ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií. E-learning vzdelávací kurz Logické systémy.

Transcription

1 ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Katedra telekomunikácií E-learning vzdelávací kurz Logické systémy Peter Remiš 2008

2 E-learning vzdelávací kurz Logické systémy BAKALÁRSKA PRÁCA PETER REMIŠ ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Katedra telekomunikácií Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD. Stupeň kvalifikácie: bakalár (Bc.) Dátum odovzdania diplomovej práce: ŽILINA 2008

3 ABSTRAKT Bakalárska práca sa zaoberá návrhom multimediálneho CBT kurzu pre dištančné vzdelávanie, ktorý bude slúžiť ako pomôcka pri e-learningu. Kurz je realizovaný nástrojmi DHTML a Flash animáciami. Obsah CBT kurzu sa zaoberá problematikou logických obvodov, konkrétne logických hazardov, multiplexorov a demultiplexorov.

4 Žilinská univerzita v Žiline,, Katedra telekomunikácií a multimédií ANOTAČNÝ ZÁZNAM BAKALÁRSKA PRÁCA Priezvisko, meno: Peter Remiš akademický rok: 2007/2008 Názov práce: E-learning - vzdelávací kurz Logické systémy Počet strán: 45 Počet obrázkov: 19 Počet tabuliek: 2 Počet grafov: 0 Počet príloh: 3 Použitá lit.: 22 Anotácia: Bakalárska práca sa zaoberá návrhom multimediálneho CBT kurzu pre dištančné vzdelávanie, ktorý bude slúžiť ako pomôcka pri e-learningu. Kurz je realizovaný nástrojmi DHTML a Flash animáciami. Obsah CBT kurzu sa zaoberá problematikou logických obvodov, konkrétne logických hazardov, multiplexorov a demultiplexorov. Anotácia v cudzom jazyku: Bachelor work is handle design of multimedia CBT course for distance education. CBT course will be used as e-course for e-learning. Project is realized as dynamic HTML with Flash animations. Content bachelor work is handle problematic of logical circuit (hazards, multiplexer and demultiplexer). Kľúčové slová: Dištančné vzdelávanie, CBT kurz, e-learning, LMS, MOODLE, hazardy v logických obvodoch, multiplexor, demultiplexor Vedúci práce: doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD. Recenzent práce: Dátum odovzdania práce: 6. jún 2008

5 OBSAH ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV ÚVOD E-LEARNING Rozdelenie e-learningu Dištančné vzdelávanie Informačné a komunikačné technológie LMS (Learning Management system) NÁVRH NÁSTROJOV NA REALIZÁCIU CBT KURZU Výber nástrojov Výber obrazovej formy a jej formátov Popis nástrojov na realizáciu kurzu OBSAH MULTIMEDIÁLNEHO CBT KURZU Multiplexory a Demultiplexory Multiplexor Realizácia multiplexorov Využitie multiplexorov Demultiplexor Realizácia demultiplexorov Využitie demultiplexorov Testovanie vedomostí Hazardy v logických obvodoch Problematika hazardov Hazardy v kombinačných logických obvodoch Hazard na rozhodovacej úrovni Riešenie hazardov Testovanie vedomostí TECHNICKO-EKONOMICKÉ ZHODNOTENIE PRÁCE...42 ZÁVER...43 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY Prílohová časť

6 ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK Obr Funkcie LMS...10 Obr Principiálna schéma multiplexora...21 Obr Bloková schéma štvorvstupového multiplexora...22 Obr Schéma zapojenia 32 vstupového multiplexora...24 Obr Prevod paralelného prenosu na sériový...24 Obr Principiálna schéma demultiplexora...25 Obr Bloková schéma štvorvýstupového demultiplexora...26 Obr Zapojenie dvoch demultiplexorov vedľa seba...27 Obr Prenos dát riadený čítačmi hodinového impulzu...28 Obr Black-box obvod so statickým hazardom...32 Obr Schéma zapojenia a pravdivostná tabuľka pre hazard v log Obr Karnafova mapa a schéma zapojenia upravenej funkcie...33 Obr Schéma zapojenia s dynamickým hazardom...34 Obr Časový priebeh dynamického hazardu...35 Obr Kompenzácia oneskorenia signálu...35 Obr Hazard na rozhodovacej úrovni...36 Obr Voľby kmitočtov f m a f 0 a odfiltrovanie hazardu dolnou priepusťou...37 Obr Vznik hazardu pri zle navrhnutej logickej funkcii...38 Obr Správne navrhnutá logická funkcia...39 Tab Pravdivostná tabuľka štvorvstupového multiplexora...23 Tab Pravdivostná tabuľka štvorvýstupového demultiplexora...26

7 ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV CBT Computer Base Training počítačom podporovaná výučba CD-ROM Compact Disc - Read Only kompaktný disk určený iba na zápis Memory CSS Cascading Style Sheets kaskádové štýly DEMUX Demultiplexer demultiplexor GIF Graphics Interchange Format grafický formát pre rastrovú grafiku HTML HyperText Markup Language hypertextový značkový jazyk IEEE Institute for Electrical and Electronics Engineers inštitút elektrotechnických a elektronických inžinierov IKT informačné a komunikačné technológie KLO kombinačný logický obvod LMS Learning Management System systém pre riadenie štúdia MOODLE Modular Object-Oriented Dynamic Learning modulárne objektovo orientované dynamické prostredie pre výučbu Environment MUX Multiplexer multiplexor PHP Personal Home Page SLO sekvenčný logický obvod UNDF úplná normálna disjunktívna forma UNKF úplná normálna konjunktívna forma WBT Web Based Training internetom podporovaná výučba WWW World Wide Web celosvetová počítačová sieť f() x i y i N CLK D A,B E,G funkcia vstupný stav výstupný stav stavový index časový vstup dátové vstupy/výstupy adresné vstupy/výstupy blokovací vstup

8 ÚVOD Najväčšou prednosťou človeka ako ľudskej bytosti je jeho schopnosť učiť sa. V súčasnej dobe sa novodobá technológia uplatňuje už takmer v každej ľudskej činnosti a vzdelávanie nie je výnimkou. Keďže sa každý človek prezentuje navonok ako samostatná bytosť, malo by sa tak k nemu pristupovať aj v systéme vzdelávania. K tomu nám slúži práve pojem dištančné vzdelávanie a veci s ním spojené. Dištančné vzdelávanie pristupuje ku každému účastníkovi samostatne vďaka tomu, že odbúrava priepasť spôsobenú osobným kontaktom učiteľa a študenta. Novodobé technológie umožňujú rozšíriť dištančné vzdelávanie o elektronickú formu. Proces učenia sa, pri ktorom využívame IKT, sa nazýva e-learning. Tento spôsob učenia je v súčasnej dobe čím ďalej, tým viac populárny. Nejde totiž len o príjemnejšiu formu výučby, ale hlavne o efektívnejšie využitie času vo vzdelávaní. Cieľom mojej práce je navrhnúť a zrealizovať multimediálny CBT kurz. CBT kurz tvorí obsahové jadro e-learningu a spolu so systému LMS, ktorý zaručuje potrebné nástroje pre jeho funkčnosť a rozširuje ho o on-line formu, poskytuje kvalitnú formu výučby. Môj výsledný projekt má byť umiestnený do systému LMS, presnejšie do produktu MOODLE. Okrem toho mám za úlohu realizovať kurz pre prostredie s nízkou dátovou priepustnosťou. To splním vhodným návrhom použitých nástrojov, ktoré si nevyžadujú vysoké hardwarové alebo kapacitné nároky. Pri tvorbe CBT kurzu musím dodržať zároveň aj vopred zadanú formu, keďže má byť môj produkt použitý na doplnenie už existujúceho e-kurzu. Avšak fakt, že môj CBT kurz má byť dizajnovo rovnaký ako iný kurz neznamená, že tento už existujúci kurz použijem ako šablónu. Môj projekt bude vytvorený úplne nanovo s tým, že bude využívať len podobnú podkladovú formu, aby bola možné jeho začlenenie do už existujúceho systému. Obsah môjho CBT kurzu je z oboru logických systémov. Presnejšie ide o spracovanie problematiky multiplexorov, demultiplexorov a hazardov v logických obvodoch. Keďže ide o problematiku, ktorá sa odvíja v čase, je dobré ako nástroj na ich objasnenia zvoliť animácie namiesto obrázkov. Okrem toho treba pri voľbe nástrojov brať do úvahy aj ich ekonomickú stránku

9 1. E-LEARNING E-learning je pojem, ktorý zahrňuje proces vzdelávania sa moderným spôsobom využitím informačných a komunikačných technológií (IKT). Býva realizovaný formou elektronických kurzov, ktoré sú zamerané na potreby študujúcich. Okrem toho zaisťuje vyhovujúcu kvalitu študijných materiálov, kde jednotlivé moduly sú interaktívne a flexibilné voči požiadavkám študujúcich. Poskytuje nástroje, ktoré pridávajú hodnotu tradičným výučbovým metódam. Samotný pojem e-learning nie je presne zadefinovaný. Názory na jeho význam sa síce odlišujú, ale majú aj mnoho spoločného. Zhoda je v tom, že e-learning je akýkoľvek vzdelávací proces, v ktorom sú používané informačné a komunikačné technológie pracujúce s dátami v elektronickej podobe. Spôsob využívania prostriedkov IKT je závislý predovšetkým na vzdelávacích cieľoch a obsahu, charaktere edukačného prostredia, potrebách a možnostiach všetkých aktéroch vzdelávacieho procesu. [1] Hlavné ciele e-learningu sú: zníženie finančnej náročnosti vzdelávania ľahšou a lacnejšou distribúciou zvýšená kvalita výučby využitím výpočtovej techniky, audiovizuálnych pomôcok pri interpretácii poznatkov a možnosť automatického spracovania poznatkov zvýšenie dostupnosti vzdelania prenesením výučby do prostredia internetu efektívnejší a príjemnejší proces učenia zabezpečený tým, že si študent zvolí vlastný učebný plán a tiež si prispôsobí tempo a miesto svojho štúdia svojmu časovému plánu [2] Okrem efektívnej metódy získavania poznatkov, ponúka e-learning aj možnosť pochopiť, ako sa má orientovať človek vo svete veľkého množstva informácií. Učí sa vyberať si informácie potrebné pre seba, triediť si ich, spracovávať a správne ich hodnotiť. Veľkou výhodou poskytovania informácií prostredníctvom internetu je možnosť ich neustálej aktualizácie. V porovnaní s klasickými formami poskytovania študijných materiálov je ľahšie ich priebežné dopĺňanie, vylepšovanie a prepracovávanie novými poznatkami. Treba pripomenúť fakt, že e-learning nenahrádza klasickú formu výučby. Len ju doplňuje a robí ju tak efektívnejšou

10 Základné výhody e-learningu: Pohybujeme sa len za pomoci svojho webového prehliadača, nesťahujeme do svojho počítača žiadne súbory a systém nemá žiadne nároky na získanie akéhokoľvek softvéru. Všetko, čo potrebujeme, je prístupné z akéhokoľvek počítača s pripojením k internetu a nainštalovaným webovým prehliadačom, kdekoľvek na svete a, samozrejme, kedykoľvek. Interaktívne prvky internetu sú spustené cielenou podporou spolupráce medzi študentmi a ďalej potom interaktívne medzi študentom a odborným tútorom. Kurzy poskytujú vzdelávací obsah, cvičenia a interaktívne prvky, ktoré sú vždy možné prevádzkovať len on-line. [3] Ďalším dôvodom, prečo presadzovať výučbu pomocou elektronického vzdelávania je fakt, že táto metóda patrí v súčasnosti medzi veľmi efektívne formy učenia vo všetkých vyspelých krajinách. Slovensko sa technologickou úrovňou už začína vyrovnávať týmto krajinám, a teda nemalo by zaostávať za nimi ani vo forme vzdelávania. História e-learningu: Vznik pojmu e-learning je ťažko určiť. Ak by sme ho chápali len ako elektronické dištančné vzdelávanie, tak jeho vznik by bolo možné odhadnúť na koniec 19. storočia. V tomto období sa začala výučba cez rádio a televíziu. Väčšie uplatnenie však získala táto forma vzdelávania až pri rozšírení káblového, satelitného a televízneho vysielania v 70. rokoch 20. storočia. Ak však budeme e-learning chápať len ako vzdelávanie realizované prostredníctvom internetu, tak jeho vznik môžeme datovať do obdobia okolo roku 1993, keď vznikol internet. Rozvoj e-learningu však ešte nie je ukončený. V súčasnej dobe sa stále rozvíja vďaka príchodu nových komunikačných nástrojov a dnes nie je možné s istotou povedať, či sa táto forma nevyvinie ešte do dokonalejšej. Keďže sa pojem e-learning utváral dlhšie časové obdobie, vznikli aj rôzne názory na to, čo presne elektronické vzdelávanie znamená. To vzniklo hlavne preto, že v minulosti sa krajiny dosť od seba odlišovali svojou technologickou úrovňou

11 Vnímanie e-learningu v Spojených štátoch amerických je také, že ho chápu skôr ako široký súbor najmodernejších informačných a komunikačných technológií (IKT). V európskych krajinách je e-learning vnímaný skôr ako proces vzdelávania sa prostredníctvom nových technológií. Ide o využitie najmodernejších multimediálnych technológií a internetu s cieľom zlepšiť kvalitu výučby. To je možné uľahčením prístupu ku informačným zdrojom a ich službám Rozdelenie e-learningu E-learning môžeme chápať ako pojem, ktorý určuje formu prístupu ku výučbe, ale aj ako skupinu nástrojov, ktorými je táto forma tvorená. Základné rozdelenie je teda na časť technickú a na časť popisujúcu proces. Z toho teda vyplývajú nasledovné konkrétnejšie rozdelenia e-learningu: Rozdelenie podľa technického riešenia: CBT (Computer Based Training) je počítačová off-line forma e-learningu. Tvorí jadro celého elektronického vzdelávania a je realizovaná nástrojmi kurzu. Obsahuje prezentácie, animácie, texty, obrázky, video a audiozáznamy atď. Keďže je tento kurz schopný samostatne pracovať aj v off-line verzii, je zrejmé, že neobsahuje funkcie týkajúce sa komunikácie s učiteľom. WBT- (Web Based Training) je opakom CBT formy, ide o nástroje pracujúce len v režime on-line. Takéto nástroje môžu byť programy zaručujúce komunikáciu cez fórum, chat, e-tabule, nástenku, zvukovú komunikáciu, videokonferenciu a pod. Vzdelávanie prebieha pomocou internetu a využíva tzv. virtuálne triedy, v ktorých prebieha komunikácia medzi učiteľom a študentom. LMS (Learning Management System) je systém, ktorý ponúka nástroje na zlúčenie CBT a WBT kurzu v internetovom prostredí a vytvára tak dokonalejšiu formu výučby. Keďže má podporovať on-line formu, musí obsahovať webové technológie. Vyučujúci v ňom môže zadávať konkrétne úlohy, testovať vedomosti študentov a hodnotiť ich. Prebieha tu komunikácia medzi vyučujúcim a študentom a tiež komunikácia medzi študentmi navzájom. [4] - 4 -

12 Rozdelenie podľa fáz riešenia: fáza tvorby - multimediálny kurz kombinuje textový výklad s animáciami, videom, audiom, grafikou a testovacími objektmi. Forma kurzu sa volí na základe širokého spektra kritérií, ako sú profily potencionálnych študentov, typ vyučovanej látky, či technologické možnosti. Vytvorené kurzy okrem podávania učebnej látky v atraktívnej forme, zároveň študentom zaisťujú spätnú väzbu osvojených vedomostí pomocou testovacích otázok, ponúkajú voľby s možnosťami, či návrhy riešení. Študenti sú tak aktívne vťahovaní do výučby. fáza distribúcie - v súčasnej dobre patria medzi základné spôsoby distribúcie elektronických dát CD-ROM / DVD-ROM, lokálne PC disky, počítačová sieť, intranetová či internetová sieť. CD-ROM / DVD-ROM a lokálne disky pohltia veľké množstvo dát, ich nevýhodou je však obtiažna (ak nie nemožná) aktualizácia vyučovanej látky. Okrem toho sú cenovo náročnejšie ako distribúcia kurzov cez intranet či internet, ktorá je v súčasnej dobe omnoho populárnejšia. Vďaka hybridným metódam môžeme spojiť výhody uloženia dát na CD-ROM / DVD-ROM s výhodami sietí intranetu / internetu. fáza riadenia - proces riadenia výučby môže nastať až po distribúcii vzdelávacieho kurzu k študentovi. Tento proces zabezpečuje sprístupnenie správnych kurzov v správny čas študentom a ich informovanie o tom, ako sa im v kurze darí a kde majú pokračovať. V riadiacom procese sú sledované informácie, ako sa jednotlivým študentom darí v kurzoch a testoch a štatisticky sú vyhodnocované jednotlivé kurzy. [5] Rozdelenie podľa variantu zamerania: pedagogický variant ide o používanie internetu a informačných technológií s cieľom zlepšiť kvalitu výučby technologický variant spektrum aplikácií a procesov ako sú WBT a CBT, virtuálne triedy, digitálna spolupráca. Zahŕňa prenos obsahu cez rôzne médiá. sieťový variant ide tu o používanie počítačových sietí pre prenos schopností a znalostí [6] - 5 -

13 Rozdelenie vlastností: Pozitívne vlastnosti: študenti si sami určujú tempo štúdia a môžu mu tak venovať viac času interaktívne prvky vťahujú študenta do výučby a poskytujú mu praktickú časť študent si určuje čas a miesto štúdia sám (štúdium Just-in-Time) pomocou testov si môže študent overiť sám svoju úroveň vedomostí neobmedzený počet študentov, keďže nie je obmedzený študijný priestor nižšie náklady, keďže ide len o distribúciu, resp. prevádzku servera pružnejšia kontrola výsledkov systémom LMS a spätná väzba efektívnosť, keďže sa každý učí len to, čo chce a čo naozaj potrebuje hypertextové odkazy umožňujú využívať okamžite aj iné zdroje informácií sprístupnenie jednotlivých typov vzdelávania akejkoľvek osobe odporučenie učebných materiálov alebo ich aktualizácia sú nesmierne pružné Negatívne vlastnosti: potreba HW / SW vybavenia pre realizáciu technickej formy nerovnomernosť prístupu vzhľadom na sociálne zázemie náročná prvotná výroba kurzu ochota vyučujúceho používať nové technológie a ochrana autorských práv nie vždy dostatočná identifikácia študenta pri skúšaní 1.2. Dištančné vzdelávanie E-learning je len určitá forma dištančného vzdelávania. Jeho vlastnosti ako aj ciele sú teda riadené práve vlastnosťami a cieľmi dištančného vzdelávania. Dištančné vzdelávanie je spôsob výučby, ktorý umožňuje študujúcemu učiť sa samostatne. To je možné vďaka podkladovým materiálom realizovaným priamo pre tento druh výučby. Ide teda o štúdium, pri ktorom nedochádza k osobnému styku učiteľa a študenta. Preto sa predpokladá, že študent už má znalosti v danom obore a touto formou sa len zdokonaľuje v danej problematike. Prípadne táto forma môže slúžiť ako učebný nástrojov pre prípravu sa na priamu výučbu

14 Formy dištančného vzdelávania: vzdelávanie prostredníctvom rozhlasu a televízie korešpondenčné vzdelávanie vzdelávanie prostredníctvom rozhlasu a televízie s telefonickou, telefaxovou, počítačovou a vizuálnou reakciou vzdelávanie prostredníctvom počítača telekonferenčné systémy vzdelávanie prostredníctvom siete vzdelávanie s využitím videofónov a videokonferenčných systémov [6] Systémy dištančného vzdelávania: 1. Synchrónny systém vzdelávania ide o vzdelávanie, v ktorom sa účastníci môžu priamo skontaktovať so svojím vyučujúcim. Preto je tu definovaný pojem didaktické hodiny, ktorý určuje, v akom čase tento kurz prebieha. Ide o kurz v reálnom čase. Účastníci sa môžu kedykoľvek pridať k vyučovacej hodine. Charakteristické pre tento systém sú didaktické médiá. Sú to funkcie, ktoré charakterizujú virtuálnu ruku a virtuálnu tabuľu. Ruka signalizuje prihlásenie sa a učiteľ vie, že sa ho chce žiak niečo spýtať. Tabuľa slúži na prezentáciu, keď chce študent niečo príkladne ukázať. K synchrónnemu typu dištančného vzdelávania patria aj videokonferencie. 2. Asynchrónny systém dištančného vzdelávania je podobný systém ako bol systém korešpondenčnej školy. Pri tej sa odosielali audio- a videokazety a texty klasickou poštou. To mohlo byť doplnené rozhlasovým alebo televíznym vysielaním. Moderné informačné technológie nám umožňujú texty, audio- alebo videonahrávky posielať pomocou elektronickej pošty, alebo uschovať tieto dáta na server a nechať ich zdieľať. Ide teda o výuku, ktorá sa neodohráva len v určitom čase, ale môže ju študent začať a ukončiť kedykoľvek a kdekoľvek. Tento spôsob je omnoho efektívnejší, keďže nezaťažuje svojho užívateľa nutnosťou prispôsobenia sa takzvanému pevnému času. V porovnaní so synchrónnym systémom má však nevýhodu v spätnej väzbe. Nie je tu okamžitý kontakt medzi lektorom a študentom. [7] - 7 -

15 Metódy dištančného vzdelávania: Priame štúdium - ide o kurzy, ktoré sa realizujú prostredníctvom využitia CD/DVD ROM, respektíve formou dát na pevných diskoch. Je to forma, kde sa využíva metóda click to learn užívateľ sa orientuje v danom projekte myšou. Táto forma umožňuje asynchrónny kontakt učiteľa a študenta. Vyučovanie riadené učiteľom (synchrónne) ide o reálne pôsobenie učiteľa vo vyučovacom procese. Prebieha interakcia učiteľa a žiaka prostredníctvom on-line programov. Takýto proces sa uskutočňuje v miestach, v ktorých je možnosť využiť prostriedky na audio / videokonferenciu. Učiteľ má dohľad nad kurzom. Spolupráca v malých skupinách (synchrónne, asynchrónne) ide o spoločné učenie sa v malých skupinách. Učenie je zamerané na konkrétnu problematiku, ktorej má celá skupina porozumieť. Každý jedinec vypracováva len časť a nakoniec ponúka ostatným svoje poznatky. Využíva sa komunikácia cez , diskusné skupiny, alebo telefonickou komunikáciou. [7] Dištančné vzdelávanie slúži nielen na štúdium mladých ľudí, ale hlavne na celoživotné štúdium učiteľov. V súčasnej dobe je obrovský nárast nových poznatkov a učiteľ by sa nemal uspokojiť s vedomosťami, ktoré získal v minulosti. A práve na to slúži dištančné vzdelávanie, ktoré časovo nezaťažuje svojich užívateľov. Okrem toho je dištančné vzdelávanie efektívnejšie v prípade, že jeho užívatelia už majú nejaké vedomosti a touto formou si len rozširujú svoje vedomosti Informačné a komunikačné technológie Informačné a komunikačné technológie (IKT) sú súhrnom postupov, zariadení a nástrojov, ktoré umožňujú šíriť informácie. Do IKT spadajú primitívne formy šírenia informácií (morzeovka, signalizácia vlajkami) rovnako, ako vyspelé technológie (satelity, rádiové siete, telekomunikačné siete). Nové vzdelávacie technológie ponúkajú veľký priestor pre nový spôsob výučby a zefektívňujú ho tak. IKT sú teda metódy, postupy a spôsoby zberu, uchovávania a spracovania, vyhodnocovania, selekcie, distribúcie a súčasného doručenia potrebných informácií vo vyžadovanej forme a kvalite. [8] - 8 -

16 Pojem IKT zaviedol ako prvý Alvin Toffler vo svoje knihe s názvom The Third Wave (Tretia vlna). Týmto pojmom pomenovával tretie štádium vývoja spoločnosti. V súčasnej dobe si IKT nevieme od každodenného života ani len predstaviť. Práca s počítačom, komunikácia cez telefón, pozeranie TV. Vďaka tejto technológii sa svet akoby zmenšoval, keďže bariéra komunikácie na veľké vzdialenosti bola takmer odstránená. Má to však aj svoje nevýhody. Azda najväčšou je naša závislosť na nich. V prípade, že sa systém IKT stane nefunkčným, môže dôjsť k nenahraditeľným škodám. Výhody, ktoré IKT prinášajú: veľký učebný potenciál - klasické učebnice nedokážu konkurovať záplave informácií, ktoré IKT ponúka, ani forme, ktorou ich ponúkajú. rýchlosť práce - počítače dokážu spracovať a uchovať, analyzovať a vyhodnocovať veľké množstvo informácií. interaktívnosť - IKT nie sú pasívne technologické médium. Vytvorené edukačné prostredie umožňuje interakciu medzi učiteľom a študentom. tvorivosť - IKT vytvára priestor pre rozmýšľanie a pre tvorivú prácu. motivácia využitie IKT technológií často viac motivuje žiakov na získanie nových vedomostí, pretože tieto technológie sú im bližšie aj z bežného života a zaujíma ich to. Motivácia vedie k zvýšeniu efektívnosti výučby. [9] IKT je začlenené do edukačného procesu v štyroch vyvíjajúcich sa stupňoch: 1. IKT gramotnosť 2. aplikovanie IKT v konkrétnych oblastiach 3. začlenenie IKT do celého vyučovania 4. IKT ako príprava pre budúce povolanie [10] Šírenie e-learningu pomocou IKT nemusí byť len cez už existujúcu internetovú sieť. Práve naopak. Tento spôsob vzdelávania podnietil vznik novej siete známej ako ALN (Asynchronos Learning Network). Ide o vlastnú sieť, ktorá je realizovaná len za účelom poskytnúť prostriedky pre elektrické vzdelávanie. Využíva asynchrónny model učenia sa. Hoci e-learning nemá nahradiť klasickú formu výučby, môžeme ním vytvoriť univerzitnú, národnú, respektíve nadnárodnú databázu vedomostí, v ktorej si študent ľahko, rýchlo a prehľadne nájde potrebné informácie

17 1.4. LMS (Learning Management System) LMS (Systém na riadenie štúdia) je obecne softvérový produkt, ktorý ponúka automatickú podporu výučbového procesu. Je teda hlavným nástrojom pre realizáciu a fungovanie e-learningu. Zabezpečuje nástroje pre distribúciu vzdelávacieho obsahu, nástroje pre komunikáciu medzi účastníkmi výučby, systém spätnej väzby, prístup k študijným materiálom a nástroje pre riadenie a monitorovanie výučby a aktivít používateľov. Každý LMS systém by mal obsahovať tri základné časti: vzdelávacia - slúži na prezentáciu učebných materiálov, ktoré sú väčšinou rozčlenené do jednotlivých tematických celkov, podpora prístupu k študijným materiálom komunikačná - slúži na vzájomnú komunikáciu medzi všetkými členmi učebného procesu a taktiež umožňuje systém spätnej väzby pre učiteľov informačno organizačná - umožňuje registráciu používateľov kurzu, ako aj podávanie informácií pre účastníkov (informácie, termíny, oznamy, hodnotenia, atď.), monitorovanie aktivít účastníkov kurzu a vyhodnocovanie ich výsledkov [2] Obr Funkcie LMS V súčasnej dobe existuje mnoho LMS systémov. Okrem komerčných, sú aj voľne šíriteľné systémy. V súlade s mojím zadaním je daný kurz vypracovaný a upravený pre LMS systém - MOODLE

18 MOODLE: Ide o softvérový balík, ktorý je voľne šíriteľný. Slúži ako podkladový systém pre CBT kurz. MOODLE (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment) umožňuje realizovať proces vzdelávania sa v e-learningu a tiež zabezpečuje nástroje pre komunikáciu. Keďže ide o open source softvér, je MOODLE chránený autorskými právami, avšak poskytuje užívateľom značnú slobodu pri jeho modifikácii a je voľne šíriteľný. Tento produkt vznikol v roku 2002 a vyvíja sa až dodnes. [11] To, že ide o naozaj kvalitný produkt, dokazuje fakt, že je v ňom registrovaných viac ako užívateľov a je používaný v 196 krajinách. Hoci jeho základ je tvorený v anglickom jazyku, je tento produkt natoľko úspešný, že v súčasnej dobe obsahuje už 70 ďalších jazykov. To je možné aj vďaka tomu, že je veľmi ľahko modifikovateľný, a teda administrátor si ho môže upraviť podľa svojej potreby. MOODLE poskytuje kompatibilitu so všetkými databázami. Sám však využíva najpoužívanejšiu databázu MySQL. To môže vďaka tomu, že ako základ činnosti využíva programovací internetový jazyk PHP. MOODLE vychádza ekonomicky v ústrety nielen tým, že je voľne šíriteľným produktom, ale aj tým, že funguje pod operačným systémom LINUX, ktorý je tiež voľne dostupný. Podporuje však aj OS Windows, vďaka čomu je možné využívať jeho služby aj pod týmto operačným systémom. Užívateľovi sa prezentuje rovnakým spôsobom vďaka tomu, že užívateľ sa naň pripája cez internetový prehliadač a príkazy preň sú v oboch operačných systémoch takmer rovnaké. V systéme MOODLE sa nachádzajú tzv. aktivity. Tie sa administrátorom vkladajú na ľubovoľné miesto v kurze. Jednotlivé aktivity fungujú na princípe modulov, ktoré možno do systému dopĺňať a tým zlepšovať jeho možnosti a využitie. Okrem toho môže administrátor jednotlivé veci sprístupniť študentom, zakázať ich, alebo ich len skryť, aby študenti neboli ovplyvňovaní tým, čo ich ešte čaká. Systém MOODLE poskytuje niekoľko prístupov v bežných aj iných LMS systémoch. Sú to študentský, učiteľský a administrátorský prístup. Ich rozdiel je iba v ponúkaných možnostiach a právach. Okrem toho by sme mohli študentský prístup rozdeliť ešte podľa toho, či ide o registrovaného, neregistrovaného užívateľa (teda hosťa) a prístup s autorizačným kľúčom. [11]

19 Výhody systému MOODLE: možnosť vytvorenia ľubovoľného počtu kurzov s variantom členenia možnosť členenia učiva do tematických celkov podľa potreby priraďovanie študentov do skupín a možnosť priradiť im práva na určitý kurz prezentácia rôznych študijných materiálov určených pre študentov, s výhodou rýchlej spätnej väzby formou diskusie v reálnom čase alternatíva vytvoriť otvorenú alebo súkromnú diskusiu na tému, ktorej sa venuje daný predmet kontrola vedomostí na základe záverečného testu, pričom k vyhodnoteniu dochádza automaticky získavanie zadaných úloh od študentov v stanovenom termíne s možnosťou automatickej kontroly termínu odovzdania, možnosť prezentovania pripomienok prednášateľa a rýchle získanie jeho celkového hodnotenia možnosť vyhľadania si informácií a študijných materiálov ľubovoľne počas semestra bez toho, aby museli chodiť k vyučujúcim alebo do knižnice [12] 2. NÁVRH NÁSTROJOV NA REALIZÁCIU CBT KURZU Jadrom mojej bakalárskej práce je návrh tvorby a realizácia CBT kurzu, ktorý sa venuje problematike logických obvodov. Tvorba takéhoto kurzu je náročná a nie každý užívateľ si pri jeho spustení uvedomuje, čo všetko stojí za vonkajším obalom. Napríklad nie každý si uvedomí, že kurz si automaticky sám testuje typ internetového prehliadača a následne mu prispôsobuje podporované funkcie. Taktiež si môj produkt otestuje podporu ovládačov na strane užívateľa, ako je podpora JavaScriptu a Flashu a opäť ponúka na základe tejto analýzy rôzne varianty činnosti. Keďže mal byť môj CBT kurz podporovaný v systéme MOODLE, musel som zvoliť také nástroje, ktoré sú ním podporované. Okrem toho bolo nutné brať do úvahy aj požiadavky na prenosový kanál, vďaka ktorému môžeme zaistiť bezchybný priebeh kurzu. To je zaistené tým, že mnou zvolené nástroje pri tvorbe kurzu sú kapacitne menej náročné, a tak menej zaťažujú prenosový kanál

20 Dosť používaným spôsobom prezentácie učiva v e-learningu je navrhnutie a realizácia celého kurzu len v jednom prostredí ako je napríklad prostredie Flashu. Tieto kurzy majú výhodu v tom, že sú na všetkých systémoch prezentované rovnako, a keďže sú vytvorené ako celok, majú zvýšenú aj ochranu autorského práva. Avšak takéto riešenie má aj svoje nevýhody. Medzi hlavné patrí technická náročnosť. Keďže sa vytvárajú zväčša ako celok, majú v sebe zahrnuté zdroje, ktoré nie každý užívateľ využije. Na ich načítanie potom treba vyššiu prenosovú rýchlosť, čo nevyhovuje mne zadanej práci. Okrem toho, ak systém neobsahuje potrebné knižnice pre podporu zobrazenia tohto kurzu a nemá ani možnosť si ich doinštalovať, užívateľ nebude mať možnosť kurz spustiť. Preto je mnou navrhovaný kurz riešený rôznymi nástrojmi, ktoré sú v súčasnej dobe podporované už takmer každým operačným systémom, prípadne sú voľne šíriteľné a teda nie je problematické ich implementovať do systému. Celý kurz je vytváraný s dôrazom na intuitívnosť, jednoduchosť a ľahké ovládanie, ktoré je podobné bežnému ovládaniu v prostredí internetu. Môj CBT kurz testuje podporu systému a následne vyberá na prezentáciu vhodný variant. Tých je niekoľko a keďže ide o samostatné súbory, nemusia sa všetky načítať pri prvom spustení, čim znižujú prenosové zaťaženie Výber nástrojov Ako som už spomenul, podmienku vytvoriť kurz pre prostredie s nízkou prenosovou rýchlosťou splním tak, že kurz bude realizovaný nástrojmi, vďaka ktorým bude mať čo najmenšiu kapacitu. Najväčšiu podporu ponúka formát HTML. Jeho rozšírením vzniká nový formát známy ako DHTML. Interaktivitu v tomto prostredí som dosiahli kombináciou tohto formátu s animáciami v programe Flash. Tieto animácie nielenže názorne a jednoducho prezentujú danú problematiku tematického obsahu kurzu, ale využitím funkcie ActionScript sa dosiahla aj možnosť ovplyvniť priebeh animácií. Znížilo sa tým aj množstvo textu, čo zvyšuje sústredenie sa. Implementáciou JavaScriptu a CSS štýlu do HTML som vytvoril DHML formát. Spravil som to kvôli spestreniu výučby a tiež kvôli estetickej a technickej kompatibilite s už existujúcimi kurzami v obore číslicovej techniky. V kurze sú teda použité štyri hlavné technológie. HTML (prípadne DHTML, čo je len rozšírená verzia HTML niektorými dynamickými prvkami), CSS štýl, JavaScript a Flash

21 Efektivita CBT kurzu: Keďže obsah CBT kurzu je jadrom celého e-learningu, musia sa pri jeho tvorbe dodržať zásady efektívnej tvorby CBT kurzu a prispôsobiť týmto zásadám aj výber nástrojov. Je známym faktom, že čítanie textových informácií je jedným z najmenej efektívnych spôsobov vnímania. Je to spôsobené tým, že pri čítaní sme sústredení na znak a každému musíme podvedome prideliť určitý význam. Preto je efektívnejším spôsobom využívať obrazovú formu. Na ňu mozog reaguje omnoho rýchlejšie. Avšak príliš veľký a rýchly počet zmien scén spôsobuje spomaľovanie odozvy u diváka. Takto negatívne môže vplývať aj farba, pretože pozorovateľ sa sústredí na ňu a okolitým informáciám pridelí menšiu pozornosť. [13] Preto som v určitých bodoch volil radšej obrazovú formu ako písanú. Treba mať na pamäti však aj množstvo obrázkov / animácií. Preto v mojom CBT kurze je použitá grafika prehľadná a jednoduchá a nedochádza ku negatívnemu vplývaniu efektov. To isté platí aj o zvukovej forme. Zvuky v mojom kurze sú jednoduché a prehrávané len pri určitých akciách. Hudba v pozadí by síce spestrila kurz, ale študent by bol zbytočne rušený a nemohol by sa sústrediť na obsahovú stránku Výber obrazovej formy a jej formátov Obrazová forma sa delí na grafiku (statické obrázky) a animáciu (pohyblivé obrázky). Pri grafike je prioritným faktorom kapacita a vlastnosti (vektorová / bitmapová grafika). Pri animácii je to kvalita a interaktivita. Ako grafické súbory som zvolil súbory vo formáte GIF. Fakt, že tento formát podporuje len 8 - bitovú hĺbku (256 farieb), nevadí, keďže moje obrázky sú kreslené v týchto základných farbách. Tento formát dosahuje oproti JPEG formátu omnoho lepšiu kvalitu pri veľmi nízkej kapacite. Okrem toho je zobrazovaný v 1/8 krokoch, vďaka čomu sa začne zobrazovať aj pri nízkej dátovej priepustnosti. Základ pre tento formát bol kreslený vo vektorovej grafike, takže bola zaručená vyššia kvalita. Navyše GIF formát je jeden z najstarších formátov a je podporovaný v každom internetovom prehliadači. Tento formát je použitý aj v prípade, že daný systém užívateľa nemá podporu Flashu a nedá sa mu doinštalovať. V tomto prípade nahradia statické obrázky vo formáte GIF animácie, a tak študent bude môcť pokračovať vo svojej výučbe

22 Medzi najpopulárnejšie súčasné animácie patria animácie GIF a Flash. Obe majú svoje výhody aj nevýhody. GIF animácia: Medzi jej veľké výhody patrí fakt, že ide o štandardný formát, ktorý je teda podporovaný každým systémom. Okrem toho ide o voľne dostupný formát, ktorého tvorba je zadarmo. Ponúka ľahkú a prehľadnú tvorbu animácií. Má ľahkú implementáciu do zdrojového kódu. Podporuje prehľadnosť a má dobrý stupeň kompresie. Keďže je jednoduchý, ponúka veľké množstvo už preddefinovaných animácií. Nevýhodou je to, že jeho animácie sú obmedzené tým, že nepodporuje zvukový sprievod. Taktiež neobsahuje nástroje pre interaktivitu a podporuje len bitmapovú grafiku a aj tú len do 256 farieb. Nemá žiadne zabezpečovacie prostriedky. [14] Flash animácia: Flash rieši presne tie nevýhody, ktoré najviac obmedzujú GIF formát. Ide o podporu interaktivity. Tá je možná vďaka tomu, že programovanie vo Flashi je objektovo orientované. Ďalšou výhodou je podpora zvukových a grafických formátov. Tá je omnoho väčšia ako pri GIF. Podporuje tiež vektorovú grafiku, vďaka čomu dosahuje vyššiu kvalitu pri väčšej kompresii. Pri prehrávaní podporuje streaming, čo umožňuje priebežné pozeranie animácií ešte pred ich úplným načítaním. Využíva podporu Javy a PHP. Možnosť ochrany autorských práv. Programovanie je intuitívne a prehľadné. Nevýhodou je ale fakt, že ide o licencovaný produkt, a teda pri profesionálnom využívaní si ho treba kúpiť. Má obmedzené možnosti skriptovacieho jazyka a interaktívnej reakcie. Taktiež na jeho prehranie treba mať nainštalované ovládače. [14] Voľba animácie: Ja som si zvolil typ Flash hlavne preto, že niektoré animácie v kurze nie sú len klasické animácie, ktoré len prehrávajú sekvenciu obrázkov (ako video), ale sú interaktívne. Interaktivitou praktickejšie simulujem konkrétny jav. Takéto ovládanie formát GIF neumožňuje. Zároveň interaktivitou sa študentovi ponúka niečo ako praktické cvičenie

23 Ďalším dôvodom je veľkosť súboru. Mojou úlohou je navrhnúť riešenie kurzu tak, aby fungovalo v prostredí s nízkou dátovou priepustnosťou. Preto je veľmi dôležité brať do úvahy kapacitnú závislosť jednotlivých formátov. Tu opäť Flash dokazuje, že je pre moje zadanie omnoho vhodnejší.. Vďaka svojej kompresii zachová takú istú kvalitu ako GIF, ale s trojnásobne menšou veľkosťou súboru. Okrem toho streaming umožňuje prehrávať animáciu skôr vďaka postupnému načítaniu. Po kvalitatívnej stránke má Flash ďalšiu výhodu. Keďže využíva vektorovú grafiku (vďaka čomu sú animácie kapacitne menšie), môžeme objekt ľubovoľne meniť bez straty kvality. GIF využíva bitmapovú (rastrovú) grafiku. Preto sú jeho animácie väčšie a neumožňujú mnoho efektov na rozdiel od Flashu. Pri zmene veľkosti sa kvalita takýchto objektov zhoršuje. Flash tiež dokáže pracovať s bitmapovou grafikou. Pri nej ale nedokáže zachovať (podobne ako GIF) takú kvalitu a možnosti fransformácie, ako pri vektorovej grafike. Je to zapríčinené tým, že samotná technológia spracovania obrazu v bitmapovej grafike vylučuje túto možnosť. Obrazové dáta sú totiž zaznamenané tak, že podávajú informáciu len o zobrazení daného bodu a nie o vlastnostiach jednotlivých objektov na obrázku, ako je to pri vektorovej grafike Popis nástrojov na realizáciu kurzu DHTML (Dynamic HTML) DHTML - dynamické HTML je vlastne rozšírenie základného jazyka HTML o spojenie s programovacím jazykom JavaScript a kaskádovými štýlmi CSS. Tak umožňuje používateľovi poskytnúť väčšiu interaktivitu a dynamické efekty, než ponúka samotné HTML. HTML (Hyper Text Markup Language) Programovací jazyk HTML je značkovací jazyk určený na vytváranie dokumentov s webovým prostredím, respektíve klasických webových stránok. Otváranie takýchto dokumentov je nutné v internetovom prehliadači. HTML umožňuje vytvárať dokumenty obsahujúce text, obrázky, hypertextové odkazy, multimediálny a iný obsah, formuláre, skripty a metainformácie prehliadateľné vo webovom prehliadači. [15]

24 Výhodou HTML je, že umožňuje úsporne a jednoducho uložiť textový obsah a tabuľky, pričom umožňuje definovať formát jednotlivých častí. Spôsob zápisu a formátovanie jednotlivých častí zabezpečujú špeciálne značky, nazývane tagy. Tieto značky určujú aký príkaz funkcia sa má vykonať a s akými parametrami. Tagy sú uzavreté v ostrých zátvorkách < a >. Delia na párové a nepárové. Párové tagy sa od nepárových líšia tým, že na rozdiel od nepárových musia mať za obsahom opäť tag podobný počiatočnému, akurát je pred ním lomítko. Slúži to na vymedzenie obsahu. N epárové môžu byť platné pre celý dokument, keďže nemajú presne definované ukončenie tagu. Nastavujeme nimi formát stránky a vkladanie objektov do dokumentu (obrázok, animácia, zvuk, tlačidlo). Výhodami tohto jazyka sú hlavne jednoduchosť vytvorenia dokumentu (či už cez program alebo v zdrojovom kóde), výsledná veľkosť dokumentu (možnosť odkazovať sa na externé prvky). Príkazy sú interpretované prehliadačom, čo je zároveň aj nevýhodou, keďže tie pristupujú inak ku danému kódu a sú tak nekompatibilné. CSS (Cascading Style Sheets) Kaskádový štýl CSS je vlastne skupina formátovacích znakov, ktoré umožňujú meniť parametre tagov v jazyku HTML, resp. definujú ich nové parametre. Takto pridávajú tagom nové vlastnosti. Tie potom môžeme využiť pri celkovom grafickom usporiadaní (formátovaní) stránky. Vďaka CSS teda dokážeme oddeliť štruktúru dokumentu (text) od jeho výzoru (farba). Kaskádové štýly majú možnosť: nastaviť parametre (font) písma formátovanie tabuliek formátovanie nadpisov formátovanie paragrafov vytvorenie grafických odrážok formátovanie obrázkov formátovanie pozadia dokumentu [16]

25 Obrovskou výhodou CSS je, že vlastná definícia štýlu môže byť definovaná ako externý dokument, ktorý sa k danej stránke len pripája odkazom v hlavičke dokumentu. V HTML dokumente potom jednotlivým tagom priradíme daný štýl. Okrem toho môžeme zadefinovať lokálne kaskádový štýl. Takýto lokálny CSS potom platí len pre daný dokument. Pri realizovaní kurzu som CSS štýl využil, aby som zaistil odstránenie nedostatkov spôsobených rôznou interpretáciu HTML kódu v rôznych prehliadačoch. Taktiež som vďaka tomu získal možnosť ľahšej úpravy dizajnu kapitol, a teda aj možnosť estetického zosúladenia kurzu s už vytvorenými kurzami. JavaScript JavaScript je objektovo orientovaný programovací jazyk, ktorý patrí medzi najčastejšie využívané skriptovacie jazyky na strane klienta. Využíva sa najmä na kontrolu údajov z dotazníkov, či na zvýšenie interaktivity pavučinových stránok. Interpretáciu celého zdrojového kódu zabezpečuje prehliadač. Pomocou skriptovacieho jazyka je možné pristupovať k rôznym prvkom a pomocou skriptov ich rôzne meniť a ovplyvňovať. [17] JavaScript vytvára interaktívne prostredie tým, že má príkazy, ktoré dokážu v bežnom internetovom prehliadači reagovať na rôzne udalosti, napr. kliknutie myši, stlačenie klávesy a ďalšie. Do HTML stránky sa vkladá pomocou špeciálnych značiek (skriptov), vďaka čomu sa jeho kód ľahko odlíši od HTML kódu. JavaScript rozdeľujeme do dvoch základných skupín. Skripty, ktoré sa spustia iba raz (najčastejšie pri načítaní dokumentu) a skripty, ktoré sa spustia až po vykonaní určitých podmienok (pohyb myšou, stlačenie tlačidla,...). Prvý typ skriptov je v kurze použitý na detekciu typu prehliadača, zistenie rozlíšenia a detekciu podpory Flashu. Podľa zistených parametrov zabezpečí JavaScript nahratie správneho CSS štýlu, prípadne nahradí animáciu obrázkom. Druhý typ skriptov je v sekcii testovania vedomostí. Tu porovnáva počet správnych odpovedí. Podobne ako Flash aj JavaScript potrebuje podporu knižníc. V prípade, že ju užívateľ nemá, nemôže si ju doinštalovať, lebo mu to ochranný systém zakazuje, v tom prípade kurz sa prehrá vo variante bez JavaScriptu. Táto verzia je však ochudobnená napríklad o vyhodnotenie správnych odpovedí

26 Flash Flash je programovací jazyk programovateľný nie v zdrojovom kóde, ale cez program. Flash umožňuje vytvárať klasické animácie ako aj interaktívne animácie. Podstatu tvorí vektorová grafika, vďaka čomu má výsledná animácia veľmi malú veľkosť. Vektorová grafika navyše umožňuje vytvárať rôzne efekty, pričom obrázok v nich nestráca na kvalite. Takýto efekt je napríklad zmena geometrickej veľkosti animácie. Podporuje aj bitmapovú grafiku, ale tá je svojimi možnosťami obmedzená. Interaktívne animácie vytvára Flash vďaka programovateľnej časti, ktorá sa volá ActionScript. Ide o programovateľný jazyk podobný základnou syntaxou jazyku C++. Obsahuje však aj iné kódy, keďže ide o prácu akoby v ďalšom rozmere. Príkazy sa dajú zapisovať buď do časovej osi, alebo priamo na objekt, keďže ide o objektovo orientovaný program. Podľa toho, kde ich zadefinujeme, sa príkazy líšia v priebehu, akým sú vykonávané. Ak zapíšeme na časovú os, vykonajú sa len v bode, keď sa vykoná daný okamžik. Ak na objekt, tak počas času, pokým je tento objekt vyhodnocovaný. Flash animácie a náhradné GIF animácie som vytváral v softvérovom produkte Macromedia Flash MX, ktorý mi bol poskytnutý od vedúceho mojej bakalárskej práce. Tento program umožňuje pri vytváraní grafiky využívať vrstvy, úrovne, časovú os a objekty. Grafická ukážka prostredia v tomto programe je uvedená v prílohe B. Objekty sa vkladajú do knižnice súboru (1), aby v prípade viacnásobného použitia mohli byť len presmerované z jedného zdroja a nezaberala by sa tak zbytočná kapacita. Pri zmene tohto objektu v knižnici dôjde ku zmene všetkých jeho odkazov. Objekty sa upravujú na tzv. javisku (2). Časovú postupnosť zaručuje časová os (3), ktorú obsahuje každá vrstva (4). V každej vrstve sú ešte neviditeľné úrovne. Tie určujú, ktorý z objektov bude zobrazený vyššie. Kresliace nástroje (5) nám umožňujú manipuláciu a úpravu prvkov. Panel vlastností (6) nám ponúka meniť špeciálne vlastnosti objektov (napríklad pri texte jeho typ, súradnice,...). Syntax kódu sa zadáva do ActionScriptu (7). Zdrojové súbory sú typu *.fla. Tie je možné opäť modifikovať podľa potreby. Sú kapacitne väčšie, lebo obsahujú pôvodné prvkovú a kódovú časť programu. Po kompilácii do typu *.swf znížime veľkosť súboru a zároveň zabránime možnosti zmeniť obsah súboru. Tento súbor už nie je editovateľný a nedá sa nijako spätne prekompilovať na zdrojový súbor

27 3. OBSAH MULTIMEDIÁLNEHO CBT KURZU Obsahové jadro môjho CBT kurzu je zamerané na problematiku: Multiplexory a demultiplexory Hazardy v logických obvodoch Úlohou mojej práce bolo po návrhu nástrojov pre tvorbu CBT kurzu vytvoriť kurz a v ňom spracovať problematiku dvoch kapitol z oboru číslicovej techniky. Kurz je realizovaný tak, aby bol kompatibilný s podobnými kurzami, a tak mohol vytvoriť v budúcnosti komplexnejší celok o problematike logických systémov. Pre každú kapitolu som navrhol aj sadu testovacích otázok. Pomocou nich si môže účastník overiť nadobudnuté vedomosti Multiplexory a demultiplexory Multiplexor Multiplexor je kombinačný logický obvod, ktorý umožňuje previesť číslicové informácie z niektorého vybraného vstupného kanálu na výstupný kanál. Ide o tzv. prepínač číslicových signálov, ktorý sa často označuje aj ako selektor dát. Obsahuje n dátových vstupov, ktoré sú zadeľované na 1 dátový výstup. Voľbu, ktorý dátový vstup bude prepojený s výstupom, robíme pomocou riadiacich adresných signálov. Adresa vybraného vstupu je do obvodu prenášaná ako binárne číslo. Ak označíme počet adresných vstupov m a počet dátových vstupov n, potom dostaneme závislosť medzi počtom dátových vstupov a počtom adresných vstupov: [18] m n 2 alebo m 2 1 n 2 m Ak má napríklad multiplexor osem dátových vstupov, na jeho riadenie potrebujeme tri adresné vstupy. Okrem vstupných a adresných vstupov obsahuje multiplexor aj blokovací vstup E (enable), ktorý sa používa na ovládanie funkčnosti celého obvodu. Občas sa nazýva aj riadiacim vstupom, lebo ním môžeme riadiť obvod zložený z viacerých multiplexorov

28 To robíme tak, že ním niektoré multiplexory zablokujeme, a tak sa výstupná funkcia takého obvodu zmení. Zmenou jeho aktívnej úrovne ho prepneme do neaktívneho stavu (napríklad z log. 0 do log. 1), čím zablokujeme činnosť celého obvodu bez ohľadu na to, aké hodnoty má na svojich dátových alebo adresných vstupoch. Blokovací vstup býva realizovaný tak, že na svojom vstupe neguje logickú premennú. Preto väčšinou privádzame na jeho vstup log. 0 pre aktívny stav a zmenou do log. 1 zablokujeme obvod. Takto môžeme vstup E uzemniť (čím znížime nutnosť stáleho prísunu energie) a obvod pracuje v aktívnom režime. Môže sa použiť aj iné označenie tohto vstupu, ako je napríklad: S, G, CS... Multiplexor (anglicky multiplexer) je známy aj pod skratkou MUX. Jeho principiálna schéma je na obrázku Okrem priameho výstupu Y sa multiplexory realizujú aj s negovaným výstupom. Robí sa tak preto, lebo pri prenose dochádza ku rušeniu signálu vo vodiči. Pri prenose s priamym aj negovaným výstupom sa na koncovom zariadení môže signál diferencovať (odčítať) a tým sa prakticky vynuluje rušiaci vplyv. Pre výstup multiplexora môžeme zapísať logickú funkciu nasledovne: Y Adr D Adr D Adr D ) E ( n m kde A drj označuje príslušnú kombináciu adresných vstupov A 1 až A m. Napríklad v prípade osembitového multiplexora potrebujeme tri adresné vodiče A 1, A 2 a A 3. Kombináciou adresných vstupov potom rozumieme pri výbere vstupu D 1 kombináciu A 3 A2 A1, pre vstup D 2 kombináciu 3 A2 A1 A, atď. [19] Obr Principiálna schéma multiplexora

29 Realizácia multiplexorov Multiplexor sa skladá buď zo základných logických členov (hradlá), alebo z viacerých multiplexorov. Najjednoduchší multiplexor by sa skladal z dvoch dátových vstupov, jedného adresného vstupu a jedného blokovacieho vstupu. Každý z dátových vstupov by išiel do jedného súčinového hradla. Do týchto hradiel by bol privedený aj blokovací vstup spolu s adresným, ktorý by bol k jednému pripojený priamo a k druhému cez invertor. Výstup z týchto súčinových hradiel by bol privedený na vstup súčtového hradla. Multiplexor s označením SN74157 sa skladá zo štyroch takýchto multiplexorov. Keďže je multiplexor kombinačný logický obvod, môžeme preň zostaviť pravdivostnú tabuľku. Pri jej návrhu budeme vychádzať zo štvorvstupového multiplexora podľa obrázku Na tomto obrázku je znázornené jeho zloženie. Obvod má 7 vstupov logických premenných (4 dátové, 2 adresné a jeden blokovací). Tabuľka by sa skladala zo 64 riadkov, keby sme vypisovali všetky kombinácie, ktoré môžu nastať. Avšak pre pochopenie si ju stačí zjednodušiť tak, že na mieste logických premenných, ktorých stav nemá vplyv na správanie obvodu, napíšeme symbol neurčitého stavu X. Takáto tabuľka je zobrazená v tabuľke Hodnoty log. 1 a log. 0 by sa dali zapísať aj ako H (high) a L (low). Blokovací vstup je v log. 0, keď má obvod pracovať. Binárna adresa je kombinačným obvodom spracovaná tak, že iba jedno zo súčinových hradiel prenáša na vstup súčtového hradla svoju logický stav. Súčtové členy adresných vstupov sú negované na svojom výstupe z dôvodu úpravy oboch logických úrovní do definovaných hodnôt. Obr Bloková schéma štvorvstupového multiplexora

30 Tab Pravdivostná tabuľka štvorvstupového multiplexora Z pravdivostnej tabuľky môžeme odvodiť logickú funkciu pre popis výstupu v tvare: Y Adr D Adr D Adr D ) E ( n m Multiplexor sa môže realizovať aj kombináciou viacerých multiplexorov. Robíme tak vtedy, keď chceme prepínať viac vstupov ako má jeden multiplexor. V takomto prípade je nutné spojiť viac multiplexorov paralelne, zlúčiť ich výstupy do ďalšieho multiplexora a prepojiť navzájom ich adresné vstupy. To, z ktorého multiplexora v prvom rade sa práve odovzdáva informácia, sa určuje adresnými vstupmi multiplexora v druhom rade. Občas sa dá využiť aj jednoduchší spôsob ich spojenia a síce taký, že sa výstupy multiplexorov privedú na vstup súčtového hradla a blokovacími vstupmi sa určuje, ktorý multiplexor prepustí svoje dáta na výstup (kaskádové radenie). Príklad vytvorenia multiplexora zlúčením viacerých multiplexorov je na obrázku Pri postupe si určíme, koľko použijeme multiplexorov pre dosiahnutie potrebného počtu vstupov. Napríklad pre 32 dátových vstupov potrebujeme štyri osemvstupové multiplexory. Výstupy týchto multiplexorov zavedieme na dátové vstupy štvorvstupového multiplexora. Adresné vstupy osemvstupových multiplexorov navzájom prepojíme, takže dostaneme tri spoločné adresné vodiče. Ďalšie dva použijeme zo štvorvstupového multiplexora (32 dátových vstupov potrebuje na svoje riadenie 5 adresných vstupov). Blokovací vstup pre tento obvod stačí použiť zo štvorstavového multiplexora vzhľadom k tomu, že ním dokážeme zablokovať celé zapojenie. [18] Ak by sme chceli vybrať výstup 23, vyjadrili by sme ho v binárnom tvare (10111). Posledné tri bity určujú adresu v prvom rade. Prvé dva bity zas určujú adresu štvorvstupového multiplexora, v našom prípade konkrétne vstup D

31 Obr Schéma zapojenia 32- vstupového multiplexora Využitie multiplexorov Základným použitím multiplexora je prípad, keď potrebujeme z väčšieho počtu logických signálov vybrať len jeden (napríklad na vstupoch aritmeticko-logických jednotiek). Ide o klasické prepínanie vstupov na jeden výstup. Ďaľším využítím je ich použitie ako prevodníkov. Vykonávajú prevod paralelnej informácie na sériovú. To sa využíva pri redukcii počtu použitých vodičov pri prenose informácií na väčšie vzdialenosti. Prenos sa dá ešte vylepšiť tak, že namiesto adresných vodičov použijeme čítač impulzov, ktorý bude prepínať postupne adresné vstupy. Takto budeme potrebovať pri akomkoľvek počte vstupov vždy len 3 vodiče na prenos signálov (priamy výstup, negovaný výstup a synchronizačný hodinový takt). Okrem toho môžeme tento efekt použiť aj pri prenose logických stavov, kde je treba viacbitové slová prenášať bit po bite postupne v časovo rozvinutom tvare (obr ). V takomto prípade privádzame na dátové vstupy multiplexora viacbitové slovo a potom postupne striedame všetky kombinácie na adresných vstupoch. Obr Prevod paralelného prenosu na sériový

32 Ďalším zaujímavým využitím multiplexora je jeho použitie ako pevne naprogramovateľnej pamäte. To je možné len pri pevne priradených vstupných úrovniach. Takáto pamäť má adresné pole dané počtom adresných vstupov. Nakoniec ešte spomenieme, že multiplexor sa môže využiť aj na realizáciu kombinačných logických funkcií. Príklady takejto realizácie sú v prílohovej časti na CD-ROM disku Demultiplexor Demultiplexor (anglicky demultiplexer) je technické zariadenie, ktoré plní presne opačnú funkciu ako multiplexor. Jeho skratka je DEMUX. V závislosti na logickom stave adresných vodičov prenáša z jedného vstupného vodiča dáta na jeden z výstupných vodičov, zatiaľ čo na ostatných výstupných vodičoch zotrváva neaktívny stav. Ide teda o kombinačný obvod, ktorý môžeme popísať výrazom: Y i Adr i D E kde A dri je kombinácia adresných vstupov A 1 až A m, pomocou ktorých vyberáme 1 z n vstupov. Výstupy demultiplexora označujeme opäť ako Y a dátový vstup ako D, preto si treba dať pozor na zamenenie označenia a mať na pamäti, že Y je len jedenkrát pri multiplexoroch a n -krát pri demultiplexoroch. Symbol D je zas n -krát pri multiplexoroch a len jedenkrát pri demultiplexoroch. Ide však len o principiálne označenie. Demultiplexory sa realizujú totiž zväčša s adresnými vstupmi (A, B,...) a s blokovacími vstupmi (G), z ktorých sa jeden používa ako dátový vstup. [19] Integrované demultiplexory sú vyrábané takmer výhradne ako obvody s aktívnou úrovňou logickej nuly na vybranom výstupe. To znamená, že na všetkých výstupoch je logická jednotka a len na výstupe, ktorého adresa je zvolená adresnými vodičmi, sa zmení logický stav podľa dátového vstupu D. Principiálna schéma demultiplexora je vyjadrená na obrázku Obr Principiálna schéma demultiplexora

33 Realizácia demultiplexorov Realizácia demultiplexorov je rôzna. Ako príklad môžeme uviesť zapojenie podľa obrázku Ide o štvorvýstupový demultiplexor, ktorý je dodávaný v integrovanej podobe pod označením SN74155 (daný dvojito v jednom puzdre). Každá sekcia má svoj blokovací vstup E. Jedna sekcia má dátový vstup D priamy a druhá negovaný D. Schéma demultiplexora je podobná schéme dekodéra. Rozdiel je však v počte riadiacich vstupov. V prípade dekodéra 1 z N, by sme použili oba vstupy (dátový aj blokovací) ako blokovacie vstupy. Obr Bloková schéma štvorvýstupového demultiplexora Tab Pravdivostná tabuľka štvorvýstupového demultiplexora Pravdivostná tabuľka je trochu komplikovanejšia na pochopenie ako pri multiplexore. Aj tu je obvod v aktívnom stave, pokiaľ na blokovací vstup privedieme log. 0. V prípade, že privedieme log. 1, na výstupoch bude vždy log. 1, bez ohľadu na to, aký bude signál na dátovom alebo adresných vstupoch. V prípade, že sa na dátový vstup privedie log. 1 a blokovací vstup bude v priepustnom režime, výstup sa určí signálmi na adresných vstupoch. Ak privedieme log. 0, tak bez ohľadu na to, aký bude blokovací alebo adresný signál, bude na každom výstupe log

34 Spájanie demultiplexorov do obvodov funkčne totožných s viacvýstupovými demultiplexormi je iné, jako při multiplexoroch. Ako príklad si uvedieme zapojenie dvoch demultiplexorov 74LS139. Schéma zapojenia takýchto dvoch demultiplexorov je na obrázku Pri normálne funkcii musí byť riadiaci vstup pripojený na log. 0 (v opačnom prípade sú všetky výstupy v log. 1). Adresa (B / A) prestavuje číslo výstupu, ktorý je nastavený do log. 0. Horný demultiplexor je v akcii pre rádovo nižšie adresy (CBA = 000 až 011), dolný je pre rádovo vyššie adresy (CBA = 100 až 111). Je to možné vďaka použitiu invertora, ktorý zaisťuje inverziu vstupu C pre dolný demultiplexor. Pre C = 0 je aktivovaný horný demultiplexor a pre C = 1 dolný. Obr Zapojenie dvoch demultiplexorov vedľa seba Tento obvod má už označenie blokovacieho vstupu G a nie E, ako tomu bývalo doteraz. Rozdiel medzi týmto označením spočíva v tom, že hoci sú oba vstupy v podstate blokovacími vstupmi, pri demultiplexoroch s označeným blokovacím vstupom písmenom G môžeme tento vstup použiť aj ako dátový vstup Využitie demultiplexorov Keďže je demultiplexor opačné zariadenie ako multiplexor, je zrejmé, že ho budeme používať v prípadoch presne opačných, prípadne sa bude využívať ako párové zariadenie v obvodoch s multiplexormi. Z prípadu použitia multiplexora ako spínača nám logický vychádza možnosť využiť demultiplexor ako zariadenie na zadeľovanie vstupných informácii na rôzne výstupy. Takéto využitie je napríklad v ústredniach, kde prichádza jeden združený dátový tok, ktorého obsah rozdeľujeme rôznym koncovým zariadeniam. O ktoré koncové zariadenie ide, určíme pomocou informácií na adresných vstupoch

35 Najčastejším využitím demultiplexora je jeho použitie ako prevodníka. Robí prevod zo sériového toku na tok paralelný. Kombináciou multiplexora a demultiplexora môžeme využiť tieto prevody na zmenšenie počtu prenosových vodičov. Na vstupe zlúčime viac vodičov na jeden dátový vodič (plus adresné vodiče a blokovací vodič). Na výstupe potom môžeme spätne previesť tieto zlúčené dáta do prislúchajúcich vodičov. Takýto systém prenosu informácií má veľký význam pri prenose na veľké vzdialenosti, keďže zlúčením veľkého počtu vodičov ušetríme ich počet. V súčasnej dobe sa neprenášajú adresné a dátové signály, ale dátové a synchronizačné signály. Ide o to, že namiesto adresných dát prenášame synchronizačný impulz, ktorý prepína adresné vstupy demultiplexora postupne. Aj pri väčšom náraste dátových kanálov tak nevzrastá nutnosť použiť viac adresných vodičov, ale vždy prenášame taký istý počet vodičov. Priebeh fungovania je na obrázku Na adresné vstupy je pripojený čítač, ktorý ich postupne prepína. Na synchronizáciu čítačov sa teda musí prenášať hodinový signál. Je dôležité upozorniť na negovanie výstupného signálu. Ide o trojitú negáciu, z čoho vyplýva, že vstupný signál do demultiplexora bude oproti výstupnému signálu z multiplexora negovaný. Je to preto, lebo demultiplexor pracuje s obrátenými úrovňami signálu. Pokiaľ privedieme na jeho vstup log. 1, tak na jeho výstupe bude log. 0. Preto treba dátový signál negovať ešte pred vstupom do demultiplexora. Obr Prenos dát riadený čítačmi hodinového impulzu Okrem toho sa demultiplexor môže použiť, ako už bolo zmienené, aj ako dekodér alebo aj ako prevodník kódov. Prevodník kódu je zariadenie, ktoré slúži na prevod dvojkového kódu na kód 1 z n

36 Testovanie vedomostí 1. Pri akom prevode využívame multiplexor? a) zo sériového na paralelný b) z paralelného na sériový c) závisí to od typu multiplexora d) multiplexor neslúži na prevod dát 2. Aké vstupy má multiplexor? a) má len dátové a adresné vstupy b) má len blokovací vstup a dátové vstupy c) má len blokovací vstup a adresné vstupy d) má dátové, adresné a blokovacie vstupy 3. Ak má multiplexor 32 dátových vstupov, koľko musí mať minimálne adresných vstupov? a) 32 b) 16 c) 5 d) 4 4. Aký logický obvod je znázornený na obrázku? a) posuvný register b) multiplexor c) demultiplexor d) nejde o logický obvod 5. Blokovací vstup sa využíva na: a) zablokovanie logického obvodu b) prenos užívateľských informácií c) riadenie, ktorý vstup má byť prepojený s výstupom d) nič, multiplexor ani demultiplexor neobsahuje takýto vstup

37 6. Pri akom prevode využívame demultiplexor? a) zo sériového na paralelný b) z paralelného na sériový c) závisí to od typu demultiplexora d) multiplexor neslúži na prevod dát 7. Multiplexory a demultiplexory: a) sa využívajú na záznam informácii v tvare kódových zložiek b) sa využívajú na čítanie impulzov, takže môžu byť použité ako čítače c) sa využívajú na prevod informácií, prepínanie vstupov a výstupov, prevod kódov d) sa samostatne nevyužívajú, a teda ich použitie závisí len od použitia iných prvkov 8. Vnútorné zloženie multiplexorov a demultiplexorov: a) je vždy z hradiel AND aj OR b) je vždy z hradiel OR a občas spolu s hradlom AND c) je vždy z hradiel AND a občas spolu s hradlom OR d) neobsahuje žiadne hradlá. Ide totiž o základný člen. 9. Na obrázku je znázornený: a) štvorvstupový multiplexor b) štvorvstupový demultiplexor c) štvorvýstupový multiplexor d) štvorvýstupový demultiplexor 10. Ak na adresné vstupy štvorvstup. multiplexora privedieme hodnotu 1-1: a) bude prepojený vstup D1 na Y b) bude prepojený vstup D4 na Y c) obvod sa prepne do blokovaného stavu d) Takáto kombinácia nemôže nastať pri štvorvstupovom multiplexore

38 3.2. Hazardy v logických obvodoch Problematika hazardov Slovom hazard (GLITCH) označujeme situáciu, keď sa v logickom obvode objavujú krátko trvajúce nezhodné stavy. Hazard v logických obvodoch predstavuje jav, ktorý spôsobí na výstupe logického obvodu dočasne, alebo trvalo nesprávnu hodnotu výstupnej logickej premennej. Vzniká vplyvom prechodových javov, ktoré spôsobujú oneskorenie signálu v logickom člene. Prechodný jav trvá v logickom čase omnoho dlhšie ako prechod signálu po vodiči. Hoci parazitné oneskorenie trvá niekoľko nanosekúnd, nie je zanedbateľné, keďže vyhodnotenie a prenos signálu sa uskutočňuje v ešte menších jednotkách. Skutočné správanie obvodu s hazardom nezodpovedá štandardnému popisu správania tohto logického obvodu. Nastáva to v prípadoch, keď nie je v obvode zaručený štvrtý Booleov zákon: a a 1 a a 0 Obvody pracujúce v synchrónnom režime nevykazujú vznik hazardov. Je to preto, lebo vyhodnotenie signálov v logických členoch nastáva len v čase impulzu a nie okamžite pri zmene vstupu týchto hradiel. V sekvenčných logických obvodoch môže vzniknúť trvalá porucha, ktorá sa prejaví nesprávnym chovaním logického obvodu. Vznikne tak stavový hazard, ktorého príčinou je prechod do iného (nesprávneho) stavu, čo je v rozpore s tabuľkou prechodov. [20] Hazardy v kombinačných logických obvodoch Logický hazard teda znamená odchýlku skutočného správania logického obvodu od predpísaného prejavu správania obvodu, napríklad logickou funkciou, tabuľkou, grafom, časovým diagramom. Ak sa nachádza hazard v kombinačných logických obvodoch, spôsobuje len prechodnú chybu (dočasnú nezhodu) hodnoty výstupnej funkcie. Ak je však takýto kombinačný logicky obvod súčasťou sekvenčného logického obvodu, môže dôjsť ku trvalému prechodu do nesprávneho stavu výstupnej premennej. V kombinačných logických obvodoch môže vzniknúť: Statický hazard: - spôsobuje jednorazovú dočasnú chybu funkcie výstupnej premennej. Dynamický hazard: - spôsobuje niekoľko po sebe nasledujúcich zmien výst. premennej

39 Statický hazard: Statický hazard je taký jav, ktorý môže vzniknúť len v obvodoch, ktoré majú priame aj negované vstupné premenné. Pokiaľ hazard v obvode vznikne, na jeho výstupe sa najskôr objaví hodnota, ktorá nie je logickou funkciou definovaná a po uplynutí krátkeho časového okamihu sa obvod stabilizuje. Inými slovami, obvod na výstupe jedenkrát zakmitá. Najjednoduchší príklad predstavuje obvod nazývaný black-box, ktorý sa skladá z invertora a súčinového hradla. Schéma je na obrázku Hazardný stav bude trvať na výstupe obvodu tak dlho, ako bude veľký rozdiel prechodu signálu jednotlivými vetvami. Ide o obvod, v ktorom je vždy na výstupe log. 0 bez ohľadu na to, čo je na vstupe. Ak však privedieme na vstup log. 0 a potom log. 1, v obvode vznikne hazard. Je to pre oneskorenie signálu prechodom cez invertor. [21] Obr Black-box obvod so statickým hazardom Podľa toho, aký stav má byť na výstupe a aký bude po vzniknutí hazardu, delíme statické hazardy na hazardy v log. 1 a hazardy v log. 0. Ak má byť na výstupe log. 0 a na určitú dobu sa objaví log. 1, ide o hazard v logickej nule. Nastáva to v prípadoch, keď je na krátku dobu porušená platnosť zákonu a a 0. Ak má byť na výstupe log. 1 a na určitú dobu sa objaví log. 0, ide o hazard v logickej jednotke. Ten nastáva, keď sa na krátku dobu poruši platnosť zákona a a 1. Uvedieme si príklady pre oba prípady. Príklad na statický hazard v hodnote log. 1: Vstupný stav: x = (x 1, x 2, x 3... x n ) Výstupné premenné: f(x i ) = 1 f(x j ) = 1 Pri zmene vstupného stavu x i x j sa zmení jedna zo vstupných premenných (x 1... x n ) Pri zmene x i x j sa počas intervalu t výstupná premenná f =

40 Obr Schéma zapojenia a pravdivostná tabuľka pre hazard v log. 1 Pre vznik hazardu sme si zvolili situáciu, keď prechádza obvod zo stavu N = 7 do stavu N = 3. Vychádzame zo schémy zapojenia pre funkciu f x1x2 x1x3. Odstránenie takéhoto hazardu by sa spravilo úpravou logickej funkcie a to tak, že by sme pridali nadbytočnú mapu, ktorou by sme zabránili vzniku hazardu. Nadbytočná mapa má za úlohu spojiť obe mapy a vykryť tak situáciu, pri ktorej vniká hazard. V našom prípade by sme upravili funkciu na tvar f x1x2 x1x3 x2 x3. Teraz, aj keď nastane situácia, ktorá by vyvolala vznik hazardu, pridaná časť obvodu zabezpečí na výstupe správnu hodnotu. Obr Karnafova mapa a schéma zapojenia upravenej funkcie

41 Dynamický hazard: Dynamický hazard je rozšírením statického hazardu, čo teda znamená, že je na ňom priamo závislý. Pokiaľ sa v obvode nevyskytuje žiaden statický hazard, nemôže sa vyskytnúť ani hazard dynamický. Dynamický hazard je jav, ktorý rovnako ako statický hazard vzniká pri zmene jedného zo vstupov. Rozdiel je len v tom, že logická funkcia obvodu v tomto prípade reaguje na zmenu daného vstupu zmenou výstupu. V obvode sa na výstupe najskôr objaví očakávaná hodnota a vzapätí sa vystrieda s hodnotou, ktorá nezodpovedá logickej funkcii obvodu. Potom nastane ďalšia zmena a výstup sa ustáli. Na rozdiel od statického hazardu, dynamický hazard spôsobuje párny počet kmitov. Takýto jav teda vzniká len vo viacstupňových kombinačných logických obvodoch. Príklad na dynamický hazard: Vzniká u viacstupňových kombinačných obvodoch pri zmene vstupného stavu x i x j. Vstupný stav: x = (x 1, x 2, x 3... x n ) Výstupné premenné: f(x i ) = f 1 f(x j ) = f 2 Pri zmene vstupného stavu x i x j sa zmení premenná (x 1... x n ) ak f 1 = 0 f 2 = 1, alebo f 1 = 1 f 2 = 0. Hazard sa prejaví na výstupe ako postupnosť f 1 f 2 f 3... f n. Príklad vzniku dynamického hazardu je na obrázku Ide o zapojenie, v ktorom sa spájajú cesty so statickým hazardom. Funkcia obvodu má tvar: f ( x1 x2 ).( x1 x3 ).( x2 x3 ) a podľa nej hazard vzniká pri zmene stavu x i = x 1 x 2 x 3 x 4 = na stav: x j = x 1 x 2 x 3 x 4 = Výstupná funkcia sa má teda zmeniť z f(x i ) = 1 f(x j ) = 0. Dôjde však ku zakmitaniu a na výstupe sa objaví postupnosť f(x) = Obr Schéma zapojenia s dynamickým hazardom

42 Obr Časový priebeh dynamického hazardu Odstránenie hazardov v KLO Jednoduchý spôsob, ako odstrániť statický hazard, sme si už ukázali. Išlo o odstránenie hazardu pomocou pridania ďalšieho hradla, ktoré výstupnú funkciu obvodu nezmenilo. Správnym návrhom docielime, aby zákmit neovplyvnil výstupnú funkciu. Ďalším spôsobom je vykompenzovať rozdiel časov spôsobený oneskoreným prechodom cez logické členy. Vyrovnanie docielime vložením dodatočných elementov do rýchlejších vetiev. Príklad takéhoto riešenia je na obrázku Obr Kompenzácia oneskorenia signálu Pre logický obvod realizovaný podľa normálnej disjunktívnej formy stačí odstrániť staticky hazard v hodnote výstupnej premennej 1. Pri hodnote 0 hazard nevzniká. Pre logický obvod podľa normálnej konjuktívnej formy stačí odstrániť hazard pre premennú 0. Pri hodnote 1 hazard nevzniká. Pri viacstupňových obvodoch je potrebne aj 0 aj 1 hazardy odstrániť. Odstráni sa tak aj možnosť vzniku dynamických hazardov

43 Hazard na rozhodovacej úrovni Na obrázku je nakreslené zapojenie podľa funkcie C A B s hazardom na rozhodovacej úrovni. Okrem schémy je na tomto obrázku zobrazený aj časový priebeh vzniku hazardu. Ku hazardu dochádza preto, lebo oba invertory prekračujú rozhodovaciu úroveň v tú istú dobu. Signál A prechádza z log. 1 do log. 0, signál B prechádza zas z log. 0 do log. 1. V okamihu, keď sú napätia oboch vstupov hradla NAND chápané ako log. 1, prejaví sa hazard (výstup C poklesne na krátku dobu smerom k log. 0, lebo súčet dvoch log. 1 v logickom člene NAND sa rovná log. 0). Hoci tento impulz trvá len krátku dobu, môže byť nasledujúcim obvodom vyhodnotený ako nábežná/dobežná hrana. Obr Hazard na rozhodovacej úrovni Riešenie hazardov Zabezpečiť obvod pred vznikaním hazardu je nutné z viacerých dôvodov. Najdôležitejší je ten, že hazard spôsobuje nesprávny stav a pri zložitejších obvodoch tak môže spôsobiť obrovské škody. Okrem toho sú hazardy nežiaduce aj z energetického hľadiska. Obvody s hazardmi vykazujú omnoho vyššiu spotrebu. Je to spôsobené nadbytočným prepínaním hradiel. Odber prúdu pri prepínaní je o niekoľko ráz vyšší ako pri zachovaní stálej hodnoty. Teoreticky existujú dva spôsoby, ako sa rieši problematika hazardov: 1.- zabránenie vzniku hazardov (úprava logickej funkcie, plne synchrónny návrh) 2.- zabrániť šíreniu hazardov ďalej (vzorkovanie, filtrácia)

44 Prvý spôsob je určite najlepším spôsobom riešenia problémov spojených s hazardmi. Vhodnou úpravou logickej funkcie, alebo premysleným návrhom, sa dá pôvodný obvod generujúci hazardy upraviť tak, aby hazardy nenastali. Najčastejšie spôsoby zabránenia vzniku hazardu sú: úprava logickej funkcie plne synchrónny návrh Druhé riešenie nie je príliš vhodné, pretože nerieši problém hazardov priamo v mieste vzniku, ale reaguje na ne až neskôr. Tieto metódy sa však dajú použiť vždy. Najčastejšie spôsoby neskoršieho potlačenia hazardov sú: filtrácia vzorkovanie v protifáze [20] Príklad riešenia hazardov filtráciou: Základná myšlienka filtrácie je obsiahnutá v jej samotnom názve. Hazardné stavy odfiltrujeme. Pretože hazard trvá veľmi krátko, je jeho kmitočet vyšší, než kmitočet užitočného signálu. Ak použijeme filter dolného priepustu, podarí sa nám tieto krátke špičky rušiace signál odstrániť. Najzložitejšia na celej metóde je optimálna voľba medzného kmitočtu filtra. Ten musí byť dostatočné nízky, aby filter fungoval účinne, ale zas nie príliš nízky, aby nebol odfiltrovaný aj užitočný signál. Najlepšie je zvoliť hodnoty súčiastok experimentálne. Nevýhodou odstránenia filtráciou je ten, že filter DP predlžuje nábežné hrany a tým môže byť sám zdrojom rušenia. Preto je vhodne zakončiť filter hradlom so vstupom vybaveným Schmittovým klopným obvodom. Obrázok ukazuje časový priebeh obdĺžnikového signálu po prechode filtrom DP v závislosti na troch hodnotách medzného kmitočtu. (f 0 = 10 MHz, 1:1) Obr Voľby kmitočtov f m a f 0 a odfiltrovanie hazardu dolnou priepusťou

45 Príklad riešenia hazardov úpravou logickej rovnice: Ako príklad riešenia hazardu uvedieme prípad, keď hazard odstránime úpravou logickej funkcie. Jednou z pomerne častých príčin vzniku hazardov je nesprávne vykonaný návrh logickej funkcie. Niekedy je možné hazard odstrániť minimalizáciou, naopak inokedy sa minimalizácia nesmie vykonávať. Obrázok znázorňuje obvod dekódujúci stavy 01, 10 a 11 štvorbitového synchrónneho čítača 74LS161. Pretože bol použitý synchrónny čítač (výstupy jednotlivých radov sú súčasné), môže sa pri dekódovaní stavov prejaviť hazard vplyvom nesúbehu. Ten je spôsobený nevhodnou realizáciou kombinačnej logickej funkcie: Y Q0 Q1 Q0. Obr Vznik hazardu pri zle navrhnutej logickej funkcii Do obvodu 74LS161 privádzame časový impulz. Na jeho nábežnú hranu reaguje svojou zmenou výstup Q 0. Q 1 reaguje na dobežnú hranu signálu Q 0. Kvôli prechodu cez invertor je signál Q 0 oneskorený. Posunutý signál je ďalej spracovaný v logickom člene AND a dochádza tak ku dvojnásobnému posunu voči hodinovému taktu. V ideálnom prípade by mal byť na výstupe signál sčítaný a trval by tri takty. Avšak hazard spôsobil, že počas tohto času vzniknú dve zložky. To môže byť nežiaduce, ak za týmto zapojením bude nasledovať obvod, ktorý reaguje na nábežnú/dobežnú hranu tohto signálu

46 Odstránenie takéhoto hazardu je na obrázku Kombinačná funkcia pre dekódovanie stavu bola len zoptimalizovaná na: Y Q0 Q1 Q0 (jediné hradlo). Obr Správne navrhnutá logická funkcia Testovanie vedomostí 1. V kombinačných logických obvodoch: a) môžu vzniknúť len statické hazardy b) môžu vzniknúť len dynamické hazardy c) môžu vzniknúť statické a dynamické hazardy d) hazardy nikdy nevznikajú 2. Ak v obvode v každom okamihu platí štvrtý Booleov zákon: a) v obvode vzniká hazard b) v obvode nevzniká hazard c) hazard nesúvisí so štvrtým Booleovým zákonom d) hazard nesúvisí so zákonmi Booleovej algebry 3. O aký hazard ide, ak má byť na výstupe logická nula a na určitú dobu sa objaví logická jednotka? a) hazard v logickej nule b) hazard v logickej jednotke c) nejde o hazardný stav d) tento prípad nikdy nenastane

47 4. Dynamický hazard: a) nastáva len vtedy, ak v obvode nenastáva statický hazard b) nastáva len vtedy, ak v obvode nastáva aj statický hazard c) nastáva vždy pri vzniku statického hazardu d) je označenie statického hazardu v sekvenčných obvodoch 5. Dynamický hazard: a) zmení výstupnú hodnotu len jedenkrát. Preklopí výstupný stav. b) zmení výstupnú hodnotu párny počet ráz c) zmení výstupnú hodnotu nepárny počet ráz d) nemení výstupnú funkciu, lebo sa ihneď vykompenzuje 6. Pre logický obvod realizovaný podľa normálnej disjunktívnej formy: a) stačí odstrániť staticky hazard v hodnote výstupnej premennej 0 b) stačí odstrániť staticky hazard v hodnote výstupnej premennej 1 c) treba odstrániť staticky hazard v hodnote výstupnej premennej 1 aj 0 d) netreba odstraňovať hazardy, lebo nikdy nevznikajú 7. Vznik hazardov: a) nedokážeme nijako riešiť v súčasnej dobe b) riešime len úpravou logickej funkcie c) riešime len plne synchrónnym návrhom d) riešime úpravou logickej funkcie alebo plne synchrónnym návrhom 8. O aký hazard ide, ak má byť na výstupe logická jednotka, a na určitú dobu sa objaví logická nula? a) hazard v logickej nule b) hazard v logickej jednotke c) nejde o hazardný stav d) tento prípad nikdy nenastane

48 9. Úpravu logickej rovnice pre odstránenie hazardov: a) robíme len niekedy zminimalizovaním logickej rovnice b) robíme vždy úplným zminimalizovaním logickej rovnice c) robíme vždy tak, že logickú rovnicu nezminimalizujeme c) nikdy nevykonávame. Robíme vždy len plne synchrónny návrh. 10. Odstránenie hazardov odfiltrovaním: a) nerobíme, lebo filter sám vytvára hazardný stav, ktorý sa nedá odstrániť b) nerobíme, lebo hazard má taký istý kmitočet ako užitočný signál c) robíme vďaka tomu, že hazard má vyšší kmitočet ako užitočný signál d) robíme vďaka tomu, že hazard má nižší kmitočet ako užitočný signál

49 4. TECHNICKO-EKONOMICKÉ ZHODNOTENIE PRÁCE Moja bakalárska práca obsahuje dve časti. Jednou je spracovanie problematiky elektronického vzdelávania (e-learning) a výber optimálnych nástrojov pre tvorbu CBT kurzu a druhou je samotná realizácia takéhoto kurzu. Mnou vytvorený CBT kurz funguje bez problémov a spĺňa všetky podmienky, ktoré mu boli stanovené. Pri spustení kurzu sa testuje typ prehliadača, rozlíšenie a podpora systému. Podľa toho sa vyhodnocuje jeho ďalšia činnosť tak, aby poskytol užívateľovi čo najpohodlnejšiu formu výučby. Kurz som testoval na rôznych systémoch s rôznou podporou ovládačov a na rôznych internetových prehliadačoch, aby som zaistil jeho správnu funkčnosť. Fungoval podľa očakávania. Vzdelávanie sa pomocou e-learningu je už sama o sebe dosť výhodná ekonomická forma vzdelávania. Jeden e-kurz môže študovať súčasne väčší počet ľudí. Šetrí sa na učebných pomôckach a priestoroch, na cestovnom a iných faktoroch. Najväčšie množstvo financií sa v takomto procese investuje na začiatku pri vytváraní kurzov. Ale aj tu sa dajú ušetriť financie, pokiaľ sa ako nástroje použijú voľne šíriteľné (free) verzie programov, ktoré dosahujú takú istú kvalitu ako drahé software. Mnou realizovaný kurz takéto nástroje využíva. Okrem toho je určený na MOODLE platformu, ktorá je tiež zadarmo. Konkrétne výsledky ekonomických výhod e-learningu zhodnotil Luděk Virgl. Podľa jeho záverov sa minie na výučbu klasickým spôsobom 3,3 milióna dolárov, pričom na výučbu formou e-learningu len 1,7 milióna dolárov. Taktiež podľa jeho výskumu s elektronickým vzdelávaním plne súhlasí až 87% respondentov a proti sú len 4%. 9% súhlasí s touto formou s určitými výhradami. Taktiež uvádza, že e-learningová forma učenia trvá omnoho kratšie ako bežná prezentačná forma. [22] Môj CBT kurz teda nielenže vyhovuje všetkým technickým požiadavkám, ale je realizovaný aj s prihliadnutím na ekonomickú stránku. Okrem toho dodržuje zásady tvorby CBT kurzov, vďaka čomu je pútavým a užitočným nástrojom pre vzdelávanie sa v obore logických obvodov

50 ZÁVER Súčasná situácia ohľadom CBT kurzov je taká, že čím ďalej, tým viac ľudí si uvedomuje ich výhody. To, že takýto proces má budúcnosť, dokazuje okrem výskumov založených na dotazníkoch aj fakt, že vzniká čoraz viac CBT kurzov. Takmer každá technicky zameraná škola už začala svoj vlastný projekt, v ktorom využíva tento spôsob výučby. Zatiaľ však nie ako samostatne fungujúce štúdium, ale len ako doplnkovú formu ku bežnému procesu výučby. Ako príklad môžem uviesť projekt na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave, kde sa venujú tvorbe a zdokonaľovaniu e-kurzu v obore matematiky. Podobný projekt funguje tiež na Univerzite Konštantína Filozofa v Nitre. Tu sa však zameriavajú len na výučbu pedagógov, odborných asistentov a doktorantov. Ich kurzy zahŕňaj zložitejšiu problematiku. Vďaka tejto forme výučby sú vedomosti vzdelaných ľudí omnoho viac prehĺbené a účastníci tejto formy vzdelávania sa tak stávajú profesionálnejšími odborníkmi vo svojej oblasti. To tiež dokazuje, že e-learning nedosahuje dobré výsledky len u mladých študentov vďaka využívaniu popularity IKT medzi mladšou generáciou, ale aj u starších užívateľov. Preto si myslím, že vytváraním podobných kurzov, ako som vytvoril ja, môžeme zvýšiť úroveň vzdelávania na slovenských školách. Môj CBT kurz nielenže vysvetľuje problematiku multiplexorov, demultiplexorov a hazardov v logických obvodoch, ale ponúka aj otestovanie si vedomostí. Samozrejme, že kontrola vedomostí sa ešte lepšie zaistí po vložení CBT kurzu do prostredia MOODLE, kde si učiteľ bude môcť vkladať a obmieňať nové verzie testov. Taktiež LMS systém zvýši efektívnosť výučby, keďže vznikne možnosť komunikácie medzi učiteľom a žiakom. Kvalitu obsahu, ako aj funkcie kurzu som priebežne testoval spolu so svojimi kolegami, ktorí mi svojimi radami pomohli zlepšiť jeho konečný stav. Pomáhal mi aj vedúci mojej bakalárskej práce, vďaka čomu som zaistil správnosť výučbovej látky

51 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY [1] ZOUNEK, J.: E-learning a vzdělávání. Několik pohledů na problematiku e- learningu. Pedagogika, Praha, PedF UK. ISSN , 2006, vol. LVI, no. 4, s [2] NOTTNÝ, M.: Optimalizácia informačného obsahu v systéme LMS Moodle : Diplomová práca. Žilina : ŽU, 2007, s. 5. [3] TURČÁNI, M.: E-Learning - nová forma práce metodikov [online]. Bratislava 2005, [cit ]. Dostupné na internete: [4] ČERNÁK, J., KÚTNA, A.: E-learning vo výučbe. In: Zborník z konferencie E-learn Žilina 2006, s [5] MOLNÁR, J.: Vzdelávanie v digitálnom svete [online]. Nitra 2003, [cit ]. Dostupné na internete: [6] SMALEC, S.: Problematika spracovania učebnej látky do multimediálnych kurzov (CBT) a do online kurzov (WBT) : Diplomová práca. Prešov, 2007, s. 24. [7] JUSZCZYK, S.: Dištančné vzdelávanie. Torun, ISBN [8] STOFFOVÁ, J., STOFFA, J.: Základné termíny z informačných, multimediálnych a didaktických technológií. In: Zborník Medacta. Nitra : UKF, 1999, s [9] KUČEROVÁ, A., PÁLUŠOVÁ, M.: Informačné a komunikačné technológie ako moderný technický didaktický prostriedok. In: Zborník príspevkov z medzinárodnej konferencie. Nitra : UKF, 2006, s [10] SUDOLSKÁ, M.: Informačné a komunikačné technológie vo vzdelávaní. In: DidInfo Banská Bystrica : FPV UMB, 2004, s [11] MIKUŠ, Ľ.: LMS systém Moodle. In: Elearning Žilina Žilina 2004, s

52 [12] LIPŠIC, F E-learning prostredníctvom systému MOODLE. In: DidInfo Banská Bystrica : FPV UMB, 2004, s [13] HANZEL, P Elektronická podpora vzdelávania v matematickej príprave budúcich učiteľov. In: Elearning Žilina Žilina 2004, s [14] MIKUŠ, Ľ.: Efektívna tvorba CBT kurzov. EDIS-vydavateľstvo ŽU v Žiline, ISBN [15] MAKULOVÁ, S.: Informačné technológie a knižnice [online], 2005, [cit ]. Dostupné na internete: [16] DUDÍK, T.: Virtuálne laboratórium, alebo stačí nám len HTML? [online], Martin 2004, [cit ]. Dostupné na internete: [17] BIELIKOVÁ, M.: Programovacie jazyky [online], Bratislava 2008, [cit ]. Dostupné na internete: jazyky/programovacie_jazyky.html [18] ANTOŠOVÁ, M., DAVÍDEK, V.: Číslicová technika. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, ISBN [19] FLOYD, L. T.: Digital Fundamentals. 9. vyd. Pearson education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey 07458, ISBN [20] KLEITZ, W.: Digital Electronics a practical approach. Pearson education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey 07458, ISBN [21] ZIKMUNT, V.: Grafické znázornení hazardu : Bakalárska práca. ČVUT FEL, 2007, s. 2. [22] VIRGIL, L.: IBM IT Education Services [online], Bratislava 2005, [cit ]. Dostupné na internete:

53 Čestné vyhlásenie Vyhlasujem, že som zadanú bakalársku prácu vypracoval samostatne, pod odborným vedením vedúceho bakalárskej práce doc. Ing. Miroslava Hrianku, PhD., a používal som len literatúru uvedenú v práci. Súhlasím so zapožičiavaním bakalárskej práce. V Žiline... Podpis bakalára...

54 Poďakovanie Touto cestou by som sa chcel poďakovať všetkým, ktorí mi pri tvorbe bakalárskej práce pomohli. Doc. Ing. Miroslavovi Hriankovi, PhD., ďakujem za odborné vedenie konzultáciami, cenné rady a pripomienky, poskytnutie odbornej literatúry a ochotu pomôcť pri vypracovaní tejto bakalárskej práce. Ešte raz Vám ďakujem. Autor

55 ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Katedra telekomunikácií E-learning vzdelávací kurz Logické systémy Prílohová časť Peter Remiš 2008

56 ZOZNAM PRÍLOH Príloha A Ukážka CBT kurzu v prostredí Internet Explorer 6 Príloha B Ukážka pracovného prostredia v Macromedia Flash 8 PRO Príloha C CD-ROM s CBT kurzom a elektrickou formou bakalárskej práce

57 Príloha A: Ukážka CBT kurzu v prostredí Internet Explorer 6

58 Príloha B: Ukážka pracovného prostredia v Macromedia Flash 8 PRO