Кремниевая эволюция

Учебно-методический комплекс "Кремниевая эволюция" адресован старшим школьникам (14-18 лет), студентам средних специальных и высших учебных заведений, желающим получить углубленные профессиональные знания в сфере разработки и производства изделий электроники, вычислительной техники, промышленной автоматизации, робототехники, системного и прикладного программирования. В рамках проекта учащиеся проследят путь эволюционного развития полупроводниковой электронной технологии и ее применения для создания систем управления и универсальных вычислительных машин. Эволюционное образование по принципу "от простого к сложному" с большим количеством практических занятий дает возможность развить навыки и образ мышления, необходимые для успешной работы и создания новых образцов современной электронной техники.  Проект разделен на три тематических этапа, соответствующих эволюционным периодам развития электроники. Для каждого этапа предлагается набор материалов для практических занятий – электронные и механические компоненты, методические пособия.

Первый этап - "Железная логика".

На первом этапе учащиеся изучают основы электротехники, электроники, конструирования электромеханических устройств и систем управления, не требующих использования программируемых контроллеров. Учащиеся конструируют и изготавливают модель мобильного робота, управляемого логическими схемами. Второй этап - "Восьмибитная революция". На втором этапе учащиеся переходят от логических схем к использованию простого 8-битного микропроцессора. Для практических занятий используется классический микропроцессорный комплект отечественного производства. Такой подход позволяет в деталях изучить архитектуру компьютера, что затруднено при использовании современных микроконтроллеров. Каждая микросхема комплекта представляет функциональный узел ЭВМ, доступный для исследования (можно буквально потрогать руками), в то время как микроконтроллеры выполнены полностью на одном кристалле и не обладают требуемой наглядностью. На первых занятиях учащиеся знакомятся с принципами организации вычислительных устройств из логических микросхем, с историей появления микропроцессоров. Обсуждается связь команд управления моделью робота с командами цифрового процессора. На следующих занятиях учащиеся последовательно изучают основные узлы компьютера, проводя аналогии с решениями первого этапа.

Второй этап - "Восьмибитная революция".

Второй этап не рассчитан по числу занятий, поскольку продвижение вперед зависит от скорости усвоения знаний учащимися. Сборка и наладка каждого модуля является самостоятельным творческим проектом и может осуществляться как в группе, так и индивидуально. После сборки и отладки компьютера он может быть подключен к модели робота для демонстрации перехода от "железной логики" к программируемой "гибкой логике".

Третий этап - "Все под контролем".

На третьем этапе учащиеся знакомятся с историей развития интегральных схем и создания современных однокристальных микроконтроллеров. На первых занятиях обсуждается применения логических схем и управляющих компьютеров в промышленной автоматизации. Для управления моделями применяются логические схемы, аналогичные изготовленным на первом этапе, затем подключается 8-битный компьютер. На заключительных занятиях компьютер заменяется модулем микроконтроллера. Этот модуль также используется для замены системы управления мобильного робота. Рассматриваются преимущества и недостатки перечисленных решений в различных применениях. На данном этапе учащиеся располагают необходимым оборудованием для дальнейшей самостоятельной работы.