Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьева

Факультет радиоэлектроники и информатики

КафедраВычислительные системы

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета РЭИ

__________А. И. Дворсон

Рабочая программа

По дисциплине Микропроцессорные системы

для направления 230100 – Информатика и вычислительная техника

для специальности 230101 – Вычислительные машины, комплексы,

системы и сети

Распределение часов

Форма обучения	Очная		Очно-заочная	Заочная
	на базе ПСО	на базе СПО		на базе ПСО	на базе СПО
Лекции	28	36	–	–	6
Практические занятия	14	18	–	–	8
Лабораторные занятия	28	36	–	–
Индивидуальные занятия	–	5	–	–
Самостоятельная работа в т.ч. курсовая работа	100	80	–	–	156
Всего часов	170	170	–	–	170
Форма контроля	экзамен	экзамен	–	–	экзамен

Программу составил к.т.н. профессор _____________________ В. М. Комаров

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры Вычислительныесистемы6 сентября 2005 г.

Заведующий кафедрой к.т.н. профессор ____________________ В. М. Комаров

Согласовано Декан ФЗО _________________________________ М. А. Кабешов

Рыбинск 2005

Настоящая программа составлена в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования и Учебным планом подготовки специалиста по направлению 220100 (230101).

Цели и задачи изучения дисциплины

Целью преподавания дисциплины является овладение студентами знаниями и умениями в области проектирования аппаратного и программного обеспечения микропроцессорных систем (МПС) различного назначения.

Задачи изучения дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

– знать и уметь использовать основные типы микропроцессорных средств, подходы, основные этапы и особенности проектирования как отдельных подсистем так и МПС различного назначения в целом;

– владеть методикой проектирования и отладки аппаратного и программного обеспечения МПС;

– иметь представление о состоянии и тенденциях развития микропроцессорных средств, направлениях развития архитектур МПС, о возможных подходах к автоматизированному проектированию МПС.

Рекомендации по изучению дисциплины.

Изучение дисциплины основывается на знаниях и практических навыках, полученных студентами при изучении дисциплин “Алгоритмические языки и программирование”, “Электроника”, “Схемотехника ЭВМ”, “Системное программное обеспечение”, “Организация ЭВМ, комплексов и систем”, “Периферийные устройства”.

1. Содержание дисциплины

Введение (0,5 часа)

Цель и структура дисциплины.

Микропроцессор (МП) и микропроцессорные комплекты (МПК) БИС как результат развития элементной базы вычислительной техники. Влияние МП и МПК на методологию проектирования цифровых систем и их применение. Задачи проектирования МПС. Классификация МПС. Краткая характеристика возможностей и применений микропроцессорных средств.

1.1. Организация базовой МПС (1час)

Структура и состав базовой МПС. МикроЭВМ как основное устройство МПС. Структура и состав микроЭВМ: процессор как подсистема обработки и управления, память, интерфейс как подсистема ввода – вывода. Системная шина. Принцип действия микроЭВМ и МПС. Архитектура микропроцессорной системы (МПС).

1.2. Организация устройств микроЭВМ (4часа)

Организация подсистем обработки, управления, памяти и ввода-вывода.

Организация процессора. Операционный и управляющий блоки.

Организация памяти. Типы памяти.

Организация интерфейса. Методы обмена данными с периферийными устройствами: синхронный обмен, асинхронный обмен, обмен по прерыванию, обмен в режиме прямого доступа в память. Адресация портов и формирование управляющих сигналов. Обмен данными по последовательному каналу.

1.3. Элементная база МПС (12часов)

Состав элементов для построения МПС.

1.3.1. Элементы для построения процессора (4часа)

МП как основной элемент процессора. Однокристальные МП К1810ВМ86 и К1810ВМ88. Аппаратный интерфейс и функциональный смысл внешних сигналов. Структура и принцип действия. Временные диаграммы функционирования.

Генератор тактовых импульсов К1810ГФ84. Аппаратный интерфейс, структура и принцип действия.

Шинные буферы К1810ВА86.

1.3.2. Элементы для построения подсистемы памяти (4часа)

Элементы оперативной памяти. Элементы постоянной памяти. Элементы энергонезависимой памяти с электрической перезаписью данных.

1.3.3. Элементы для построения интерфейса (4часа)

Порт ввода-вывода К1810ИР82, универсальный порт ввода-вывода К589ИР12.

Контроллеры параллельного и последовательного программируемого интерфейса. Контроллеры прерываний. Контроллеры прямого доступа в память.

1.4. Проектирование МПС (24часа)

Представление МПС как объекта проектирования. Основные задачи проектирования МПС. Основные этапы проектирования. Разработка архитектуры системы. Компромисс между аппаратной и программной реализацией функций в МПС.

1.4.1. Проектирование аппаратных средств (12часов)

Схемотехническое проектирование процессора. Буферизация и демультиплексирование шин адреса и данных. Варианты формирования сигнала готовности для асинхронного обмена с внешними устройствами.

Схемотехническое проектирование подсистемы памяти. Особенности организации памяти в МПС на базе различных МП. Банкирование памяти. Распределение адресного пространства. Дешифрация адреса. Наращивание памяти в системе.

Схемотехническое проектирование интерфейса. Проектирование интерфейса для реализации различных методов обмена данными в параллельной и последовательной формах.

Тестирование и настройка аппаратных средств. Тестирование статическими сигналами. Свободный прогон МП. Средства разработки и отладки МПС.

1.4.2. Проектирование программных средств (12часов)

Этапы жизненного цикла программы и их трудоемкость.

Реализация этапа точной постановки задачи и формулировки требований к программе.

Реализация этапа проектирования программы. Декомпозиция общей задачи, статическая модель программы. Разработка структуры данных. Алгоритмизация программы. Подходы к алгоритмизации. Языки описания алгоритмов. Подпрограммы как средство модульного программирования. Иерархическая организация алгоритма.

Реализация этапа кодирования программы. Выбор языка программирования. Реализация логических конструкций структурного программирования.

Тестирование и отладка программы. Занесение программы на рабочий носитель. Оформление документации на программу.

1.5. Комплексная отладка МПС (2часа)

Задачи комплексной отладки. Средства для комплексной отладки: логические и сигнатурные анализаторы, внутрисхемные эмуляторы, диагностические комплексы, интегрированные среды проектирования МПС.

1.6. Однокристальные микроЭВМ и контроллеры, организация и особенности проектирования систем на их основе (13часов)

Однокристальные микроконтроллеры (МК). Структурная организация МК КМ1816ВЕ51. Режимы работы.

Архитектура МК КМ1816ВЕ51. Система команд. Правила записи программ на языке ассемблера.

Проектирование МПС на базе МК. Схемы включения МК.

1.7. Методы повышения производительности МПС (5часов)

Арифметический сопроцессор. Структура и взаимодействие с центральным процессором МПС. Система команд сопроцессора.

Мультимикропроцессорные системы. Основные конфигурации, области их использования. Мультимикропроцессорные системы со слабосвязанной конфигурацией. Методы разбиения адресного пространства на системное и локальное. Средства для организации мультипроцессорной работы. Арбитр шины. Области использования мультимикропроцессорных систем.

1.8. Специализированные МП (2часа)

Типы специализированных МП. МП для цифровой обработки сигналов (ЦОС). Особенности алгоритмов ЦОС.

1.9. МП с RISC– архитектурой (2часа)

RISC– архитектура как средство повышения производительности МПС. Базовая структура МП с сокращенным набором команд. Примеры структурной организацииRISC– микропроцессоров. Транспьютерные системы. Транспьютер как базовый элемент однородных МПС.

1.10. Заключение (0,5часа)

Анализ современного состояния и перспектив развития микропроцессорных средств по основным фирмам производителям. Краткий обзор состояния и перспективных проектов МПС.