С 1 октября открываются курсы Программирования микропроцессоров для 9 – 11 классов. 

По адресу:  г. Москва, Климентовский пер., д. 1.

 

Программа годового курса по электронике 9-10-11 класс

 

От физики к дискретным элементам

Что такое ток, напряжение и сопротивление.  Как устроена макетная плата. Упражнение: первая схема с батарейкой, светодиодом и резистором. Зачем включать резистор в цепь со светодиодом. Чтение маркировки резисторов. Переменные резисторы, фоторезисторы.

Что такое конденсатор и как он маркируется. Упражнение с зарядкой и разрядкой конденсаторов разной емкости. Что такое транзистор. Обзор переключающих элементов от реле, радиоламп, дискретных транзисторов до транзисторов на микросхемах.

Упражнения с p-n-p и n-p-n транзисторами.

  

От дискретных элементов к комбинационной логике

Булева алгебра и алгебра логики. Операции, выражения, аксиомы и тождества, включая законы де Моргана. Таблицы истинности.  Комбинационные логические элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR).  Как комбинационные элементы строятся из транзисторов. Упражнение: построить AND, NAND или NOR из дискретных элементов.

Логические элементы в микросхемах малой степени интеграции. Индивидуальное упражнение: каждому ученику выдается персональная микросхема логики серии CMOS 4000, с техническим описанием от производителя, с задачей нарисовать таблицу истинности, продемонстрировать ее работу и словесно описать функцию. Микросхемы содержат логические элементы AND, OR, XOR, NOR, NAND с различным числом входов. Что такое такое подтягивающие резисторы и зачем они нужны. Добавляем к предыдущему упражнению кнопки и подтягивающие резисторы.

Комбинационные блоки - шифраторы (CMOS 4532), дешифраторы, мультиплексоры (4051/2/3). Драйвер семисегментного индикатора (4511).

Упражнение: собрать схемы, демонстрирующие работу этих элементов.

  

Двоичная арифметика и ее реализация

Двоичные числа. Преобразование из двоичных в десятичные числа и наоборот. Операции сложения и умножения. Отрицательные числа и дополнительный код.

Реализация полусумматора и полного сумматора с помощью логических элементов. Перенос. Многоразрядный сумматор с последовательным переносом. Упражнение на макетной плате. Упоминание о длинной временной задержке и схемах с более оптимальной задержкой.

Использование 4-битного полного сумматора CMOS 4008. Построение из него 8-битного сумматора и схемы вычитания.
Добавить драйвер и семисегментный индикатор для вывода результата.

  

Последовательностная логика

Построение генератора тактового сигнала на основе микросхемы 555. Изучение влияния конденсаторов и сопротивлений на частоту и длительности высокого и низкого уровней.

Схемы с внутренним состоянием. Построение RS-защелки из логических элементов NAND. Изучение поведения D-триггера с помощью микросхемы CMOS 4013 и тактового сигнала от 555 с частотой 1 Гц.

Последовательностью блоки - счетчик (CMOS 4029) и сдвиговый регистр (4015). Семисегментный индикатор и его драйвер 4511. Упражнения с этими микросхемами. 

Язык, чтобы построить микросхему. Основы современной методологии проектирования нанометровых цифровых микросхем,  на основе языков описания аппаратуры (ЯОА) и технологии логического синтеза, с упражнениями как на программном симуляторе схем на уровне регистровых передач, так и упражнений с помощью плат ПЛИС.

  

От микросхем малой степени интеграции к ПЛИС - комбинационная логика

Понятие о ПЛИС (программируемой логической интегральной схеме) - матрице реконфигурируемых логических элементов.  Понятие о языке описания аппаратуры Verilog, процедурах синтеза, размещения, трассировки и конфигурации.
Упражнение: синтез простейшего комбинационного модуля с конфигурацией ПЛИС на учебной плате.

Продолжение изучения языка Verilog. Типы данных, выражения, присваивания. Always-блоки и основные операторы.
Упражнение: вывод первых букв своего имени и фамилии на семисегментный индикатор, переключаясь между ними с помощью кнопки.

  

Продолжение изучения языка Verilog. Иерархия модулей.

Упражнение: построение мультиплексоров и сумматоров из подмодулей.  Домашнее задание для продвинутых учащихся: изучить и сделать презентацию о реализации быстрых сумматоров с ускоренным групповым переносом.

Моделирование кода на Verilog без ПЛИС. Подмножества языка для реализации схемы и для ее тестирования / верификации. Моделирование временных задержек.
Упражнение: создание среды для проверки работы схемы, описанной на языке Verilog. Использование симулятора Icarus Verilog для моделирования и программы GTKWave для просмотра временных диаграмм.

Индивидуальный проект: реализация арифметического блока, например быстрого сумматора с ускоренным групповым переносом, моделирование в нем временных задержек и сравнение его с сумматором с последовательным переносом  (количество логических элементов и задержки).

  

Проектирование последовательностной логике на языке Verilog с реализацией на ПЛИС

Конструкции языка Verilog, которые порождают D-триггеры по время синтеза. Объяснение правил методологии проектирования  на уровне регистровых передач: блокирующие и неблокирующие присваивания в различных always-блоках. Моделирование последовательностных схем на симуляторе Icarus Verilog.

Упражнения: реализация D-триггера, счетчика и сдвигового регистра на ПЛИС. Анализ результатов программы статического анализа о максимальной частоте. Демонстрация: использование последовательностной логики для генерации сигналов звуковой частоты и вывода их на динамик.

Концепция конечного автомата. Диаграммы изменения состояний. Упражнения: конечные автоматы светофора и кодового замка.

Конечные автоматы для протоколов шин. Выбор самостоятельного проекта (со сдачей в конце курса) по интеграции датчиков и других периферийных устройств с платой с ПЛИС. Самостоятельная работа: индивидуальный проект, модифицирующий поведение одного из примеров с последовательностной логикой: счетчика, сдвигового регистра или конечного автомата.

Концепция конвейерной обработки. Сравнение конвейерной реализации арифметических блоков, вычисляющих степень и квадратный корень.

  

Строим микропроцессор для системы на кристалле.

Архитектура процессора: вид со стороны программиста, с лабораторными с помощью симулятора RISC-процессора на уровне инструкций, например MARS MIPS

Концепция фон-Нейманновской машины. Введение в ассемблер: команды, операнды, регистры, константы.  Арифметические и логические операции. Кодирование инструкций. Упражнение с симулятором процессора на уровне инструкций - MARS MIPS. Простые программы на ассемблере для вычисления выражений.

Условные и безусловные переходы, метки, циклы. Пример: вычисление чисел Фибоначчи. Индивидуальное упражнение на основе модификации примера.

Концепция адресуемой памяти. Инструкции загрузки и сохранения в память. Конструкции ассемблера для выделения памяти.
Упражнение: программа, заполняющая память вычисленными данными. Индивидуальное упражнение на основе модификации примера.

Микроархитектура: строим процессор. Реализация на Verilogподмножества архитектуры MIPSс памятью инструкций, с регистрами общего назначения, но без памяти данных. Минимальный набор инструкции, достаточный, чтобы вычислять числа Фибоначчи и целочисленный квадратный корень итеративным способом.

Однотактовая микроархитектура. Простейшая среда тестирования с закодированным вручную массивом инструкций.
Работа над индивидуальным проектом по изменению или дополнению процессора, или интеграции процессора с периферийным устройством.

Что такое BEAM-роботы?

Преподаватели

Чивилев Виктор Иванович
Киркинский Александр Иннокентьевич
Мерзляков Василий Владимирович
Юдин Иван Сергеевич
Гуденко Алексей Викторович
Лукьянов Андрей Александрович
Мяконьких Андрей Валерьевич
  • Чивилев Виктор Иванович
  • Киркинский Александр Иннокентьевич
  • Мерзляков Василий Владимирович
  • Юдин Иван Сергеевич
  • Гуденко Алексей Викторович
  • Лукьянов Андрей Александрович
  • Мяконьких Андрей Валерьевич
  • Чивилев Виктор Иванович

    Чивилев Виктор Иванович
    Кандидат физико-математических наук.
    Доцент кафедры общей физики МФТИ.
    Заместитель председателя научно-методического совета ЗФТШ при МФТИ.
    Член жюри Всероссийской олимпиады школьников по физике.
    Заслуженный работник высшей школы.
    Преподаватель подготовительных курсов МФТИ.

    Преподаватели МФТИ отзывы
  • Киркинский Александр Иннокентьевич

    Киркинский Александр Иннокентьевич
    Кандидат физико-математических наук, доцент.
    Преподаватель МФТИ (кафедра общей физики).
    Заместитель заведующего секцией кафедры общей физики ФАЛТ МФТИ.
    Член жюри всероссийской олимпиады школьников по физике.
    Преподаватель подготовительных курсов МФТИ.

    Преподаватели МФТИ отзывы  
  • Мерзляков Василий Владимирович

    Мерзляков Василий Владимирович
    Заведующий кафедрой.
    Окончил факультет Вычислительной математики и Кибернетики МГУ им М.В.Ломоносова и Факультет Педагогического образования МГУ им. М.В.Ломоносова с отличием.
    Имеет большой опыт работы с одарёнными детьми.
    Неоднократный лауреат Гранта Правительства Москвы в сфере образования.
    Разработчик и основной автор курса информатики ЗФТШ при Физтехе.
    Эксперт ЕГЭ.
    Работает с профильными группами в 10-11 классах.
  • Юдин Иван Сергеевич

    Юдин Иван Сергеевич
    Кандидат физико-математических наук.
    Учитель физики ГОБУ «Физтех-лицей» имени П.Л. Капицы.
    Научный сотрудник ГАИШ МГУ, с 2007 г.
    Преподаватель МФТИ (кафедра общей физики).
    Преподаватель олимпиадой школы МФТИ.
    Преподаватель подготовительных курсов МФТИ.
  • Гуденко Алексей Викторович

    Гуденко Алексей Викторович
    Кандидат физико-математических наук, доцент Кафедры общей физики МФТИ, Почётный работник высшего профессионального образования РФ.
    Более 20 лет проработал в Физическом институте Российской Академии наук (ФИАН), автор более 25 научных работ по физике низких температур, твёрдого тела, сверхпроводимости, статей по физике в Большой Российской Энциклопедии. Член жюри и Центральной методической комиссии Всероссийской олимпиады школьников по физике, автор многочисленных оригинальных теоретических и экспериментальных задач для международных и всероссийских олимпиад различных уровней. Постоянный автор задач для заключительного государственного экзамена студентов МФТИ (ГОС), которые вошли в уникальный трёхтомный "Сборник задач по общему курсу физики".
    Член Жюри и автор задач и Международной олимпиады по экспериментальной физике (IEPhO).
  • Лукьянов Андрей Александрович

    Лукьянов Андрей Александрович
    Кандидат физико-математических наук, доцент.
    Научный и старший научный сотрудник Института атомной энергии им. Курчатова (с 1994 г. – Российского научного центра «Курчатовский институт») Ассистент по совместительству кафедры Общей физики Московского физико-технического института.
    Ведущий инженер Лаборатории по работе с одаренными детьми МФТИ.
    Автор более 60-ти печатных работ (в том числе в журналах « Физическое образование в вузах» и «Потенциал» (журнала для школьников и учителей)) и около 20-ти учебных пособий (включая ряд заданий для Заочной физико-технической школы МФТИ).
  • Мяконьких Андрей Валерьевич

    Мяконьких Андрей Валерьевич
    Кандидат физико-математических наук.
    Сотрудник лаборатории макроструктурирования и субмикронных приборов Физико-технологического института Российской академии наук.
    Автор более 25 печатных работ, в том числе научных статей, докладов на конференциях.
    Был научным руководителем 4 квалификационных работ на степени бакалавра и магистра студентов ФФКЭ МФТИ.
    Является руководителем молодежного гранта РФФИ.
    Преподаватель летней школы Физтех-Потенциал.
  • Чивилев Виктор Иванович
  • Киркинский Александр Иннокентьевич
  • Мерзляков Василий Владимирович
  • Юдин Иван Сергеевич
  • Гуденко Алексей Викторович
  • Лукьянов Андрей Александрович
  • Мяконьких Андрей Валерьевич

 

test kurs

baner

reg fiz2