Дипломная работа: Викладання дисципліни "Конструювання обчислювальної техніки"

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМ. Ю.ФЕДЬКОВИЧА

Факультет комп’ютерних наук

Кафедра комп’ютерні системи та мережі

Дипломна робота

Викладання дисципліни «Конструювання обчислювальної техніки»

Чернівці 2009р.

Зміст

Вступ

1. Календарний графік проходження практики

2. ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ ЗАЛІКОВИХ ЗАНЯТЬ

2.1 План проведення 1 залікового заняття

2.2 План проведення 2 залікового заняття

2.3 План проведення 3 залікового заняття

3. МЕТОДИЧНІ РОЗРОБКИ

3.1 Тести з дисципліни ”Штучний інтелект”

3.2 Лабораторна робота з дисципліни “Основи конструювання ОТ”

4. Запис домашнього завдання

Висновки

Література

Вступ

Під час проходження асистентської практики я відвідувала лабораторні заняття асистента Баловсяка С.В. з дисципліни «Основи конструювання обчислювальної техніки». За час практики я відвідала 8 робіт. Конструювання ОТ є складовою більш широкого процесу, який пов’язаний із розробкою технічного проекту, виробництвом і експлуатацією виробу. Процес конструювання не можна звести до окремих конструкторських рішень, прикладів та рекомендацій. Дуже важливо дати правильне й змістовне уявлення про загальні закономірності конструювання, його проблеми та перспективи. Тому конструювання обчислювальної техніки (ОТ) є прикладною науковою дисципліною, що узагальнює методи аналізу та синтезу конструювання.

Теорія конструювання обчислювальної техніки формується на основі вивчення та врахування тих фізичних процесів, які реально впливають на її функціональні показники. В першу чергу, це електричні, електромагнітні, теплові та механічні процеси. Ці різні за своєю фізичною природою процеси певним чином взаємопов’язані між собою. Сучасне проектування ОТ вимагає системного підходу, при якому всі фізичні процеси розглядаються у взаємодії. Такий підхід потребує створювати складні фізичні та математичні моделі.

Математичне моделювання є принциповою ознакою сучасного конструювання. Завдяки застосуванню комп’ютерів розроблена принципово нова технологія проектування. Її суть полягає в заміні реального об’єкта математичною моделлю та подальшому дослідженні цієї моделі з допомогою комп’ютера. Трудомісткий та довготривалий фізичний експеримент на макетах та дослідних зразках замінюється обчислювальними процедурами згідно з математичною моделлю.

Таким чином, на протязі асистентської практики я вивчала способи подання навчального матеріалу і методику проведення лабораторних робіт з дисципліни «Основи конструювання обчислювальної техніки».

1. Календарний графік проходження практики

За час проходження асистентської практики було виконано:

2. ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ ЗАЛІКОВИХ ЗАНЯТЬ

2.1 План проведення 1 залікового заняття

Тема: Інтерполяція функцій методом найменших квадратів

Мета: Ознайомитися зі способами інтерполяції та навчитися проводити інтерполяцію функцій методом найменших квадратів

Розподіл заняття по часу наступний:

З початком заняття проводиться перевірка наявності студентів. При відсутності певного студента (ів) ставиться відмітка в журналі.

Протягом 10 хвилин проводиться опитування пройденого студентами матеріалу про інтерполяцію функцій поліномами першого та другого степеню.

В ході перевірки домашнього завдання проводиться перевірка робочих записів студента, зокрема заповнення таблиці зі значеннями, які використовуються при розрахунку коефіцієнтів прямої і параболи.

Під час виконання лабораторних робіт, пояснюється хід виконання та мета роботи. Пояснюються принципи інтерполяції функцій, сфери використання, методики розрахунку коефіцієнтів інтерполяції.

Після виконання роботи перевіряються отримані результати, зокрема величина похибки при апроксимації прямою і параболою

Наприкінці заняття задаються контрольні запитання по даній лабораторній роботі та проводиться оцінка знань.

2.2 План проведення 2 залікового заняття

Тема: Розрахунок теплового режиму ЕОМ

Мета: Ознайомитися зі способами розрахунку теплового режиму ЕОМ (розрахунок температури в центрі апарата, розрахунок температури корпуса)

Розподіл заняття по часу наступний:

З початком заняття проводиться перевірка наявності студентів. При відсутності певного студента (ів) ставиться відмітка в журналі.

Протягом 10 хвилин проводиться опитування пройденого студентами матеріалу, який стосується теплопередачі за допомогою теплопровідності, випромінювання і конвекції.

В ході перевірки домашнього завдання, проводиться перевірка робочих записів студента. Перевіряється розрахунок теплового потоку.

Під час виконання лабораторних робіт, пояснюється хід виконання та мета роботи. Пояснюються способи розрахунку теплового потоку і перегріву, отримання коефіцієнтів теплопередачі.

Після виконання роботи слід перевірити отримані результати, та відмітити те, що студент виконав завдання.

Наприкінці заняття задаються контрольні запитання по даній лабораторній роботі та проводиться оцінка знань. Після відповіді студентам ставиться оцінка в бланку.

2.3 План проведення 3 залікового заняття

Тема: Апроксимація функцій

Мета: Ознайомитися з тим як здійснюється апроксимація функцій

Розподіл заняття по часу наступний:

З початком заняття проводиться перевірка наявності студентів. При відсутності певного студента (ів) ставиться відмітка в журналі.

Протягом 10 хвилин проводиться опитування пройденого студентами матеріалу, який стосується апроксимації.

В ході перевірки домашнього завдання, проводиться перевірка робочих записів студента.

Під час виконання лабораторних робіт, пояснюється хід виконання та мета роботи. Пояснюються способи отримання апроксимації функцій.

Після виконання роботи слід перевірити отримані результати, та відмітити те, що студент виконав завдання.

Наприкінці заняття задаються контрольні запитання по даній лабораторній роботі та проводиться оцінка знань. Після відповіді студентам ставиться оцінка в бланку.

3. МЕТОДИЧНІ РОЗРОБКИ

3.1 Тести з дисципліни “Штучний інтелект”

1. Нейрон являється складовою частиною…

а) дендриту

б) аксону

в) нервової системи (*)

г) синапсу

2. Для чого призначені синапси?

а) для передачі сигналів між нейронами (*)

б) для ізоляції нейронів

в) для збудження нейронів

г) для виконання обчислень

3. З яких частин не складається нейрон:

а) дендрити;

б) аксон;

в) зворотні зв’язки(*);

г) синаптичні зв’язки.

4. Які з шарів не розпізнають в нейронній мережі:

а) прихований;

б) вхідний;

в) середній(*);

г) вихідний.

5. Одним з алгоритмів навчання нейронної мережі, які найчастіше використовуються є алгоритм…

а) прямого розповсюдження помилки;

б) зворотного розповсюдження помилки(*);

в) диференційний алгоритм;

г) лінійний алгоритм.

6. Нейронна мережа не працює в такому режимі:

а) навчання;

б) тестування;

в) розпізнавання;

г) обробки (*).

7. Які з перелічених функцій не належать до активаційних:

а) синус(*);

б) гістерезис;

в) сигмоїд;

г) тангенс(*).

8. Яких типів нейронних мереж немає:

а) повнозв’язні;

б) багатошарові;

в) перехресні(*);

г) слабозв’язні.

9. В багатошарових нейронних мережах нейрони об’єднуються у:

а) вузли;

б) шари(*);

в) кільця.

10. Серед мереж зі зворотніми зв’язками немає таких мереж:

а) шарово-циклічні;

б) повнозв’язно-шарові;

в) шарово-повнозв’язні;

г) циклічно-шарові(*).

11. Більш глибше вивчення штучних нейронних мереж не вимагає знання таких наук:

а) фізики;

б) соціології(*);

в) психології;

г) математики.

12. Можливості мережі зростають зі збільшенням…

а) нейронів;

б) аксонів;

в) дендритів;

г) шарів(*).

13. За яким принципом будуються штучні нейронні мережі:

а) кільце;

б) матриця;

в) трикутник;

г) за принципом організації та функціонування їхніх біологічних аналогів(*).

14. До задач, які вирішуються з допомогою штучних нейронних мереж не належать:

а) класифікація образів;

б) кластеризація;

в) апроксимація функцій;

г) перетворення сигналів(*).

15. Нелінійний перетворювач реалізує:

а) перетворення інформації;

б) нелінійну функцію виходу суматора(*);

в) функцію активації;

г) розпізнавання.

3.2 Розрахунок теплового режиму ЕОМ

Лабораторна робота №2

Тема: Розрахунок теплового режиму ЕОМ

Мета: Ознайомитися зі способами розрахунку теплового режиму ЕОМ (розрахунок температури в центрі апарата, розрахунок температури корпуса)

Методичні вказівки до лабораторної роботи

Перед проведенням роботи проведено повторення основних визначень та формул лекційного матеріалу (способи розрахунку теплового режиму ЕОМ).

Завдання

Задача 2.1.

ЕОМ касетної конструкції має розміри кожуха L₁ * L₂ * H. Касети розташовані горизонтально і утворюють однорідне анізотропне тіло, що має теплопровідності λ_x, λ_y, λ_z. Джерела енергії по тілу розподілені рівномірно і розсіюють сумарну потужність Р. Між касетами і стінками апарата є повітряний прошарок δ. Температура навколишнього середовища t_c, коефіцієнт чорноти нагрітої зони і кожуха ε, тепловим опором стінки нехтуємо.

Розрахувати температуру в центрі апарата.

Задача 2.2.

ЕОМ в герметичному корпусі розсіює потужність Р. Розміри апарата L₁ * L₂ * H, товщина стінки δ_к. Шасі розташоване горизонтально і його розміри рівні внутрішнім горизонтальним розмірам кожуха. Висота нагрітої зони h₃, відстань від нагрітої зони до кришки h₁. Шасі з деталями та кожух мають коефіцієнт чорноти ε. Температура навколишнього середовища t_c, джерела енергії по шасі розподілені рівномірно, тепловим опором стінок нехтуємо. Теплопровідність нагрітої зони λ.

Розрахувати температуру в центрі апарата.

Хід роботи

Розрахунок теплового режиму ЕОМ в геометричному корпусі

1. Розрахунок температури корпуса t_k.

Введемо позначення:

Ф – сумарний тепловий потік [Вт] ;

,(1)

де Ф_і – тепловий потік через і-ту грань;

t_c – температура середовища [K], [^oC];

t_k – температура корпуса (t_к= t_і);

θ_кс – перегрів системи корпус–середовище

(2)

(3)

 – коефіцієнт тепловіддачі і-тої грані [Вт/м²К];

 – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією;

 – коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням;

,(4)

– приведений коефіцієнт чорноти корпусу (задано);

– кутовий коефіцієнт випромінювання, ;

t_m – середня температура пограничного шару “рідини”;

(5)

А_к – площа кришки, А_к = L₁L₂ ;

А_б – площа бокових граней, А_б = (L₁+L₂)Н;

А_д – площа дна, А_д = L₁L₂ ;

А – площа поверхні корпуса, А=2[(L₁+L₂)Н+ L₁L₂];

(6)

1.1.Алгоритм визначення ступеня n конвективної тепловіддачі корпус-середовище

1.1.1.Бокова поверхня [А_б; t_k; θ_КС; t_m; L]

Розглядаємо нерівність і перевіряємо її

якщо:(7)

L – визначальний розмір [M]

L = H(8)

H – висота бокової грані.

Зауваження. Зі зміною θ_КС значення n може змінитись.

а) n=1/4, тоді

(9)

N=1 для вертикальних стінок

(10)

б) n=1/3, тоді

(11)

N=1 для вертикальних стінок

(12)

1.1.2 Кришка та дно [А_k; А_д; t_k; θ_КС; t_m; L]

L = min{L₁,L₂}L=

N=1,3 для кришки, α_кк

N=0,7 для дна, α_КД

Далі згідно формулам (7) – (12) як в 1.1.1.

1.2. Побудова теплової характеристики корпус-середовище

Температуру корпусу t_k можна визначити, якщо знайти перегрів θ_КС. Значення θ_КС шукають з допомогою теплової характеристики Ф=Ф(θ_КС), яку попередньо треба побудувати. Графік Ф(θ_КС) проходить через початок координат: Ф(0)=0. Для побудови графіка знаходимо ще дві точки, бо графік відрізняється від лінійного. Спочатку задаємось значенням перегріву . Тоді згідно формули (6) можемо знайти значення теплового потоку Ф₁, який для даного РЕЗ може забезпечити цей перегрів. Значення θ₁ та Ф₁ визначить точку 1 теплової характеристики. Задавши потім ще значення θ₂ та повторивши розрахунки для визначення Ф₂, знайдемо точку 2. Звичайно графік теплової характеристики будується на міліметровому папері в масштабі по координатним осям. Так як в умові задається потужність Р, яку споживає РЕЗ, то з допомогою графіка знаходимо справжній перегрів θ_КС. Після цього знаходимо температуру корпуса

(14)

Примітка. Аналогічним чином будується теплова характеристика ізотермічної поверхні нагрітої зони та корпуса.

Це буде вже інший графік, бо іншими будуть значення коефіцієнтів тепловіддачі.(15)

t_s - температура поверхні умовно нагрітої зони (ізотермічна поверхня).

2. Розрахунок температури нагрітої зони t_s

2.1 Апарат касетного типу

Мова йде про конвекцію в обмеженому просторі. Вводиться поняття ефективного коефіцієнту тепловіддачі через повітряний прошарок товщиною .

Так як ,

то використовується формула

(16)

Задаємся перегрівом θ_КС і визначаємо відповідне значення Ф

(17)

Побудуємо теплову характеристику і знаходимо t_s.

2.2 Апарат з горизонтальним шассі

Коефіцієнт тепловіддачі через кришку

і дно визначається з врахуванням того,

що за формулою

(18)

2.2.1. Кришка:

2.2.2. Дно:

2.2.3. Для бокових поверхонь:

Далі задаємся θ_SK, визначаємо за формулою (6) відповідне значення Ф і будуємо теплову характеристику, а потім знаходимо дійсне θ_SK та температуру t_s.

3. Визначення максимальної температури ЕОМ

(20)

V=l_хl_уh (перепозначимо l_x=l₂; l_y=l₁).

Максимальна температура в центрі зони (апарата).

3.1. Апарат касетного типу

l_min – це один з розмірів l₁, l₂ чи h. Методом перебору:

1) Нехай

Тепер перевіримо припущення, якщо дійсно l_x<l₁ та l_y<l₂, то припущення вірне, якщо хоча б одна нерівність не підтверджується, то:

2) Нехай l_min=l_у, тоді  

Якщо l_у<l₁ та l_у<l₂, то l_min=l_у, , якщо ж нерівності не підтверджуються, то , l_min=h. Визначаємо відношення , де l_і та l_j один з трьох розмірів l₁, l₂ чи h, в залежності від того який l_min. Ці відношення дозволяють визначити коефіцієнт С, користуючись графіком.

3.1.Апарат касетного типу

l_min визначається, як мінімальний розмір із трьох розмірів l₁, l₂, h. . Після цього з допомогою відношень  з допомогою графіка визначаємо коефіцієнт С.

3.3. Визначення температури в довільній точні J

(21)

Визначення коефіцієнта С

Завдання для задачі 2.1

ЕП касетної конструкції

Завдання для задачі 2.2

ЕП в геометричному корпусі з шассі

Таблиця 1. Значення коефіцієнтів А₁, А₂, А₃ та А₅ для повітря

4. Запис домашнього завдання

В якості домашнього завдання студентам записано в електронній формі завдання до лабораторної роботи №1, а також електронну версію навчального посібника (Основи конструювання обчислювальної техніки: Навчальний посібник. - Ч.1./ Укл.: Федоренко А.П., Баловсяк С.В. – Чернівці: Рута, 2005. – 76 с.)

Висновки

За час проходження асистентської практики я краще засвоїла знання та навички з дисципліни «Основи конструювання ОТ», ознайомилася з методикою складання тестових завдань, вдосконалила свої навики опрацювання літератури.

Мною було складено тести з дисципліни “Штучний інтелект” та доповнено лабораторну роботу з дисципліни “Основи конструювання обчислювальної техніки”. Важливим результатом проходження асистентської практики я вважаю набуття практичного досвіду проведення лабораторних занять.

Література

1. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика. Пер. с англ. – М.: Мир, 1992. – 240 с.

2. Галушкин А.И., Иванов В.В. Некоторые концептуальные вопросы развития нейрокомпютеров // Зарубежная радиоэлектроника. – 1997. – № 2. – С. 3 – 10.

3. Стариков А. Практическое применение нейронных сетей для задач классификации (кластеризации) // BaseGroup. – 2000 (http://www.basegroup.ru /neural/prectice.php).

4. Красовский А.А. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. –М.: Наука, 1977. – 272 с.

5. Цыпкин Я.З. Основы информационной теории идентификации. – М.: Наука, 1984. – 225 с.

6. Ротштейн А.П. Интеллектуальные технологии идентификации: нечеткие множества, генетические алгоритмы, нейронные сети. – Винница: «УНІВЕРСУМ-Вінниця», 1999. – 320 с.

7. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. – М.: Наука, 1968. – 400 с.

8. Неймарк Ю.И. Многомерная геометрия и распознавание образов // Математика. – 1996. – №7. – С. 119 – 123.

9. Медведев В.С., Потемкин В.Г. Нейронные сети. MATLAB 6 / Под. общ. редакцией В.Г. Потемкина. – ДИАЛОГ-МИФИ, 2002 . – 496 с.

10. Пономарев С. Нейронные сети // INFUSED BYTES OnLine (http://www.enlight.ru/ib/tech/ neural/index.php).