Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕД ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ В РАМКАХ КУРСА «АРХИТЕКТУРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ»

1.1 Особенности программных сред для разработки лабораторных работ

1.2 Обзор программных сред для разработки лабораторных работ

1.3 Обзор средств дистанционного образования

2. СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОННОГО КУРСА

2.1 Технические требования к использованию

3. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО КУРСА

4. ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

5. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

5.1 Устройства ввода и вывода в среде Logisim

5.2 Элементарные устройства памяти в Logisim

5.3 Исследование двоично-десятичных счетчиков

5.4 Исследование асинхронных двоичных счетчиков

5.5 Синтез комбинационных узлов с использованием базовых логических элементов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

В наше новейшее время технологии развиваются семимильными шагами, появляются всевозможные модификации уже существующих компьютерных архитектур и программных средств обеспечения. Главной же проблемой обширности и развитости технологий является процесс усвоения всей этой информации новому, молодому поколению, а конкретно как максимально просто преподнести столь сложную концепцию знаний.

В частности же за кулисами этих огромных масштабов развитости технологической лежат различные задачи. Конкретно, такие как качественное усвоение информации об новых технологиях, а конкретно об различных элементах архитектуры персонального компьютера. Так как же стоит правильно преподносить знания об архитектуре персонального компьютера человеку, который заинтересован изучить основные аспекты этого направления. В этом и заключается суть выпускной квалификационной работы на тему « разработка демонстрационно-обучающей программы для проведения лабораторных работ в рамках курса архитектура информационных систем». Из общего курса «архитектура информационных систем» будет взято ответвление, основанное на так называемой архитектуре эвм. В основном для изучения такого направления нужно использовать так называемое применение усвоенных знаний из различных теоретических материалов на практике, то есть работать непосредственно и контактно с элементами архитектуры эвм, но для упрощения познания данного курса «архитектура информационных систем» практично осуществлять работу в программных средах на персональном компьютере. Рассмотрев множество вариантов как максимально просто осуществить комплекс лабораторных работ, можно прийти к выводу, что в наше время миром правит дистанционное обучение, на аспект которого и сделан акцент в выпускной квалификационной работе.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕД ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ В РАМКАХ КУРСА «АРХИТЕКТУРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ»

1.1 Особенности программных сред для разработки лабораторных работ

Нынешнему человеку в современном мире, весьма сложно создать какой либо продукт на основе электронных элементов так чтобы он соответствовал множествам требований. Исходя из трудностей создания электронных элементов, в помощь приходят программные среды моделирования. Из основных атрибутов сред моделирования выделяют следующие характеристики:

1) Уменьшение времени на исследование электронных элементов так как современные моделирующие среды обеспечиваются интегральными схемами, что позволяет обходить физическое моделирование информационных систем по причине излишек затрат на их реализацию.

2) Упрощение разработки при моделировании, к этой характеристике можно отнести наличие в программных средах моделирования результативных алгоритмов.

3) Наличие встроенных математических теорий, благодаря которым пользователь может не задумываться над математической составляющей и переходить сразу к реализации составных частей вычислительных электронных машин.

В основном нынешние программные среды представляются в виде виртуальных лабораторий для максимального упрощения разработки электронных элементов, в упрощение же данным программным средам помогают включенные в них огромных размеров библиотек компонентов.

Конкретно же обширный объем библиотек современных сред моделирования позволяет различного рода инженеру проверять, насколько сильно проделанная им работа отличается от требований к его техническому заданию, а также как сильно характеристики его проекта отличаются от реальных характеристик. Обилие программных сред моделирования на сегодняшний день позволяют автоматизировать все стадии проектирования электронных элементов, позволяя реализовывать построение цифровых плат, моделировать процессы в аналоговых цепях, выполнять трассировку и компоновку печатных плат, редактировать уже имеющиеся библиотеки компонентов. logisim программный асинхронный счетчик

Понимание алгоритмов и математических теорий, которые реализуются в конкретных средах моделирования, является важной частью эффективного использования инструментов моделирования электронных элементов, к тому же инженер не должен забывать и о простейших принципах построения электронных вычислительных машин.

1.2 Обзор программных сред для разработки лабораторных работ

В процессе разработки лабораторных работ в рамках курса «Архитектура информационных систем» встает актуальный вопрос, какими же именно пользоваться программными средами моделирования для разработки лабораторных работ. На данный момент в мире существует множество специализированного программного обеспечения для проектирования электронных элементов и устройств. Рассмотрим наиболее распространенные программные среды моделирования.

Первой программой для рассмотрения стоит брать Pspice так как она на данный момент считается самой значимой и эффективной в сфере моделирования электронных устройств. В pspice осуществляется модификация программы анализа электронных цепей SPICE (Simulation Program with Intergrated Circuit). Формат SPICE самый обширный на рынке программного моделирования электронных устройств, так как данный формат используется во множестве других программных средах, которые реализуют схематическое моделирование [4].

Первоначальные версии pspice включают в себя разнообразные сведения о цепях в текстовом формате в виде списка соединений. Результаты моделирования по тому же принципу представлялись в текстовом формате. Позже на помощь в реализации графики появились такие графические редакторы как shematics и capture, предоставляющие возможность иллюстрировать и редактировать чертежи принципиальных схем. Так же на помощь в представлении результатов расчетов в приемлемой и комфортной форме служит графический постпроцессор probe. Данный постпроцессор анализирует математическую составляющею выводимых на экран графиков результатов моделирования [4].

Среда Pspice имеет стандартный спектр элементов включающие в себя двуполярные транзисторы, диоды, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и изолированным затвором, резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, источники напряжения и длинные линии. Возможность пользователю самому набирать параметры аналоговых интегральных схем, а также компонентов, таких как тиристоры, представляющимися подсхемами.

Перечислим ключевые виды анализа, входящие в pspice:

1) расчет параметров режима по постоянному току;

2) анализ спектров сигналов и переходных процессов.

3) альтернативный анализ при изменении различных параметров схемы и температуры

4) вычисление частотных характеристик и спектральных плотностей шума;

5) Расчет наихудшего случая и статический анализ по методу Монте-Карло.

Программ Pspice может похвастаться своим обширным базовым набором элементов, в которые входят исполняющие логические операции и функциональные блоки. Пользователь может проектировать цифровые компоненты на основе функциональных блоков. Несмотря на это, pspice включает в себя уже существующие библиотеки серийно выпускаемых цифровых устройств [4].

Multisim - программная среда моделирования ориентированная на довольно обычный и интуитивно понятный графический интерфейс. Начальные версии multisim носили название Electronics Workbench и разрабатывались фирмой с одноименным названием [2].

Последние версии программ включают в себя математические модули и модели уже известного формата SPICE. Главной отличительной чертой программной среды multisim это наличие виртуальных измерительных компонентов, которые позволяют моделировать реальные аналоги. В составе multisim так же числится многофункциональные средства для графической обработки результатов моделирования процессов [2].

Одной из явных особенностей программной среды multisim служит реализация возможность взаимодействовать с графическими аналогами подобных программ, которые осуществляют моделирование программно-аппаратных средств управления и измерения [2].

CircuitMaket 2000 - простая система моделирования с обильным наличием компонентов стандарта SPICE. Данная программная среда вмещает в себя множества библиотек уже готовых моделей электронных изделий с одним отличием, в circuitmaket 2000 имеет возможность быстро посмотреть главные характеристики различных элементов. Как и в уже описанных программных средах circuitmaket позволяет быстро моделировать различные электрические компоненты схем, так же в ее структуру входят аналоговые, цифровые и их собраться аналого-цифровые устройства, результаты которых можно визуализировать в виде сигналов осциллограмм и графиков частотных характеристик. Так же circuimarket позволяет реализовать графики точных линий при помощи вертикальных и горизонтальных линий. Возможность в выделенных точках схемы контролировать постоянный ток. Изюминкой данной программы является наличие анимационных компонентов при помощи, которых осуществляется имитация конечного результата разрабатываемой электрической схемы, и чтобы пользователю было проще усвоить анимационный движок, в программу встроено учебное пособие в демонстрационном виде [1].

Protel DXP - реализация сквозного проектирования не только аналоговых, но и цифровых электронных устройств. Благодаря своей структурированности позволяет проводить множество видов анализа описанных на базе ядра SPICE. Как и другие программы моделирования в этой сфере позволяет проектировать аналоговые и аналого-цифровые компоненты, к тому же введена реализация многостраничных принципиальных схем иерархической структуры. Помимо иерархических структур и схем содержит ПЛИС и функцию проведения анализа целостности сигналов [1].

PeakFPGA - программная среда входящая в состав Protel и разработанная компанией Accolade Design. Данная программная среда реализует в себе возможности описания проектов на языке VHDL и применение этих проектов в комплектации микросхем разных производителей. Такие средства как верификация и моделирование позволяют производить отладку разрабатываемых устройств, а так же осуществлять скоростной поиск ошибок по заданным критериям. Язык CUPL помогает в описание проектов, что характеризуется описанием логических схем благодаря трем встроенным методам: таблицы истинности, методы конечных автоматов и булевыми выражениями. Редакторы принципиальных схем предоставляют возможность изображать отдельные части проектов при помощи специальных встроенных библиотек. Все разработанные устройства в данной программной среде пакуются в конкретные микросхемы и программируются путем генерации файла JEDEC-формата [3].

Аналогом PeakFPGA - является FPGA studio разработанная компанией cadence. Суть данного аналога заключается в обеспечении более обширным спектром синтеза и моделирования логических схем, который в тот же момент упаковываются в схемы разных производителей. Недостатком же является большая цена данного программного продукта, но эта цена оправдана более функциональным составляющим, нежели аналогичные продукты.

Microwave Office 2003 - продукт в свойства которого входит моделирование СВЧ-устройств в виде как функциональных так и в виде принципиальных схем. Модули данного программного продукта позволяют реализовывать анализ нелинейных и линейных схем, проектировать топологии, моделировать планарные многослойные структуры и системы связи на уровне структурных схем. Присутствуют методы гармонического баланса и рядов Вольтерра которые используются в нелинейном анализе. Метод момента Галеркина помогает в моделировании электромагнитных планарных СВЧ-устройств. MO 2003 имеет самый большой спектр библиотек моделей включающие в себя моделирование структурных схем. Для подготовки технологического производства помогает редактор топологий который основывается на графической среде прорисовки топологий СВЧ-устройств [3].

APLAC - предоставляет возможность во временных и частотных областях моделировать и проектировать электрических схем. Выявленными особенностями являются как цифровые и аналоговые компоненты, так и устройства диапазона СВЧ. Больший спектр расчетов выделяющая особенность данной программной среды, к ним относятся спектральная плотность и коэффициент шума, режим по постоянному току, переходные процессы, анализ периодических режимов, спектры сигналов, статический анализ по методу Монте - Карло, чувствительность и параметрическая оптимизация. Помимо большого спектра расчетов APLAC обладает подпрограммной системой расчета трехмерных электромагнитных полей устройств диапазона СВЧ и микро полосковых конструкций. На последок стоит отметить что возможность ввода результатов измерений и вывода управляющих сигналов осуществляется с помощью интерфейсов плат стандарта IEEE - 488 [3].

Если инженера заботит быстрый расчет изделий типа ВЧ- и СВЧ-диапазонов, то на помощь может прийти программный пакет AppCad. Спектр моделирования включает в себя такие элементы как разработка схем с дискретными диодами, схемы с транзисторами и СВЧ - интегральные схемы. Работа программы происходит в диалоговом режим что позволяет рассчитать значения смещения токов, схемы с диодами Шоттки в режиме большего и малого сигнала, напряжение интегральных схем, коэффициент передачи и отражений линий, коэффициент усиления усилителей, десять типов линий, цепи смещения биполярных транзисторов, эмиттерной обратной связи, делитель напряжения, а так же тепловой режим и надежность [4].

System View - разработка компании Elanix представляет собой подход проектирования который обладает одной отличительной чертой, исследуемая функциональная схема строятся из так называемых «кубиков». Данный продукт обладает большим количеством библиотек, которые позволяют моделировать динамические системы и аналоговые схемы во временной области системы, а так же разнообразные математические абстракции. К видам расчетов в данной программе можно отнести преобразование Фурье графиков, выполнение арифметических и тригонометрических операций, корреляционные и взаимно корреляционные функции, статическая обработка данных. Данный продукт предоставляет возможность использовать не только уже готовые библиотеки, но и создавать свои собственные, любой сложности [1].

Visual System simulator - программный пакет предоставляемый фирмой Applied Wave Research. В нем осуществляется моделирование цифровых устройств связи на системном уровне. Данный пакет обладает функциональными блоками 700 видов, прикладными библиотеками, которые поддерживают на данный момент почти все стандарты связи. С помощью пакета Visual System Simulator возможно моделировать телекоммуникационные системы, так как данный пакет обладает масштабным набором моделей разнообразных каналов. К преимуществам этих моделей можно отнести такие качества как замирание, блокировка и импульсные помехи, многолучевость. С помощью описанных качеств пользователь может весьма легко и точно оценить работу системы в реальных условиях эксплуатации [2].

1.3 Обзор средств дистанционного образования

Во время разработки лабораторных работ встает острый вопрос их подачи, а именно в какой форме преподносить знания заключенных в лабораторных работах? В помощь на этот ответ приходят системы дистанционного образования, так как их удобность и многофункциональность намного превосходят локальные аналоги.

Исходя из выбранного направления связанного с дистанционным образованием, можно выделить следующие качества, которые должны фигурировать в системах дистанционного образования.

Функциональность, под функциональностью подразумевается наличие в системе функций разнопланового уровня, которые включают в себя анализ работы обучаемых, форумы, чаты, управление курсами и обучаемыми пользователями.

Надежность. Данный параметр описывает возможность удобно и просто обновлять и администрировать контент в уже существующих шаблонах.

Стабильность означает, насколько система работоспособна в реалиях высоких нагрузок по отношению к различным режимам работы и активности пользователей.

Поддержка стандарта SCORM. SCORM является международной нормой в сере обмена знаниями, отсутствие данного стандартна значительно понижает мобильность создаваемого ресурса и не позволяет создавать переносимые курсы.

Модульность. В наше время курсы в системы ЭО представляют собой набор микромодулей и блоков выбранного учебного материала, которые позволяю использовать их в аналогичных курсах.

Кросс-платформенность СДО. Свойство позволяющие системам дистанционного обучения размещать курсы, без опаски привязанности к какой-либо операционной системе или среде, как на уровне клиентских машин, так и на серверном уровне.

Обеспечение доступа. Подразумевается возможность беспрепятственно осуществлять доступ к учебной программе, вне зависимости от того болен ли пользователи или находится в другом часовом поясе.

Система проверки знаний. Конкретно, позволяет администратору в режиме онлайн оценить качество знаний учеников. Под оценкой качества знаний в основном подразумевается разнообразные тесты и задания по данному курсу.

Во время рассмотрения конкретных сред дистанционного образования можно выделить следующие:IBM Lotus Workplace Collaborative, Learning(LWCL), Oracle Learning Management (OLM), «Прометей», Naumen learning.

IBM Lotus Workplace Collaborative Learning - система применяемая как в крупных предприятиях, так и в обычных учебных заведениях. Под собой подразумевает гибкую, надежную и масштабируемую систему управления электронным и традиционным обучением, а также ресурсами и учебными материалами [6].

Надежность и высокая масштабируемость данной системы характеризуется наличием встроенного сервера WebShepre, еще одной чертой является наличие технологии J2EE, с помощью которой система может устанавливаться на различных платформах.

К преимуществам (LWCL) можно отнести управление учебным процессом в традиционном, смешанном и дистанционном уровне, составление расписаний занятий и заполнение календаря, импорт учебных материалов, создание тестов и курсов в рамках обучаемой сферы, мониторинг результатов тестирования и обучения.

К недостаткам же в основном приписывается ограниченность в русской локализации, так как опыт внедрения в русском сегменте данного программного продукта не известен.

Oracle Learning Management (OLM) - еще одна заслуженная система дистанционного обучения, так как она позволяет эффективно интегрировать любого рода курсы в масштабируемое интернет-решение для удобного обучения различных пользователей вне зависимости от времени и места их нахождения [7].

В OLM осуществима поддержка создания курсов в рамках традиционного и онлайн режимов, поддержка создания программ обучения и проектирование курсов. Мониторинг всей истории обучения пользователей и зачисление сотрудников на онлайн курсы или же на курсы в аудиториях [7].

OLM позволяет достаточно эффективно и самостоятельно работать с курсами благодаря поддержке Web - интерфейса. Поддержка Web - интерфейса позволяет сократить финансовые затраты обучаемого процесса, а так же повышает работоспособность обучаемого процесса [7].

В OLM осуществима функция персонального обучения. Наличие встроенных компонентов позволяет как для групп слушателей, так и для отдельного слушателя проектировать подходящий индивидуальный план обучения. Слушателю предоставляется возможность в выбранной учебной области обращаться с вопросами к соответствующим экспертам для получения интересующей информации.

К недостаткам можно отнести весьма тяжелую СДО, так как для ее освоения нужны высокие знания в СУЬД Oracle.

Еще один продукт дистанционного образования Naumen Learning. Данная среда предназначена для разработки учебных материалов, автоматизации учебных центров и проведения дистанционного образования. Всемирно более тысячи юзеров высших и средних учебных заведений обучаются при помощи Naumen Learning в электронной форме [8].

Naumen Learning выделяется своей простотой в плане удобства создания и реализации дистанционного учебного процесса через интернет, что позволяет пользователю не отрываясь от рабочего места решать поставленные курсом задачи или же проходить онлайн тестирование. Наличие удобного персонального кабинета, в котором находится вся необходимая информация, как для обычного пользователя, так и для администратора. Так же данная программная среда предоставляет снижение стоимости обучения для учебных заведений разного рода при наличии большого потока обучаемых.

В отличие от LWCL имеет успешный опыт внедрения на территории российской федерации и обладает расширенным спектром для решения поставленных задач. В число этих задач входят решения: дистанционное обучение полноценных филиалов студентов, электронное тестирование на всех этапах обучения, выведение и построение отчетов по успеваемости студентов, создание электронных архивов для учебного заведения.

Отечественная программная среда «Прометей» довольно просто решение в сфере распространения дистанционного образования. Пользуется большим спросом на рынке территории РФ.

«Прометей» это система, имеющая модульную архитектуру, что позволяет осуществлять редактирование в конкретных компонентах в зависимости от используемого модуля. Сама же программа не уступает по эффективности и удобству своим зарубежным аналогам. Модульная система позволяет весьма эффективно проектировать учебные курсы, в основном выделяются такие модули как: администратор, тест, организатор, тьютор, слушатель, трекинг, курс, регистрация, дизайнер теста, учет, отчеты и дизайнер курсов [5].

За все простотой и удобством закономерно появляются значительные недостатки, например, зависимость от продуктов Microsoft и недостаточная масштабируемость исходя из этих недостатков, некоторые учебные заведения начинают переходить на более разносторонние аналоги.

Redclass - программная среда дистанционного обучения включающая в себя комплекс программно-аппаратных средств, методик обучения и учебных материалов, которые помогают в повышении квалификации и обучаемости человека в любых отраслях деятельности. Главным же отличием Redclass является уклон в сторону тренингов [5].

Система тренингов в Redclass подразумевает наличие полноценных сред эмуляции, которые позволяют создавать различные виртуальные лаборатории и электронные учебники. Виртуальные лаборатории позволяют обучающимся получать доступ к оборудованию непосредственно со своего рабочего места.

Moodle наиболее распространённая система дистанционного образования использующаяся в более чем 100 странах мира университетам, компаниями и школами. Выделяется своим качеством создания дистанционных курсов. По своему функциональному наполнению может создать весьма хорошую конкуренцию с другими коммерческими системами в среде дистанционного образования. Отличительной чертой Moodle считается наличие открытого кода, что предоставляет возможность разрабатывать курсы с особенностями образовательного проекта.

Имеет коллаборативные технологии обучения, что помогает в активной организации взаимообмена знаниями и процесса совместного решения поставленных учебных задач.

Наличие WYSIWYG HTML редактора позволяет вводить формулы в формате TeX или Algebra. Этот редактор внедрен практически во все компоненты курса в качестве полей ввода. Благодаря встроенной системе фильтров на всех страницах разрабатываемого курса производится автоматическое создание ссылок на материалы, которые предоставят информацию по конкретному курсу.

Для каждого курса реализована система оценивания, к тому же преподаватель имеет возможность создать свою собственную шкалу оценивания. Наличие встроенной страницы оценок курса позволяет настроить отображение и группировку оценок на свое усмотрение. Мониторинг всех изменений в рамках курса встроен в удобную страницу просмотра, на которой возможен просмотр изменений за выбранный промежуток времени. Благодаря мониторингу преподаватель может наблюдать за результатами тестов, сообщениями на форумах и регистрации новых студентов на курс.

2. СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОННОГО КУРСА

Главной задачей выпускной квалификационной работы является создание лабораторных работ в рамках курса «Архитектура информационных систем» для удобной и практичной реализации лабораторных работ была выбрана программная среда дистанционного образования СДО Moodle.

Разрабатываемый лабораторный практикум должен соответствовать критериям современной системы дистанционного образования, а конкретно, в практикуме должны присутствовать все необходимые материалы для обучения и реализации контроля знаний студентов. Не менее значительным критериям является взаимодействие студентов с преподавателем и наоборот.

Поскольку студент будет выполнять лабораторные работы дистанционно, то комплекс должен вмещать в себя теоретический материал, методические указания и тестирование разного рода для проверки знаний.

Исходя из того что курс направлен на дистанционное обучение все то что необходимо для студента для прохождения данного курса это соединение интернет.

Для качественного изучения материалов курса он должен включать в себя обобщенные и структурированные материалы, деление на главы и пункты, наличие обоснованных примеров по теме для качественного усвоения информации студентом.

Сама структура курса подразумевает то, что студент перед выполнением лабораторных работ должен ознакомиться с теоретическим материалом по теме соответствующей лабораторной работе.

2.1 Технические требования к использованию

Для создания курса в среде Moodle необходимо интернет соединение на компьютере. Помимо самого интернет соединения компьютер должен иметь программы для выхода в сеть наиболее распространённые: Microsoft Edge, Google Chrome, Opera, Mozilla Firefox. Перечисленные программы, именуемые браузерами, так же должны иметь поддержу Javascript сценариев.

Разрабатываемые материалы в курсе хранятся в документах типа docx или pdf, для работы с которыми подходят программы Microfost Office или ее аналоги, к примеру, Open Office.

Требования к свободному месту на диске и оперативной память весь низкие, что позволяет создавать курсы на компьютерах средней комплектации. Конкретно компьютер должен иметь не менее 250 Мбайт на дисковом пространстве. Оперативная память требуется в минимальных и рекомендуемых размерах 512 Мбайт и 1 Гбайт соответственно. При рассмотрении характеристик памяти может помочь правило расчета: 50 пользователей на каждый гигабайт памяти.

Одним из требований к программному обеспечению выделяется наличие веб-сервера. Обычно используется наиболее распространённый веб-сервер Apache, но существует возможность установить и любой другой веб-сервер, главное чтобы данный сервер поддерживал язык PHP.

Помимо веб-серверов, Moodle имеет поддержку серверов баз данных, стоит выделить следующие сервера баз данных: Microsoft SQL Server, Oracle, MySQL, PostgresSQL.

Обоснование выбора эксплуатационных характеристик заключается в возможность использования любой OC, Windows 7-10, Linux, Mac OS. Выбор OC в основном зависит от опыта работы пользователя, стоит подбирать такую OC, с которой пользователю будет работать проще, нежели изучать не известную ему операционную систему. Наличие СУБД подразумевает масштабируеомое применение СУБД, к выполняемым функциям обработки информации, основная сфера применения для СУБД настольные персональные компьютеры. Сокращение времени и финансовых затрат на разработку, защищенность и совместимость проектированных курсов.

3. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО КУРСА

Основной объем работы приходится на разработку электронных лабораторных работ, в которых преподаватель создает отдельные темы с теоретическим и практическим материалом и заносит их в соответствующие разделы. Студент, работающий по конкретному курсу, изучает теоретический материал и решает практические задания, а затем отсылает результаты преподавателю, который в свою очередь оценивает качество усвоенного материала студентом.

4. ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Для создания и последующего решения практических заданий использовались программные среды Microcap и Logisim.

Microcap - одна из самых распространённых программ для схематического моделирования. Имеет в своем наличии весьма большой спектр аналоговых и цифровых устройств. Касательно трудности в освоении Microcap дружелюбен к новичкам в сфере схемотехнического анализа, не смотря на простоту, опытный пользователь способен создавать макромодели любой поставленной перед ним задачи. Предоставляет возможности имитационного моделирования без потери ключевой информации о поведении системы.

Logisim - пользуется популярностью в сфере обучения, так как имеет весьма простой интерфейс и все необходимые элементы для изучения архитектуры информационных систем. Не смотря не свою простоту в Logisim возможно создавать весьма обширные макромодели. Одним из недостатков является отсутствие аналоговых элементов в системе.

5. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Все лабораторные работы выполнены в текстовом формате для более простого внедрения в электронный курс.

В процессе выполнения лабораторных работ студент получит базовые знания в сфере архитектуры информационных систем. Для разработки лабораторных работ использовались следующие программные среды схематического моделирования: Microcap, Logisim.

5.1 Устройства ввода и вывода в среде Logisim

Целью данной работы служит изучение устройств ввода и вывода на базе программы logisim, освоение элемента «декодер», создание графических рисунков с помощью элемента «светодиодная матрица».

В процессе выполнения лабораторной работы студент сначала изучает теоретический материал, предоставленный в лабораторной работе и начинает проектировать схемы.

С помощью примитивного устройства кнопка и устройств типа «Светодид», «7-сегментный индикатор» студент начинает проектировать схему для соответствия между сегментами и входом.

На рисунке 6.1 представлена первая схема, которую проектирует студент в ходе изучения лабораторной работы.

Рисунок 5.1 - соответствие между входами и сегментами

Далее по ходу лабораторной работы студент моделирует схему для отображения многоразрядных значений в десятичном представлении. Для создания подобной схемы используются следующие элементы в Logisim: контакт, делитель, генератор случайных чисел, шестнадцатеричный индикатор, разветвитель, кнопка.

При помощи перечисленных компонентов строится схема, приведенная на рисунке 6.2.

Рисунок 5.2 - схема для отображения десятичного числа

Разработанная схема преобразует восьмибитное число с помощью шестнадцатеричных индикаторов. При нажатии на кнопки в компоненте «генератор случайных чисел» генерируется случайное число и изображения индикатора изменяется.

Далее студент строит схему с использованием светодиодной матрицы которая позволяет преобразовать поступающие биты в элементы графики.

Схема с использованием светодиодной матрицы представлена на рисунке 6.3.



Рисунок 5.3 - схема для формирования изображения в светодиодной матрице

После создания приведенных схем студент выполняет 5 заданий, суть которых заключается в моделировании подобных устройств.

5.2 Элементарные устройства памяти в Logisim

По ходу выполнения лабораторной работы студент знакомится с триггерами типа D,T,JK,RS. В процессе изучения теоретического материала студенту предстоит смоделировать все виды триггеров.

После изучения теоретического материала студент моделирует двухступенчатый синхронный D - триггер как знак того что теоретический материал был усвоен.

Двухступенчатый синхронный D - триггер представлен на рисунке 6.4.



Рисунок 5.4 - Двухступенчатый синхронный D-триггер

При завершение изучения теоретического материала предоставляется практическое задание в которое входя 7 пунктов. В каждом из пунктом предоставляется задание на создание элементов основанных на триггерах всех типов.

Требования к заданию заключаются в выполнение всех заданий в одном файле и каждое устройство должно быть оформлено в виде отдельной схемы.

5.3 Исследование двоично-десятичных счетчиков

Цель данной лабораторной работы заключается в изучение принципов построения и функционирования двоично-десятичных счетчиков.

В ходе выполнения лабораторной работы перед студентом ставятся задачи на создание и моделирования схем с использованием ИС К1155ИЕ4 двоично-десятичного счетчика и его аналога двоично-десятичного реверсивного счетчика.

Схемы, которые студент создает в ходе лабораторной работы, приведены на рисунках 6.5 и 6.6.



Рисунок 5.5 - двоично-десятичный счетчик

Рисунок 5.6 - схема реверсивного двоично-десятичного счетчика

После того как студент спроектировал необходимые смех проводится их исследования и приводятся результаты моделирования представленные на рисунках 6.7 и 6.8



Рисунок 5.7 - результат моделирования двоично-десятичного счетчика

Рисунок 5.8 - результат моделирования реверсивного двоично-десятичного счетчика

5.4 Исследование асинхронных двоичных счетчиков

Целью лабораторной работы служит изучение принципов построения и функционирования двоичных счетчиков, а так же исследование счетчиков с последовательным и параллельным переносами.

В ходе выполнения лабораторной работы студент моделирует схему на базе интегральных схем и триггеров 4-разрядного асинхронного счетчика с последовательным переносом.

Схема, которую студент должен смоделировать представлена на рисунке 6.9.

Рисунок 5.9 - схема счетчика с последовательным переносом

5.5 Синтез комбинационных узлов и с использованием базовых логических элементов

Целью лабораторной работы является развить навыки для создания и синтезирования комбинационных узлов с использованием логических элементов.

В ходе выполнения лабораторной работы студент моделирует схему, в которой выполняются операции истинности .

Первая схему, которую должен смоделировать студент, представлена на рисунке 6.10.

Рисунок 5.10 - схема для первого задания

Второе задание в практической части подразумевает создание схемы, которая будет имитировать выполнение операций истинности.

Схема, которую студент должен смоделировать для второго задания, приведена на рисунке 6.11.

Рисунок 5.10 - схема второго задания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выпускной квалификационной работе были разработаны лабораторные работы для электронного курса «Архитектура информационных систем». Электронный курс предоставляет возможность обучающемуся изучать теоретический материал, выполнять лабораторные работы, проходить тесты для оценивания своих знаний.

Был произведен анализ программных сред для непосредственной разработки лабораторных работ на основе соответствующей курсу литературе, а так же анализ дистанционных сред обучения для корректной проектировки электронного курса.

В результате исследования программных сред для разработки лабораторных работ были выбраны программы Logisim и Microcap. Причиной выбора стало бесплатной распространение и удобный интерфейс для работы в среде моделирования.

В заключительном пункте был проведен анализ непосредственно сделанных лабораторных работ. Описаны необходимые цели в лабораторных работах и подробный ход их выполнения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Амелина, М.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap. Версии 9, 10 / Амелина М.А., Амелин С.А. - Смоленск: НИУ МЭИ, 2012. - 617 с.

2. Шустов, М.А. Цифровая схемотехника. Практика применения / Шустов М.А - Санкт-Петербург: Наука и техника, 2018г. - 432 с.

3. Гололобов, В. Н. Компьютер в лаборатории радиолюбителя / Гололобов В.Н - Санкт-Петербург: Наука и техника, 2018г. - 384с.

4. Гаврилов, С.А. СХЕМОТЕХНИКА. Мастер-класс / Гаврилов С.А. - Санкт-Петербург: Наука и техника, 2016г. - 384с.

5. Романов, А.Н. Технология дистанционного обучения / Романов А.Н., Торопцов В.С., Д.Б. Григорьевич - Москва: Юнити-Дана, 2000г. - 304 с.

6. Ибрагимов, И.М. Информационные технологии и средства дистанционного обучения / Ибрагимов И.М. - Москва: Академия, 2007г. - 336 с.

7. Трайнев, В.А. Дистанционное обучение и его развитие / Трайнев В.А., Гуркин В.Ф., - Москва: Дашков и Ко, 2006г. - 296 с.

8. Ефремова Н.Ф. Тестирование. Теория, разработка и использование в практике учителя / Ефремова Н.Ф., - Москва: Национальное образование, 2012г. 224 с.

9. Святослав Куликов, Тестирование программного обеспечения. Базовый курс / Святослав Куликов, - Москва: Наука и техника, 2016г. 289 с.

10. Советов Б.Я. Архитектура информационных систем / Советов Б.Я, Цехановский В.В., Водяхо А.И. - Москва: Академия, 2012г. 288 с.

11. UML -- диаграмма вариантов использования [Электронный ресурс]: habr сайт. - Режим доступа: https://habr.com/post/47940/

12. Теория и практика UML. Диаграмма последовательности [Электронный ресурс]: it-gost сайт. - Режим доступа: http://itgost.ru/articles/view_articles/96

13. Методология IDEF0 [Электронный курс]: itteach сайт. - Режим доступа:https://itteach.ru/bpwin/metodologiya-idef0

Размещено на Allbest.ru

...