microbik.ru
1


ФГБОУВПО «Марийский государственный университет»

Факультет технологии и профессионального образования

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета технологии и

профессионального образования

_______________ /Смирнова Л.Г./

«_____»______________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА




Учебная дисциплина Б.3.26. Теория автоматов

Направление подготовки 050100.62. Педагогическое образование

Профиль подготовки:

Технология и информатика

Квалификация (степень) выпускника Бакалавр

Квалификация (степень) выпускника Бакалавр
Кафедра Прикладной механики машиноведения и технологии

Курс - 5 семестр 9

Форма обучения - очная

Программа разработана доцент, Долгачёв С.М.., канд. сельскохоз. наук
Рецензент(ы) доцент, Введенский О.Г.., к.т.н., доцент
Йошкар-Ола-2011

Рекомендована к утверждению решением учебно-методической комиссии

факультета технологии и профессионального образования

протокол заседания № ____ от

"___ "__ _______________ 2011 г.

_________________ Долгачёв С.М..





Рассмотрена и одобрена на

заседании кафедры Прикладной механики машиноведения и технологии

протокол заседания № ___ от

" ___ " ___________ 2011 г.

_________________ Введенский О.Г.



СОГЛАСОВАНО с выпускающей кафедрой Прикладной механики машиноведения и технологии

протокол заседания №__ от «___»________ 2011 г _____________ Введенский О.Г.

Сведения о переутверждении программы

на очередной учебный год и регистрация изменений





Учебный год

Решение кафедры

(№ протокола, дата заседания кафедры, Ф.И.О., подпись зав. кафедрой)

Автор изменения

(Ф.И.О., подпись)

Номер

изменения






































1 Пояснительная записка


1.1 Цель освоения дисциплины:

«Теория автоматов» рассматривает способы представления информации в цифровых автоматах, методы выполнения арифметических и логических операций в них, а также методы логического описания и основанные на них методы логического проектирования цифровых устройств. Уделяется внимание разработке способов контроля правильности функционирования цифровых автоматов при выполнении различных операций , методами минимизации логических выражений .

Изучаются абстрактная теория автоматов, дискретное время и такты, конечные автоматы Мили и Мура. Методы задания конечного автомата. Автоматы, формальные языки и графы. Декомпозиция вычислительного устройства на операционный и управляющие блоки. Принципы академика Глушкова В.М. Иерархия языков описания вычислительных устройств. Язык микроопераций. Теоретический материал иллюстрируется примерами и сопровождается вопросами для самоконтроля


Задачи дисциплины:

Задачей курса является представить ряд вопросов, отражающих состояние теории и практики цифровых автоматов, учесть тот полезный и важный материал, который уже сложился в теории «Арифметические и логические основы цифровых автоматов», а также ввести в программу вопросы из теории прикладной информации. Дать возможность широкому кругу студентов, изучающих вопросы электроники и функционирование различных электронных схем , понять суть проблем возникающих при проектировании алгоритмов, функционирования отдельных устройств ЭВМ и проектирования самих этих устройств. Конечная цель такого изучения - возможность самостоятельно произвести анализ и синтез несложных узлов и блоков ЭВМ.

Прикладная теория цифровых автоматов постоянно развивается, так как непрерывно совершенствуются сами цифровые автоматы, т. е. электронные вычислительные машины. Появляются новые методы и алгоритмы выполнения арифметических операций. Еще недавно одновременное умножение на два или три разряда множителя считалось пределом. А в современных конструкциях ЭВМ реализованы алгоритмы с анализом произвольного количества разрядов множителя. Изменяются также методы анализа и синтеза отдельных устройств ЭВМ. Процесс проектирования ЭВМ сегодня полностью выполняется автоматизированным способом. Развитие принимает направлении полной автоматизации процессов проектирования и изготовления ЭВМ.

 Задачи дисциплины:

  • сформировать творческое отношение к труду, интерес к исследованиям, развивать активное мышление, привить молодежи навыки культуры труда, углубить изучение теоретического материала, выработать навыки технологического поиска, ознакомиться с достижениями в области изобретательской и инновационной деятельности, пути повышения производительности труда, сохранения экологических систем в местах производственной деятельности человека.

  • способствовать усвоению методов самостоятельной работы при разработке различных технических проектов, приобретению умения методически грамотно выстраивать изобретательскую и рационализаторскую работу

научить будущих педагогов профессионального обучения самостоятельно проявлять свои творческие способности в области конструирования и проектирования инновационной техники

1.2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО:

Курс «Теория автоматов» дает теоретическую базу для изложения специальных дисциплин, таких как, «Схемотехника ЭВМ», «Периферийные устройства ЭВМ, систем и сетей», «Теория и проектирование ЭВМ и систем», «Основы алгоритмизации проектирования ЭВМ», является продолжением разделов «Математики» и должен знакомить студента с прикладными задачами разработки алгоритмов функционирования устройств ЭВМ.

Дисциплины, на которых базируется данная дисциплина:

  • Теория машин и механизмов

  • Техническая механика

Дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей:

  • Методика профессионального обучения,

  • Дисциплины профильной подготовки.

Задачи дисциплины:

  • сформировать творческое отношение к труду, интерес к исследованиям, развивать активное мышление, привить молодежи навыки культуры труда, углубить изучение теоретического материала, выработать навыки технологического поиска, ознакомиться с достижениями в области изобретательской и инновационной деятельности, пути повышения производительности труда, сохранения экологических систем в местах производственной деятельности человека.

  • способствовать усвоению методов самостоятельной работы при разработке различных технических проектов, приобретению умения методически грамотно выстраивать изобретательскую и рационализаторскую работу

  • научить будущих педагогов профессионального обучения самостоятельно проявлять свои творческие способности в области конструирования и проектирования инновационной техники.


Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми

(последующими) дисциплинами (взаимосвязь с другими частями ООП)


п/п

Наименование обеспечиваемых

(последующих) дисциплин

разделов данной дисциплины,

необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

1

Учебная практика

+




+




+

2

Техническая механика







+




+

3

Инженерная графика

+

+

+




+

4

Методика профессионального обучения

+




+

+

+



1.3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины по ФГОС ВПО:

Дисциплина «Теория автоматов» способствует формированию следующих компетенций, предусмотренных ФГОС-3 по направлению подготовки ВПО «Педагогическое образование»:

а) общекультурные (ОК):

- владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК–1);

- способен использовать знания о современной естественнонаучной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности, применять методы математической обработки информации, теоретического и экспериментального исследования (ОК-4);

- способен логически верно устную и письменную речь (ОК-6);

- готов к взаимодействию с коллегами, к работе в коллективе (ОК-7);

- готов использовать основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, готов работать с компьютером как средством управления информацией (ОК-8);

- готов использовать основные методы защиты от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК- 11);

- готов использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-13).
б) профессиональные компетенции (ПК):

общепрофессиональными (ОПК):

− осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает мотивацией к осуществлению профессиональной деятельности (ОПК- 1);

− способен нести ответственность за результаты своей профессиональной деятельности (ОПК-4);

− владеет одним из иностранных языков на уровне профессионального общения (ОПК-5);

в области педагогической деятельности:

способен реализовывать учебные программы базовых и элективных курсов в различных образовательных учреждениях (ПК-1);

готов применять современные методики и технологии, в том числе и информационные, для обеспечения качества учебно-воспитательного процесса на конкретной образовательной ступени конкретного образовательного учреждения (ПК-2);

способен применять современные методы диагностирования достижений обучающихся и воспитанников, осуществлять педагогическое сопровождение процессов социализации и профессионального самоопределения обучающихся, подготовки их к сознательному выбору профессии (ПК-3);

способен использовать возможности образовательной среды, в том числе информационной, для обеспечения качества учебно-воспитательного процесса (ПК-4);

способен организовывать сотрудничество обучающихся и воспитанников (ПК-6);

готов к обеспечению охраны жизни и здоровья обучающихся в учебно-воспитательном процессе и внеурочной деятельности (ПК-7);

способен разрабатывать и реализовывать культурно-просветительские программы для различных категорий населения, в том числе с использованием современных информационно-коммуникационных технологий (ПК- 8);

способен профессионально взаимодействовать с участниками культурно-просветительской деятельности (ПК-9);
После завершения курса студент, должен:

- иметь предсталение:

а) о прикладных задачах разработки алгоритмов функционирования и информационно-логических основах ЭВМ;

б) о теории и проектировании переключательных схем,

в) о важнейших классических моделях, концепциях; методах и результатах теории конечных автоматов;

г) об использовании основных математических понятий, таких как теории множеств, отображений, отношений и графов для описания поведения моделей конечных автоматов;

д) об информации и ее преобразованиях, о понятиях алгоритма;

е) о теории абстрактного синтеза автоматов, которая обеспечивает возможность непосредственного приложения к решению реальных задач, возникающих при синтезе цифровых автоматов;

ж) о методах логического описания электронных схем, абстрактных логических моделях логических и запоминающих элементов,

з) об алгоритмических структурах современных универсальных цифровых машин;

- знать и уметь использовать:

а) информационные основы работы вычислительных машин;

б) электронные вычислительные машины;

в) представление числовой информации в цифровых автоматах;

г) сложение, умножение и деление чисел на двоичных сумматорах;

д) выполнение операций над десятичными числами в цифровых автоматах ;

е) контроль работы цифрового автомата;

ж) защита информации;

к) основные понятия алгебры логики;

л) логические операторы электронных схем;

м) автоматные языки для задания автоматных отображений;

н) математические модели дискретных устройств с памятью;

о) абстрактный и структурный автоматы;

п) основной алгоритм синтеза конечных автоматов;

р) минимизация абстрактных автоматов;

с) метод Квайна-Мак-Класки;

т) соединение автоматов;

у) синтез управляющего автомата.

х) информационные, арифметические и логические основы анализа и синтеза цифровых автоматов;

)

2. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины:

2 зачетных единицы

Форма контроля по учебному плану:

Зачет 9 сем.

.1Тематический план изучения дисциплины

№ п/п

Наименования тем

Всего часов

Лекций

Практических занятий

Лабораторных занятий

Самост. работа

1

Основные задачи теории автоматов

6

2







4

2

Информационные основы работы цифровых автоматов

8

2

2




4

3

Представление информации в цифровых автоматах

10

2

2

4

2

4

Машина Тьюринга, магазинный автомат, сеть Петри

6







2

4

5

Концепция порождения и распознавания; классификация языков по Хомскому;

6







2

4

6

Явление риска логических схем;

4










4

7

Представление информации в цифровых автоматах

6

2




2

4

8

Контроль работы цифрового автомата

4

2




2

2

9

Защита информации. Аппаратные и программные средства защиты.

8







2

2

10

ИТОГО

72

12

12

12

30






2.1.1 Основные задачи теории автоматов

Предмет и задачи курса. Основные задачи теории автоматов. ЭВМ, как цифровой автомат. ЭВМ в науке, технике, экономике. Исторический экскурс и современное состояние. Архитектурные принципы и структурные схемы ЭВМ различных поколений  

2.1.2 Информационные основы работы

цифровых автоматов

 Информационные основы работы цифровых автоматов. Непрерывная и дискретная формы информации. Геометрические и комбинаторные меры информации. Оценки информации по Шеннону и Хартли. Глубина и длина числа. Бит, Байт. Семантические меры информации.  

2.1.3 Представление информации в цифровых автоматах

 

Представление информации в цифровых автоматах. Разновидности систем счисления. Выбор систем счисления для представления цифровой информации. Перевод числовой информации из одной позиционной системы в другую. Представление чисел с фиксированной и плавающей точкой . Нормализация. Прямой, обратный, дополнительный коды. Погрешности представления чисел

2.1.4 Сложение чисел на двоичных сумматорах

  Сложение чисел на двоичных сумматорах. Формальные правила двоичной арифметики. Сумматоры и полусумматоры. Особенности сложения чисел с фиксированной и плавающей точкой. Нормализация. Прямой, обратный, дополнительный коды. Погрешности представления чисел.

2.1.5 Умножение чисел с использованием двоичных сумматоров

 

Умножение чисел с использованием двоичных сумматоров. Методы умножения двоичных чисел. Умножение чисел с фиксированной точкой. Особенности операции умножения для чисел с плавающей точкой на двоичных сумматорах прямого, обратного и дополнительного кодов. Метод сокращенного умножения. Ускорение операции умножения. Матричные методы умножения. 

2.1.6 Деление чисел с использованием двоичных сумматоров

 Деление чисел с использованием двоичных сумматоров Методы деления двоичных чисел.. Особенности операции деления чисел с фиксированной и плавающей точкой с использованием сумматоров различных типов. Ускорение операции деления Операция извлечения корня.

2.1.7 Основные понятия теории автоматов

 Основные понятия теории автоматов. Дискретное время и такты. Конечные автоматы. Методы задания конечного автомата. Автоматы и графы. Автоматы Мили и Мура. Вводный пример в виде практической задачи.