Дисциплина «Микропроцессорные системы»

3.2.4.1 Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки дипломированного специалиста (инженера) по направлению «Информатика и вычислительная техника» по дисциплине «Микропроцессорные системы»:

Классификация, краткая характеристика возможностей и применений микропроцессорных средств; архитектура микропроцессорной системы (МПС); схемотехническая организация подсистем обработки, управления, памяти и ввода-вывода; основные задачи проектирования МПС; однокристальные микроЭВМ и контроллеры, организация и особенности проектирования систем на их основе; краткий обзор состояния и перспективных проектов МПС; мультимикропроцессорные системы, основные конфигурации, области их использования; транспъютерные системы; средства разработки и отладки МПС.

3.2.4.2. Учебно-методические материалы по дисциплине

Учебные пособия

Гузик В.Ф., Гармаш А.Н., Евтеев Г.Н. Микропроцессорные системы: Учебное пособие. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003.

Гузик В.Ф., Каляев В.А., Костюк А.И. Организация ЭВМ и систем. Микропроцессоры iх86: Учебное пособие. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. –80с.

Авдеев В.А., Гузик В.Ф. Компьютеры: шины, контроллеры, периферийные устройства.: Учебное пособие. −М.: Радио и связь, 2001. −480 с.

Пьявченко О.Н. Системное проектирование микропроцессорных устройств цифровой обработки информации: Учебное пособие. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1996. – 91 с.

Пьявченко О.Н. Алгоритмические основы выполнения математических операций в микрокомпьютерах: Учебное пособие. −Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. −190 с.

Гузик В.Ф., Пьявченко А.О., Клоков С.Н. Основы построения и применения двухпроцессорного конвейерного вычислителя (акселератора потокового типа): Учебное пособие. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – 166 с.

Пьявченко А.О., Ищенко С.В., Максимов А.В., Колпачева Л.А., Колпачев Ю.И. Основы организации системы приоритетных прерываний микроЭВМ. Применение контроллера приоритетных прерываний для ее построения. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. – 78 с.

Пьявченко О.Н., Пьявченко А.О., Каляев В.А. Организация службы времени персонального компьютера: основные принципы построения и применения: Учебное пособие. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. – 64с.

Поленов М.Ю. Моделирование на языке VHDL: Учебное пособие. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997. – 54 с.

Синютин С.А., Максимов А.В. Архитектура микроконтроллеров семейства MCS-51TM: Учебное пособие. − Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000.– 79с.: ил.

Основная и дополнительная литература:

Рафикузаман М. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем: в 2-х кн./ Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 288с.:ил.

Дж.Фрир Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров. Пер. с англ. – М.:Мир, 1990. – 413с.:ил.

Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. − М.: Энергоатомиздат, 1985. − 552 с.: ил.

Гук М. Аппаратные средства IBM PC - СПб:Питер, 1996. – 224 с.:ил.

МикроЭВМ: В 8 кн.: Практ.пособие/ Под ред. Л.Н.Преснухина. − М.: Высш.шк., 1988.

Микропроцессоры: системы программирования и отладки/ В.А.Мясников, М.Б.Игнатьев и др./ Под ред. В.А.Мясникова и М.Б.Игнатьева. − М.: Энергоатомиздат, 1985. – 272 с.: ил.

Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин. − Л.: Машиностроение, 1974

Морисита И. Аппаратные средства микроЭВМ/ Пер. с япон., Под ред. Н.Г.Волкова. − М.: Мир, 1988.

Левкин Г.Н., Левкина В.Е. Введение в схемотехнику ПЭВМ IBM PC/АТ. - М.: Изд-во МПИ, 1991.

Проектирование цифровых систем на комплектах микропрограммируемых БИС / Под ред. В.Г.Колесникова. − М.: Радио и связь, 1984. − 240 с.:ил.

Григорьев В.Л. Программирование однокристальных микропроцессоров. М.:Энергоатомиздат, 1987. − 288 с.

Морс С.П., Алберт Д.Д. Архитектура микропроцессора 80286. −М.: Радио и связь, 1990.

Григорьев В.Л. Архитектура и программирование арифметического сопроцессора. −М.: Энергоатомиздат, 1991. − 208с.:ил.

Михальчук В.М., Ровдо А.А., Рыжиков С.В. Микропроцессоры 80х86, Pentium: Архитектура, программирование, оптимизация кода. − Минск: Битрикс, 1994. − 400 с.

Шагурин И.И., Бердышев Е.М. Процессоры семейства Intel P6. Архитектура, программирование, интерфейс. – М.: Горячая линия-Телеком, 2000. – 248 с., ил.

Боборыкин А.В., Липовецкий Г.П. и др. Однокристальные микроЭВМ. −М.: МИКАП, 1994, − 400 с.: ил.

Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы Altera: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. – М.: Изд. дом Додэка-ХХI, 2002. – 576 с.

Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL. − СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 576.: ил.

Справочники

1. Проектирование микропроцессорной электронно-вычислительной аппаратуры: Справочник / В.Г.Артюхов и др. − Киев: Техника, 1988. − 263 с.

2. Микропроцессорный комплект 1810: структура, программирование и применение: Справочная книга /Ю.М.Казаринов и др. − М.: Высш.шк., 1990.

3. Хвощ С.Т. и др. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. − Л.: Машиностроение, 1987. −640 с.:ил.

4. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC / Под общей ред. Ю.В.Новикова. Практ. пособие – М.: ЭКОМ., 1997. −224с.:ил.

5. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: В 2-х томах/ Под ред. Шахнова В.А. - М.:Радио и связь, 1988.

6. Техническое описание на микроконтроллеры ATMEL / http://www.cec-mc.ru.

3.2.4.3 Тематика государственного экзамена по курсу «Микропроцессорные системы»

Аппаратурная организация одноплатных микроЭВМ

Центральный процессор в составе системного блока ЭВМ: состав и назначение его компонентов, особенности их совместного применения.

Расширенная структура ПЭВМ IBM PC/AT, назначение структурных компонентов системного блока.

Основы организации взаимодействия центрального процессора с каналом ввода-вывода ПЭВМ IBM PC/AT (обмен с 16-разрядной памятью, установленной на системной плате / на платах расширения, обмен с 8/16-разрядными портами ввода-вывода, установленными на платах расширения).

Структура микропроцессора общего назначения. Состав и назначение его компонентов. Обзор по назначению входов-выходов. Внутренний конвейер. Цикл шины микропроцессора. Современные тенденции развития микропроцессоров.

Обзор по архитектуреоднокристального микропроцессора (ОМП) (i80x86): программная модель ОМП для реального режима работы, обзор систем команд и форматов данных ОМП по способам адресации данных.

Структура математического сопроцессора (i80х87), особенности функционирования и применения.

Обзор по архитектуре математического сопроцессора (МСП) (i80х87): программная модель МСП для реального режима работы, форматы команд и данных, особенности применения в реальном режиме работы.

Обзор программно-аппаратного взаимодействия центрального микропроцессора и математического сопроцессора. Исключительные ситуации МСП, условия их возникновения и особенности их обработки.

Назначение, особенности организации конвертора в составе центрального процессора ПЭВМ типа IBM PC/AT.

Аппаратная организация модуля ДОЗУ заданного объема с применением микросхем динамической памяти меньшей емкости. Временная диаграмма работы модуля ДОЗУ. Методы повышения быстродействия модуля памяти (чередование доступа, построчное обращение и т.п.).

Контроллер ДОЗУ: типовая структура, назначение, принцип действия и пример применения.

Основы организации службы системного времени в ПЭВМ типа IBM PC/AT. Измерение временных интервалов при помощи системного таймера (от нескольких микросекунд до нескольких часов).

Основы аппаратно-программной организации системы прерываний в ПЭВМ типа IBM PC/AT (Классификация запросов на прерывание; особенности функционирования и применения микросхем типа i8259 в каскадном режиме, типовые структуры программ обработки аппаратных и программных запросов прерывания).

Обзор по аппаратно-программной организации системы прямого доступа внешних устройств к памяти ПЭВМ типа IBM PC/AT. Основы функционирования системы в составе системного блока ПЭВМ.

Начальная инициализация ПЭВМ типа IBM PC/AT. Алгоритм запуска. Байт Shutdown, его назначение и применение. Структура POST процедуры и последовательность выполнения тестов при начальной загрузке ПЭВМ.

Основы схемотехнического построения аппаратных узлов процессора

Алгоритм поразрядного целочисленного знакового умножения, начиная с младших разрядов множителя, при сдвиге суммы частичных произведений вправо на один разряд за цикл и при неподвижном множимом. Особенности схемотехнической реализации алгоритма.

Алгоритм целочисленного знакового деления без восстановления остатка 2n-разрядного делимого на n-разрядный делитель. Вариант схемотехнической реализации алгоритма.

Алгоритм целочисленного знакового умножения 32-разрядных целых чисел с применением аппаратных умножителей 16х16. Особенности схемотехнической реализации алгоритма.

Методика построения в базисе ПЛМ блоков управления на основе теории конечных цифровых автоматов типа Мура или Мили.

Сравнение структуры микропрограммируемых процессоров на примере качественного анализа временных диаграмм их работы. Методы повышения быстродействия процессоров.

Особенности организации параллельных вычислений на вычислительном комплексе “ПЭВМ-акселератор” (обзор по базовым вычислительным моделям). Пример составления задания для вычислительного комплекса «ЭВМ-акселератор».

Структура двухпроцессорного конвейерного вычислителя (акселератора потокового типа): состав и назначение компонентов, основная модель вычислений, основы программирования.

Структура операционной части АПТ и основы функционирования конвейера. Методика программирования.

Алгоритм выполнения операции деления чисел с плавающей запятой по методу Ньютона-Рафсона: числовой пример. Особенности программной реализации в АПТ.

Однокристальные микроЭВМ и микроконтроллеры

Классификация микроконтроллеров на примере 8-разрядных AVR-микроконтроллеров фирмы Atmel. Основные параметры AVR-микроконтроллеров, сравнительная таблица.

Структура AVR-микроконтроллера на примере семейства ATmega. Состав и назначение компонентов. Вопросы начального запуска микроконтроллера.

AVR-микроконтроллер как микроЭВМ на одном кристалле. Сопоставление структур одноплатной микроЭВМ и AVR-микроконтроллера.

Обзор систем команд AVR-микроконтроллера. Основы организации арифметико-логической обработки.

Организация адресного пространства AVR-микроконтроллера. Основные режимы адресации AVR-микроконтроллера.

Основы логического построения системы прерывания AVR-микроконтроллера. Пример организации таблицы векторов. Требования к программе обработки аппаратного запроса на прерывание.

Модуль таймеров AVR-микроконтроллера: структура и назначение модуля, основы программирования и применения.

Мультирежимность портов ввода/вывода микроконтроллера. Примеры применения портов.

AVR-микроконтроллер: модуль аналого-цифрового преобразования, его структура, основы применения.

UART-интерфейс AVR-микроконтроллера: структура интерфейса, основы применения, сравнение с синхронным каналом связи на примере SPI.

SPI-интерфейс AVR-микроконтроллера: структура и назначение интерфейса, основы применения.

Мультимикропроцессорные системы, сети микроконтроллеров

Построение транспьютера и обзор по сетевым конфигурациям транспьютеров.

Основные топологические структуры мультимикропроцессорных систем. Их сравнительная характеристика.

МикроЭВМ с традиционной (фон-неймановской) и нетрадиционной (гарвардской) архитектурой. Сравнение архитектур.

Конвейеризация и распараллеливание как методы сокращения времени выполнения прикладной задачи на ЭВМ. Примеры структур параллельных вычислителей.