Микропроцессорные системы

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”.

Санкт-Петербург 2002

2

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”.

Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра Вычислительной техники Курс 5 Семестры 9,10 Лекции

77 ч.

Экзамен -

Лабораторные занятия

31 ч.

Текущий контроль Зачет -

Курсовая работа

15 ч.

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

123 ч. 125 ч. 248 ч. 2002

семестр 10 9 семестр 9,10

3 Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Вычислительной техники “____”_______________2002г., протокол №______. Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Организация ЭВМ и систем. Рабочая программа утверждена на методической комиссии факультета компьютерных технологий и информатики “____”_____________2002г.

4 Цели и задачи дисциплины: 1. Изучение принципов организации и различных классов микропроцессорных систем. 2. Приобретение навыков программирования встроенных систем. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны: 1. ЗНАТЬ современные однокристальные и модульные комплекты микропроцессорных средств, используемых для построения микропроцессорных систем, принципы функционирования и сравнительные характеристики БИС и СБИС микропроцессорных комплектов, подходы к построению микропроцессорных систем, функциональное назначение модулей комплекта и их программирование, основные этапы проектирования микропроцессорных систем, факторы, влияющие на выбор микропроцессорных комплектов, особенности разработки и отладки аппаратных и программных средств систем на кросс-средствах и в резидентном режиме. 2. УМЕТЬ практически пользоваться системами характеристик модулей микропроцессорных комплектов при проектировании аппаратных и программных средств микропроцессорных систем, принимать самостоятельные решения при выборе структур системы и алгоритмов реализации функций в соответствии с выбранными критериями проектирования; проектировать микропроцессорный модуль, систему памяти, интерфейс в микропроцессорных системах исходя из требований технического задания; ставить задачи анализа и оптимизации структур систем, пользоваться стандартами при подготовке документации по аппаратным и программным средствам. 3. ИМЕТЬ представление о состоянии и тенденциях развития средств микропроцессорной техники, направлениях развития структур микропроцессоров, памяти, периферийных адаптеров и других модулей микропроцессорных комплектов; о возможных подходах к автоматизированному проектированию микропроцессорных систем на системном, структурном и логическом этапах проектирования. Содержание рабочей программы Введение. Излагается эволюция микропроцессоров и микропроцессорных средств и основные технические характеристики поколений микропроцессоров. Обсуждаются вопросы влияния микропроцессоров и модулей комплекта на области применения средств вычислительной техники и методологию проектирования цифровых систем: системы сбора и обработки данных, контролеры, управляющие системы и т. п. Тема 1. Структура базовой микропроцессорной системы. Состав модулей системы: микропроцессорный модуль, подсистема памяти, средства ввода-вывода. Основные классы микропроцессорных средств: микропроцессоры, микроконтроллеры, интегрированные процессоры, процессоры обработки сигналов. Системная шина, характеристика интерфейсов в системе. Обмен данными с внешней средой. Буферизация и демультиплексирование шин адреса и данных. Основные этапы разработки микропроцессорной системы.

5 Тема 2. Архитектура микропроцессоров. Понятие регистровой программной модели микропроцессора, иллюстрация их на примере современных однокристальных микропроцессоров. Структура однокристального микропроцессора. Обработка данных в микропроцессоре. Машинный цикл. Сброс и синхронизация модулей системы. Классификация команд микропроцессоров: передачи данных, логической и арифметической обработки, ввода-вывода, передачи управления, управления микропроцессором. Режимы адресации и их символическое представление при использовании языка ассемблера. Понятие состояния микропроцессора и особенности контекстного переключения при обработке прерываний и мультипрограммном режиме работы. Основные тенденции развития архитектуры микропроцессоров. Тема 3. Организация подсистемы памяти. Особенности организации модульной памяти. Дешифрация адреса. Распределение адресного пространства. Использование кэш-памяти команд и данных в системе. Наращивание памяти в системе. Тема 4. Организация подсистемы ввода-вывода. Режимы обмена информацией с периферийными устройствами. Адресация портов периферийных устройств и формирование управляющих сигналов. Примеры распространенных протоколов параллельного и последовательного ввода-вывода. Программно-управляемый обмен данными. Обмен данными с квитированием. Организация обмена с прерыванием. Контроллеры прерываний. Обмен с прямым доступом к памяти. Контроллеры прямого доступа к памяти. Тема 5. Периферийные устройства. Классификация периферийных устройств. Устройства для связи с пользователем. Устройства связи с объектами управления. Ввод и обработка аналоговой информации. Тема 6. Однокристальные микроконтроллеры. Обобщенная модель. Типы процессорных ядер. Периферийные устройства. Характеристика системы команд. Особенности интерфейса с внешней памятью программ и данных. Коммуникационные микроконтроллеры. Микроконтроллеры для управления. Тенденция развития встраиваемых микроконтроллеров. Тема 7. Программное обеспечение встроенных микропроцессорных систем. Состав программного обеспечения. Языки описания алгоритмов. Выбор языка программирования. Качество и надежность программного обеспечения. Модели процессов разработки программного обеспечения. Компромиссы между аппаратными и программными средствами. Подпрограммы, как средство модульного программирования. Реализация типовых функций в микропроцессорных контроллерах и системах. Тема 8. Методы повышения производительности микропроцессорных систем. Использование математических сопроцессоров. Структура сопроцессора и взаимодействие с центральным процессором системы. Характеристика системы команд сопроцессоров. Мультимикропроцессорные системы. Встроенные средства в микропроцессор для организации мультипроцессорных систем. Режимы обмена информацией. Тема 9. Аппаратура для отладки микропроцессорных устройств и систем. Состав средств отладки. Системные программы: монитор, редактор, ассемблер, компилятор языка высокого уровня. Внутрисхемный эмулятор, логический анализатор, сигнатурный анализатор. Кросс-

6 средства проектирования программного обеспечения микропроцессорных систем. Состав, характеристики и возможности кросс-средств. Последовательность отладки программных и аппаратных средств. Организация покомандной отладки. Заключение. Основные характеристики новых микропроцессоров и микроконтроллеров, интерфейсных модулей, модулей полупроводниковой памяти. Направления в архитектуре разрабатываемых микропроцессоров. Перечень лабораторных работ № Наименование работы 1 Изучение лабораторного стенда, инструкций редактора, монитора, директив встроенного ассемблера - 2ч. 2 Изучение основных команд пересылок, логических и арифметических команд, команд передачи управления - 2ч. 3 Изучение реализации типовых функций - 2ч. 4 Исследование режима синхронного ввода-вывода через параллельный периферийный адаптер - 2ч. 5 Исследование режима асинхронного ввода и вывода через параллельный периферийный адаптер - 2ч. 6 Исследование процедуры ввода с использованием прерываний - 2ч. 7 Исследование работы таймера и его использование в микропроцессорных системах - 2ч.

Номер темы 2 2 7 4 4 4 5

Цели и содержание курсовой работы В курсовой работе рассматриваются вопросы организации микропроцессорной системы на основе однокристальных 8-битных микропроцессоров. Система обеспечивает управление заданным объектом путем формирования заданного набора управляющих сигналов. Входными сигналами системы являются сигналы от цифровых и аналоговых датчиков. В качестве базовых модулей системы используются основные БИС микропроцессорных комплектов. Все задания являются индивидуальными. В результате выполнения курсовой работы студенты разработают алгоритмы функционирования, программы на ассемблере и функциональную схему системы. Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки, в которой отражены все полученные результаты разработки. Ориентировочное время выполнения работы - 30 часов.

7 Расчет учебных часов по темам и видам занятий

№ темы

Название разделов и тем Лекции Введение Структура бaзовой МПС Архитектура МП Организация подсистем памяти Подсистема ввода-вывода Периферийные устройства Однокристальные микроконтроллеры Программное обеспечение МПС Методы повышения производительности МПС Аппаратура для отладки микропроцессорных устройств и систем Заключение Курсовая работа ИТОГО:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

1 4 6 2

Лаборат. занятия 2

Объем учебных часов Практич. Аудитор. Самост. занятия занятия работа 1 4 4 8 8 2 2

Всего

Семестр

1 8 16 2

9 9 9 9

8 6 20

6 8

14 14 35

14 14 35

28 28 70

9 9,10 10

20

15

20

20

40

10

5

5

7

57

10

4

4

6

14

10

1

1 15 123

15 125

1 30 248

10 10

77

31

Методика текущего контроля Итоговая оценка выставляется по результатам контрольных работ, включающих теоретические вопросы и задачи которые проводятся на 8 и 15 неделях. График текущего контроля 1 2

Тема Контрольная работа 1 по темам 1-2 Контрольная работа 2 по темам 3-4

Неделя 7 неделя 15 неделя

8 ЛИТЕРАТУРА Основная № Название, библиографическое описание 1

2

3 4

5

6

7

Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. - М.: Радио и связь, 1989. 288 с. Микропроцессорный комплект К1810: структура, программирование, применение: справочная книга/ Ю.М.Казаринов, В.Н.Номоконов, Г.С.Подклетнов, В.Ф.Филиппов. Под ред. Ю.М.Казаринова.-М.:Высш.шк., 1990. -269с.: ил. Григорьев В.Л. Программирование однокристальных микропроцессоров. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 288 с.: ил. Лю Ю-Чжен, Гибсон Г. Микропроцессоры семейства 8086/88. Архитектура, программирование и проектирование микрокомпьютерных систем: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1987. - 512 с.; ил. Микро- и мини-ЭВМ/ Е.П.Балашов, В.Л.Григорьев, Г.А.Петров: Учебное пособие для вузов. - Л: Энергоатомиздат. Ленингр. отд., 1984. 376 с., ил. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах/ В.В.Сташин, А.В.Урусов, О.Ф.Мологонцева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224с., ил. Микропроцессорные системы./ М.С. Куприянов, Р.И. Грушвицкий, О.Е. Мартынов и др. Под. ред Д.В.Пузанкова Учебное пособие для вузов. - СПб, Политехника, 2002, 936 с.

Л

Лр

Пз (С)

Кп

(р) 9, 10

9,10

9,10

9,10

Инд. зад.

К-во экз. в библ. (на каф.)

Гриф

(2)

(4)

9, 10

9

9

(2)

(1)

Учебное пособие

9

(4)

10

9, 10

(5) Учебное пособие

0

9

Дополнительная №

Название, библиографическое описание

1

Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. – 413 с. ил. А.Н. Комин, М.С. Куприянов, Д.В. Пузанков, А.В. Сиповский. Процессоры семейства М68К фирмы Motorola/СПб., 1996, - 282с. Куприянов М.С., Мартынов О.Е., Панфилов Д.И. Коммуникационные контроллеры фирмы Motorola – СПб., БХВ – Петербург, 2001 – 560с. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. – СПб., Политехника, 1988.- 592с. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. и др. Техническое обеспечение цифровой обработки сигналов. Справочник, Наука и техника, СПб., 2000, -700 с.

2 3 4 5

К-во экз. в библ. (на кафедре)

(2) (10) (4) (5) (2)

10

Авторы: к.т.н., доц. д.т.н., проф.

Петров Г.А. Куприянов М.С.

Рецензент д.т.н., проф.

Мурсаев А.Х.

Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф

Пузанков Д.В.

Декан факультета Компьютерных технологий и информатики д.т.н., проф.

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф

Пузанков Д.В.

Зав. отделом учебной литературы

Смирнова О.Н.

Председатель методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики к.т.н., доц.

Чугунов Л.А.

Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Марасина Л.А.