или допущено не более двух несущественных ошибок, получен верный ответ.
Удовлетворительно (пороговый уровень)	Студентом лабораторная работа проведена с подсказками преподавателя. При этом задание понято правильно, в логическом рассуждении нет существенных ошибок, но допущены существенные ошибки в выборе формул или в математических расчетах; лабораторная работа проведена не полностью или в общем виде.
Неудовлетвори-тельно (уровень не сформирован)	Студентом лабораторная работа не проведена.

Оценивание выполнения практических заданий

2-балльная шкала (уровень освоения)	Показатели	Критерии
Зачтено	Полнота выполнения практического задания; Своевременность выполнения задания; Последовательность и рациональность выполнения задания; Самостоятельность решения; и т. д.	Студентом задание выполнено самостоятельно. Собрана работоспособная схема. Понятен алгоритм её работы. Подготовлен отчет по выполненной работе.
Не зачтено	Студентом задание не выполнено.

Оценивание ответа на зачете

4-балльная шкала (уровень освоения)	Показатели	Критерии
Отлично (повышенный уровень)	Полнота изложения теоретического материала; Полнота и правильность решения практического задания; Правильность и/или аргументированность изложения (последовательность действий); Самостоятельность ответа; Культура речи; и т. д.	Студентом дан полный, в логической последовательности развернутый ответ на поставленный вопрос, где он продемонстрировал знания предмета в полном объеме учебной программы, достаточно глубоко осмысливает дисциплину, самостоятельно, и исчерпывающе отвечает на дополнительные вопросы, приводит собственные примеры по проблематике поставленного вопроса, решил предложенные практические задания без ошибок.
Хорошо (базовый уровень)	Студентом дан развернутый ответ на поставленный вопрос, где студент демонстрирует знания, приобретенные на лекционных и семинарских занятиях, а также полученные посредством изучения обязательных учебных материалов по курсу, дает аргументированные ответы, приводит примеры, в ответе присутствует свободное владение монологической речью, логичность и последовательность ответа. Однако допускается неточность в ответе. Решил предложенные практические задания с небольшими неточностями.
Удовлетворительно (пороговый уровень)	Студентом дан ответ, свидетельствующий в основном о знании процессов изучаемой дисциплины, отличающийся недостаточной глубиной и полнотой раскрытия темы, знанием основных вопросов теории, слабо сформированными навыками анализа явлений, процессов, недостаточным умением давать аргументированные ответы и приводить примеры, недостаточно свободным владением монологической речью, логичностью и последовательностью ответа. Допускается несколько ошибок в содержании ответа и решении практических заданий.
Неудовлетвори-тельно (уровень не сформирован)	Студентом дан ответ, который содержит ряд серьезных неточностей, обнаруживающий незнание процессов изучаемой предметной области, отличающийся неглубоким раскрытием темы, незнанием основных вопросов теории, несформированными навыками анализа явлений, процессов, неумением давать аргументированные ответы, слабым владением монологической речью, отсутствием логичности и последовательности. Выводы поверхностны. Решение практических заданий не выполнено. Т. е студент не способен ответить на вопросы даже при дополнительных наводящих вопросах преподавателя.

Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки планируемых результатов обучения по дисциплине, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы

Преподаватель самостоятельно определяет перечень типовых контрольных заданий, включает типовые контрольные задания в фонд оценочных средств, размещаемый в ЭИОС АлтГУ, ознакомляет обучающихся с ним вначале изучения учебной дисциплины.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Перечень лабораторных работ

Комбинационные логические схемы. Последовательные схемы. Методы проектирования на микросхемах средней степени интеграции. Основы функционирования и программирования МП-системы на базе МП 580ВМ80 (I8080).

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Перечень заданий

Пользуясь справочником, выберите микросхему ТТЛ (ТТЛШ)-логики, содержащую 4 элемента 2И-НЕ в одном корпусе. Подключите питание к микросхеме и осциллографом измерьте напряжение на входах и выходах каждого элемента микросхемы. Полученные значения занесите в отчет. Опытным путем проверьте логику работы элемента 2И-НЕ. Проверка производится следующим образом: один из входов элемента замкните на землю, другой – на «+5В» через резистор ~2 кОм. Измерьте напряжение на выходе элемента и занесите в отчет. Аналогично проверьте остальные элементы. Пользуясь таблицей статических параметров микросхем, определите, каким стандартным уровням ТТЛ (ТТЛШ) соответствуют измеренные напряжения и занесите в отчет. Через сопротивления 2 кОм замкните оба входа на «+5 В» питания. Не отключая от выводов питание, перемычкой замкните один из входов на землю. Экспериментально проверьте следующее утверждение: «Если хотя бы на одном из входов элемента И-НЕ есть сигнал низкого уровня, то на выходе сигнал будет иметь высокий уровень». Результаты зафиксируйте в отчете. Сконструируйте на основе элементов И-НЕ базисные элементы И, ИЛИ, НЕ. Проверьте и отразите в отчете логику их работы. Разработайте электронный замок согласно структурной схемы f =1 – замок открыт f =0 – замок закрыт Замок открывается только при двух определенных комбинациях на входе, по заданию преподавателя. На основе элементов И-НЕ соберите схему, реализующую функцию 2-2И-2ИЛИ-НЕ и составьте для нее таблицу истинности. Используя справочник, определите, какая микросхема ТТЛ (ТТЛШ) - логики реализует указанную функцию и сравните ее работу с работой вашей схемы. На основе элемента И-НЕ соберите функцию 4И-НЕ двумя способами. Составьте для нее таблицу истинности. На основе элементов И-НЕ соберите функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ и проверьте логику ее работы. На элементах И-НЕ соберите полусумматор и составьте для него таблицу истинности. Спроектируйте комбинационную схему, управляющую вызовом лифта в пятиэтажном здании. Вызов лифта осуществляется в следующем порядке: 5 эт.; 1 эт.; 4 эт.; 3 эт.; 2 эт. Вызов с 5 этажа имеет наивысший приоритет, со 2 этажа – наинизший. При одновременном нажатии кнопок должен сработать вызов с высшим приоритетом. Соберите схему на макетной плате с индикацией вызовов этажей на светодиодной линейке. Соберите полный сумматор на основе элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ и И-НЕ. Проверьте логику его работы и составьте таблицу истинности. Используя справочник, изучите микросхему АЛУ К155ИП3. На ее основе соберите суммирующее устройство, позволяющее выполнять арифметическое и логическое сложение четырехразрядных двоичных чисел (по заданию преподавателя). Соберите автоколебательный мультивибратор на элементах И-НЕ (инверторах) с одной RC-цепью. Замерьте частоту колебаний при помощи осциллографа. Увеличьте емкость C в два раза и снова измерьте частоту. Измените сопротивление R. Укажите в отчете номиналы элементов и соответствующие им значения частоты. Соберите одновибратор на элементах И-НЕ. Подайте на вход одновибратора импульсную последовательность с генератора. Измените номиналы R и C и занесите в отчет изменения длительности импульсов одновибратора. Зависит ли длительность выходных импульсов от частоты входных импульсов генератора? Для понимания работы схем рекомендуется снять осциллограммы сигналов на входах /выходах логических элементов. Чтобы зафиксировать действительное взаимное расположение эпюр напряжений, необходимо задействовать оба канала осциллографа с синхронизацией выходным сигналом генератора. Изучите логику работы и схемотехнику К155AГ3. Постройте на основе данной микросхемы одновибратор. От чего зависит длительность выходного импульса? Соберите на К155АГ3 генератор, используя два одновибратора, соединенные в кольцо. Чем определяется частота следования импульсов генератора? Сконструируйте на основе элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ преобразователь двоичного кода в код Грея. Используя справочник, собрать на логических элементах асинхронный RS-триггер в базисе И-НЕ; ИЛИ-НЕ. Продемонстрируйте работу триггеров. В отчете привести принципиальные схемы и таблицы переключений. На элементах И-НЕ соберите синхронный RS-триггер. Для проверки работы необходимо задействовать «бездребезговый» переключатель-кнопку. Используя таблицу динамических параметров микросхем ТТЛ, рассчитайте максимальную частоту переключения триггера. Изучите функционирование микросхемы D-триггера КхххТМ2. Таблица переключений должна содержать все режимы работы триггера. Нарисуйте полную временную диаграмму работы. Используя КхххТМ2, соберите Т-триггер. Выполните для него то же самое, что и для D-триггера в предыдущем пункте. На основе справочных данных рассчитайте предельную входную частоту триггера. Соберите счетчик – делитель по модулю 5. На двух микросхемах КхххИЕ10 (ИЕ18) соберите счетчик-делитель по модулю, указанному преподавателем. Ознакомьтесь с микросхемой КхххИР13, изучите все режимы ее работы. Используя К15ххИР13 и базовую логику, соберите кольцевой счетчик. Сделайте так, чтобы единица (высокий уровень) непрерывно двигалась на фоне нулей. По заданию преподавателя смените направление движения на противоположное. Соберите схему двухразрядного регистра хранения на КхххТМ2 с общим сбросом триггеров. Приведите полные таблицу переключений и временную диаграмму работы. На 4-х микросхемах КхххТВ1 сконструируйте синхронный счетчик с параллельным переносом. В отчете приведите таблицу таблицу переключений с временной диаграммой; рассчитайте максимальную частоту следования счетных импульсов. На микросхеме 4-х-входового мультиплексора реализуйте функции 3-х и 4-х переменных по заданию преподавателя. Используя микросхемы счетчика и мультиплексора, реализуйте преобразователь параллельного 16-разрядного кода в последовательный. При помощи мультиплексоров сконструируйте полный 4-х-разрядный сумматор. Представьте функциональную (структурную) и принципиальную схемы устройства. На микросхемах АЛУ сконструируйте восьмиразрядное устройство для сложения и вычитания чисел. Продемонстрируйте вычитание чисел (бомльшего по модулю из меньшего, старшие разряды равны 1) с индикацией знака разности. Правильность выполнения проверьте представлением чисел в десятичной системе счисления. Реализуйте при помощи ПЗУ функции 3-х и 4-х переменных по заданию преподавателя. Представьте принципиальную схему и карту программирования (прошивки) микросхемы ПЗУ. При помощи ПЗУ реализуйте преобразователь двоично-десятичного кода в код Грея для кода с избыточностью 3. Напишите алгоритм и программу увеличения на 5 числа, расположенного в ячейке 0A00 и записи результата в регистр D. Даны три числа: x, y, z. Напишите программу для расстановки их в порядке возрастания в памяти с адреса 900. Требуется найти наименьшее из N чисел (N <100), записанных последовательно в ячейках памяти. Напишите программу, реализующую данную задачу.

ЗАДАНИЯ К ЗАЧЕТУ

Перечень заданий /вопросов

Объясните наличие напряжения около 1,5 В на незадействованном входе логического элемента (ЛЭ) ТТЛ (ТТЛШ). Пользуясь справочником по микросхемам, поясните работу базового ЛЭ ТТЛ (ТТЛШ). Объясните назначение диодов в эмиттерных цепях входного каскада. Соедините выход ЛЭ ТТЛ с входом такого же элемента. Покажите на схеме базового ЛЭ ТТЛ полный путь (от плюса питания до минуса) протекания тока через точку соединения при: а) низком логическом уровне в точке соединения; б) высоком логическом уровне. Пользуясь таблицей статических параметров, приведите стандартные величины напряжений при высоком и низком уровне в точке соединения ЛЭ для п.2, а также величины и направления соответствующих токов. Объясните необходимость подключения входов ТТЛ (ТТЛШ) к плюсу питания через резистор и обоснуйте критерии выбора его номинала. Сколько входов микросхемы К555ЛА3 можно подключить к выходу аналогичной микросхемы серии К155? Что такое коэффициент разветвления по выходу? Используя таблицу динамических параметров микросхем ТТЛШ, определите ориентировочное значение максимальной частоты переключения для заданной микросхемы. Нарисуйте эпюры напряжений в точках схемы автогенератора и поясните по ним работу схемы. Приведите эмпирические формулы для расчета частоты генератора. Нарисуйте эпюры напряжений в точках схемы одновибратора и объясните физику работы схемы. Приведите эмпирическую формулу для расчета длительности выходного импульса. Предложите схему одновибратора с запуском положительным перепадом входного сигнала. Каковы должны быть соотношения между постоянными времени RC-цепей автогенератора и одновибратора для формирования однократного импульса? Что означает наличие постоянного уровня напряжения (низкого или высокого) на выходе одновибратора? Представьте схему умножения двухразрядных двоичных чисел (в том числе отрицательных) с индикацией знака произведения. Спроектируйте преобразователь кода по заданию преподавателя. Пользуясь схемой RS-триггера на 4-х элементах И-НЕ (ИЛИ-НЕ) и таблицей состояний, поясните суть «запрещенных» комбинаций входных сигналов. По принципиальной схеме внутренней структуры триггера КхххТМ2 объясните организацию приоритетов входов установки и сброса. Поясните сущность динамической записи, преимущества в сравнении со статической и ее реализацию на примере КхххТМ2. Почему для корректной проверки работы схем с тактовым входом необходимо задействовать «бездребезговый» переключатель-кнопку? Используя справочные данные микросхемы КхххИЕ10 (ИЕ18), спроектировать счетчик обратного счета по модулю, указанному преподавателем. Спроектируйте счетчик с реверсом (изменением направления счета) на микросхемах КхххИЕ10 (ИЕ18) по модулю, указанному преподавателем. Изобразите полную временную диаграмму работы 3-х-разрядного сдвигового регистра на двухступенчатых D-триггерах. В чем отличия в работе сдвигового регистра на двухступенчтатых триггерах по сравнению со схемой на одноступенчатых? Изобразите схемы кольцевого счетчика на сдвиговом регистре с параллельной загрузкой и с самозапуском. Какой вариант был использован в задании 6? Для двухразрядного регистра хранения (задание 8) определите максимальную тактовую частоту. Можно ли использовать этот регистр как регистр сдвига? Разработайте синхронный счетчик на триггерах и по модулю, указанному преподавателем. Приведите все этапы синтеза счетчика. На основе справочных данных рассчитайте предельную входную частоту счетчика. Приведите временную диаграмму. Выполните то же, что и в предыдущем задании, для асинхронного счетчика. Изобразите схему и рассчитайте максимальную частоту счетных импульсов для счетчика в задании 8 при использовании последовательного переноса. Сравните полученные значения частот и объясните результат. Пользуясь справочником по микросхемам, спроектировать мультиплексор с числом входов более 100 по заданию преподавателя. Выбрать и обосновать оптимальный вариант по критерию минимума корпусов микросхем. Представить функциональную схему. С помощью функциональных схем объясните, в чем отличие дешифратора от демультиплексора. Почему дешифратор можно назвать генератором классических P-термов? В каких случаях при проектировании логических функций рациональнее использовать дешифратор, чем логические элементы? Что такое емкость и организация ПЗУ? Приведите примеры из справочника. Как подсчитать емкость ПЗУ, необходимую для реализации поставленной задачи? Поясните на примере. Каким образом можно обеспечить требуемую емкость при недостаточной емкости имеющихся в наличии однотипных микросхем ПЗУ? Назовите отличия в структуре ПЗУ и ПЛМ. Для каких задач использование ПЛМ предпочтительнее ПЗУ? При помощи ПЗУ (ПЛМ) реализовать преобразователь кода по заданию преподавателя. За сколько машинных тактов выполняется каждая команда в программах ПРОГ1 и ПРОГ2 Метод. указаний? Укажите различия в способах адресации, используемых в МП 580ВМ80. Укажите способы адресации, используемые в ПРОГ2, ПРОГ3, ПРОГ4 Метод. указаний. Какой получится результат при выполнении команды XRA A, 7. Найдите способ получения аналогичного результата, используя другие команды. Нарисуйте блок-схему алгоритма указанной преподавателем программы и объясните ее работу. Что такое машинный такт, машинный и командный циклы? Перечислите типы машинных циклов МП 580ВМ80. Перечислите типы и приведите форматы команд МП 580ВМ80. Ответ проиллюстрируйте примерами из системы команд. Какие типы и форматы команд используются в программах 5.2, 5.3 Метод. указаний? Поясните назначение функциональных узлов структурной схемы МП 580ВМ80. Что такое информация (байт) состояния? Каким функциональным узлом МП генерируется, каким и как используется? Поясните последовательность выполнения произвольно выбранной команды по функциональной (структурной) схеме МП 580ВМ80. Что означает двоично-десятичная коррекции результата сложения BCD-чисел в МП 580ВМ80 (пример). Проиллюстрируйте механизм операций со стеком в МП 580ВМ80. Как работает система прерываний МП 580ВМ80? По временным диаграммам машинных циклов поясните процедуры обмена с указанием инициаторов сигналов и последовательности их выставления. Приведите структурную схему МП-системы с шинами адреса и данных на базе микропроцессорного комплекта серии 580 и поясните принцип ее работы (можно пользоваться готовым рисунком).

Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций

В данном разделе приводится методическое описание порядка проведения (процедуры) оценивания усвоенных компетенций. Все виды оценочных средств, перечисленные в сводной таблице по дисциплине (модулю), практике, должны быть подвергнуты методическому описанию процедуры их проведения. Цель такого описания – при ознакомлении с методическими материалами обучающийся должен получить полную ясность, как именно будет проходить оценивание. (прохождение тестирования, написание контрольной работы, решение задач, защита реферата/курсовой работы и т. д.)