Wierk - Wydział Informatyki, Elektroniczne Ramy Kwalifikacji

Karta Przedmiotu

Politechnika Białostocka									Wydział Informatyki
Kierunek studiów		Cyberbezpieczeństwo							Poziom i forma studiów				pierwszego stopnia stacjonarne
Grupa przedmiotów / specjalność									Profil kształcenia				ogólnoakademicki
Nazwa przedmiotu		Fizyka							Kod przedmiotu				CYB1FIZ
Nazwa przedmiotu		Fizyka							Rodzaj zajęć				obowiązkowy
Formy zajęć i liczba godzin		W	Ć	L	P	Ps	T	S	Semestr				2
Formy zajęć i liczba godzin		30				30			Punkty ECTS				4
Program obowiązuje od											2026/2027
Przedmioty wprowadzające		Elementy matematyki wyższej I (CYB1MAT1),
Cele przedmiotu		Celem przedmiotu jest przekazanie wiedzy o zjawiskach fizycznych stanowiących fundament działania sprzętu komputerowego, nośników danych oraz współczesnych mediów transmisyjnych. Studenci nabywają umiejętność powiązania teoretycznych praw fizyki z praktyką kodowania sygnałów, elektroniką cyfrową oraz bezpieczeństwem warstwy fizycznej. Program wprowadza także do zagadnień mechaniki kwantowej, stanowiącej bazę dla systemów bezpiecznej komunikacji i kryptografii. Odniesienia do frameworka edukacyjnego mikrokompetencji SFIA: Administracja bezpieczeństwem informacji SCTY – poziom 3 Projektowanie sprzętu HWDE – poziom 3 Ocena podatności VULN – poziom 2 Monitorowanie technologii wschodzących EMRG – poziom 2 Doradztwo techniczne TECH – poziom 2 Operacje bezpieczeństwa SCAD – poziom 2
Ramowe treści programowe		Wprowadzenie do techniki pomiarowej i fizycznych aspektów informacji, podstawowe prawa dotyczące obwodów elektrycznych i elektronicznych, fizyka półprzewodników, złącze p-n, magnetyzm i zjawisko indukcji, równania Maxwella i propagacja fal elektromagnetycznych, optyka falowa w telekomunikacji, fizyka konwersji sygnałów ADC/DAC, podstawy mechaniki kwantowej.
Inne informacje o przedmiocie		przedmiot ma związek z prowadzoną na Uczelni działalnością naukową
Inne informacje o przedmiocie		przedmiot kształtuje umiejętności praktyczne
Wyliczenie:		Nakład pracy studenta związany z:											Godzin ogółem	W tym kontaktowych	W tym praktycznych
		udziałem w wykładach											30	30
		udziałem w pracowni specjalistycznej											30	30	30
		przygotowaniem do zajęć z pracowni specjalistycznej											15		15
		opracowaniem sprawozdań z pracowni specjalistycznej											15		15
		przygotowaniem do zaliczenia wykładu											10
										Razem godzin:			100	60	60
										Razem punktów ECTS:			4	2.4	2.4
Zakładane kierunkowe efekty uczenia się													Wiedza	Umiejętności	Kompetencje społeczne
													CYB1_W01	CYB1_U01
													CYB1_W02	CYB1_U05
													CYB1_W05
Cele i treści ramowe sformułował(a)			dr inż. Wiktor Jakowluk										Data:		08/04/2026
Realizacja w roku akademickim								2026/2027
Treści programowe
		Wykład
		1.	Wstęp do fizyki informacji, omówienie międzynarodowego układu jednostek SI oraz rachunku wektorowego w kontekście analizy sygnałów
		2.	Elementy mechaniki i termodynamiki, kinematyka i dynamika punktu materialnego oraz bryły sztywnej
		3.	Pole elektryczne i fizyczne mechanizmy przechowywania danych: ładunek elektryczny, prawo Coulomba i prawo Gaussa, praca i moc prądu
		4.	Prąd stały i podstawy elektroniki cyfrowej: prąd elektryczny, prawo Ohma i prawa Kirchhoffa w analizie obwodów, twierdzenie o maksymalnej mocy
		5.	Fizyka półprzewodników tranzystor TTL i MOSFET: struktura pasmowa ciał stałych, domieszkowanie i złącze p-n. Zasada działania tranzystora polowego jako fizycznego przełącznika realizującego logikę binarną (bramki logiczne)
		6.	Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i wewnętrzne, prawo Einsteina-Plancka, zasada zachowania energii
		7.	Technologie TTL i CMOS, poziomy napięć, fizyczna odporność sygnału cyfrowego na zakłócenia. Charakterystyki czasowe: czas narastania i opadania zbocza sygnału. Złożone struktury logiczne: komutatory cyfrowe oraz liczniki. Ograniczenia szybkości wynikające z czasów propagacji. Bloki arytmetyczno-logiczne
		8.	Sygnały analogowe i ich cyfrowa reprezentacja, proces próbkowania i kwantyzacji sygnałów ciągłych. Twierdzenie Shannona–Nyquista, architektura i fizyczne zasady działania przetworników A/C, C/A
		9.	Magnetyzm, pole magnetyczne, siła Lorentza i efekt Halla w czujnikach. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej, prawo Faradaya
		10.	Równania Maxwella i podstawy propagacji fal, widmo EM, polaryzacja oraz mechanizmy interferencji i dyfrakcji. Zastosowanie fal elektromagnetycznych jako nośników informacji w transmisji bezprzewodowej
		11.	Media transmisyjne, propagacja sygnałów w liniach długich, impedancja i dopasowanie falowe. Zjawisko naskórkowości, przesłuchy oraz ekranowanie kabli komunikacyjnych
		12.	Optyka falowa i technika światłowodowa, fizyka światłowodów: całkowite wewnętrzne odbicie, tłumienie i dyspersja fotonów, metody fizycznego zabezpieczania łącz optycznych, instrumenty optyczne
		13.	Emisja EM i TEMPEST, fizyka emisji ujawniającej, propagacja fal elektromagnetycznych przez układy scalone i kable, mechanizmy zdalnego odczytu danych oraz metody ochrony
		14.	Falowa natura materii, hipoteza de Broglie’a i zasada nieoznaczoności Heisenberga, pojęcie kubitu, zasada superpozycji oraz splątania kwantowego jako fundamentów nowej informatyki
		15.	Zaliczenie wykładu
		Pracownia specjalistyczna
		1.	Opanowanie obsługi oscyloskopu cyfrowego i generatora jako narzędzi do diagnostyki sygnałów i wykrywania fizycznych ingerencji w układy IT
		2.	Zastosowanie praw Kirchhoffa w analizie poboru mocy
		3.	Twierdzenie o maksymalnej mocy w optymalizacji systemów zasilania awaryjnego i ochronie przed inwigilacją energetyczną
		4.	Analiza stabilności pracy diod i tranzystorów w warunkach zakłóceń elektromagnetycznych (EMC)
		5.	Badanie tranzystorowych układów przełączających jako fizycznej warstwy bramek logicznych i ich odporności na manipulacje napięciem
		6.	Wykorzystanie multiplekserów i demultipleksów do fizycznego rozdzielania magistral informacyjnych i kontroli dostępu do danych
		7.	Dekodery adresów jako kluczowy element ochrony pamięci i przeciwdziałania nieautoryzowanemu mapowaniu portów I/O
		8.	Fizyczna implementacja bloków arytmetyczno-logicznych (ALU), badanie szybkości i poprawności sprzętowych operacji matematycznych
		9.	Wykrywanie błędów logicznych i anomalii w złożonych strukturach obliczeniowych na poziomie bramki logicznej
		10.	Fizyczne podstawy liczników jako fundamentu dla generatorów kluczy czasowych i bezpiecznych protokołów synchronizacji
		11.	Badanie stanów nieustalonych i hazardu w układach sekwencyjnych pod kątem ochrony przed atakami typu Timing Attack
		12.	Fizyka światłowodów w komunikacji odpornej na podsłuch radiowy, integralność sygnału optycznego
		13.	Wykorzystanie generatorów cyfrowych do kodowania i modulacji sygnałów w bezpiecznych łączach transmisyjnych
		14.	Analiza bezpieczeństwa przetworników A/C i C/A – wpływ próbkowania i kwantyzacji na poufność przechwytywanych sygnałów analogowych
		15.	Dokończenie niezrealizowanych zadań, zaliczenie pracowni specjalistycznej
Metody dydaktyczne (realizacja stacjonarna)
		W	wykład konwersatoryjny
		Ps	ćwiczenia laboratoryjne z użyciem modułów trenażowych, symulacja komputerowa
Metody dydaktyczne (realizacja zdalna)
		W	wykład konwersatoryjny
		-
Forma zaliczenia
		W	Zaliczenie pisemne z zadaniami otwartymi
		Ps	Sprawdziany wejściowe, obrona sprawozdań z ćwiczeń
Warunki zaliczenia
		W	Uzyskanie min. 30% punktów z pytań dotyczących efektów z zakresu wiedzy, a po spełnieniu tego warunku ocena wynika z sumy uzyskanych punktów. Kryteria oceny: ( 0 – 50)% punktów – 2.0 (50 – 60)% punktów – 3.0 (60 – 70)% punktów – 3.5 (70 – 80)% punktów – 4.0 (80 – 90)% punktów – 4.5 (90 – 100)% punktów – 5.0
		Ps	Minimalne wymagania dotyczące poszczególnych efektów uczenia się z zakresu umiejętności: E4 - uzyskanie pozytywnej oceny z co najmniej 70% sprawozdań dokumentujących realizację ćwiczeń. Obrona sprawozdania wymaga przedstawienia poprawnej symulacji funkcjonalnej badanego układu. E5 – uzyskanie pozytywnej oceny, z co najmniej 70% sprawdzianów wejściowych dopuszczających do udziału w zajęciach. Po spełnieniu powyższych warunków oraz zsumowaniu uzyskanych punktów: ( 0 – 50)% punktów – 2.0 (50 – 60)% punktów – 3.0 (60 – 70)% punktów – 3.5 (70 – 80)% punktów – 4.0 (80 – 90)% punktów – 4.5 (90 – 100)% punktów – 5.0
Symbol efektu		Zakładane efekty uczenia się											Odniesienie do efektów uczenia się zdefiniowanych dla kierunku studiów
Symbol efektu		Zakładane efekty uczenia się											Wiedza	Umiejętności	Kompetencje społeczne
	Wiedza: student zna i rozumie
E1		podstawy fizyki kwantowej istotne dla rozumienia kryptografii kwantowej i zagrożeń ze strony komputerów kwantowych dla współcześnie stosowanych algorytmów kryptograficznych											CYB1_W01
E2		podstawowe zjawiska fizyczne leżące u podstaw działania urządzeń elektronicznych i cyfrowych, w tym fizyczne podstawy transmisji bezprzewodowej i optycznej											CYB1_W02
E3		fizyczne mechanizmy wycieku informacji i ich znaczenie dla bezpieczeństwa sprzętu i urządzeń ICT											CYB1_W05
	Umiejętności: student potrafi
E4		planować i przeprowadzać eksperymenty fizyczne, analizować wyniki z uwzględnieniem niepewności pomiarowych i wyciągać wnioski w kontekście zastosowań w systemach ICT												CYB1_U01
E5		interpretować zjawiska fizyczne związane z propagacją sygnałów i promieniowaniem elektromagnetycznym w kontekście oceny bezpieczeństwa fizycznego infrastruktury ICT												CYB1_U05
Symbol efektu		Sposób weryfikacji efektu uczenia się										Forma zajęć na której zachodzi weryfikacja
E1		zaliczenie pisemne										W
E2		zaliczenie pisemne										W
E3		zaliczenie pisemne										W
E4		ocena sprawozdań z wykonanych zadań										Ps
E5		ocena sprawdzianów wejściowych dopuszczających do realizacji ćwiczeń										Ps
Literatura podstawowa
		1.	Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. Podstawy fizyki. PWN, Warszawa, 2015
		2.	Massalska, M., Massalski, J. Fizyka dla inżynierów. WNT, Warszawa, 2022
		3.	Karwasz, G., Karbowski, A., Fedus, K. Dydaktyka Fizyki Współczesnej, Wydaw. Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, 2022
		4.	Feynman, R.P., Leighton, R.B., Sands, M. Feynmana wykłady z fizyki. PWN, Warszawa, 2014
Literatura uzupełniająca
		1.	Samuel, J.L., Jeff, S., William, M. Fizyka dla szkół wyższych. OpenStax Polska, 2018 (podręcznik online)
		2.	Szydłowski, H. Pracownia fizyczna wspomagana komputerem. PWN, Warszawa, 2011
		3.	Kalisz, J. Podstawy elektroniki cyfrowej. WKiŁ, 2008
		4.	Wakerly, J.F. Digital Design, Principles and Practices, (4th Edition). Pearson/Prentice Hall, 2005
Koordynator przedmiotu:		dr inż. Wiktor Jakowluk											Data:		08/04/2026