Undervisningsplan for ITD Datateknikk Høsten 2016 Våren 2017

Transkript

1 Avdeling for informasjonsteknologi Høgskolen i Østfold Undervisningsplan for ITD Datateknikk Høsten 2016 Våren 2017 Emneansvarlig Emnets URL Robert Roppestad robert.roppestad@hiof.no Høsten 2016 Uke Grunnleggende digitalteknikk, portkretser, boolsk algebra. Tallsystemer og binær aritmetikk. Koder for informasjon, ASCII, UniCode. Forenkling av boolske uttrykk. Boolske regler, Karnaugh-diagram, Kombinatoriske kretser. Krets-tegninger. Sammensatte digitale kretser. Adderer, enkoder, dekoder. Vipper, flip-flops. Bruk av elektriske kretser, måleinstrumenter og digital trener. Våren 2017 Uke 1 17 Gjør oss ferdig med vipper, tellere, frekvensdelere, skiftregistre, Minne og lagringsenheter. Tar for oss datamaskinenes oppbygning og virkemåte, Mikrokontrollere. Sensorer og aktuatorer som benyttes i måling og overvåking. Hvordan benytte IO-signaler, analoge og digitale. Omforming. Hvordan benytte Arduino mikrokontroller, sensorer, IO mot fysiske systemer. Programmering av Arduino. C-programmering. Prosjekt som benytter Arduino i måling, styring, overvåking. Web-klient/server. Filnavn: plan_datatek_5sept2016.docx Dato: 5. sep. 16 Rev : RR

2 Datateknikk 2 Øvinger og laboppgaver. Hvert semester vil det bli gitt: 2-3 øvinger som løses individuelt. 2-3 praktiske lab-oppgaver. Laboppgaver/øvinger blir utdelt i rimelig tid før de skal utføres. Rapport som dokumenterer utførelse og forståelse skal innleveres til godkjenning. De praktiske oppgavene skal demonstreres for faglærer/stud.ass Øvingene og de praktiske laboppgavene må være godkjent for å få adgang til eksamen i faget. (arbeidskrav). Pensum; Kapitler i læreboka. Alt som er gjennomgått i forelesninger Alt materiale utdelt av faglærer Lab og øvingsoppgaver Vurdering: Individuell sluttkarakter utgjøres av to deleksamener: En 3 timers skriftlig deleksamen i desember som teller 40%, og en 3 timers skriftlig deleksamen til sommeren som teller 60%. Bokstavkarakter A-F. Hjelpemiddel: - to A4-ark (fire sider) med egne notater - godkjent kalkulator som deles ut på eksamensdagen Hver deleksamen må være bestått for å få hele emnet bestått. Ved ny og utsatt eksamen kan hver eksamensdel tas på nytt og resultatene på eksamensdelene slås sammen på nytt.

3 Datateknikk 3 Studiemodell, År Sem Emne Dataingeniør vår Bacheloroppgave (20stp) Valgfag 3 høst Integrerte IT-systemer Industriell IT Valgfag 2 vår høst Statistikk og økonomi Operativsystemer med Linux Databaser Datakommunikasjon Valgfag Matematikk for IT 1 vår høst Objektorientert programmering Innføring i programmering Fysikk og kjemi Ingeniørrollen og prosjektarbeid Datateknikk Matematikk 1 Emnebeskrivelse ITD13012 Datateknikk (Høst Vår 2017 ) Studiepoeng: 10 Ansvarlig avdeling: Avdeling for informasjonsteknologi Undervisningssted: Halden Emneansvarlig: Robert Roppestad Nettside for emnet: Undervisningsspråk: Norsk Emnets kategorisering: Obligatorisk emne i bachelorstudiet i ingeniørfag data bachelorstudiet i ingeniørfag - data, Y-veien bachelorstudiet i ingeniørfag - data, Tress Studieinnsats/antall timer 2 timer forelesning + øvinger/lab per uke. Læringsutbytte: Kunnskap Studenten: har gode kunnskaper om grunnleggende digitalteknikk og boolsk algebra forstår mikrokontrollerens oppbygging og virkemåte forstår datamaskinens oppbygging og virkemåte har gode kunnskaper om hvordan en mikrokontroller kan programmeres Ferdigheter Studenten: kan designe og analysere enkle digitale systemer kan lage et mikroprosessorbasert målesystem kan skrive program for et mikroprosessorkort

4 Datateknikk 4 Generell kompetanse Studenten: forstår forskjellene mellom et høy- og lav-nivå programmeringsspråk kjenner til byggeklossene i en mikrokontrollersystem forstår hvordan man kan koble sensorer til en datamaskin for å lage enkle måle og overvåkingssystemer har kunnskaper om begreper og terminologi innenfor emnets temaer Innhold/oppbygging: Følgende emner vil bli berørt: grunnleggende digitalteknikk porter, vipper, tellere bruk av multimeter, oscilloskop og signalgenerator boolsk algebra tallsystemer og binær aritmetikk datamaskinens oppbygning og virkemåte minne og lagringsenheter mikroprosessoren og mikrokontrolleren programmering av en mikrokontroller (Arduino) som utfører måling, styring og overvåking behandling av analoge og digitale IO-signaler oppkobling og testing av ulike sensorer med et Arduino Starter Kit en rekke praktiske oppgaver som underbygger teorien Organisering og læringsformer: Forelesninger, øvinger og laboratorieoppgaver. Arbeidskrav: 5 øvinger 5 laboratorieoppgaver Arbeidskrav må være godkjent før studenten kan fremstille seg til eksamen. Vurdering: Individuell sluttkarakter utgjøres av to deleksamener: En 3 timers skriftlig deleksamen i desember som teller 40%, og en 3 timers skriftlig deleksamen til sommeren som teller 60%. Bokstavkarakter A-F. Hjelpemiddel: - to A4-ark (fire sider) med egne notater - godkjent kalkulator som deles ut på eksamensdagen Hver deleksamen må være bestått for å få hele emnet bestått. Ved ny og utsatt eksamen kan hver eksamensdel tas på nytt og resultatene på eksamensdelene slås sammen på nytt. Evaluering av emnet: Dette emnet evalueres på følgende måte: Midtsemesterevaluering (frivillig) Sluttevaluering (obligatorisk) Den emneansvarlige lager en emnerapport på bakgrunn av studentenes tilbakemeldinger og sine egne erfaringer med emnet. Emnerapporten behandles av studiekvalitetsutvalget ved avdeling for informasjonsteknologi. Litteratur: Litteraturlisten er sist oppdatert 26. mai 2015 Floyd (2015): Digital Fundamentals, 11th ed. ISBN: Materiale utdelt av faglærer. Nettbaserte ressurser. Se emnets nettside. Støttelitteratur. Arduino Projects Book (del av Arduino Starter Kit) Exploring Arduino, Jeremy Blum, Wiley. ISBN

5 Datateknikk 5 Lab, grupperom. Lab for datateknikk, smarthus, solenergi. DU1-044 Kybernetikk-lab for data.ing studenter. D1-043 Makerspace HIØ. Eksperimentell lab tilgjengelig for alle IT-studenter. Masse utstyr, elektronikk, Arduino, Raspberry Pi, 3D-printer ++

6 Datateknikk 6 Datateknikk Datateknikk omhandler hvordan datamaskiner virker. Hvordan elektriske kretser, digitalteknikk og programmering er grunnlaget for å utvikle datasystemer. Kurset tar for seg grunnleggende kunnskaper om digitalteknikk, logiske kretser, boolsk algebra, tallsystemer. Fokuserer etter hvert på hvordan en mikrokontroller (Arduino) kan benyttes for å gjøre smarte oppgaver koblet mot den fysiske verden. Arduino oppkoblet noen sensorer.

7 Datateknikk 7 Noen historiske milepæler. Timeline of Computer History History of computing hardware Computer History Museum Ca 1820 ble det utviklet automatiske vevstoler (Jacquard veven) styrt av et hullkortsystem. (Programstyrt vev). Hullkortstyrt vevstol. Tekniske museum i Berlin. Charles Babbage utviklet «The Analytical Engine» som kan ses på som den første datamaskin som kunne utføre operasjoner gitt av hullkort mellom 1833 og I 1837 tok Samuel Morse patent på elektrisk telegrafi over en ledning. Benyttet morsealfabetet som er et kodet (digital) metode for overforing av informasjon. Hvert tegn består av et antall prikker og streker (kan ses på som 0 og 1 digitalt). De oftest benyttede tegn fikk den korteste koden. F.eks er bokstaven E gitt med en prikk.

8 Datateknikk 8 Ca 1860 ble det gjort 2 mislykkede forsøk av Cyrus West Field på å legge en transatlantisk kommunikasjonskabel mellom USA og England. En svært kostbar affære. Tredje forsøk i 1868 ble vellykket. Kabelen som ble lagt var 4260 km lang, og kunne overføre opp til 8 ord i minuttet. Utlegging av den første transatlantiske kommunikasjonskabel. De første elektriske datamaskiner var basert på radiorør og ble utviklet i perioden Den første Atansoff-Berry-Computer (ABC) ble utviklet i perioden Den besto av 300 radiorør Konrad Zuse var en tysk pioner innenfor informatikk. Hans største bragd var konstruksjonen av den første funksjonelle datamaskin (elektro-mekanisk) med programmer lagret på tape, kalt Z3, i Konrad Zuse ses på som oppfinneren av den moderne programmerbare datamaskin. Zuse 1. Tekniske museum i Berlin.

9 Datateknikk 9 I 1946 ble verdens første anvendelige elektroniske datamaskin konstruert i USA. ENIAC besto av ca radiorør, veide 27 tonn, opptok ca 170m 2, og benyttet150kw effekt. ENIAC datamaskin. Transistoren ble utviklet ved Bell Labs, USA i 1947, og la grunnlaget for elektronikk og datamaskiner, som var i langt mindre skala enn de som var basert på radiorør. Transistoren Første integrerte krets konstruert av Jack Kilby ( Texas Instruments ) 12 komponenter på samme brikke. ( Kilby får Nobel-prisen i 2000 ) Integrert krets. IC.

10 Datateknikk 10 Den første kommersielle elektroniske CPU en på en chip er Intel 4004, fra Den hadde 4 bit databus, og besto av 2300 transistorer. Intel 4004 CPU. Fra den første mikroprosessoren i 1971 og fram til nå har det vært en enorm utvikling av mikroprosessorer, integrerte kretser og datamaskiner. En moderne mikroprosessor kan i dag ha opptil ti milliarder transistorer på en chip. CPU (2016)