Методические рекомендации по выполнению практических работ по МДК.01.01 «Цифровая схемотехника»

Методические рекомендации

по выполнению практических работ

по МДК.01.01 «Цифровая схемотехника»

для обучающихся очной формы обучения

по программе подготовки специалистов среднего звена

по 09.02.01 «Компьютерные системы и комплексы»

Сургут 2020

Методические рекомендации по выполнению практических работ по МДК.01.01 «Цифровая схемотехника»

Утверждены «____» «______________» 2020г. на ПМО «Информатика и вычислительная техника»

Содержание практических работ соответствует рабочей учебной программе ПМ.01 «Проектирование цифровых устройств», разработанной в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом.

Форма проведения: самостоятельные занятия

Организация-разработчик: АУ «Сургутский политехнический колледж»

Разработчик: Даньшов Александр Константинович, мастер производственного обучения

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Методические рекомендации по выполнению практических работ содержат комплекс упражнений, необходимых для эффективного решения профессиональных задач в области проектирования цифровых устройств. Применение данного пособия способствуют совершенствованию профессионального мастерства и развитию творческого потенциала обучающихся с целью повышения престижа профессии.

Практические работы составляют важную часть профессиональной подготовки студентов. Они направлены на экспериментальное подтверждение теоретических положений и формирование общекультурных и профессиональных компетенций, практических навыков и умений.

Выполнение студентами практических работ направлено на:

обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплин;

формирование необходимых общекультурных и профессиональных компетенций, умений и навыков;

приобретение практических умений и навыков работы с

Состав заданий для практического занятия спланирован с расчетом, чтобы за отведенное время они могли быть выполнены качественно большинством обучающихся.

Выполнению практических работ предшествует устная проверка знаний студентов – их теоретической готовности к выполнению задания, а также инструктаж по выполнению каждой практической работы.

Формы организации работы обучающихся на практических работах могут быть следующих видов: фронтальная и индивидуальная.

При фронтальной форме организации работ все обучающиеся выполняют одновременно одну и ту же работу.

При индивидуальной форме организации занятий каждый студент выполняет индивидуальное задание (по вариантам).

Выполнение практических работ по МДК.01.01 «Цифровая схемотехника» направлено на формирование общих компетенций:

ОК.1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК.2 Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК.3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК.4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК.5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК.6 Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК.7 Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК.8 Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК.9 Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности. Выполнение практических работ по

МДК.01.01 «Цифровая схемотехника» направлено на формирование профессиональных компетенций:

ПК1.1. Выполнять требования технического задания на проектирование цифровых устройств

ПК1.2. Разрабатывать схемы цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции

ПК1.3. Использовать средства и методы автоматизированного проектирования при разработке цифровых устройств

ПК1.4. Проводить измерения параметров проектируемых устройств и определять показатели надежности

ПК1.5. Выполнять требования нормативно-технической документации

иметь практический опыт:

применения интегральных схем разной степени интеграции при разработке цифровых устройств и проверки их на работоспособность;

проектирования цифровых устройств на основе пакетов прикладных программ;

оценки качества и надежности цифровых устройств;

применения нормативно-технической документации;

уметь:

выполнять анализ и синтез комбинационных схем;

проводить исследования работы цифровых устройств и проверку их на работоспособность;

разрабатывать схемы цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции;

выполнять требования технического задания на проектирование цифровых устройств;

проектировать топологию печатных плат, конструктивно-технологические модули первого уровня с применением пакетов прикладных программ;

разрабатывать комплект конструкторской документации с использованием системы автоматизированного проектирования (САПР);

определять показатели надежности и давать оценку качества средств вычислительной техники (СВТ);

выполнять требования нормативно-технической документации;

знать:

арифметические и логические основы цифровой техники;

правила оформления схем цифровых устройств;

принципы построения цифровых устройств;

основные задачи и этапы проектирования цифровых устройств;

конструкторскую документацию, используемую при проектировании;

условия эксплуатации цифровых устройств, обеспечение их помехоустойчивости и тепловых режимов, защиты от механических воздействий и агрессивной среды;

особенности применения систем автоматизированного проектирования, пакеты прикладных программ;

методы оценки качества и надежности цифровых устройств;

основы технологических процессов производства СВТ;

нормативно-техническую документацию: инструкции, регламенты, процедуры, технические условия и нормативы.

Перечень самостоятельных работ составлялся с учетом требований ФГОС к умениям студентов по итогам изучения МДК.01.01 «Цифровая схемотехника».

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ НА ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ

Каждое практическое задание имеет определенное количество баллов, которое может получить студент за верное его выполнение. В каждой работе указываются «Критерии оценивания», согласно которым будет осуществляться оценивание данной работы.

1. Критерии оценки выполнения практических заданий.

Оценка «отлично» ставится, если студент выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности действий; в ответе правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ ошибок.

Оценка «хорошо» ставится, если студент выполнил требования к оценке «5», но допущены незначительные.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если студент выполнил работу не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы; в ходе проведения работы были допущены ошибки.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если студент выполнил работу не полностью или объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов;

2. Оценивание защиты контрольных вопросов.

Оценка «отлично» ставится в том случае, если студент

правильно понимает сущность вопроса, дает точное определение и истолкование основных понятий;

строит ответ по собственному плану, сопровождает ответ новыми примерами, умеет применить знания в новой ситуации;

может установить связь между изучаемым и ранее изученным материалом из курса МДК.01.01 «Цифровая схемотехника», а также с материалом, усвоенным при изучении других дисциплин.

Оценка «хорошо» ставится, если

ответ студента удовлетворяет основным требованиям к ответу на оценку 5, но дан без использования собственного плана, новых примеров, без применения знаний в новой ситуации, без использования связей с ранее изученным материалом и материалом, усвоенным при изучении других дисциплин;

студент допустил одну ошибку или не более двух недочетов и может их исправить самостоятельно или с небольшой помощью преподавателя.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если студент

правильно понимает сущность вопроса, но в ответе имеются отдельные пробелы в усвоении вопросов курса, не препятствующие дальнейшему усвоению программного материала;

допустил не более одной грубой ошибки и двух недочетов.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если студент

не овладел основными знаниями и умениями в соответствии с требованиями программы и допустил больше ошибок и недочетов, чем необходимо для оценки 3.

не может ответить ни на один из поставленных вопросов.

Практическая работа №1. Перевод чисел из одной системы счисления в другую, bin=> hex => dec.

Цель работы: Сформировать практические навыки перевода из одной системы счисления в другую, представления чисел в ЭВМ.

Порядок выполнения работы:

Задание 1. (9б.) Выполните необходимые действия

Задание 2. (12б.) Заполнить таблицу.

Контрольные вопросы:

(1 б.) Система счисления - это…?

(1 б.) Назовите разновидности СС. Назовите примеры.

(4 б.) Что называется алфавитом, цифрой, разрядом и основанием СС?

Практическая работа №2. Выполнение арифметиче­ских операций в системах счисления: bin, hex, dec

Цель работы: Сформировать практические навыки выполнения арифметических операций в основных системах счисления.

Порядок выполнения работы:

Задание 1. (13б.) Выполнить соответствующие действия согласно варианту:

Задание 2. (7б.) Произведите вычисления

Контрольные вопросы:

(1б.) Заполните пропуски: «Выполнять действия можно только в ______________ систем(ах,е) счисления, если вам даны ___________ системы счисления, тогда для этого сначала необходимо переведите все числа в ________ систем(у,ы) счисления»

(1б.) Назовите алгоритм перевода чисел из любой СС в десятичную

Практическая работа №3. Сложение – вычитание машинных кодов со знаком модифицированного кода.

Цель: Сформировать практические навыки выполнения операции над числами с использованием обратного и дополнительного кодов

Теоретические сведения:

Сложение (вычитание). Операция вычитания приводится к операции сложения путём преобразования чисел в обратный или дополнительный код. Пусть числа А>0 и В>0, тогда операция алгебраического сложения выполняется в соответствии с таблицей ниже.

При выполнении сложения цифр необходимо соблюдать следующие правила:

Слагаемые должны иметь одинаковое число разрядом. Для выравнивая разрядной сетки можно дописывать незначащие нули слева к целой части числа и незначащие нули справа к дробной части числа.

Знаковые разряды чисел участвуют в сложении так же, как и значащие.

Необходимые преобразования кодов производятся с изменением знаков чисел.

Порядок выполнения работы

Задание 1. (8б.) Сложить два числа в десятичной и двоичной СС. В двоичной СС сложить числа в прямом коде.

Задание 2. (12б.) Сложить два числа в десятичной и двоичной СС.

Задание 3. (4б.) Взять две пары десятичных двузначных целых числа: А, В, С, D. Вычислить (А-В)ок, (В-А)ДК, (С-D)ок, (D-C)дк. Числа: А=44, В=37, С=92, D=28

Контрольные вопросы:

(1б.) Перечислите формы представления информации в ЭВМ

(1б.) Поясните порядок переноса в ОК и ДК

(1б.) Каково назначение обратного и дополнительного кодов?

Практическая работа №4. Умножение и деление машинных кодов с помощью операций сложения и сдвига.

Цель: Сформировать практические навыки выполнения операции над числами с использованием обратного и дополнительного кодов

Порядок выполнения работы

Задание 1. (8б.) Умножить два числа в десяточной и двоичной СС. (1.1-1.2 в прямом и обратном коде; 1.3-1.4 с использованием дополнительного кода)

Задание 2. (12б.) Произвести деление двух чисел (2.1-2.2 в прямом и обратном коде, 2.3-2.4 с использованием дополнительного, когда)

Задание 3. (2б.) Взять две пары десятичных двузначных целых числа: А, В, С, D. Вычислить (А*В)ок, (С*D)дк. Описать как происходили вычисления.

Числа: А=44, В=37, С=92, D=28

Контрольные вопросы:

(1б.) Что такое ПК, ОК, ДК?

(1 б.) Каким образом происходит деление в обратном коде?

(1 б.) Каким образом происходит умножение в дополнительном коде?

Практическая работа №5. Двоично-десятичная арифметика.

Цель: Сформировать практические навыки выполнения арифметических операций над двоично-десятичными числами.

Порядок выполнения работы

Задание 1.1 (6б.) Представить числа N1, N2, N3 в каждом из всех BCD-кодов в шестнадцатиразрядном процессоре, в котором одна тетрада отводится под знак, а остальные три – под числовые разряды (прямой код).

Задание 1.2 (6б.) Представить числа N1, N2, N3 в каждом из BCD-кодов десятичное число.

Задание 2. (5б.) Выполнить операции сложения N1+ N2, используя значения из задания 1.1. в кодах BCD.

Задание 3. (6б.) Найти число ABCD = B + C, где B = C+D. Определить для ABCD обратное ему и дополнительное число.

Контрольные вопросы:

(1 б.) Что такое BCD? Тетрада?

(1 б.) Какие два условия необходимо проверить при поиске

(1 б.) Сформулируйте:

Практическая работа №6. Составление таблиц истинности для различных функций.

Цель: Сформировать практические навыки составления таблиц истинности для различных функций.

Порядок выполнения работы

Задание 1. (8б.) Доказать логическое тождество с помощью таблицы истинности:

A  B  ¬A  B

¬ (A B) = ¬A  ¬B

¬ (A B) = ¬A  ¬B

A B C = (A B)  (A C)

Задание 2. (4б.) Решить задачу с помощью постарением таблицы истинности. Кто из подозреваемых участвовал в преступлении, если известно:
1) если Иванов не участвовал или Петров участвовал, то Сидоров участвовал;
2) если Иванов не участвовал, то Сидоров не участвовал.

Задание 3.1. (4б.) Построить таблицу истинности логической формулы:

Задание 3.2. (8б.) Установить эквивалентны ли высказывания.

Контрольные вопросы:

(1 б.) Каково назначение таблиц истинности? Для решения каких функций их необходимо строить?

(2 б.) Начертите таблицы истинности для (минимум) четырёх логических функций.

Практическая работа №7. Использование законов, тождеств и правил алгебры логики для упрощения логических выражений.

Цель: Сформировать практические навыки верного использования понятия высказывание, законов, тождеств и правил алгебры логики для упрощения логических выражений

Порядок выполнения работы

Задание 1. (8б.) Упростить формулу. Воспользовавшись основными эквивалентами логических функций (ИЛИ, И, НЕ) и программы Microsoft Excel составить таблицу истинности для исходного и полученного после упрощения выражения.

Задание 2. (12б.) Упростите выражение:

2.1 (А*В)+(А*¬В)

2.2 ¬(Х+А) + ¬(Х+¬А)

2.3 А  ¬(А  ¬В)

2.4 ¬ (¬А  ¬В)  ¬ (¬А  В)

2.5 ¬ (А  В)  А  В

2.6 ¬(А  В)(А¬В)

Задание 3. (6б.)Упростить выражения  так, чтобы в полученных формулах не содержалось отрицания сложных высказываний.

Контрольные вопросы:

(1 б.) Перечислите законы алгебры логики

(1 б.) Алгебра логики - это

(1 б.) Дайте понятие определению «Высказывание», приведите пример и сформулируйте его отличие от умозаключения и суждения.

Практическая работа №8. Минимизация логических функции с использованием законов и тождеств. Минимизация логических функции с использованием карт Карно (диаграмм Вейча).

Цель: Сформировать практические навыки выполнения минимизации логических функций и работы с картами Карно, как методом минимизации булевых функций

Порядок выполнения работы

Задание 1 (5 б.) Согласно варианту минимизировать логическую функцию с помощью законов и тождеств (с указанием какие законы и правила были использованы в упрощении):

Задание 2 Для функции из таблицы, соответствующей номеру своего варианта, выполнить следующее:

2.1. (1.)Составить таблицу истинности.

2.2. (4б.)Записать СДНФ и СКНФ функции.

2.3. (5 б.)Упростить выражение для СДНФ, используя карту Карно.