Главная
Каталог
Библиотека
Избранное
Порталы
Библиотеки вузов
Отзывы
Новости
 
12+
 
Предварительный просмотр документа

Микропроцессорные системы: Рабочая программа, задания и методические указания к выполнению контрольных работ

Автор/создатель: Анкудинов И.Г.
Год: 2003 
Методический комплекс разработан на основе государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654600 -"Информатика и вычислительная техника" (специальность 220100 -"Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"). Рабочая программа раскрывает содержание основных разделов дисциплины. Указания к выполнению контрольных работ содержат методические материалы, необходимые для правильного их выполнения и оформления. Методический комплекс предназначен для студентов пятого курса.
Показать полное описание документа
РЕЙТИНГ

Оценка пользователей: 5.0
Количество голосов: 1
Оцените ресурс:
5 4 3 2 1

ОТЗЫВЫ


Популярные ресурсы по теме

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра. Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Западный государственный заочный технический университет Кафедра компьютерных технологий и программного обеспечения Микропроцессорные системы Рабочая программа Задания и методические указания к выполнению контрольных работ Факультет информатики и систем управления Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654600 – информатика и вычислительная техника 220100 – вычислительные машины, комплексы, системы и сети Санкт-Петербург 2003 Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 681.31 Микропроцессорные системы: Рабочая программа, задания и методические указания к выполнению контрольных работ. – СПб.: СЗТУ, 2003 . – 23 с. Методический комплекс разработан на основе государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654600 – “Информатика и вычислительная техника” (специальность 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”). Рабочая программа раскрывает содержание основных разделов дисциплины. Указания к выполнению контрольных работ содержат методические материалы, необходимые для правильного их выполнения и оформления. Методический комплекс предназначен для студентов пятого курса. Рассмотрено на заседании кафедры КТ и ПО 20 января 2003 г. и одобрено методической комиссией факультета информатики и систем управления 17 марта 2003 г.. Рецензенты: В.В.Спиридонов, канд. техн. наук, доц. кафедры компьютерных технологий и программного обеспечения СЗТУ; В.П.Шеремет, канд. техн. наук, ст. научн. сотр. НПО «Аврора». Составитель И.Г.Анкудинов, канд.техн.наук, доц. © Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003 2 1. Цели и задачи изучения дисциплины Дисциплина “Микропроцессорные системы” относится к циклу специальных. Цель изучения данной дисциплины состоит в ознакомлении студентов с возможностями и областями применения микропроцессорных средств; архитектуры микропроцессорных систем (МПС); организации подсистем обработки, управления, памяти и ввода-вывода; основных задач проектирования, тестирования и отладки МПС. В результате изучения дисциплины студенты должны: • знать области применения МПС (включая однокристальные микро- ЭВМ, контроллеры и мультимикропроцессорные системы) и современные тенденции развития микропроцессорной техники, варианты построения архитектуры, подсистем обработки, управления, памяти и ввода-вывода МПС; • уметь разрабатывать программы на языке ассемблера микроЭВМ и пользоваться методами и современными средствами оценки, анализа и выбора состава и конфигурации микропроцессорных средств; • иметь представление о задачах системного, алгоритмического, структурного и логического проектирования МПС, о методах обеспечения надежности программных и аппаратных средств, включая методы тестирования и отладки МПС. При изучении дисциплины “Микропроцессорные системы” используются знания, полученные в дисциплинах "Теория автоматов", "Электротехника и электроника", "Схемотехника ЭВМ", "Организация ЭВМ и систем", "Интерфейсы периферийных устройств", "Системное программное обеспечение" и "Моделирование". 2. Содержание дисциплины 2.1. Содержание дисциплины по государственному образовательному стандарту Классификация, краткая характеристика возможностей и применений микропроцессорных средств; архитектура микропроцессорной системы (МПС); организация подсистем обработки, управления, памяти и ввода-вывода; основные задачи проектирования МПС; однокристальные микро-ЭВМ и контроллеры, организация и особенности проектирования систем на их основе; краткий обзор состояния и перспективных проектов МПС; мультимикропроцессорные системы, основные конфигурации, области их использования; транспьютерные системы; средства разработки и отладки МПС. 3 2.2. Рабочая программа (объем курса 170 часов) Введение Организация учебного процесса. Рекомендуемая литература. Предмет курса, его цели и задачи. Связь с другими дисциплинами. 2.2.1. Классификация и области применения МПС [1] , с.4…24 Классификация, краткая характеристика возможностей и применений микропроцессорных средств. Классификация МПС по числу центральных процессоров: однопроцессорные, мультипроцессорные и многомашинные системы (вычислительные комплексы). МикроЭВМ, ориентированные на определенные область применения. Специализированные микроЭВМ и микроконтроллеры. Персональные компьютеры и рабочие станции, серверы, мейнфреймы и кластерные архитектуры. Требования, предъявляемые к современным МПС, и основные критерии оценки таких систем: отношение стоимость/производительность, надежность и отказоустойчивость, масштабируемость, совместимость и мобильность программного обеспечения. Показатели качества и требования, предъявляемые к МПС для контроля и управления: тактико-технические, конструктивно-технологические, эксплуатационные, экономические, надежностные. 2.2.2. Системный интерфейс МПС [1] , с.25…31 Внутримашинный системный интерфейс: односвязный и многосвязный. Унифицированный системный интерфейс. Структура с общей шиной. Мультиплексирование шины адреса и шины данных. Шины расширений и локальные шины: IDE (Integrated Device Electronics), EIDE (Enhanced IDE), SCSI (Small Computer Interface), PC/XT (Personal Computer eXtended Technology), PC/AT (PC Advanced Technology), ISA (Intdustry Standard Architecture), EISA (Extended ISA), MCA (Micro Channel Architecture), VLB (VESA Local Bus, PCI (Peropheral Component Interconnect). Приборные интерфейсы МАК, КАМАК и И41. 4 2.2.3. Архитектура центрального процессора МПС [1] , с.32…36; [4] , с.111…116 Однокристальные, многокристальные и секционные микропроцессоры. Конструктивное оформление микропроцессоров. Виды команд микропроцессоров: арифметические, инкрементные, декрементные и логические; пересылки и работы со стеком; вызова подпрограмм и передачи управления. Микропроцессоры с полной системой команд (с архитектурой CISC – Complex Instruction Set Computers) и с сокращенной системой команд (архитектура RISC – Reduced Instruction Set Computers). Системные таймеры, контроллеры и буферные регистры. 2.2.4. Запоминающие устройства МПС [1] , с.36…41; [4] , с.122…135 Многоуровневая система памяти МПС, внутренняя и внешняя память. Оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ) запоминающие устройства МПС. Статические и динамические ОЗУ. Однократно и многократно программируемые ПЗУ. Организация памяти кристалла ЗУ. Основные характеристики ЗУ МПС: емкость, время доступа и время восстановления, рассеиваемая мощность, условия эксплуатации, тип корпуса, плотность упаковки и удельная стоимость. Буферная память. Требования эластичности и синхронизации буферной памяти. Стековая память. Аппаратный и аппаратно-программный (внешний) стек. Области применения буферной и стековой памяти. Выбор структуры системы памяти, расчет емкости и быстродействия запоминающих устройств МПС. Организация размещения и обмена информацией в многоуровневой системе памяти. 2.2.5. Организация подсистемы ввода-вывода в МПС [1] , с.47…58 Основы организации ввода-вывода, роли задатчиков и исполнителей в процессе ввода-вывода и принцип квитирования (запроса-ответа). Устройства ввода-вывода, форматы команд, драйверы ввода-вывода. Синхронный и асинхронный программно-управляемый ввод-вывод. Ввод-вывод по прерываниям. Прямой доступ к памяти. Функции и структура контроллеров ввода-вывода, назначение регистров управления и состояния, входной и выходной порты. Варианты размещения 5 контроллеров ввода. Организация адресного пространства ввода-вывода с использованием и без использования специальных команд. Синхронный и асинхронный способы передачи данных. Параллельная передача данных между контроллером и внешним устройством (ВУ). Последовательная передача данных. Симплексный, дуплексный и полудуплексный режимы передачи данных. Синхронный и асинхронный последовательный интерфейс. 2.2.6. Организация прерываний и прямого доступа к памяти в МПС [1] , с.58…66 Одноуровневые и многоуровневые системы прерывания. Подпрограммы обработки прерываний, приоритеты задач и дисциплины обслуживания требований. Аппаратные средства для организация прерываний. Организация прерываний с программным опросом готовности ВУ и на основе использования векторов прерывания. Формирование вектора прерываний в контроллерах ВУ и в общем программируемом контроллере прерываний. Организация прямого доступа к памяти (ПДП) с "захватом цикла" и с блокировкой процессора. Контроллеры ПДП. Этапы обмена данными в режиме ПДП. 2.2.7. Многомашинные и мультимикропроцессорные системы [1] , с.41…46 Способы организации взаимосвязи нескольких микроЭВМ. Вычислительный комплексы (ВК), системы (ВС) и сети. Многомашинные (ММВК) и мультимикропроцессорные ВК (МПВК). Способы организации взаимодействия между ЭВМ в составе ММВК. Объединение нескольких микроЭВМ через общее внешнее ЗУ. Повышение надежности ВС за счет холодного и горячего резервирования. Объединение нескольких микроЭВМ через общее ОЗУ. Сателлитные ММВК. Мультимикропроцессорные системы, основные конфигурации, области их использования. Транспьютерные системы. Организация вычислительного процесса в МПВК: с использованием выделенного ведущего процессора, с раздельным выполнением заданий в каждом процессоре и однородная обработка на основе очередей. Классификация МПВС по кратности потоков команд и данных: с однократным потоком команд и однократным потоком данных (ОКОД), с 6 многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД), магистральные (конвейерные) МПВС. 2.2.8. Этапы и задачи проектирования МПС [1] , с.67…81 Уровни абстрактного представления МПС (концептуальный, структурно- функциональный, программный, логический, схемный, конструкторско- технологический) и этапы (горизонтальные уровни) проектирования МПС. Задачи системного проектирования и формализации требований к МПС. Формализация требований, разработка внешних спецификаций и технического задания на МПС. Особенности проектирования микропроцессорных систем для управления реальными объектами, оптимальное распределение функций между аппаратными и программными средствами МПС. Детерминированные и случайные потоки требований на решение задач. Расчет разрядной сетки и тактовой частоты микропроцессора специализированной МПС. Выбор микропроцессорного комплекта для реализации системы. Однокристальные микроЭВМ и контроллеры, организация и особенности проектирования систем на их основе. Оценка быстродействия микропроцессора для решения специализированной задачи с использованием бенчмарковских программ. Подходы к разработке нетипового микропроцессора, разработка процессора на основе микропроцессора. Разработка системы ввода-вывода МПС на основе микропроцессорных комплексов. Средства разработки и отладки МПС. 2.2.9. Разработка программного обеспечения МПС [1] , с.81…86 Перевод требований технического задания в точные спецификации и в текст программы. Принципы и технология модульного проектирования программ, объектно-ориентированный подход. Тестирование и автономная отладка программных средств. Обеспечение надежности и качества ПО. Виды дефектов ПО: в структуре ПО и в распределении ресурсов; в спецификациях и исходных текстах; в тестах отладки и имитационных моделях; в программной документации. Повышение надежности программного обеспечения (ПО) за счет придания ПО свойств самоконтроля и самозащиты. Тестирование и автономная отладка программных средств. Верификация (доказательство правильности) алгоритмов и программ. 7 Тестирование и тестируемость ПО. Тестирование отдельных участков программ: пошаговый режим, трассировка и метод контрольных точек. Оценка качества ПО по отношению к качеству ПО-эталона. Показатели надежности ПО МПС: доля оригинального ПО; продолжительность комплексной отладки и испытаний ПО на стенде, объекте; наработка ПО на отказ; эксплуатационные показатели – ВБР (вероятность безотказной работы) и/или коэффициент готовности ПО (в зависимости от временных режимов каналов системы управления); время сопровождения ПО. 2.2.10. Тестирование и комплексная отладка МПС [1] , с.87…100 Качество проекта МПС и вероятность неисправностей и ошибок. Основные методы контроля правильности проекта: верификация, моделирование и тестирование. Классификация неисправностей. Постоянные отказы и сбои. Среднее время наработки на один сбой и на один отказ. Среднее время ремонта (восстановления). Субъективные (внесенные) неисправности (ошибки проектирования, неправильный монтаж элементов или неправильные действия оператора). Синтез тестов на основе модели неисправностей системы. Обнаружение ошибок и диагностика неисправностей. Разрешающая способность теста. Функциональные тестовые программы. Построение тестов на основе функциональной спецификации и применительно к конкретной реализации системы. Наблюдаемость, предсказуемость, управляемость и контролепригодность системы. Отладка как процесс обнаружения ошибок и определение источников их появления по результатам тестирования. Функции средств отладки. Источники ошибок на этапах формализации требований к системе, разработки структуры и архитектуры, разработки и изготовления аппаратных средств и программного обеспечения системы Тестирование и автономная отладка аппаратных средств. Комплексная оценка надежности МПС с учетом надежности ПО. Комплексная отладка МПС. Приемы комплексной отладки МПС. Заключение История и перспективы развития микропроцессорных средств. Перспективы развития методов проектирования и расширения областей применения МПС. 8 2.3. Тематический план лекций для студентов очно- заочной формы обучения (32 часа) Темы лекций Объем, часы Введение. Классификация и области применения МПС 2 Внутримашинный системный интерфейс 4 Архитектура центрального процессора МПС 4 Запоминающие устройства МПС 2 Организация подсистемы ввода-вывода в МПС 4 Организация прерываний и прямого доступа к памяти в МПС 4 Многомашинные и мультмикропроцессорные системы 4 Этапы и задачи проектирования МПС 2 Разработка программного обеспечения МПС 4 Тестирование и комплексная отладка МПС 2 2.4. Темы и содержание лабораторных работ (16 часов) Темы лабораторных занятий Объем, Описание действий студента часы Изучение средств разработки 4 Набор, запуск и исследование простых программ для микроЭВМ программ для микроЭВМ Исследование подпрограмм 4 Набор и исследование подпрограмм арифметических операций для сложения и умножения для микроЭВМ микроЭВМ Исследование программ для 4 Набор и исследование программ для микроЭВМ с использованием стека микроЭВМ с использованием стека и и подпрограмм подпрограмм Автоматизированный расчет 4 Выполнение многовариантного расчета разрядной сетки разрядной сетки микроЭВМ специализированной микроЭВМ 3. Библиографический список Основной 1. Анкудинов И.Г. Микропроцессорные системы. Архитектура и проектирование: Учеб. пособие.– СПб.: СЗТУ, 2003. − 109 c. 9 Дополнительный 2. Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. – Л.: Машиностроение, 1987. – 640 с. 3. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. . – М.: Высш. школа, 1987. – 318 с. 4. Майоров С.А., Кириллов В.В., Приблуда А.А. Введение в микроЭВМ. – Л.: Машиностроение, 1988. – 304 с. 5. Микропроцессорные системы автоматического управления / В.А. Бесекерский, Н.Б. Ефимов, С.И. Зиатдинов и др. – Л.: Машиностроение, 1988. – 386 с. 6. Гуртовцев А.Л., Гудыменко С.В. Программы для микропроцессоров: Справочное пособие. – Минск: Вышейшая школа, 1989. – 352 с. 7. Гольденберг Л.М., Малев В.А., Малько Г.Б. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения – М.: Радио и связь, 1992. – 256 с. 4. Тестовые вопросы - Что понимается под архитектурой МПС? - Для чего предназначены микроконтроллеры? - Охарактеризуйте мультипроцессорные системы и транспьютеры. - Каковы требования к МПС, используемым в качестве серверов? - Каковы особенности кластерных архитектур МПС? - Назовите требования, предъявляемые к современным МПС, и основные критерии их оценки. - Как организован внутримашинный системный интерфейс? - Охарактеризуйте четыре вида обмена УВВ микроЭВМ с внешней средой. - Охарактеризуйте однокристальные, многокристальные и секционные микропроцессорные комплекты. - Охарактеризуйте архитектуру RISC- и CISC-процессоров. - Назовите основные виды постоянных и оперативных запоминающих устройств микропроцессорных систем. - Каковы основные характеристики полупроводниковых ЗУ? - Каково назначение буферной и стековой памяти? - Охарактеризуйте варианты организации многомашинных и многопроцессорных систем. 10
Яндекс цитирования