Учебная программа для высших учебных заведений по специальности i-40 02 02 Электронные вычислительные средства

Утверждена

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-40-032/тип.


МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА
Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности I-40 02 02 Электронные вычислительные средства

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Кафедрой электронно - вычислительных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 9 от 29.05.2000 г.);

Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности

Типовая программа «Микропроцессорная техника» направлена на подготовку специалистов в области проектирования электронных вычислительных средств. Целью дисциплины является изучение основ организации и функционирования различных типов микропроцессоров (МП) и микропроцессорных больших интегральных схем (БИС) (МП БИС) и их программирования.

Дисциплина базируется на знаниях, полученных при изучении «Основ проектирования электронных вычислительных средств».

Дисциплина «Микропроцессорная техника» является базовой для последующего изучения целого ряда дисциплин: «Организация компьютерных систем и сетей», «Системное программирование», «Проектирование проблемно-ориентированных вычислительных средств», «Интерфейсы периферийных устройств». Содержание дисциплины «Микропроцессорная техника» должно найти отражение в дипломных проектах.

В результате освоения дисциплины «Микропроцессорная техника» студент должен:

иметь представление:

• 
  об основах построения и функционирования различных типов микропроцессоров и микропроцессорных БИС;
  
• 
  о современном уровне и перспективах развития микропроцессорной техники;
  

• 
  принципы организации различных типов микропроцессоров и микропроцессорных БИС;
  
• 
  основы программирования микропроцессоров;
  
• 
  принципы организации, построения и проектирования микропроцессорных систем;
  

• 
  микропроцессоры, микропроцессорные БИС, СБИС при проектировании ЭВС различного функционального назначения;
  

• 
  методами проектирования ЭВС на базе микропроцессорных БИС;
  

• 
  разработки программ для микропроцессоров и МП БИС, их отладки;
  
• 
  проектирования микропроцессорных систем.
  

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Характеристики микропроцессоров. Однокристальные и многокристальные микропроцессоры с фиксированной разрядностью и системой команд. Микропроцессоры с разрядно-модульной организацией (секционные микропрограммируемые). Универсальные микропроцессоры. Микроконтроллеры. Специализированные микропроцессоры. CISC- и RISC-микропроцессоры. Эволюция микропроцессоров. Перспективы развития микропроцессорной техники.

1.2.1. Основные типы архитектур микропроцессорных систем. Магистрально-модульный принцип организации микропроцессорной системы.

1.2.2. Магистраль микропроцессорной системы. Циклы обращения к магистрали. Временные диаграммы работы шины. Механизм конвейерного формирования адреса при передаче данных. Последовательности циклов и пакетная передача.

1.2.3. Подсистема памяти микропроцессорной системы. Управление памятью. Организация кэш-памяти. Принципы организации основной памяти. Виртуальная память. Концепция виртуальной памяти. Реализация виртуальной памяти. Страничная организация памяти. Сегментация памяти. Управление виртуальной памятью.

1.2.4. Подсистема ввода/вывода микропроцессорной системы. Способы организации передачи данных. Система непосредственного ввода/вывода. Система канального ввода/вывода. Управление вводом/выводом. Прямой доступ к памяти. Организация прямого доступа к памяти. Контроллер ПДП.
Раздел 2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРЫ

И МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ
Тема 2.1. АРХИТЕКТУРА УНИВЕРСАЛЬНЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

Структурная организация универсальных микропроцессоров. Структура операционного блока. Структура команды. Регистровые структуры универсальных микропроцессоров. Функциональная неоднородность регистров микропроцессоров. Адресные регистры. Регистры данных. Специальные регистры.

Представление адресной информации. Однокомпонентные способы адресации. Многокомпонентные способы адресации.

2.3.1. Специальные команды для поддержки языка высокого уровня. Обращение к переменным. Обработка процедур.

2.3.2. Основные функции операционной системы. Системный и пользовательский режимы. Обычные прерывания и прерывания при возникновении непредусмотренной (исключительной) ситуации. Обработка специальных прерываний.
Тема 2.4. СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПАМЯТЬЮ В УНИВЕРСАЛЬНЫХ МИКРОПРОЦЕССОРАХ

Адресное пространство. Линейная и сегментная адресации. Преобразование логических адресов в физические. Устройство управления памятью. Защита памяти. Дескрипторы сегментов. Управление виртуальной памятью в универсальных микропроцессорах.

2.5.1. Выполнение команд микропроцессором. Командный цикл. Цикл выборки команды. Цикл выполнения команды. Конвейерная обработка. Конвейерный режим работы при обращении к памяти. Внутрипроцессорная конвейерная обработка. RISC-архитектура. Суперскалярная архитектура. Кэш-память. Мультимедиа расширение системы команд.

2.5.2. Мультипрограммный режим в микропроцессорах. Управление мультипрограммным режимом. Сегмент состояния задачи. Переключение задач. Связь между задачами. Обработка прерываний.
Тема 2.6. ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРОЭВМ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ

8-разрядные микроконтроллеры. 16- и 32-разрядные микроконтроллеры. Структурная организация. Архитектура набора машинных команд. Построение микропроцессорной системы на базе микроконтроллеров. Особенности программирования.

3.1.1. Этапы проектирования микропроцессорной системы. Требования пользователей и функциональная спецификация. Описание интерфейса между системой и пользователем. Учет человеческого фактора при проектировании системы.

3.1.2. Разработка архитектуры микропроцессорной системы. Разбиение системы на функциональные модули. Построение функционально-модульной структуры системы. Выбор соотношения между аппаратными и программными средствами.

Тема 3.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ

Проектирование аппаратных средств. Разработка программного обеспечения. Объединение программного обеспечения с аппаратурой. Оценка системы. Средства разработки и отладки микропроцессорных систем.

1. 
   Структура универсального микропроцессора (однокристального микроконтроллера).
   
2. 
   Система команд универсального микропроцессора (однокристального микроконтроллера).
   
3. 
   Структура и временные диаграммы работы системной шины универсального микропроцессора (организация ввода/вывода в однокристальном микроконтроллере).
   
4. 
   Таймер/счетчик.
   
5. 
   Последовательный интерфейс.
   
6. 
   Параллельный интерфейс.
   
7. 
   Ввод информации с датчиков.
   
8. 
   Ввод информации с клавиатуры.
   
9. 
   Вывод и отображение информации на однострочном дисплее.
   
10. 
    Примеры проектирования микропроцессорных устройств различного назначения (устройство формирования звуковых сигналов, кодовый замок и т.п.).
    

1. 
   Архитектура и система команд универсального микропроцессора (на примере конкретного микропроцессора или микроконтроллера).
   
2. 
   Программирование арифметических операций с фиксированной запятой (сложение и вычитание многобайтных чисел, умножение двоичных и десятичных чисел, деление двоичных и десятичных чисел).
   
3. 
   Программирование арифметических операций с плавающей запятой (сложение и вычитание двоичных чисел, умножение двоичных чисел, деление двоичных чисел).
   
4. 
   Программирование операций обработки структур данных (формирование массивов, копирование массивов, поиск в структурах, преобразование структур).
   
5. 
   Программирование операций ввода/вывода.
   
6. 
   Исследование циклов шины.
   

Темы курсовых проектов должны быть посвящены проектированию микропроцессорных систем различного назначения, а также их системного и прикладного программного обеспечения.

1. 
   Разработка цифрового устройства на базе однокристального микропроцессора (микроконтроллера).
   
2. 
   Разработка устройства управления различным оборудованием на базе однокристального микропроцессора (микроконтроллера).
   
3. 
   Разработка отладочного устройства на базе однокристального микропроцессора (микроконтроллера).
   
4. 
   Разработка эмулятора однокристального микропроцессора (микроконтроллера).
   

1. 
   Микропроцессорная лаборатория или другие технические средства, позволяющие изучать архитектуру микропроцессоров и их программирование.
   
2. 
   Класс ПЭВМ.
   
3. 
   Осциллограф.
   
4. 
   Учебные программы по изучению архитектуры микропроцессоров.
   

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. 
   Морисита И. Аппаратные средства микроЭВМ: Пер. с яп. - М.: Мир, 1988.
   
2. 
   Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. - М.: Радио и связь, 1989.
   
3. 
   Морс С.П., Алберт Д.Д. Архитектура микропроцессора 80286: Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1990.
   
4. 
   Гук М., Юров В. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. - СПб.: Питер, 2000.
   
5. 
   Шагурин И.И. Микропроцессоры и микроконтроллеры фирмы Motorola: Справоч. пособие.- М.: Радио и связь, 1998.
   
6. 
   Нерода В.Я., Торбинский В.Э., Шлыков Е.Л. Однокристальные микроЭВМ MCS^®-51. - М.: Диджитал Компонентс, 1995.
   
7. 
   Фридмен М., Ивенс Л. Проектирование систем с микрокомпьютерами: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986.
   

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. 
   Лю Ю-Чжен, Гибсон Г. Микропроцессоры семейства 8086/8088. Архитектура, программирование и проектирование микрокомпьютерных систем: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1987.
   
2. 
   Микропроцессорный комплект К1810: Структура, программирование, применение: Справочная книга / Ю.М.Казаринов, В.Н.Номоконов, Г.С.Подклетнов, Ф.В.Филиппов; Под ред. Ю.М.Казаринова. - М.: Высш. шк., 1990.
   
3. 
   Гук М. Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II. СПб.: Питер, 1997.
   
4. 
   Шагурин И.И., Бердышев Е.М. Процессоры семейства Intel P6. Архитектура, программирование, интерфейс. - М.: Горячая линия – Телеком, 2000.
   
5. 
   Современные микроконтроллеры: Архитектура, средства проектирования, примеры применения, ресурсы сети Интернет / "Телесистемы"; Под ред. Коршуна И.В.; Составление, пер. с англ. и лит. обработка Б.Б.Горбунова. - М.: Аким, 1998.
   
6. 
   Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990.
   
7. 
   Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В.Сташин, А.В.Урусов, О.Ф.Мологонцева. - М.: Энергоатомиздат, 1990.