Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебно-методическое пособие и практикум по дисциплине Вычислительные машины, системы и сети
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра информационной безопасности и автоматизации
Максименко В.Н.
Учебно-методическое пособие и практикум
по дисциплине
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ,
СИСТЕМЫ И СЕТИ
для студентов-заочников 3 курса
(направление 15.03.04)
Москва 2016
2
Учебно-методическое пособие и практикум
по дисциплине
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ,
СИСТЕМЫ И СЕТИ
Составители: В.Н.Максименко, профессор
А.А.Филиппов, аспирант
Издание стереотипное. Утверждено на заседании кафедры.
План УМД на 2016/17 уч.г.
3
Содержание
Введение.…………………………………………………………………………………………………………………………4
1. Краткие методические указания по самостоятельному изучению курса..5
1.1. Предмет и задачи курса: ........................................................................... 5
1.2. Составные части курса: ............................................................................ 5
1.3. Микропроцессорные вычислительные машины. .......................................... 5
1.4. Высокопроизводительные вычислительные системы. .................................. 6
1.5. Вычислительные сети. .............................................................................. 6
2. Контрольная работа ............................................................................... 7
2.1. Общие указания по выполнению ............................................................... 7
2.2. Вопросы для изучения .............................................................................. 7
2.3. Задание на контрольную работу ................................................................ 8
2.4. Исходные данные ..................................................................................... 8
2.5. Содержание отчёта ................................................................................... 9
2.6. Справочные материалы ............................................................................. 9
3. Лабораторные работы .......................................................................... 17
3.1. Цель курса ............................................................................................. 17
3.2. Содержание отчёта ................................................................................. 17
3.3. Теоретическая часть ............................................................................... 17
3.4. Настройка оборудования ......................................................................... 21
4. Описание лабораторных работ ............................................................. 34
4.1. Лабораторная работа №1 ........................................................................ 34
4.2. Лабораторная работа №2 ........................................................................ 36
4.3. Лабораторная работа №3 ........................................................................ 37
4.4. Лабораторная работа №4 ........................................................................ 39
4.5. Лабораторная работа №5 ........................................................................ 41
Список литературы ................................................................................... 42
4
Введение
Курс «Вычислительные машины, системы и сети» направлен на изучение
принципов построения и работы микропроцессорных вычислительных систем, а
также вычислительных сетей. Предполагается, что студенты, изучающие его,
имеют базовые знания и навыки в электротехнике и программировании. Учебный
курс содержит комплекс лекций, комплекс лабораторных работ и курсовую работу.
Данные методические указания предназначены для студентов, выполняющих
контрольные и лабораторные работы самостоятельно и под руководством, содержат
список лекций курса ВМСиС, базовую необходимую информацию для выполнения
контрольной работы и указания к выполнению лабораторных работ по построению
беспроводных сетей на основе протокола IEEE 802.11.
Методические указания созданы в помощь студентам при обучении курсу ВМСиС и
не являются основным и достаточным материалом для его изучения.
5
1. Краткие методические указания по самостоятельному
изучению курса
Методические указания (МУ) содержат формулировку вопроса, краткие
теоретические сведения и ссылку на рекомендованную литературу для изучения
этого вопроса.
1.1. Предмет и задачи курса
Усвоение принципов построения микропроцессорных вычислительных
систем, связи между аппаратным и программным обеспечением, изучение
классификации персональных электронных вычислительных машин,
высокопроизводительных вычислительных систем и вычислительных сетей.
1.2. Составные части курса
Часть 1. Микропроцессорные вычислительные машины.
Часть 2. Высокопроизводительные вычислительные системы.
Часть 3. Вычислительные сети.
1.3. Микропроцессорные вычислительные машины
В первой части курса изучаются вопросы построения и организации
вычислений микропроцессорных вычислительных машин:
1.3.1. Классическая и современная структура вычислительной машины.
1.3.2. Эволюция микропроцессорных вычислительных машин (микрокомпьютеров).
1.3.3. Машинная организация процессора (на примере Интел 80286).
1.3.4. Операнды и режимы адресации операндов.
1.3.5. Общая организация памяти.
1.3.6. Прерывание микропроцессора в ЭВМ.
1.3.7. Организация прямого доступа к памяти.
1.3.8. Последовательный интерфейс RS–232C.
1.3.9. Последовательный интерфейс СОМ-порт.
1.3.10. Программируемый связной интерфейс.
1.3.11. Передача данных между ЭВМ с помощью модемов.
1.3.12. Программируемый периферийный интерфейс.
1.3.13. Параллельный интерфейс: LPT-порт.
1.3.14. Программируемые таймеры и счетчики событий.
1.3.15. Универсальная последовательная шина USB.
1.3.16. Протокол работы USB-шины.
1.3.17. Интерфейс IEEE-1394 (FireWire).
1.3.18. Устройства ввода ЭВМ. Клавиатура.
1.3.19. Видеотерминал. Режимы изображений: текстовый и графический режимы.
Интерфейс ЭВМ с видеотерминалом. Видеопамять. Анимация изображений.
1.3.20. Накопитель магнитных дисков: гибкий и жесткий. Структура дисков:
дорожки, сектора, блоки. Обмен информации между ЭВМ и магнитными дисками.
1.3.21. Сканер. Считывание изображения. Типы обрабатываемых изображений.
Качество изображения.
1.3.22. Многоядерные процессоры
1.3.23. Назначение и функции операционной системы.
6
1.4. Высокопроизводительные вычислительные системы
Во второй части курса изучаются вопросы классификации и организации
вычислений вычислительных систем:
1.4.1. Классификация систем параллельной обработки данных.
1.4.2. Классификация мультипроцессорных систем по способу организации
основной памяти.
1.4.3. Обзор архитектур многопроцессорных вычислительных систем.
1.4.4. Направление развития в высокопроизводительных вычислительных
системах.
1.4.5. Организация вычислений в системах на многоядерных процессорах.
1.4.6. Принципы построения телекоммуникационных вычислительных систем.
1.5. Вычислительные сети
В третьей части курса изучаются вопросы построения вычислительных сетей с
применением технологий беспроводного доступа:
1.5.1. Эталонная модель взаимодействия открытых систем.
1.5.2. Локальные и глобальные вычислительные сети.
1.5.3. Беспроводные локальные сети на основе технологии Wi-Fi.
1.5.4. Службы пакетной передачи данных сотовых сетей (GPRS, EDGE, 3G).
1.5.5. Беспроводный доступ локальной вычислительной сети в глобальные
вычислительные сети на основе широкополосной технологии WiMAX.
7
2. Контрольная работа
Целью контрольной работы является приобретение студентами знаний и
инженерных навыков, необходимых при разработке микропроцессорных (МП)
систем для автоматизации технологических процессов в почтовой и других видах
связи. Контрольная работа посвящена разработке аппаратного и программного
обеспечения (ПО) микропроцессорных систем для управления полуавтоматической
установкой сортировки посылок. Студенту предлагается решить ряд задач,
необходимых при проектировании устройства управления технологическим
процессом на микропроцессорах и создании соответствующего ПО. Предлагаемая
работа способствует изучению структуры, характеристик МП систем и
приобретению навыков программирования на языке assembler.
2.1. Общие указания по выполнению
Каждый студент выполняет контрольную работу в соответствии с
индивидуальным заданием. Работа, выполненная полностью или частично не по
заданному варианту, не рецензируется. В работе должны быть выполнены все
пункты задания, разработаны функциональные и принципиальные схемы,
составлены необходимые программы, сделаны расчёты.
Пояснительную записку выполняют на стандартных листах писчей бумаги
(A4), сброшюрованных в папку. Страницы текста и рисунки нумеруются. Рисунки,
выполняемые вручную, вычерчивают на миллиметровой бумаге или кальке
карандашом или тушью аккуратно, технически грамотно с соблюдением требований
ЕСКД. Текст пишут разборчиво, без ошибок, на одной стороне листа. Допускается
оформление текста пояснительной записки и рисунков с помощью персонального
компьютера (САПР). Излишний объём пояснительной записки расценивается как
недостаток. Норма – 15…20 страниц.
Все исправления и дополнения, сделанные по требованию рецензента,
выносятся на другую сторону листа в том месте, где обнаружены ошибки или
заданы вопросы. Список литературы приводят в конце пояснительной записки.
Студент подписывает пояснительную записку с указанием даты.
Работы, выполненные без соблюдения указанных требований, возвращаются
для доработки.
Полностью выполненная работа высылается в университет для проверки.
Защита контрольной работы происходит по расписанию. Для успешной защиты
необходимо:
внести исправления по имеющимся замечаниям рецензента,
уметь обосновать выбранные схемотехнические решения,
понимать алгоритм программируемой задачи,
уметь объяснить функционирование разработанных программ и работу
отдельных команд,
уметь объяснить ход и результаты выполненных расчетов,
давать исчерпывающие ответы на контрольные вопросы, приведённые в
данных методических указаниях.
2.2. Вопросы для изучения
1. Разработка функциональной схемы МП-системы управления установки
сортировки посылок.
2. Разработка программной модели МП системы.
3. Разработка принципиальной схемы МП системы.
8
4. Разработка алгоритма и программы управления накопителем посылок.
Тип микропроцессора:
КР1810ВМ86
Адрес порта ввода:
0Jh;
Адрес порта вывода:
1: 0[J+1]h; 2: 0[J+2]h;
Количество датчиков:
N = 20 + 10 x I + 5 x J;
Количество исполнительных элементов:
M = 5 x (I + J) + 3;
Номер датчика Dl:
l = 20 + I;
Номер датчика Dk:
k = 10 + 10 x I + 5 x J;
Номер исполнительного элемента ИЭr:
r = 3 x (I + J) + 3;
Датчики
Исполнительный элемент
Dl=20+I
Dk = 20+10xI+5xJ
ИЭr = 3x(I+J)+3
0
0
Выключается (лог."0")
0
1
Включается (лог. "1")
1
0
Включается с задержкой Т
1
1
Не изменяется
N=20+10х4 +5х8=100
k=10 + 10х 4 + 5х 8=90
M=5х(4+8) + 3=63
r=3х(4 + 8) +3=39
l=20 + 4=24
5. Разработка алгоритма и программы решающего устройства установки
сортировки посылок.
6. Разработка алгоритма и программы системы адресования установки сортировки
посылок.
7. Расчёт быстродействия и объема требуемой памяти программ.
2.3. Задание на контрольную работу
1. Разработать функциональную схему микропроцессорной системы управления
технологическим процессом.
2. Разработать программную модель микропроцессорной системы.
3. Разработать принципиальную схему микропроцессорной системы.
4. Разработать алгоритм и программу управления технологическим процессом.
5. Рассчитать быстродействие и объем требуемой памяти программы.
2.4. Исходные данные
Исходные данные к контрольной работе определяются вариантом “IJ”, где I –
предпоследняя, а J – последняя цифры номера студенческого билета. Например,
1ПО070113 I = 1 J = 3
Алгоритм формирования логического сигнала, подаваемого на исполнительный элемент ИЭr, представлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1- Алгоритм формирования логического сигнала управления ИЭr
Программа DELAY, реализующая задержку на «T» секунд, записана по адресу
2(I+J)h.
Пример для варианта IJ = 48:
адрес портa ввода – 08h, aдреса портов вывода – 09h и 0Ah;
Программа DELAY записана по адресу 2(4+8)h=2Ch.
9
2.5. Содержание отчёта
Отчёт о выполнении контрольной работы должен содержать:
1. Задание на контрольную работу.
2. Функциональная схема микропроцессорной системы.
3. Программная модель микропроцессора.
4. Таблица распределения памяти и портов ввода/вывода.
5. Принципиальная схема микропроцессорной системы и схемы ее сопряжения с
датчиками и исполнительными элементами.
6. Алгоритм и программа управления накопителем посылок.
7. Алгоритм и программа решающего устройства установки сортировки посылок.
8. Алгоритм и программа системы адресования установки сортировки посылок.
По пунктам 6–8 должны быть представлены следующие подразделы:
алгоритм задачи;
программа задачи на языке ассемблер;
программа задачи в машинных кодах;
расчет быстродействия программы;
расчет требуемого объема памяти.
2.6. Справочные материалы
Далее приведены базовые справочные данные, которые могут потребоваться
в работе. Более подробную информацию можно найти в любом справочнике по
цифровым микросхемам.
2.6.1. Организация микропроцессорной системы
Обобщённая функциональная схема микропроцессорной системы управления
представлена на рис. 2.1 и состоит из микропроцессора (МПБ) с тремя шинами
(адреса, данных, управления), постоянного (ПЗУ) и оперативного (ОЗУ)
запоминающих устройств, интерфейсов ввода/вывода, внешнего запоминающего
устройства (ВЗУ), устройства ввода (УВ) и устройства вывода (УВВ).
Рисунок 2.1- Обобщенная функциональная схема микропроцессорной системы
управления
10
Выбран минимальный режим включения, так как максимальный режим ориен-
Схематическое обозначение
Описание
Тактовый генератор и задающее устройство
для микропроцессора КМ1810ВМ86.
Формирует тактовые сигналы для
микропроцессора и периферийных устройств,
а также сигналы «Установка» и «Готовность».
В качестве источника частоты в микросхеме
используется кварцевый резонатор,
подключаемый к выводам Х1 и Х2.
Выбранный источник должен генерировать на
трехкратной частоте тактового сигнала CLK,
требуемой для МП. Кроме того, возможно
использование внешнего ТТЛ-сигнала для
задания частоты (подается на EFI).
тирован на применение микропроцессора в сложных одно- и много-процессорных
системах.
Система минимальной сложности состоит из ЦП КМ1810ВМ86, генератора
тактовых импульсов КР1810ГФ84, двух или трёх буферных регистров КР580ИР82,
обеспечивающих фиксацию 16- или 20-разрядного адреса. Подключение шины
данных системы к выходам канала данных микропроцессора выполняется
специальными схемами двунаправленных шинных формирователей КР580ВА86.
2.6.2. Элементная база
Далее приведены элементы, которые рекомендуется использовать при
проектировании системы.
КР1810ГФ84
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]