Technologie Informacyjne i Komunikacyjne

(1)

Technologie Informacyjne i Komunikacyjne

Wykład 1

Jak działa komputer-

od kryształu półprzewodnikowego do operacji logicznych w procesorze

dr hab. Jan Suffczyński

Jan.Suffczynski@fuw.edu.pl

(2)

Plan wykładów

Data Temat wykładu

1 15-10-2020 Technologia półprzewodnikowa stojąca za działaniem komputera (I) 2 29-10-2020 Technologia półprzewodnikowa stojąca za działaniem komputera (II) 3 26-11-2020 Systemy zapisu danych, kodowanie znaków

4 10-12-2020 Sztuczna inteligencja/deep learning

5 07-01-2021 Wprowadzenie do języka Wolfram Mathematica 6 21-01-2021 Cyfrowy zapis dźwięku i obrazu

Slajdy z wykładów na stronie: http://www.fuw.edu.pl/~jass/TIK2020.html

(3)

Ćwiczenia

• Prowadzący ćwiczenia:

– mgr Magdalena Kuich

– dr Magdalena Posiadała-Zezula

– dr hab. Jan Suffczyński

(4)

Grupy ćwiczeniowe

(5)

Ćwiczenia - program

Linux: 2 tygodnie zajęć

• Podstawowe polecenia.

• Zarządzanie plikami i katalogami oraz prawami dostępu.

• Uruchamianie programów i podstawowe narzędzia systemowe

• Potoki, strumienie.

(6)

Ćwiczenia - program

LaTeX: 2 tygodnie zajęć + praca do wykonania w domu; 10 pkt)

• Dokumenty tekstowe w LaTeX, tworzenie kodu źródłowego, kompilacja kodu

• Wzory matematyczne w LaTeX

• Środowiska tabel, rysunków, bibliografii

(7)

Ćwiczenia - program

Python: 3 tygodnie zajęć + 1 tydzień na kolokwium (15 pkt)

• Podstawy Pythona 3.6 – operacje w konsoli, programu (struktura, funkcje, …).

Zalecane: Anaconda, środowisko Spyder.

• Import i wizualizacja danych

• Wykresy funkcji określonych wzorami analitycznymi

• Dopasowywanie funkcji do danych doświadczalnych

(8)

Ćwiczenia - program

Mathematica: 3 tygodnie zajęć + 1 tydzień na kolokwium (15 pkt)

• Operacje matematyczne w nootebook'u'

• Wypisywanie znaków alfabetu greckiego, ułamków, całek itd.

• Definiowanie funkcji

• Dopasowanie funkcji (wbudowanych i własnych) do danych

• Rozwiązywanie równań (analitycznie i numerycznie).

• Pochodne i całki.

• Operacje na macierzach, w tym diagonalizacja

• Wykresy w 2D i 3D

(9)

Instalacja Wolfram Mathematica

Według:

https://www.fuw.edu.pl/oprogramowanie-licencje.html

• Instalacja programu:

• Założyć konto - Wolfram ID i potwierdzić rejestrację w otrzymany zwrotnie link w e-mailu

Uwaga: dla umożliwienia jednoznaznej weryfikacji uprawnień (wstępnej i okresowej) proszę użyć wydziałowego adresu mailowego jako identyfikatora konta; w przeciwnym razie klucz aktywacyjny nie powinien zostać zatwierdzony przez Administratora.

• Wejść na Wolfram User Portal - linki odpowiednio:

– Pracownicy/doktoranci (lub równoważnie http://goo.gl/6FlE3) – Studenci (lub równoważnie http://goo.gl/38hUk)

• Uwaga: ze względu na wymagania licencyjne proszę użyć właściwego linku; w przeciwnym razie klucz aktywacyjny nie powinien zostać zatwierdzony przez Administratora.

• Wypełnić dane kontaktowe - Activation Key Request Form Uwaga: Proszę użyć wydziałowego adresu pocztowego

• Pobrać plik instalacyjny z podanej w e-mailu lokalizacji; zachować Activation Key:

– Wybrać Mathematica Product

• pracownicy/doktoranci - Mathematica Unlimited Site

• studenci - Mathematica Student Unlimited Site

– Z Download Center wybrać odpowiednią wersję (Windows, Mac, Linux)

• Uruchomić zainstalowany program i podać otrzymany w e-mailu klucz aktywacyjny

• Uwaga: Tak uzyskany klucz aktywacyjny ma charakter tymczasowy (15 dni). Po wygenerowaniu klucza przez użytkownika Administrator otrzymuje informację o nowym kluczu i dokonuje (lub nie, jeśli istnieją przeciwwskazania) ostatecznej jego akceptacji. Użytkownik otrzymuje stosowne informacje mailowe

(10)

(11)

Sprawdziany

Tydzień Przedmiot sprawdzianu Punktów do

zdobycia

11-15.11.2020 LateX 10

2-6.12.2020 Python 15

13-17.01.2021 Mathematica 15

luty 2021 Test z wykładu 10

50 w sumie

Punkty 25-29 30-34 35-39 40-44 45-50

Ocena 3 3+ 4 4+ 5

(12)

Sprawdziany

Tydzień

(orientacyjnie) Przedmiot sprawdzianu Punktów do zdobycia

15.11.2020 LateX 10

7-11.12.2020 Python 15

18-23.01.2021 Mathematica 15

Luty 2020 Test z wykładu 10

50 w sumie

Punkty 25-29 30-34 35-39 40-44 45-50

Ocena 3 3+ 4 4+ 5

Dla chętnych:

- kolokwium poprawkowe z wybranego działu: w tygodniu 25-29.01.2021 (lepsza ocena się liczy)

(13)

Materiały z wykładu

• http://www.fuw.edu.pl/~jass/TIK2020.html

• Użytkownik: student

• Hasło: student

(14)

Plan wykładów

Data Temat wykładu

1 15-10-2020 Technologia półprzewodnikowa stojąca za działaniem komputera (I) 2 29-10-2020 Technologia półprzewodnikowa stojąca za działaniem komputera (II) 3 26-11-2020 Systemy zapisu danych, kodowanie znaków

4 10-12-2020 Sztuczna inteligencja/deep learning

5 07-01-2021 Wprowadzenie do języka Wolfram Mathematica 6 21-01-2021 Cyfrowy zapis dźwięku i obrazu

Slajdy z wykładów na stronie: http://www.fuw.edu.pl/~jass/TIK2020.html

(15)

Plan wykładu

1. Półprzewodniki i tranzystory

2. Produkcja układów

scalonych

3. Bramki logiczne

(16)

Dysk twardy IBM Model 350

Pojemność 5MB

1956

(17)

Dysk twardy IBM Model 350

Pojemność 5MB

1956

niebawem…?

Atom krzemu na grafenie

(18)

Molekuła atomów wodoru

(19)

Orbital wiążący i antywiążący

Funkcje falowe

Poziomy energetyczne

(20)

Struktura pasmowa półprzewodników - przerwa wzbroniona

dwa izolowane atomy

cząsteczka dwuatomowa

cząsteczka czteroatomowa

(21)

W krysztale ~10²³ at/cm³!

High-resolution TEM image of a 22 nm single crystal Si nanowire.

(22)

Przerwa wzbroniona w krysztale (~10

²³

at/cm

³

)

Przerwa wzbroniona

(23)

Izolatory, półprzewodniki i metale

Oporność Oporność

Temperatura Temperatura

(24)

Domieszkowanie półprzewodników

(25)

Podstawowy element elektroniczny - tranzystor

• Transistors, How do they work ?

• https://www.youtube.com/watch?v=7ukDKVHnac4

(26)

Złącze p-n i tranzystor

obszar

domieszkowany na typ p

obszar

domieszkowany na typ n

n p

n

(27)

Pierwszy tranzystor

John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain, Bell Labs, 1947

Pierwszy pomysł: 1925, Julius E. Lilienfeld, (ur. 1882, Lwów, Austro-Węgry – zm. 1963, USA) Pierwsza realizacja: Tranzystor ostrzowy

(28)

Pierwszy tranzystor

(29)

Współcześnie - tranzystor MOSFET

Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor

(30)

Źródło: Kurzweil

(31)

Układ scalony

= zintegrowany układ tranzystorów, diod, oporników i kondensatorów

(32)

Układ scalony

(33)

Materiały stosowane w produkcji przyrządów półprzewodnikowych

Półprzewodnik

Energia przerwy w

300 K [eV]

Ruchliwość [cm²/Vs)

Względna stała dielektryczna

Przewod.

cieplne [WmK^-1]

Krzem 1,12 1500 11,7 1,45

German 0,66 3900 16,0 0,55

Arsenek galu 1,43 8600 13,1 0,44

Antymonek galu 0,67 4000 15 0,33

Arsenek indu 0,33 33000 - 0,27

Fosforek indu 1,29 6000 1,1 0,68

Antymonek indu 0,16 70000 - 0,17

(34)

Wytwarzanie czystego krzemu

(35)

Science Photo Library

Metoda

Czochralskiego

Jan Czochralski 1885 - 1953

(36)

Wytwarzanie czystego krzemu

(37)

Pomieszczenia wysokiej czystości

(ang. clean –room)

(38)

Pomieszczenia wysokiej czystości

(39)

Jak wytwarza się układy scalone?

Zoom Into a Microchip

• https://www.youtube.com/watch?v=Fxv3JoS1uY8 Photolithography

• https://www.youtube.com/watch?v=oBKhN4n-EGI

(40)

(41)

10 um

(42)

Technologie Informacyjne i Komunikacyjne