Выбор симулятора логических схем при изучении цифровых автоматов для неэлектротехнических специальностей вузов

УДК 004.312-315 Стащук П.В.

ВЫБОР СИМУЛЯТОРА ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЦИФРОВЫХ АВТОМАТОВ ДЛЯ НЕЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ВУЗОВ

В статье представлены результаты исследования по отбору свободно распространяемых эмуляторов цифровых схем, которые целесообразно использовать в качестве учебных программных средств на лабораторных занятиях по изучению цифровых автоматов в учебных дисциплинах «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» и «Архитектура ЭВМ» неэлектротехнических специальностей вузов.

На основании бакалаврских образовательных программ сначала сформулированы педагогические требования, предъявляемые к учебным программам по рассматриваемой тематике, а затем критерии сравнительного анализа симуляторов логических схем и шкалы допустимых значений. Определены веса критериев, представляющие собой числовые экспертные оценки их важности в соответствии с целью исследования.

Выполнен краткий обзор наиболее известных в Интернете аналогов цифровых симуляторов. Проведено практическое оп-робывание, которое позволило оценить для них значение каждого критерия по принятым шкалам. Сравнительный анализ нормированных числовых значений оценок критериев и содержательных, предварительно приведенных к числовым, проводили методом комплексной оценки. Взвешенные и комплексные оценки критериев для сравниваемых объектов позволили выявить «лидеров» для участия в апробации в условиях реальных учебных процессов и последующей экспертизы.

Ключевые слова: архитектура ЭВМ, вычислительные системы, электронная схема, цифровой автомат, моделирование, EDA, симулятор логических (цифровых) схем, свободно распространяемое ПО, сравнительный анализ, метод комплексной оценки.

Введение

Многие учебные заведения радиоэлектронной направленности используют в учебном процессе компьютерные программы из инструментария разработчиков электроники, которые позволяют студентам соединить теоретические знания с практическими навыками построения электрических схем, увидеть влияние различных факторов на поведение будущих электронных устройств и научиться разработке этих устройств без применения дорогостоящих экспериментальных лабораторий.

Подобные программы относятся к классу CAP (computer/electronic accommodations program) или EDA (electronic design automation) и широко применяются в современной электронной промышленности на стадии проектирования изделий для компьютерного моделирования разрабатываемых устройств и исследования их работы перед непосредственным воплощением в аппаратуру.

Программы EDA

В настоящее время существует множество профессиональных программ данного класса — дизайнеров схем и симуляторов электронных устройств (schematic capture and simulator), которые успешно развиваются и совершенствуются как коммерческие продукты по мере развития и совершенствования базовых электронных устройств и самих компьютеров [1,2]: Proteus VSM, Micro-Cap, NI Multisim, LabVIEW, OrCAD и др. Разработчики EDA стараются учесть в них современные методики проектирования печатных плат и подготовки их к производству, расширить библиотеку компонентов новыми серийными микросхемами (стабилизаторы напряжения, микроконтроллеры и пр.), применить более совершенные алгоритмы симуляции электрических цепей на базе математических и программных решений.

В работе [3] описывается подход к выбору

© Стащук П.В.

инструмента автоматизированного проектирования элек тронных плат, основанный на предварительно сформулированной концепции проектирования, управляемого исходными правилами (электрическими, температурными и конструктивными). Основными критериями, определяющими выбор EDA, выбраны следующие:

1) возможность решения широкого спектра задач конструирования печатных плат электронной аппаратуры;

2) наличие интерфейса с уже используемыми на предприятии инструментами;

3) возможность выполнения проектов для существующих и перспективных технологий производства электронной аппаратуры;

4) возможность использования существующих локальных сетей;

5) наличие интерфейса с EDA-инструментами, используемыми партнерами по совместным проектам;

6) стоимость выбираемого инструмента.

Коммерческие программы EDA профессионального уровня имеют низкую «обучающую» ценность для большинства учебных заведений, поскольку рассчитаны на использование высококвалифицированными специалистами и имеют высокую рыночную стоимость.

Для изучения основ электроники с применением ЭВМ функциональность профессиональных EDA систем является избыточной, длительность овладения навыками грамотного их использования с учетом графика учебного процесса неприемлема, как и высокая стоимость владения продуктом, несмотря на академические лицензии и прочие бонусы фирм разработчиков. Для учебных заведений неэлектротехнического профиля (и не только) более важными являются факторы педагогические, которые могут быть успешно реализованы применением свободно распространяемого программного обеспечения (open source и freeware). Однако правильный выбор учебного программного средства (УПС) в рамках конкретной учебной дисциплины некоторой учебной специальности всегда пред-

ставляет собой исследование, основанное на знании решаемых УПС задач, предъявляемых к ним требований и грамотного анализа степени удовлетворения требований возможностями различных вариантов УПС (аналогов).

Обучающие функции должны реализовываться в соответствии с дидактическими принципами обучения, определяющими дидактические требования к УПС. Методика преподавания учебной дисциплины, в свою очередь, учитывает своеобразие и особенности соответствующей науки, что определяет методические требования к УПС — учебные цели, обоснование выбора тем для применения УПС, оценка педагогической эффективности использования УПС. Для повышения педагогической эффективности использования УПС, в целом, важны эргономические требования к содержанию и оформлению с учетом возрастных и индивидуальных особенностей обучающихся, определяющие комфортное (дружественность, простота использования, удобство) и позитивное взаимодействие (диалог) с рабочей средой УПС.

Основные требования, предъявляемые к разрабатываемым УПС [4], делятся на педагогические (дидактические; методические; обоснование выбора тематики учебного курса; проверка на педагогическую целесообразность и эффективность применения), технические, эргономические и эстетические. Их следует считать обязательными при разработке новых УПС. Однако в условиях реальных учебных процессов чаще приходится использовать готовые УПС, разработанные для чужих целей. Иначе говоря, требуется взаимно адаптировать их с собственным учебным материалом. В такой ситуации требования к УПС становятся основой для формулировки критериев подбора к имеющемуся или разрабатываемому учебному материалу наиболее подходящего из вероятных доступных аналогов варианта УПС с последующим мониторингом их педагогической эффективности использования.

В работе [5] приводится обзор EDA, которые, по мнению авторов, могут использоваться при организации электронных компьютерных лабораторий для дистанционного обучения. В ней приведен обхор соответствующих программ, предназначенных для расчета и моделирования электронных схем различного назначения и сформулированы следующие критерии (и их значения) отбора для использования в качестве электронных (виртуальных) лабораторий в дистанционном обучении:

1) круг решаемых задач (моделирование аналоговых цепей, моделирование цифровых цепей, моделирование смешанных цепей);

2) стоимость ПО (бесплатная, условно-бесплатная, платная, ученические и академические лицензии);

3) наличие книг и методических материалов (много, мало, отсутствуют на украинском или русском языке);

4) наличие локализации программы на украинском или русском языке;

5) уровень начальной подготовки обучаемого (начальный, средний, высокий);

6) наличие виртуальных приборов (много, мало, отсутствуют);

7) интерфейс программы (стандартный, нестандартный);

8) поддерживаемые ОС (одна, много);

9) использование ПО в радиолюбительской практике (используется, не используется).

Приведенный набор критериев без уточнения специфики решаемых электронной лабораторией задач представляется достаточно абстрактным и, безусловно, требует корректировки и дополнения с учетом результатов анализа эффективности использования выбранного варианта EDA.

Основными методами оценки качества средств ИКТ, применяемых в образовании, являются апробация и экспертиза [6].

Образовательные электронные издания и ресурсы подлежат апробации посредством их реального использования в учебном процессе, демонстрации и обсуждения основных качественных характеристик на интернет-форумах, конференциях, семинарах и других общественных мероприятиях. По результатам апробации итеративно и циклически (в идеале до полного достижения соответствия требованиям качества) формируется система корректировок для последующего совершенствования электронных ресурсов разработчиками.

Для проведения апробации УПС в учебном процессе формируют экспериментальную группу из обучаемых с разной успеваемостью. Требования к организации комплексной экспертизы включают оценку всех (технико-технологических, психолого-педагогических и дизайн-эргономических) аспектов УПС и их использования.

Предметом нашего исследования являются бесплатные, свободно распространяемые (open source и freeware) программы-симуляторы, подмножество EDA систем, ориентированные на проектирование и моделирование работы цифровых электронных схем (electronic/digital circuits simulation program, logic design system).

Ниже приводятся результаты анализа и выбора симулятора цифровых логических схем в качестве УПС при изучении цифровых автоматов в рамках учебных дисциплин «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» и «Архитектура ЭВМ» для неэлектротехнических бакалаврских специальностей вузов.

Сравнительный анализ и выбор симулятора

Одной из задач учебных курсов упомянутых дисциплин является приобретение студентами представления об информационно-логических основах или, иначе говоря, о цифровом логическом уровне архитектуры ЭВМ [7]. В указанном тематическом блоке рассматриваются сведения о полупроводниковых транзисторах, формируемых на их основе логических вентилях, реализующих базовые операции алгебры логики, которые, в свою очередь, комбинируясь между собой, создают цифровые автоматы (комбинационные и по-следовательностные схемы), из которых далее выполняются функциональные узлы (блоки) ЭВМ.

На примере бакалаврской образовательной программы дисциплины «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», входящей в базовую часть цикла «Профессиональные дисциплины» (Б3.Б.2) нетехнического направления подготовки 080500.62 «Бизнес-

информатика» в МГТУ им. Г.И.Носова, сформулированы следующие педагогические особенности изучаемого тематического блока с условным названием «Физические и логические основы ЭВМ (комбинационные и последовательные логические схемы)»:

• в результате освоения обучающийся должен знать принципы построения вычислительных систем и иметь представление об их архитектуре;

• изучение ведется на первом году обучения;

• трудоемкость лабораторных занятий - 10 ч;

• предметом изучения являются цифровые электронные схемы: логические вентили (AND, OR, NOT, XOR, NOT-AND и NOT-OR), комбинационные (шифраторы/дешифраторы, мультиплексоры/демультиплексоры, компараторы, контроля четности, сумматоры, простейшие арифметико-логические устройства) и после-довательностные (триггеры, регистры, счетчики);

• цель - изучить назначение, принципы работы и порядок использования различных цифровых автоматов;

• задачи: научиться анализировать и моделировать работу цифровых схем, составлять таблицы истинности (ТИ) логических функций комбинационных схем и таблицы переключений для триггеров, строить временные диаграммы для различных цифровых автоматов.

Методика учебного процесса в рамках изучаемого тематического блока опирается на лабораторный практикум, то есть индивидуальное, преимущественно самостоятельное, выполнение студентами отдельных заданий лабораторного цикла на базе УПС. Учебные задания регламентированы и расположены по возрастанию сложности. Для предварительного ознакомления с предметом изучения в каждой лабораторной работе заданиям предшествует необходимый объем теоретического материала. При необходимости в процессе обучения целесообразны взаимное консультирование студентов, либо коллективное обсуждение проблемных ситуаций под контролем преподавателя.

В качестве «кандидатов на роль УПС» были выбраны следующие EDA с функцией симуляции логических схем, упоминаемые в Интернете [9-11] и относящиеся к группе свободно распространяемых: open source (с открытым кодом) — Atanua, Digital Logic Design, Ksimus, KtechLab, LogicCircuit, Logisim, TkGate, Qucs и freeware - MMLogic.

Краткая характеристика

АНАЛИЗИРУЕМЫХ СИМУЛЯТОРОВ ЦИФРОВЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

1. Atanua разработан Jari Komppa (jari.komppa@gmail.ru) для изучение основ булевой логики и электроники. Использует OpenGL, ускоренный аппаратными средствами визуализации, и интерфейс пользователя, ориентированный на быструю организацию учебного процесса, что позволяет студентам легко разобраться с тренажером и сконцентрироваться на изучении предмета.

2. Digital Logic Design (digitalcircuitdesign.com) разработан Majid Naeem на jawa для проектирования и моделирования цифровых схем, предназначен для использования профессионалами, увлеченными людьми и студентами. Учителя могут включить его в свои курсы: Цифровая логика и Компьютерный дизайн, Архи-

тектура ЭВМ, Организация компьютера и Встроенные системы. Обеспечивает создание цифровых схем (от простых логических элементов до АЛУ), которые могут быть легко преобразованы в допускающие повторное использование модули, составляющие, в свою очередь, более сложные схемы (например, ЦПУ).

3. Ksimus (ksimus.berlios.de) разработан Rasmus Diekenbrock для установки в системах Linux, позволяет создавать цифровые и аналоговые схемы с дискретными компонентами и моделировать их в режиме реального времени. Не может симулировать большие схемы, но достаточен для образования и схемотехнических экспериментов в области логического и автоматического управления.

4. KtechLab (github.com/ktechlab) — интегрированная среда разработки (Integrated Development Environment, IDE) для установки в системах Linux с целью симуляции схем электроники с разнообразными компонентами (логическими, интегральными, линейными/нелинейными, реактивными) и программирования PIC микроконтроллеров.

5. LogicCircuit (logiccircuit.org) - учебная программа для разработки и моделирования схем цифровой логики. Интуитивный пользовательский интерфейс позволяет создавать иерархические схемы с многоразрядными шинами и отлаживать их работу с помощью осциллографа. Возможна генерация ТИ для комбинационных схем. Симуляция схем осуществляется в режиме реального времени. На сайте разработчика имеется справочная система.

6. Logisim (cburch.com) разработан Carl Burch на jawa как образовательный инструмент для разработки и моделирования цифровых логических схем, работающий под управлением различных операционных платформ (Windows, Linux и Macintosh). Простой интерфейс и моделирование по ходу проектирования схем облегчает изучение основных понятий, связанных с логическими схемами. Имеется встроенное гипертекстовое руководство пользователя, организованное в последовательность разделов, представляющих основные части и возможности Logisim.

7. Qucs (англ. Quite Universal Circuit Simulator, рус. почти универсальный симулятор электронных цепей) — программа, предназначенная для моделирования электронных цепей различного типа (по постоянному и переменному току, переходных процессов, цифровое и пр.). Qucs представляет собой набор нескольких автономных программ, взаимодействующих между собой. Для создания схем, настройки моделирования, отображения результатов используется графический интерфейс основной программы. Моделирование выполняет утилита командной строки, вызываемая из основной программы с графическим интерфейсом. Она считывает описание схемы, проверяет его на наличие ошибок, выполняет моделирование и формирует выходной набор данных. Результаты моделирования могут быть представлены в диаграммах различного типа или таблицах истинности.

8. TKGate (tkgate.org) разработан Jeffery P. Hansen на связке языков C и Tk/Tcl как событийно -управляемое (интерактивное) средство моделирования цифровых схем для ОС Linux. Написан программистом. Сейчас разработкой новых версий проекта зани-

мается Андрей Скворцов. Поставляется со встроенным учебным руководством и схемами примеров.

9. Multimedia Logic (softronix.com) - мультимедийная система логического проектирования от компании-разработчика образовательного ПО Softronics Inc. Интуитивна в использовании и поддерживает интерактивное взаимодействие с мультимедийными логическими схемами.

Задача оптимального выбора объекта (наилучшего качества) из некоторого имеющегося набора исследуемых предполагает количественную оценку его качества, учитывающую заданные критерии (показатели качества, целевые функции, факторы), и относится к многокритериальным задачам оптимизации.

При этом оценка качества должна быть, по возможности, комплексной (полной, всесторонней, системной, согласованной, целенаправленной), т.е. учитывать не один или несколько, а все заданные критерии с учетом конкретного социально-экономического, культурного окружения, предпосылок и последствий. Для этого необходимо предварительное проведение анализа объектов сравнения, требующего аналитической обработки для изучения их сложных и многоаспектных свойств.

При многокритериальной оценке объектов возникают следующие основные проблемы:

1) противоречивость критериев (улучшение по одному критерию приводит к ухудшению по каким-либо другим);

2) невозможность аналитического (в виде формул) выражения связей между оценками по разным критериям;

3) оценки по различным критериям имеют разный вид (числовые, содержательные, балльные, в виде ранжирований и т.д.);

4) числовые оценки отличаются по размерности (измеряются в разных единицах), направленности (минимизация/максимизация) или диапазону значений;

5) различие по важности.

Для снятия этих проблем в процессе оценивания часто используют субъективные суждения эксперта (специалиста), уточняющие:

• перечень сравниваемых объектов;

• перечень критериев для сравнения;

• оценки объектов по критериям;

• степень важности критериев;

• ограничения по отдельным критериям и пр.

После анализа объектов сравнения методами сравнительного анализа выполняется объектный расчет некоторого обобщенного (комплексного) показателя, значение которого позволяет выстроить последовательность объектов в порядке их предпочтения.

В нашем исследовании все принятые к сравнению EDA имеют графическую среду для проектирования цифровых схем, необходимые компоненты (логические вентили) для построения виртуальных цифровых автоматов, соответствующих предмету изучения, в составе своих библиотек и реализуют функцию моделирования работы схем. Их различия определяются особенностями пользовательского интерфейса, изо-

бражений и других свойств компонентов, доступа к компонентам, управления ими в пространстве схемы, реализацией алгоритмов симуляции, выходным файловым форматом, возможностями интероперабельности и пр.

С учетом педагогических особенностей изучаемого тематического блока и требований, предъявляемых к современным УПС (см. выше), сформулированы следующие критерии сравнительного анализа перечисленных симуляторов логических схем:

1) простота и удобство пользовательского интерфейса и использования инструментария интерактивного редактора схем;

2) полнота реализации требуемого функционала;

3) интуитивность (понятность) и простота манипулирования компонентами схем (настройка свойств), использования функциональных инструментов и обработок;

4) моделирование работы схем в реальном времени;

5) наличие справочной подсистемы;

6) наличие библиотеки учебных примеров схем;

7) качество визуализации графических образов компонентов схем и диаграмм с учетом разрешения, цветности, объемности и пр.;

8) локализация программы на русском языке;

9) многооконность (рабочих окон в одном сеансе);

10) мультиплатформенность (поддерживаемые операционные платформы);

11) простота и «дружественность» инсталляции и деинсталляции, в частности зависимость от дополнительных системных и прикладных программ или библиотек, требовательность к ресурсам компьютера и пр.;

12) наличие доступных пользователю подсистем диагностики, предупреждений.

Практическое опробывание симуляторов автором работы позволило оценить для них значение каждого критерия по принятым шкалам (табл. 1). Числовые значения оценок критериев по симуляторам представлены в исходной результирующей табл. 2.

Веса критериев, представляющие собой числовые экспертные оценки их важности, отмечены в табл. 3.

Сравнительный анализ соответствия «кандидатов на роль УПС» установленным для них требованиям проводили методом комплексной оценки [12]

Взвешенные и комплексные оценки критериев по стимуляторам схем приведены в табл. 4.

Лучшим по результатам сравнения является си-мулятор с большей комплексной оценкой — Qucs (3,73), немного уступает ему Logisim (3,55), за которым следует Multimedia Logic (3,39).

Остальные из участвовавших в сравнении симу-ляторов значительно уступают лидерам в соответствии предъявленным требованиям и не могут быть рекомендованы к использованию в качестве УПС при изучении цифровых автоматов в рамках учебных дисциплин «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» и «Архитектура ЭВМ» для неэлектротехнических бакалаврских специальностей вузов.

Таблица 1

Критерии сравнения и их шкалы__

Содержательные значения Шкала числовых эквивалентов

Критерии Способ оценки

1, 3, 7, 11 субъективно исходя из личного опыта автора плохо (сложно) средне хорошо (легко) 0 1 2

2 наличие поддержки следующих учебных функций

4, 6, 8, 9, 12 наличие соответствующей возможности да нет 1 0

5 наличие соответствующего варианта реализации возможности встроенная на сайте нет 2 1 0

10 поддерживаемая операционная среда Linux и Windows Linux или Windows 1 0

Таблица 2

Числовые значения критериев

критерии симуляторы

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 1 1 2 2 1 2 2 1 2

2 1 2 1 1 3 3 3 2 2

3 0 1 2 2 1 2 2 1 2

4 1 1 1 1 1 1 0 1 1

5 0 0 0 0 1 2 2 2 0

6 0 0 0 1 0 0 1 1 1

7 2 1 1 2 1 1 2 0 1

8 0 0 0 0 0 1 1 0 1

9 0 0 0 1 0 0 1 0 1

10 1 1 0 0 0 1 1 0 0

11 2 2 2 0 2 1 1 2 1

12 0 0 0 0 0 1 1 0 1

Таблица 3

Веса критериев сравнения ______

Критерии 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Веса критериев 5 5 4 5 3 2 3 4 2 1 3 2

Нормализованные веса 1 1 0,8 1 0,6 0,4 0,6 0,8 0,4 0,2 0,6 0,4

Таблица 4

Взвешенные и комплексные оценки критериев_

симуляторы

критерии 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 0,26 0,26 0,52 0,52 0,26 0,52 0,52 0,26 0,52

2 0,17 0,35 0,17 0,17 0,52 0,52 0,52 0,35 0,35

3 0,00 0,21 0,42 0,42 0,21 0,42 0,42 0,21 0,42

4 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,00 0,51 0,51

5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,18 0,36 0,36 0,36 0,00

6 0,00 0,00 0,00 0,26 0,00 0,00 0,26 0,26 0,26

7 0,32 0,16 0,16 0,32 0,16 0,16 0,32 0,00 0,16

8 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,47 0,47 0,00 0,47

9 0,00 0,00 0,00 0,27 0,00 0,00 0,27 0,00 0,27

10 0,16 0,16 0,00 0,00 0,00 0,16 0,16 0,00 0,00

11 0,32 0,32 0,32 0,00 0,32 0,16 0,16 0,32 0,16

12 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,27 0,27 0,00 0,27

комплексная оценка 1,75 1,97 2,11 2,47 2,16 3,55 3,73 2,27 3,39

Заключение

Цифровые симуляторы Qucs, Logisim и MultimediaLogic целесообразно опробовать в качестве УПС в условиях реальных учебных процессов для выявления дополнительных особенностей и оценки эффективности использования. Полученная в ходе их апробации и последующей экспертизы оценка всех (технико -технологических, психолого -педагогических и дизайн-эргономических) аспектов УПС может служить опорной информацией для проведения более детального сравнительного анализа, например, с использованием функций полезности.

Список литературы

1. CAD-программы. URL: http://cxem.net /software /soft_CAD.php.

2. Обзор пакетов прикладных программ электронного проектирования. URL: http://mirea-tu.ru /files /okp_i_mres /obzor.pdf.

3. Леонов А.П. О подходе к выбору инструмента для автоматизированного проектирования печатных плат: Препринт ИФВЭ 2000-18. Протвино, 2000. 12 с.

4. Требования к ППС. URL: http://wiki.irkutsk.ru

Information in English

ЛМех^р/Требования_к_ППС.

5. Ксензик А.В. Применение электронных компьютерных лаборатории в дистанционном обучении при изучении электротехнических дисциплин // Проблеми шж.-пед. освгти: зб. наук. пр. Х., 2006. Вип. 12. С. 197-202.

6. Оценка качества образовательных электронных изданий и ресурсов/ URL: http://wiki.irkutsk.ru /index.php /Оценка_качества_образовательных_электронных_изданий_ и_ресурсов.

7. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. СПб.: Питер, 2010. 848 с.

8. List of free electronics circuit simulators. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_free_electronics_circuit_si mulators.

9. Electronic Design Automation For Integrated Circuits Handbook, by Lavagno, Martin, and Scheffer, ISBN 0-84933096-3, 2006.

10. The Electronic Design Automation Handbook, by Dirk Jansen et al., Kluwer Academic Publishers, ISBN 1-4020-7502-2, 2003, available also in German ISBN 3-446-21288-4 (2005).

11. http://linuxjournal.com/content/computer-logic-design-ktechlab (Jun 24, 2009 By Mike Diehl).

12. Гудков П.А. Методы сравнительного анализа. eчеб. пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2008. 81 с.

Choice of Logic Diagrams Simulator in the Study of Digital Automatic Machines for Non-

ELECTROTECHNICAL SPECIALTIES OF UNIVERSITIES

Stashchuk P.V.

Results of research work aimed at selection of freely extended emulators of digital circuits, which can be used as educational software in laboratory classes to study digital machines in such subjects as "Computing systems, networks and telecommunications" and "Computer Architecture" for non-electrotechnical specialties of higher education institutions are provided.

on the basis of bachelor degree educational programs, pedagogical requirements to training programs of the considered subject were developed and then, criteria of comparative analysis of logic diagrams simulators and scales of admissible values were formulated. The criterion weights representing numerical expert estimates of their importance according to the research objective are defined.

A short review of digital simulator analogs, which are common in the internet, is executed. A practical test, which made it possible to estimate the value of each criterion on the accepted scales, was carried out. The comparative analysis of the normalized numerical values of criterion estimates and informative estimates, normalized to numerical ones, was carried out using the method of complex estimates. The weighed and complex criterion estimates for the compared objects made it possible to reveal "leaders" for application real educational processes and the subsequent expert analysis.

Keywords: computer architecture, computing systems, electronic circuit, digital machine, the simulation, EDA, simulator of logic (digital) diagrams, freeware, comparative analysis, method of integrated assessment.

References

1. CAD-programs. URL: http://cxem.net /software/so ft_CAD.php.

2. Obzor paketov prikladnykh program elektronnogo proektirovaniya [Review of application program packages of

electronic design], URL: http://mirea-tu.ru /files /okp_i_mres /obzor.pdf

3. Leonov A.P. O podkhode k vyboru instrumenta dlya avtomatizirovannogo proektirovaniya pechatnykh plat [One Approach to Tool Choice for Computer-aided Design of Printed Circuit Boards], IFVE 2000-18 preprint, Protvino, 2000, 12 p.

4. Requirements to PPS. URL: http://wiki.irkutsk.ru /index.php/Trebovaniya_k_pps

5. Ksenzik A.V. Primenenie elektronnykh kompyuternykh laboratoriy v distantsionnom obuchenii pri izuchenii elektrotekhnicheskikh distsiplin [Application of Electronic Computer Laboratories in On-line Learning in Electrotechnical Disciplines], 2006, vol.12, pp. 197-202.

6. Assessment of quality of educational electronic publications and resources, URL: http://wiki.irkutsk.ru /index.php/Otsenka_kachestva_obrazovatelnykh_elektronnykh_iz daniy_i_resursov.

7. Tanenbaum E. Arkhitektura kompyutera [Computer Architecture], Saint-Petersburg, Piter, 2010, 848 p.

8. List of free electronics circuit simulators, URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_free_electronics_circuit_si mulators.

9. Electronic Design Automation For Integrated Circuits Handbook, by Lavagno, Martin, and Scheffer, ISBN 0-84933096-3, 2006.

10. The Electronic Design Automation Handbook, by Dirk Jansen et al., Kluwer Academic Publishers, ISBN 1-4020-7502-2, 2003, available also in German ISBN 3-446-21288-4 (2005).

11. http://linuxjournal.com/content/computer-logic-design-ktechlab (Jun 24, 2009 By Mike Diehl).

12. Gudkov P. A. Metody sravnitelnogo analiza [Methods of Comparative Analysis], Study guide, Penza, Publishing house of Penza State University, 2008, 81 p.