Рабочая программа дисциплины "Микропроцессоры и МП системы"
рабочая программа на тему

ГБОУ СПО

«Арзамасский приборостроительный колледж имени П.И. Пландина»

РАБОЧАЯ  ПРОГРАММА

Дисциплина:     Микропроцессоры и микропроцессорные системы

Специальность:    230106    Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей

        Арзамас,  2012 год

Одобрено

ЦМК _________ВТ и КС___________

Протокол от «__»________20___ №__  

___________   ___Солдатова С.И.___

       (подпись)              ФИО председателя ЦМК

Автор: Дударова  Т.Ю., преподаватель Вычислительной техники ГБОУ СПО «Арзамасский приборостроительный колледж  имени П. И. Пландина».

Рецензенты:

1.  Солдатова С.И., преподаватель информатики и ИКТ  ГБОУ СПО «Арзамасский приборостроительный колледж  имени П. И. Пландина».

2.  Первушкина Е.А., доцент кафедры информатики, теории и методики обучения информатики, ГБОУ ВПО «Арзамасский педагогический институт имени А.П. Гайдара»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа учебной дисциплины «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» составлена на основе Примерной программы учебной дисциплины «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» и предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 230106 Вычислительная техника среднего профессионального образования.

Учебная дисциплина «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» является специальной дисциплиной, формирующей базовые знания для получения выпускником профессиональных умений.

Преподавание дисциплины  проводится в тесной взаимосвязи с общепрофессиональными дисциплинами: «Электронная техника», «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем», «Микросхемотехника», «Основы алгоритмизации и программирования».

Использование междисциплинарных связей обеспечивает системность изучения материала дисциплины, исключение дублирования и позволяет рационально распределить учебное время.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:

Целью преподавания дисциплины является изучения студентами основ вычислительной техники. Будущие специалисты должны углубить свои знания в области вычислительной техники, основах построения ЭВМ, и в результате изучения дисциплины студент должен:

  иметь представление:

о роли и месте знаний по дисциплине в сфере профессиональной деятельности;

об основных проблемах и перспективах развития микропроцессорной техники;

знать:

назначение, функции, характеристики и состав микропроцессорных систем;

системы команд, особенности организации системы прерываний микропроцессорных систем;

организацию памяти и доступа к ней;

уметь:

работать с микропроцессорными системами;

программировать микропроцессорные системы.

Настоящая рабочая программа учебной дисциплины рассчитана на 90 часов аудиторных занятий, в том числе 30 часов отводится на  практические и лабораторные занятия. В содержании учебной дисциплины по каждой теме приведены требования к формируемым представлениям, знаниям и умениям.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИН

 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Студент должен

иметь представление:

о роли и месте знаний по дисциплине в процессе освоения основной профессиональной образовательной программы по специальности;

об основных проблемах и перспективах развития микропроцессорной техники.

Учебная дисциплина «Микропроцессоры и микропроцессорные системы», ее основные задачи и связь с другими дисциплинами.

Основные проблемы и перспективы развития современных микропроцессоров и микропроцессорных систем.

Раздел 1 Архитектура микропроцессоров

Тема 1.1 История развития и классификация микропроцессоров

Студент должен

иметь представление:

об истории развития микропроцессоров;

знать:

принципы Джона фон Неймана;

принципы архитектуры ЭВМ, основанной на принципах фон Неймана;

классификацию микропроцессоров.

История развития микропроцессоров. Принципы построения первых процессорных ЭВМ.

Внутренняя организация микропроцессоров. Принципы фон Неймана: принцип последовательного выполнения команд, принцип разделения памяти, принцип адресности. Классическая (фон-неймановская) архитектура ЭВМ.

Классификация микропроцессоров по технологии изготовления, областям применения, используемой архитектуре.

Тема 1.2 Структура микропроцессора

Студент должен

знать:

внутреннюю структуру процессора;

структуру составляющих процессора;

принципы взаимодействия микропроцессора с внутренними устройствами микропроцессорной системы.

Внутренняя структура микропроцессора. Арифметико-логи-ческий блок: арифметико-логическое устройство, аккумулятор, математический сопроцессор. Устройство управления: регистр команд, счетчик РС. Регистровое запоминающее устройство: регистры общего назначения, регистры специального назначения. Системная магистраль микропроцессорной системы: шина данных, шина управления, шина адреса.

Тема 1.3 Поколения микропроцессоров

Студент должен

знать:

классификацию микропроцессоров по поколениям;

отличия микропроцессора в зависимости от поколений.

Этапы развития микропроцессоров. Классификация микропроцессоров по поколениям. Отличительные особенности поколений процессоров. Идентификация процессоров. Совместимость процессоров. Основные характеристики микропроцессоров по поколениям.

Тема 1.4 Система команд микропроцессора

Студент должен

знать:

принципы кодирования команд;

формат команды;

уметь:

работать с языком Ассемблера;

осуществлять арифметические, логические операции, работать с разветвляющимися и циклическими структурами.

Кодирование в машинных кодах и на языке Ассемблера. Система команд (арифметические, логические, команды пересылки), используемые коды команд и типы операндов.

Лабораторные занятия

Тема 1.5 Режимы работы микропроцессоров

Студент должен

знать:

режимы работы микропроцессора;

командные циклы микропроцессора.

Режим работы микропроцессора – без обращения к памяти и с обращением к памяти. Циклы работы микропроцессора – командный цикл, машинный цикл (цикл шины), машинный такт (такт синхронизации).

Виды контроля:

Проверочные и самостоятельные работы: Классификация микропроцессоров.

Структура микропроцессора. Поколения микропроцессоров. Система команд микропроцессора.

Режимы работы микропроцессоров.

Лабораторные работы (6).

Самостоятельная работа студентов:

Написание рефератов на заданные темы;

Написание докладов и небольших сообщений на заданные темы;

Подготовка презентаций.

Раздел 2 Принципы функционирования

микропроцессоров

Тема 2.1 Принципы формирования адресного пространства

Студент должен

знать:

способы формирования адресного пространства;

организацию адресного пространства;

уметь:

использовать пул адресного пространства при программировании.

Разбиение адресного пространства на блоки оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства, устройств ввода-вывода, внешних запоминающих устройств. Принципы доступа микропроцессора к адресному пространству.

Лабораторное занятие

Тема 2.2 Система адресации

Студент должен

знать:

принципы адресации команд и данных;

принципы дешифрации адресов;

уметь:

использовать стек при работе с командами микропроцессора.

Различные системы адресации, используемые микропроцессором, способы преобразования адресов. Методы дешифрации – полная и частичная дешифрация, дешифрация с использованием стандартных микросхем дешифраторов.

Лабораторное занятие

Тема 2.3 Память как функциональный узел

Студент должен

знать:

виды памяти;

структуру микросхемы памяти;

принципы управления памятью микропроцессором.

Оперативно-запоминающие устройства (статические, динамические, регистровые), постоянно-запоминающие устройства (однократно программируемые, многократно программируемые, FLASH), ВЗУ (винчестер, CD-ROM, DVD-ROM). Внутренняя структура микросхемы памяти. Таблица управляющих сигналов для различного вида памяти.

Тема 2.4 Принципы организации памяти

Студент должен

знать:

принципы организации памяти без использования дискового пространства;

принципы организации памяти с использованием дискового пространства.

Организация памяти без использования дискового пространства (фиксированными разделами, разделами переменной величины, перемещаемыми разделами).

Организация памяти с использованием дискового пространства (страничное распределение, сегментное распределение, странично-сегментное распределение).

Тема 2.5 Виртуальная память

Студент должен

знать:

определение виртуальной памяти;

принцип действия виртуальной памяти.

Виртуальная память как дополнение оперативной памяти. Принцип организации виртуальной памяти. Назначение виртуальной памяти.

Тема 2.6 Прерывания

Студент должен

знать:

назначение прерываний;

организацию прерываний.

Назначение и виды прерываний – аппаратные и программные прерывания. Организация аппаратных прерываний при помощи микропроцессора – маскируемые и немаскируемые прерывания.

Тема 2.7 Поддержка многозадачности

Студент должен

знать:

принцип многозадачности;

организация многозадачности в современных микропроцессорах;

тенденции развития принципа многозадачности;

уметь:

работать с многозадачностью в микропроцессорах.

Принцип многозадачности, распределение (память, процессорное время) ресурсов в многозадачных микропроцессорных системах. Организация многозадачности в микропроцессорах – вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Использование принципа многозадачности для решения задач повышенной сложности.

Лабораторные занятия

Тема 2.8 Программы-отладчики

Студент должен

знать:

назначение программ-отладчиков;

области применения программ-отладчиков.

Назначение и принцип действия программ-отладчиков. Неполадки, устраняемые при помощи программ отладки. Виды и классификация программ-отладчиков. Области применения программ-отладчиков.

Тема 2.9 Принципы программирования микропроцессоров

Студент должен

знать:

способы программирования микропроцессоров;

команды языка Ассемблер;

программное обеспечение, используемое при программировании микропроцессора;

виды данных используемых при программировании микропроцессоров;

уметь:

осуществлять линейное программирование различных видов микропроцессоров;

осуществлять программный обмен с внешними устройствами;

работать с различными типами данных.

Различия команд Ассемблера в зависимости от типа микропроцессора. Команды ассемблера семейства микропроцессоров Intel x86. Массивы, подпрограммы и потоки данных в языке Ассемблера.

Лабораторные занятия

Тема 2.10 Современные направления развития

микропроцессоров

Студент должен

знать:

тенденции развития микропроцессоров для персональных ЭВМ и вычислительных систем;

принципы построения нейрокомпьютеров;

области применения нейрокомпьютеров.

Тенденции развития микропроцессоров для персональных ЭВМ. Основные различия между процессорами фирмы Intel и AMD. Их основные достоинства и недостатки. Разработка новейших процессоров для суперкомпьютеров – процессоры конвейерного типа.

Микропроцессоры неклассической архитектуры. Принципы построения нейрокомпьютеров. Разработки в области нейрокомпьютинга.  Модели нейронных сетей.

Виды контроля:

Проверочные и самостоятельные работы: Система адресации. Память как функциональный узел. Принципы организации памяти. Прерывания. Принципы программирования микропроцессоров.

Лабораторные работы (24).

Самостоятельная работа студентов:

Написание рефератов на заданные темы;

Написание докладов и небольших сообщений на заданные темы;

Подготовка презентаций.

Раздел 3 Микроконтроллеры

Тема 3.1 Назначение и принцип работы

Студент должен

знать:

внутреннее устройство микроконтроллеров;

принцип действия микроконтроллеров.

Архитектура микроконтроллеров, принципы программирования микроконтроллеров; PIC-контроллеры. Принцип действия микроконтроллеров. Достоинства и недостатки микроконтроллеров.

Тема 3.2 Области применения и перспективы развития

Студент должен

знать:

области применения микроконтроллеров;

тенденции развития микроконтроллеров.

Применение микроконтроллеров в промышленной автоматике, контрольно-измерительной технике, аппаратуре связи, бытовой технике и многих других областях радиоэлектронной промышленности. Использование микроконтроллеров в новейших областях науки и техники.

Виды контроля:

Проверочная работа: Назначение и принцип работы микроконтроллеров. Области применения и перспективы развития.

Самостоятельная работа студентов:

Написание рефератов на заданные темы;

Написание докладов и небольших сообщений на заданные темы;

Подготовка презентаций.

Раздел 4 Микропроцессорные системы

Тема 4.1 Архитектура и классификация микропроцессорных систем

Студент должен

знать:

классификация микропроцессорных систем по различным признакам;

принципы построения микропроцессорных систем.

Классификация микропроцессорных систем по областям применения, способам реализации, принципам построения. Микропроцессорные системы для персональных ЭВМ, суперЭВМ, больших ЭВМ и микроЭВМ.

Тема 4.2 Многопроцессорные и многомашинные системы

Студент должен

знать:

основные отличия многопроцессорных систем от многомашинных микропроцессорных систем;

области применения микропроцессорных систем.

Предпосылки использования многопроцессорных и многомашинных систем; основные отличия данных систем. Классы задач, решаемые при помощи многопроцессорности. Достоинства и недостатки многопроцессорных и многомашинных систем и пути их решения.

Тема 4.3 Системы с разными потоками команд и данных

Студент должен

знать:

виды потоков данных;

принципы работы микропроцессорных систем с различными потоками данных;

системы команд микропроцессорных систем.

Классификация потоков команд и данных. Параллельные и последовательные потоки. Способы обработки различных потоков данных, различными микропроцессорными системами.

Тема 4.4 Организация функционирования систем

Студент должен

знать:

принципы согласования устройств микропроцессорной системы друг с другом

принципы использования интерфейсов

Устройства для согласования устройств микропроцессорной системы: преобразователи уровня, шинные формирователи, порты. Назначение и устройство интерфейсов, параллельный программируемый интерфейс.

Виды контроля:

Проверочные и самостоятельные работы: Архитектура и классификация микропроцессорных систем. Многопроцессорные и многомашинные системы. Системы с разными потоками команд и данных.

Самостоятельная работа студентов:

Написание рефератов на заданные темы;

Написание докладов и небольших сообщений на заданные темы;

Подготовка презентаций.

  Итоговый тест.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ:

Лабораторные работы (30 часов) служат для практического закрепления материала, изложенного в основных разделах дисциплины. Лабораторные работы выполняются в кабинете информатики и вычислительной техники.

* - язык программирования низкого уровня может быть заменен на язык высокого уровня на усмотрение учебного заведения.

 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Основная:

Хакимова Г. Г. «Микропроцессоры и микропроцессорные системы», учебно-методическое пособие (экспериментальная версия), Уфа 2003, Уфимский государственный колледж радиоэлектроники.

Корнеев В. Современные микропроцессоры. – 3-е изд. – Спб.: BHX–Петербург, 2003.

Левенталь Л. Введение в микропроцессоры: Программное обеспечение, аппаратные средства, программирование /Пер с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 464 с.: ил.

Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. – М.: Радио и связь, 1989. – 288 с.

Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.

Майоров В.Г., Гаврилов А.И. Практический курс программирования  микропроцессорных  систем.  М.: Машиностроение, 1989. – 272 с.

Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1987. – 304 с.

Фергуссон Дж., Макари Л., Уилльямз П. Обслуживание микропроцессорных систем. – М.: Мир, 1989. – 336 с.

Фаронов В.В. Turbo Pascal: Учебное пособие – СПб.: Питер, 2009 – 367.:ил.

В.Б. Попов Turbo Pascal  Издание 3-е дополненное Москва, «Финансы и статистика», 2002

Дополнительная:

Корнев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры.– М.: НОЛИДЖ, 1998. – 240 с.: ил.

Иоффе В. Г. Микропроцессорные средства систем автоматизации. – Самара: СГАУ, 1998.

Каспер Э. Программирование на языке Ассемблера для микроконтроллеров семейства i8051. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 191 с.: ил.

Цифровые  устройства   и   микропроцессоры:   Учеб.  пособие   / А.К. Нарышкин. – М.: ИЦ «Академия», 2005. – 480 с.

Микропроцессорная техника: Учебник / А.В. Кузин, М.А. Жаворонков. – М.: ИЦ «Академия», 2005. – 304 с.

 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

При изучении дисциплины следует пользоваться литературой из приведенного списка.

Кроме приведенного списка литературы можно пользоваться и другой, выбрав в библиотеке по каталогу названия учебников и пособий, в которые входят ключевые слова: “микропроцессорная техника”, “микропроцессорные системы”, “компьютер”, “ЭВМ”  “цифровые устройства”, “микропроцессоры”, “программирование” и т.п., а также в сети Internet.

Дисциплина считается изученной, если студент готов ответить на все контрольные вопросы.

Рабочую программу дисциплины, перечень лабораторных занятий, список литературы, методические указания, список экзаменационных вопросов, список контрольных вопросов можно найти в электронном варианте в дисплейном классе.

5. СПИСОК ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ (ЗАЧЕТНЫХ) ВОПРОСОВ

История развития микропроцессоров. Принципы построения первых процессорных ЭВМ.

Понятие организации и архитектуры МП системы. Архитектура типовой микросистемы.

Внутренняя организация микропроцессоров. Принципы фон Неймана: принцип последовательного выполнения команд, принцип разделения памяти, принцип адресности.

Структура микропроцессорной системы. Узлы микропроцессорной системы. Генератор тактовых импульсов. Буферы.

Этапы развития микропроцессоров. Классификация микропроцессоров по поколениям. Отличительные особенности поколений процессоров.

Шинные формирователи. Формирование управляющих МПС. Интерфейсы ввода-вывода.

Режим работы микропроцессора – без обращения к памяти и с обращением к памяти. Циклы работы микропроцессора – командный цикл, машинный цикл (цикл шины), машинный такт (такт синхронизации).

Основные характеристики МПК. Микропроцессорный комплект серии КР580. МПК серии КР588. МПК серии К1800. МПК серии К1801.

Разбиение адресного пространства на блоки оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства, устройств ввода-вывода, внешних запоминающих устройств.

МПК серии КР(КМ)1802. МПК серии КМ(КР)1804. МПК серии КР1810. Построение микропроцессоров с использованием различных МПК.

Различные системы адресации, используемые микропроцессором, способы преобразования адресов.

Организация ввода-вывода в микропроцессорной системе. Программная модель внешнего устройства. Параллельная передача данных.

Оперативно-запоминающие устройства (статические, динамические, регистровые), постоянно-запоминающие устройства (однократно программируемые, многократно программируемые, FLASH), ВЗУ (винчестер, CD-ROM, DVD-ROM).

Форматы передачи данных. Последовательная передача данных. Синхронный последовательный интерфейс.

Внутренняя структура микросхемы памяти. Таблица управляющих сигналов для различного вида памяти.

Асинхронный последовательный интерфейс.

Организация памяти без использования дискового пространства (фиксированными разделами, разделами переменной величины, перемещаемыми разделами).

Уровни предоставления микропроцессорной системы.

Организация памяти с использованием дискового пространства (страничное распределение, сегментное  распределение, странично-сегментное распределение).

Отладка. Обнаружение ошибки и диагностика неисправностей. Функции средств отладки.

 Виртуальная память как дополнение оперативной памяти. Принцип организации виртуальной памяти. Назначение виртуальной памяти.

Свойство контролепригодности системы. Этапы проектирования микропроцессорных систем. Источники ошибок.

Назначение и виды прерываний – аппаратные и программные прерывания.

Основные методы контроля правильности проектирования. Автономная отладка.

Организация аппаратных прерываний при помощи микропроцессора – маскируемые и немаскируемые прерывания.

Отладка программ. Комплексная отладка микропроцессорных систем.

Принцип многозадачности, распределение (память, процессорное время) ресурсов в многозадачных микропроцессорных системах.

Средства разработки микропроцессорных систем.

Организация многозадачности в микропроцессорах – вытесняющая и невытесняющая многозадачность.

Архитектура микроконтроллеров, принципы программирования микроконтроллеров; PIC-контроллеры.

Использование принципа многозадачности для решения задач повышенной сложности.

Принцип действия микроконтроллеров.

Назначение и принцип действия программ-отладчиков.

Достоинства и недостатки микроконтроллеров.

Неполадки, устраняемые при помощи программ отладки.

Применение микроконтроллеров в промышленной автоматике, контрольно-измерительной технике, аппаратуре связи, бытовой технике и многих других областях радиоэлектронной промышленности.

Виды и классификация программ-отладчиков. Области применения программ-отладчиков.

Использование микроконтроллеров в новейших областях науки и техники.

Тенденции развития микропроцессоров для персональных ЭВМ.

Микропроцессорные системы для персональных ЭВМ, суперЭВМ, больших ЭВМ и микроЭВМ.

Основные различия между процессорами фирмы Intel и AMD. Их основные достоинства и недостатки.

Предпосылки использования многопроцессорных и многомашинных систем; основные отличия данных систем.

Разработка новейших процессоров для суперкомпьютеров – процессоры конвейерного типа.

Запуск микропроцессора. Состояние захвата. Состояние прерывания. Состояние останова.

Микропроцессоры неклассической архитектуры.

Классы задач, решаемые при помощи многопроцессорности.

Принципы построения нейрокомпьютеров. Разработки в области нейрокомпьютеринга.  

Достоинства и недостатки многопроцессорных и многомашинных систем и пути их решения.

Модели нейронных сетей.

Назначение и устройство интерфейсов, параллельный программируемый интерфейс.

Составлена в соответствии

с  Государственными

требованиями к минимуму

содержания и уровню подготовки

выпускников по специальностям

___________________________

Зам. директора по УР

___________________/Титова И.Б./