Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

“Утверждаю”

Декан АВТФ

Проф. _________ В.В.Губарев

“_____” января 1999 года

Р А Б О Ч А Я П Р О Г Р А М М А

дисциплины “МикроПроцессорные Системы”

подготовка инженеров по

направлению 2201 “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

заочное отделение

Факультет Автоматики и вычислительной техники

Кафедра Вычислительной техники

Курсы 5,6

Семестры 9,10,11

Установочные лекции 8 часов Контрольная работа - 10 семестр

Лекции 30 часов Экзамен - 10 семестр

Лабораторные занятия 20 часов Курсовой проект - 11 семестр

Зачет - 11 семестр

Новосибирск

1999

Рабочая программа составлена с учетом требований, изложенных в госу-дарственном образовательном стандарте высшего профессионального обра-зования.

I. Цель и задачи изучения дисциплины

1. Цель изучения дисциплины.

Данная дисциплина имеет целью:

1.1. Сформировать системное базовое представление, первичные знания, умения и навыки студентов по основам микропроцессорных систем, дос-таточные для дальнейшего продолжения образования и самообразования их в области вычислительной техники и в смежных областях.

1.2. Изучение принципов построения, функциональных возможностей и архитектурных решений современных микропроцессорных систем (МПС), микроконтроллеров (МК) и персональных ЭВМ.

1.3. Освоение методики проектирования микропроцессорных систем.

2. Предметы изучения.

2.1. Базовые определения и понятия.

2.2 Структура микропроцессорных систем.

2.3 Взаимосвязь курса с другими научными дисциплинами и областями практической деятельности.

3. Объекты изучения.

3.1. Базовые определения и понятия.

3.2. Архитектура микропроцессорных систем и микроконтроллеров.

3.3. Основные микропроцессорные семейства отечественного и зарубеж-ного производства.

3.4. Вопросы аппаратной и программной организации микропроцессор-ных систем.

3.5. Инструментальные средства отладки, диагностики и проектирования микропроцессорных систем и микроконтроллеров.

4. Результаты изучения.

4.1 Представления.

В результате изучения дисциплины у студентов должны быть сформи-рованы представления о:

-принципах построения и функциональных возможностях микропроцес-сорных систем, микроконтроллеров и персональных ЭВМ;

-состоянии развития современной элементной базы, фирмах - изготови-телях и поставщиках электронных компонентов;

-методике проектирования микропроцессорных систем.

4.2 Знания.

После изучения дисциплины студент должен приобрести систематизи-рованные знания в следующих областях:

-архитектура микропроцессорных систем и микроконтроллеров;

-основные микропроцессорные семейства отечественного и зарубежного производства;

-вопросы аппаратной и программной организации микропроцессорных систем;

-инструментальные средства отладки, диагностики и проектирования микропроцессорных систем и микроконтроллеров.

4.3 Умения и навыки.

После изучения дисциплины студент должен:

-приобрести навыки работы с отечественным и зарубежным информа-ционно-справочным материалом;

-обосновывать выбор средств для решения конкретных прикладных задач;

-уметь самостоятельно проектировать аппаратное обеспечение заданного типа МП или МК;

-освоить технологию написания и отладки прикладных программ для МПС;

-быть способным самостоятельно проектировать фрагменты резидентного программного обеспечения;

II Содержание дисциплины.

1. Введение, основные понятия, отечественные мп и мк и их

зарубежные аналоги (10 семестр).

1.1 Введение.

Предмет, объект, метод, цель и задачи дисциплины «Микропроцессорные системы». Первые определения и понятия. Место и роль дисциплины в учебном плане и в работе выпускника по направлению 2201. Обзор современного состо-яния и перспектив развития МП техники. Архитектурные особенности и клас-сификация МПС по назначению, разрядности, способу управления и конструк-тивно-технологическим признакам. Общие сведения о ведущих зарубежных фирмах-разработчиках и изготовителях МП-компонентов.

1.2 Архитектура и функциональные возможности микропроцессорных систем на основе 8-ми разрядных МП.

Состав МП комплекта серии К580 (аналог MCS-80). Теория работы центрального процессора (ЦП) К580ВМ80 (I-8080). Структура ЦП, его програм-мная модель и режимы функционирования. Типовое ядро МПС. Схемотехника и особенности организации шин адреса, данных и управления. Характеристика машинных тактов и машинных циклов.

Структурная схема и временные диаграммы работы системного генера-тора К580ГФ24 (I-8224). Структурная схема и принцип действия системного контроллера К580ВК28/38 (I-8228/38). Особенности реализации режимов прерывания и прямого доступа памяти (ПДП).

Сравнительная оценка организации системных магистралей для микро-процессоров К580ВМ80 (I-8080), К1821ВМ85 (I-8085), К1810ВМ86 (I-8086) и т.д.

1.3 Анализ системы команд для 8-ми разрядных микропроцессоров с жесткой логикой управления.

Форматы данных и команд. Классификация системы команд по функци-ональному признаку. Способы адресации операндов. Группа команд обмена данными. Команды пересылки, загрузки, запоминания, ввода/вывода, работы со стеком. Группа арифметических и логических команд. Группа команд управле-ния программой. Группа команд управления процессором.

1.4 Организация ввода/вывода в микропроцессорных системах.

Техника организации последовательного и параллельного интерфейсов. Программируемый последовательный порт К580ВВ51 (I-8251). Структура, ре-жимы работы, программная модель. Форматы команд задания режимов и управления приёмом/передачей. Подпрограммы инициализации порта. Времен-ные диаграммы синхронного и асинхронного режимов. Организация управле-ния скоростью передачи. Использование таймера для формирования сигналов частоты синхронизации последовательного порта.

Программируемый интервальный таймер К580ВИ53 (I-8253), его структу-ра, режимы работы, программная модель и порядок программирования. Вре-менные диаграммы работы таймера. Сравнительная оценка функциональных возможностей таймеров I-8253 и I-8254 (К1821ВИ54).

Параллельный программируемый порт К580ВВ55 (I-8255), его структура, режимы работы, программная модель и порядок программирования. Схемы подключения таймера и портов ввода/вывода к системной магистрали.

1.5 Программируемые контроллеры для микропроцессорных систем.

Организация сопряжения микропроцессорной системы с клавиатурой и индикацией. Программируемый контроллер клавиатуры и индикации К580ВВ79 (I-8279), его структура, режимы функционирования и набор команд.

Общие принципы организации прямого доступа к памяти. Програм-мируемые контроллеры ПДП К580ВТ57 и К1810ВТ37 (I-8257 и I-8237), их структура, функциональные возможности, программные модели, подпрограммы инициализации, диаграммы состояний и схемы подключения к системной магистрали.

Общие принципы организации многоуровневых векторных прерываний в микропроцессорных системах. Сравнительная оценка функциональных возмож-ностей программируемых контроллеров прерываний К580ВН59 (I-8259) и К1810ВН59А (I-8259А). Алгоритмы обслуживания запросов прерывания, реали-зованные в данных контроллерах. Структура, программные модели, форматы команд инициализации и обслуживания, особенности программирования. Кас-кадное включение нескольких контроллеров прерываний.

1.6 Организация памяти в микропроцессорных системах.

Основные характеристики современных отечественных и зарубежных БИС памяти, используемых при реализации RAM, ROM, PROM, EPROM, OTPROM, микросхемы энергонезависимой Flash - памяти.

1.7 МПК серии К1821

Состав серии К1821 (MCS-85). Сравнительная оценка функциональных возможностей ЦП К580ВМ80 и К1821ВМ85. Структуры и основные характе-ристики БИС К1821ВИ54, К1821РУ55, К1821РФ55.

1.8 Общие вопросы программного обеспечения МПС на основе 8-разряд-ных микропроцессоров.

Структура программного обеспечения. Особенности резидентного ПО. Техника разработки мониторов для микроконтроллеров. Общая характеристика инструментальных средств для проектирования и создания мониторов и прикладных программ.

1.9 Архитектура и функциональные возможности микропроцессорных систем на основе 16-разрядных микропроцессоров.

Состав микропроцессорного комплекта серии К1810 (MCS-86). Структура центрального процессора К1810ВМ86 (I-8086), его программная модель и режимы функционирования. Организация ядра МПС на основе К1810ВМ86, ло-кальная, резидентная и системная магистрали. Структурная схема и временные диаграммы работы системного генератора синхронизации. Сравнительная оцен-ка центральных процессоров семейства х86 (8086, 8088, 80286, 80386). Архитек-тура, программные модели и основные характеристики сопроцессоров К1810ВМ87 (I-8087) и К1810ВМ89 (I-8089).Функциональные возможности контроллеров динамической памяти К1810ВТ02 (I-8202) и К1810ВТ03 (I-8203), контроллера системной шины К1810ВГ88 (I-8288) и арбитра шины К1810ВБ89 (I-8289).

1.10 Анализ системы команд МП семейства х86.

Форматы представления данных и команд. Способы адресации операн-дов. Кодирование полей команд. Характеристика групп команд центрального процессора и арифметического сопроцессора. Временные параметры исполне-ния команд.

1.11 Микроконтроллеры (Однокристальные ЭВМ).

Классификация микроконтроллеров серий 1816, 1830, 1835. Структура микроконтроллера К1816ВЕ48 (I-8048), его программная модель и режимы функционирования. Организация памяти программ и памяти данных, синхрони-зация, организация портов ввода/вывода, система прерываний микрокон-троллера. Организация МПС на основе К1816ВЕ48. Система команд К1816ВЕ48. Расширитель портов ввода/вывода К580ВР43.

Структура микроконтроллера К1816ВЕ51 (I-8051), его программная модель и режимы функционирования. Организация памяти программ и памяти данных, синхронизация, организация портов ввода/вывода и последовательного приемопередатчика, система прерываний микроконтроллера. Режимы холосто-го хода и пониженного энергопотребления. Организация МПС на основе К1816ВЕ51. Система команд К1816ВЕ51, работа с битами.