Физические основы ЭВМ

Содержание

1. 1. Введение в курс. Закон развития Мура. Планарная технология Большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС. Полупроводниковые материалы для элементной базы вычислительной техники.
2. 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.

3.Диоды. Кинетика носителей заряда в металлах и полупроводниках . Вольт-амперная характеристика и дифференциальное сопротивление p-n –переходов. Типы и характеристики полупроводниковых диодов.  Контакт металл- полупроводник. Диоды Шоттки.

4.Транзисторы. Взаимодействие двух близкорасполо­женных электронно-дырочных переходов. Биполярные транзисторы. Схемы включения. Ключевой режим работы и быстродействие биполярных транзи­сторов.

5.Физическая реализация представления и обработки информации в ЭВМ. Аналоговая и циф­ровая обработка информации.  Физическое  представление информации в  ЭВМ . Основные харак­теристики логических элементов. Семейства логических схем и их совместимость.

6. Системный блок. Мультипроцес­сорные и многоядерные конфигурации. Специализированные МП. 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. 7.Запоминающие устройства. Триггер и конденсатор, как элемент памя­ти. Ячейка памяти и ее адрес. Статическое оперативное запоминающее уст­ройство (СОЗУ). Динамическое опера­тивное запоминающее устройство (ДОЗУ). Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Флэш-память

8.Интерфейсы ввода-вывода. Функции интерфейса ввода-вывода. Инфор­мационная, электрическая и конструктивная совместимость. Устройство типичного интерфейса. Стан­дарты связи. Модем

9.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. Предельная плотность записи и скорость доступа к за­писанной информации.

10.Внешняя память с использованием оптики. Использование оптических явлений для повышения плотности записи информации на магнитных носителях. Магнитооптика. CD и DVD диски.

11.Устройства ввода-вывода информации. Принципы отображения визуальной информации. Алфавитно-цифровые и графические (аналоговые) мониторы. Электронно-лучевая трубка.   Плоские мониторы - жидкокристаллические (LCD) дис­плеи, плазменные (газоразрядные PDP) мониторы, дисплеи с излучающим полем (FED).

12.Физические и технические характеристики линий связи между ЭВМ. Ввод и вывод цифровой и аналоговой ин­формации. Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП). Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Понятие о цифровом методе хранения и передачи аналоговой информации. Предельная скорость передачи инфор­мации.

 13.Возможности развития ЭВМ. Предельные размеры, быстродействие и энергозатраты. Вычисления в классической и квантовой физике. Биты и кубиты. Квантовые алгоритмы. Перспективы реализации квантовых компьютеров.

Литература

а) основная  литература:

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2, Т.3. М.: Наука, 1979. -304 с.                               Левич В.Г. и др. Курс теоретической физики. М.: Гос. издательство физ . мат. литературы. !998.
2. Аваев Н.А. и др. Основы  микроэлектроники. Уч. пособие. М.: Радио и связь. 1991.
3. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. М: Радио и связь.1990.
4. Ерофеев Ю.Н. Импульсная техника. М.: Радио и связь. 1989.                                     Тутов Н.М. и др. Полупроводниковые приборы. М.: Энергоатомиздат. 1990.
5. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь. 1987.
6. Титце У, Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир. 1982.

б) дополнительная литература:

1. Многообразие типов видеопамяти (www.ixbt.com/video/newvideomem.html).
2. Внешняя память (www.junior.ru/wwwexam/Pamiathtm
3. Хранение информации на жестких дисках (www.ixbt.com/storage/boot-manl.shtml).
4. Магнитные носители: бесконечное хранение информации (www.ixbt.com/ storage/ storage-tech.shtml).
5. Отображение информации в мониторах (http://hawks.ha.md.us/hardware/ monitors.html).
6. Жидкокристаллические дисплеи. История, принципы работы, преиму­щества и недостатки (www.compuferra.ru/online/video/4934/).
7. «Энциклопедия персонального компьютера», «Кирилл и Мефодий» (www.km.ru/base/ Pc/index.asp).
8. Техническая энциклопедия (www.techweb.com/encyclopedia).

Отчетность

• Семестр 8: Зач