638

2

УДК 004.384

Дручинин, Д. Ю. Микропроцессорные системы в технологических машинахТекст : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.04.02 – Технологические машины и оборудование / Д. Ю. Дручинин, А.В. Стариков; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 14 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № __ от ________ г.)

Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ д-р техн. наук, проф. Д.Н. Афоничев

3

ВВЕДЕНИЕ

Одной из активных и эффективных форм подготовки квалифицированного специалиста инженерно-технического профиля является самостоятельная работа студентов.

В этой связи с учетом специфики учебных дисциплин по направлению подготовки 15.04.02 предлагается вынести на самостоятельное изучение ряд вопросов, указанных в настоящих методических указаниях, и тесно связанных со смежными или базовыми учебными дисциплинами.

Для качественного и осмысленного изучения материала указанных тем следует строго соблюдать и выполнять комплекс следующих организационнометодических требований и правил:

-тщательно изучить и уяснить план темы занятий;

-выбрать из рекомендуемого списка литературы при помощи преподавателя минимум один основной и один дополнительный источник информации;

-изучить в соответствии с планом лекции конкретные вопросы, критически и творчески оценив их сущность, практичность и перспективность;

-ответить на конкретные контрольные вопросы, указанные к теме;

-сделать выводы и представить свои собственные предложения по практическому применению изученного материала.

Реализация предложенных организационно-методических форм самостоятельной работы и ее действенный контроль позволит активизировать учебный процесс и повысить качество освоения компетенций, определенных Федеральным государственным образовательным стандартом.

4

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗУЧАЕМОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний и навыков в области контроля и управления технологическими машинами и оборудованием с использованием микропроцессорных систем.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

-ознакомление с основными элементами и программным обеспечением микропроцессорных систем;

-уяснение принципов функционирования микропроцессорных технических средств автоматизации;

-изучение основ создания систем управления технологическим оборудованием на базе микропроцессорных автоматизированных систем;

-уяснение алгоритмов управления технологическим оборудованием с использованием микропроцессорных систем.

Таблица 1 Объем дисциплины и виды учебной работы по дисциплине

«Микропроцессорные системы в технологических машинах»

5

6

ТЕМЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИНАХ»

Тема 1. История развития микропроцессоров.

План.

1.Микропроцессоры первого поколения.

2.Микропроцессоры второго поколения.

3.Микропроцессоры третьего поколения.

4.Микропроцессоры четвертого поколения.

5.Микропроцессоры пятого поколения.

6.Микропроцессоры шестого поколения.

7.Классификация микропроцессов.

Литература: основная [2].

Контрольные вопросы

1.Как появились микропроцессоры?

2.Конструктивные и функциональные особенности микропроцессоров первого поколения.

3.В чем отличия микропроцессоров второго поколения от их предшественников?

4.Пояснить суть работы защищенного режима микропроцессора.

5.Особенности конструктивного и функционального исполнения микропроцессоров третьего поколения.

6.Архитектура микропроцессоров четвертого поколения.

7.Конструктивные и функциональные особенности микропроцессоров пятого поколения?

8.Особенности развития процессоров шестого поколения.

Тема 2. Элементная база интегральных микросхем и физикомеханические принципы их изготовления.

План.

1. Изоляция элементов.

7

2.Интегральные диоды.

3.Интегральные резисторы и интегральные конденсаторы.

4.Особенности, этапы и классификация процессов изготовления полупроводниковых интегральных микросхем.

5.Изготовление полупроводниковых биполярных интегральных микросхем с изоляцией p-n переходом.

6.Изготовление биполярных интегральных микросхем с диэлектрической изоляцией.

7.Изготовление биполярных интегральных микросхем с комбинированной изоляцией.

8.Изготовление совмещенных интегральных микросхем.

9.Изготовление МДП- и КМДП интегральных микросхем.

10.Технология изготовления интегральных микросхем.

Литература: основная [1].

Контрольные вопросы.

1.Рассказать о существующих способах изоляции транзисторных биполярных структур.

2.Суть метода боковой диэлектрической изоляции V-канавками.

3.Назначение диодов в интегральных микросхемах.

4.Особенности использования стабилизаторов в интегральных схемах.

5.Что представляет собой интегральный резистор?

6.Конструктивные и функциональные особенности диффузионных, ион- но-легированных и тонкопленочных резисторов.

7.Какие особенности имеет использование конденсаторов в интегральных микросхемах?

8.Два цикла, которые можно выделить при изготовлении полупроводниковых интегральных микросхем?

9.Какие особенности имеет технология полупроводниковых интегральных микросхем?

10.Этапы производства полупроводниковых интегральных микросхем.

11.Какова классификация технологических процессов биполярной тех-

нологии?

8

12.Типовые технологические процессы, используемые для изготовления интегральных микросхем на биполярных транзисторных структурах.

13.Суть стандартной технологии изготовления интегральных микросхем

сизоляцией p-n переходом.

14.КИД-технология изготовления интегральных микросхем с изоляцией p-n переходом.

15.Технология изготовления интегральных микросхем на основе трех фотошаблонов и на основе двойной диффузии.

16.Рассказать особенности технологий изготовления биполярных интегральных микросхем с диэлектрической изоляцией.

17.Существующие технологии изготовления биполярных интегральных микросхем с комбинированной изоляцией.

18.Суть специальной комбинированной технологии изготовления биполярных интегральных микросхем.

19.Особенности технологии изготовления МДП- и КМДП интегральных микросхем.

20.Какие технологические методы существуют для создания интегральных микросхем, содержащих МПД-транзисторы с каналами n- и p-типов?

21.Рассказать о классификации существующих технологических процессов изготовления создания интегральных микросхем с МПД-транзисторами.

22.Что такое гибридные интегральные микросхемы? Особенности их конструктивного исполнения.

23.Классификация технологических процессов изготовления гибридных интегральных микросхем.

24.Особенности изготовления тонкопленочных и толстопленочных гибридных интегральных микросхем.

Тема 3. Алгебра логики и теория автоматов.

План.

1.Логические функции.

2.Законы и теоремы алгебры логики.

3.Описание логических функций.

Литература: основная [1].

9

Контрольные вопросы

1.В чем заключается суть алгебры логики?

2.Что называется логической функцией?

3.Какой набор логических функций считается функционально полным?

4.Коммутативный, ассоциативный и дистрибутивный законы алгебры

логики.

5.Рассказать об основных правилах алгебры логики.

6.Запись и применение теоремы де Моргана.

7.Что описывает таблица истинности?

8.Преимущества карты Карно при записи логических функций.

9.Какова методика минимизации логических функций?

Тема 4. Особенности архитектуры микропроцессоров.

План.

1.Микропроцессоры с традиционной архитектурой.

2.Микропроцессоры с масштабируемой архитектурой.

3.Особенности архитектуры 64-разрядных микропроцессоров.

Литература: основная [2].

Контрольные вопросы

1.Каковы особенности архитектуры процессора Pentium 4?

2.В чем заключаются преимущества суперскалярной архитектуры микропроцессоров?

3.Два режима работы отслеживающего кэша. Недостаток отслеживающего кэша.

4.Что определяет общая архитектура процессора?

5.Каковы пути восполнения значения инструкций за такт?

6.Особенности архитектуры процессора Athlon.

7.Какие устройства с плавающей запятой имеются в составе микропроцессора?

8.Какие конструктивные и функциональные особенности имеет процес-

сор MC88110?

9.В чем заключается особенность масштабируемой архитектуры микро-

10

процессоров?

10.Микропроцессоры SPARC: архитектура и преимущества.

11.За счет чего достигается эффективность микропроцессоров micro-

SPARC?

12.Назначение и основные свойства микропроцессоров microSPARC-II.

13.В чем заключаются особенности архитектуры 64-разрядного микро-

процессора Itanium 2 Intel?

14.Какие конструктивные и функциональные особенности имеет процессор 64-разрядного микропроцессор Athlon 64 AMD?

15.Микропроцессоры UltraSPARC III Sun: архитектура и преимущества.

16.В чем заключаются особенности архитектуры микропроцессоров Alpha 21264 DEC и PA 7100 Hewlett-Packard?

Тема 5. Многопроцессорные системы.

План.

1.Многопроцессорные системы с общей памятью.

2.Мультипроцессорная когерентность кэш-памяти.

3.Альтернативные протоколы.

4.Многопроцессорные системы с локальной памятью

Литература: основная [2].

Контрольные вопросы

1.Какие требования, предъявляемые к современным процессорам, можно сократить, используя большие многоуровневые кэши?

2.Принцип создания многопроцессорных систем с общей памятью. Преимущества данных систем.

3.Рассказать об аспектах проблемы когерентности памяти и устройств ввода/вывода. Протоколы когерентности кэш-памяти.

4.Два свойства, которые надо обеспечить для гарантии когерентности.

5.Какие две методики имеются для гарантии необходимой когерентно-

сти?

6.Альтернативные протоколы, используемые для поддержания когерент-

ности.