Физические основы элементной базы современных ЭВМ - korshu.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Физические основы элементной базы современных ЭВМ - страница №1/1


ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ
Факультет ВМК, 3-й курс, 5-й семестр

Лекции 3 часа в неделю; семинары 1 час в неделю, зачет (экзамен в гр.318)


Лекция 1. Введение в курс

Поколения ЭВМ и их элементная база. Роль полупроводниковых (ПП) материалов в создании элементной базы современных ЭВМ. Преимущества СБИС перед дискретными компонентами. Технологическая база СБИС. Закон Мура. Степень интеграции элементов. Проблема воспроизводимости параметров элементов СБИС. Минимальный топологический размер. Основные направления развития цифровых СБИС: кремниевые МОП структуры, кремниевые биполярные структуры, арсенид - галлиевые металл - полупроводниковые структуры. Перспективы развития микроэлектроники.



Лекция 2. Основы теории электропроводимости металлов и полупроводников

Спектр электронных состояний в атомах, молекулах и кристаллах. Разрешенные и запрещенные уровни энергии. Энергетические зоны и уровень Ферми. Принципы разделения веществ на проводники (металлы), полупроводники и изоляторы (диэлектрики). Модель электронного газа. Оценка числа уровней в единице объема проводника и полупроводника. Собственная и примесная проводимость полупроводников.



Лекция 3. Элементы физики полупроводников. Полупроводниковые диоды

Движение свободных носителей заряда в полупроводниках - диффузия и дрейф. Уравнение непрерывности. Электронно-дырочные переходы и их характеристики. Барьерная и диффузионная емкости. ПП диоды. Контакт металл - полупроводник. Диоды Шоттки. Быстродействие ПП диодов.



Лекция 4. Биполярные и полевые транзисторы

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



Лекция 5. Элементная база современных ЭВМ, системный блок

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.



Лекция 6. Системный блок ЭВМ

Обобщенная структура системного блока: микропроцессор (МП), память, шина. Архитектура и внутренняя магистраль МП. Основные характеристики МП: технология изготовления, напряжение питания, объем адресуемой памяти, разрядность шины данных, тактовая частота, количество и разрядность регистров. Цикл МП и его фазы. Взаимодействие МП и 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 конфигурации. Специализированные МП. Состояние и перспективы развития МП техники.



Лекция 7. Полупроводниковые запоминающие устройства

Триггер 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 ПП запоминающих устройств. Динамическое оперативное запоминающее устройство (ДОЗУ). Структура запоминающего элемента. Принцип действия и основные параметры. Характеристики и принципы работы СБИС памяти динамического типа. 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). Масочные ПЗУ (МПЗУ). ПЗУ, программируемые пользователем (ППЗУ). Стираемые перепрограммируемые ПЗУ (СППЗУ). Элементы на основе структур с плавающим затвором. Стирание информации УФ излучением и электрическим полем. Применение ПЗУ в ЭВМ. Сравнительные характеристики и перспективы совершенствования ПЗУ. Flash-память.



Лекция 8. 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 и USB2. Скорость передачи информации и электрические параметры. Модем. Амплитудная и частотная модуляция. Передача данных через телефонные линии связи. МП ввода-вывода. Контроллер прямого доступа к памяти: общая организация и структура.



Лекция 9. Внешняя память в ЭВМ

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. Использование оптических явлений для повышения плотности записи информации на магнитных носителях. Магнитооптика. Оптическая память. Предельная плотность записи информации в оптике. CD и DVD диски. Трехмерная (3D) оптическая память и голография: фоторефрактивные и фотохромные материалы. Молекулярная память.



Лекция 10. Отображение информации в ЭВМ

Принципы отображения визуальной информации. Алфавитно-цифровые и графические (аналоговые) мониторы. Электронно-лучевая трубка. Физические процессы в ЭЛТ: термоэлектронная эмиссия, люминесценция. Формирование изображения в ЭЛТ, строчная и кадровая развертки. Структура и параметры видеосигнала. Отображение информации о цвете. Плоские мониторы - жидкокристаллические (LCD) дисплеи, плазменные (газоразрядные PDP) мониторы, дисплеи с автоэлектронной эмиссией (FED) и углеродные наноструктуры, дисплеи на органических светодиодах (OLED) и электронная бумага. Стереоскопическое отображение информации и 3D дисплеи.



Лекция 11. Связь ЭВМ с внешней средой

Ввод и вывод цифровой и аналоговой информации. Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП). Погрешности ЦАП. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Погрешности АЦП. Понятие о цифровом методе хранения и передачи аналоговой информации. Ввод оптического изображения в ЭВМ, приборы с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС-камера (CCD). Принципы отображения информации на твердом носителе - принтеры и плоттеры. Алфавитно-цифровые и графические принтеры. Матричные, струйные, лазерные и светодиодные принтеры. Цветная печать.



Лекция 12. Линии связи между ЭВМ

Методы кодирования информации: амплитудная, фазовая и частотная модуляция. Виды распределенных линий для разных диапазонов частот. Двухпроводная (многопроводная) линия, и радиоканал. Телеграфное уравнение. Скорость распространения сигналов в линии. Волновое сопротивление. Согласование линии с нагрузкой. Коаксиальный кабель и витая пара. Оптические волокна и волоконно-оптические кабели. Распространение света по оптическим волокнам. Оптические моды, дисперсия мод, критическая длина волны. Градиентные волокна, волокна со ступенчатым профилем показателя преломления. Оптические передатчики и приемники: свето- и фотодиоды, полупроводниковые лазеры Предельная скорость передачи информации. Оптические солитоны.



Лекция 13. Перспективы ЭВМ. Квантовые компьютеры

Новые материалы: «напряженный» кремний, супер-диэлектрики, GaAs, InP, углеродные нанотрубки и наноструктуры, молекулярные кристаллы. Реализация устойчивых одно- и многоэлектронных состояний в различных системах. Когерентность состояний. Предельные размеры, быстродействие и энергозатраты. Вычисления в классической и квантовой физике. Биты и кубиты. Квантовые алгоритмы. Области применения. Как построить квантовый компьютер: ионные ловушки, ЯМР, поверхностные наноструктуры. Разрушение когерентности как источник ошибок при квантовых вычислениях и их коррекция. Перспективы реализации квантовых компьютеров.


Рекомендуемая литература

  • Б.В. Султанов и др. Теория информации (http://beda.stup.ac.ru/psf/ziss/UMM/TI/1/Index.html)

  • Кип Кросби, Каким будет компьютер 2010 года? (http://www.futura.ru/index.php3?idart=124)

  • Тайны «Закона Мура» (http://www.cnews.ru/newcom/index.shtml?2003/07/14/146261)

  • Сорокалетие закона Мура и интервью с его автором (http://www.ferra.ru/online/market/25856/)

  • Л.Н. Капцов, “Физика элементов ЭВМ”, Учебное пособие, Изд. Моск. Университета, 1983.

  • М.Х. Джонс. Электроника - практический курс. М., Постмаркет, 1999 (Библиотека современной электроники).

  • И.М. Викулин, В.И. Стафеев, "Физика полупроводниковых приборов", М.: Радио и связь, 1990.

  • Полупроводниковые светоизлучающие структуры (http://ofap.ulstu.ru/res/puevm/PAGE12.HTM)

  • Ю-Чжен Лю, Г. Гибсон, "Микропроцессоры семейства 8086/8088", М.: Радио и связь, 1987.

  • Статьи, обзоры и описания по цифровому видео, мониторам, интерфейсам, модулям памяти и др. (http://www.spline.ru/information/reviews/)

  • О.Н. Лебедев, "Микросхемы памяти и их применение", М.: Радио и связь, 1990.

  • Многообразие типов видеопамяти (http://www.ixbt.com/video/newvideomem.html)

  • Периферийные устройства. Динамика развития (http://www.altai.fio.ru/projects/group2/potok32/site/index.htm)

  • Учебное пособие «Изучаем компьютер и программы» (http://med.pfu.edu.ru/_new/russian/win/departments/med_inf/Uchebnik_HTML/informat_index.html)

  • А.М. Тишин, «Память современных компьютеров» (http://www.ndfeb.ru/pdf/mag_memory.pdf)

  • Точка Кюри (http://www.ixbt.com/storage/curiepoint.html)

  • Магнитные носители: бесконечное хранение информации (http://www.ixbt.com/storage/storage-tech.shtml)

  • Накопители на магнитной ленте (http://www.storage.ru/tape.shtml)

  • Hitachi готовит винчестеры с рекордной плотностью записи данных (http://www.moscow2000.com/news/view2.asp?Id=12574&IdType=4)

  • Технологии защиты от ударов и тряски в новейших жестких дисках (http://www.ixbt.com/storage/hdd-shockprotect.html)

  • Диски форм-фактора 2.5" (http://www.ixbt.com/cm/seagate-10-03-04.shtml)

  • OAW - технология будущего? (http://www.ixbt.com/storage/oaw_tech.html)

  • Вячеслав Овсянников, Технологии Zip: «за» и «против» (http://www.rusdoc.ru/material/hardware/zip.shtml)

  • Flash против всего мира (http://www.ixbt.com/storage/flash-alt.shtml)

  • Обзор flash-памяти на технологии Intel StrataFlash (http://www.ixbt.com/storage/flash-theory-p1.shtml)

  • Два направления создания памяти будущего (голографическая и молекулярная память, http://www.ixbt.com/mainboard/halo-molec-mem.shtml)

  • Механическая память потеснит электронную (http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2005/06/27/180850)

  • Оптические и магнитооптические диски (http://ofap.ulstu.ru/res/puevm/PAGE3.HTM)

  • DVD: диски, проигрыватели, рекордеры (http://www.ixbt.com/storage/dvdinfo.html)

  • Справочник DVD (http://www.storage.ru/dvdhistory.shtml)

  • "Трехмерный" диск (http://www.ixbt.com/storage/fmd-tech.html)

  • Мониторы (http://www.ixbt.com/video/monitor_guide.html)

  • ЭЛТ-, ЖК- и перспективные виды мониторов: назначение, характеристики, требования, стандарты (http://www.monitors.narod.ru/)

  • Перспективные технологии дисплеев (PDP-, FED- и LEP-дисплеи, альтернативные технологии, http://www.ferra.ru/online/video/4974/)

  • Обзор технологий дисплеев на жидких кристаллах (http://www.itc.ua/article.phtml?ID=1457)

  • Жидкокристаллические дисплеи. История, принципы работы, преимущества и недостатки (http://www.ferra.ru/online/video/4934/)

  • Дисплеи на электронных чернилах: обзор и перспективы технологии (http://www.ferra.ru/online/video/17807/)

  • Эра умной бумаги: технологии «э-бумажных» дисплеев (http://www.ferra.ru/online/video/25266/)

  • И все-таки он светится! (LEP дисплей, http://www.ixbt.com/video/lep.html)

  • Технология LDT (http://www.ixbt.com/multimedia/ldt.shtml)

  • Реванш вакуумных дисплеев намечен на эту осень (http://www.cnews.ru/newtop/index.shtml?2004/09/07/163192)

  • Краткий обзор технологий формирования 3D-изображения (http://www.ferra.ru/online/video/18200/)

  • Сергей Митилино, Трехмерные дисплеи: обзор технологий (http://www.digitalware.ru/static/dwmonitors/DWRrev011020.asp)

  • Cовременные способы компьютерной печати (http://www.ixbt.com/peripheral/laser-prn.html)

  • Алексей Тутубалин, Вопрос века: цифра против химии (http://www.scaner.ru/digitalphoto/digitagainstkem.htm)

  • В.П. Майоров и др. "Рассуждения о телевизионных камерах" (http://www.videoscan.ru/frame.php?Path=/rus/magazin/n___2/___1.htm)

  • "Приборы с зарядовой связью: прецизионный взгляд на мир" (http://www.scaner.ru/scanning/overview.htm)

  • Сергей Блохнин, Цифровые видеокамеры: война мегапикселов со здравым смыслом (http://www.ferra.ru/online/video/25291/)

  • Евгений Музыченко, FAQ по цифровому представлению звуковых сигналов (http://www.ixbt.com/multimedia/digaudiofaq.html)

  • Оптическая обработка информации (http://ofap.ulstu.ru/res/puevm/PAGE14.HTM)

  • Цифровая обработка сигналов (обучающий комплект, http://www.dsp.sut.ru/rus/training/book/index.htm)

  • Модемы и факс-модемы (http://ofap.ulstu.ru/res/puevm/PAGE6.HTM)

  • Книжка о вкусной и здоровой сети (http://nivki.narod.ru/netdoc.htm)

  • С.В. Кунегин, Линии связи на основе волоконно-оптических кабелей (http://www.aboutphone.info/js/kunegin/vols/index.html)

  • А.Б. Семенов и др., “Структурированные кабельные системы”, 2-е издание (http://www.networkdoc.ru/files/insop/helpdoc/print.html?outline_cable_systems.html)

  • Волоконно-оптические соединители (http://www.ruscable.ru/doc/analytic/statya-030.html)

  • VIA объявляет о выпуске процессора VIA C7 (http://xpsite.net/index.php?subaction=showfull&id=1117439448&archive=&start_from=&ucat=7&go=208)

  • Intel, 65 нанометров - предстартовый отсчет пошел... (http://www.ferra.ru/online/system/25608/)

  • Вероятностный подход к проблеме синхронизации быстродействующих чипов (http://www.ixbt.com/editorial/2k2-statistic.shtml)

  • Нанотрубки: игры атомами (http://price.od.ua/articles.phtml?id=103)

  • Молекулярные компьютеры, Биокомпьютеры, Оптические компьютеры, Квантовые компьютеры, Что дальше? (http://www.1840.ru/news/?show=news&id=44)

  • Эля Рыбак «Генетические и клеточные биокомпьютеры» (обзор, http://www.pcweek.ru/Year2003/N19/CP1251/Strategy/chapt2.htm)

  • И.Г. Неизвестный Квантовый компьютер и его полупроводниковая элементарная база (http://psj.nsu.ru/lector/neizvestniy/)

  • Виталий Солонин, Квантовый компьютер: туманные перспективы или реальность? (http://www.cnews.ru/newcom/index.shtml?2003/06/25/145626)

  • "Компьютерра" on line (www.computerra.ru/)

  • "PC Magazine" on line (http://www.pcmag.ru/)

  • "PC Week" on line (http://www.pcweek.ru/Default.asp)

  • Новости Hardware (http://www.3dnews.ru/news/)

  • Статьи, новости, справочный материал и т.д. (http://www.ixbt.com/)

  • Издательство "Открытые системы": статьи, новости, обзоры и т.д. (www.osp.ru/)

  • Обзоры, статьи, новости, результаты тестов и т.д. (http://www.zdnet.ru/)

  • "Энциклопедия персонального компьютера", "Кирилл и Мефодий" (http://mega.km.ru/Pc/)

  • Техническая энциклопедия (http://www.techweb.com/encyclopedia/)

  • Гипертекстовый энциклопедический словарь по информатике (http://194.226.30.40/scripts/info/index.pl?p=2)

  • Александр Ляхов, "Англо-русский словарь основных терминов и сокращений по телекоммуникациям" (http://www.perfekt.ru/dict/tel-com.html)


Программу составили:

Доцент В.Б. Морозов

доцент В.С. Соломатин

проф. В.В. Шувалов


Примечание:

Программа курса может быть выслана по электронной почте в формате MS WinWord при поступлении запроса по электронному адресу vsh@vsh.phys.msu.su