МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Микропроцессорные системы

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.03. Радиофизика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость2 ЗЕТ
Учебный план03_03_03_РФ-4-2019
Часов по учебному плану 72
в том числе:
аудиторные занятия 36
самостоятельная работа 36
Виды контроля по семестрам
зачеты: 7

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (7) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 12 12 12 12
Лабораторные 24 24 24 24
Сам. работа 36 36 36 36
Итого 72 72 72 72

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент кафедры радиофизики и теоретической физики, Ю.А.Баранчугов

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Микропроцессорные системы

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.03 РАДИОФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 12.03.2015г. №225)

составлена на основании учебного плана:
03.03.03 Радиофизика
утвержденного учёным советом вуза от 25.06.2019 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 06.06.2019 г. № 9/2018-19
Срок действия программы: 2019-2020 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор А. А. Лагутин


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 06.06.2019 г. № 9/2018-19
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор А. А. Лагутин


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель изучения дисциплины – формирование у будущих бакалавров теоретических знаний и практических навыков по использованию современных электронно-вычислительных и программных средств для решения широкого спектра задач в различных областях, а именно:
• ознакомить студентов с основами теории построения микропроцессорных систем и подсистем управления, ввода-вывода, памяти;
• привить навыки работы с различными средствами программирования и отладки для создания программного обеспечения встраиваемых применений;
• изложить основные принципы организации мультимикропроцессорных систем.
Основными задачами изучения дисциплины «Микропроцессорные системы» являются:
• овладение фундаментальными знаниями построения микропроцессорных систем:
-целостное представление о науке и ее роли в развитии современных информационных технологий;
-владение общими вопросами теории и практики;
• овладение технологиями анализа и синтеза микропроцессорных систем различных архитектур;
• овладение методами сквозного проектирования микропроцессорных систем для различных применений;
• приобретение практических навыков работы с различными микропроцессорными системами и средствами их программирования и отладки.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.04

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 способностью к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности
ПК-2 способностью использовать основные методы радиофизических измерений
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Об основных тенденциях развития микропроцессорных систем;
О базовых архитектурах микропроцессоров и однокристальных микроЭВМ;
О принципах организации МПС и системных интерфейсах.
3.2.Уметь:
3.2.1.Этапы развития вычислительной и микропроцессорной техники;
Характеристики современных высокопроизводительных микропроцессорных систем;
Иметь представление о принципах проектирования и разработки микропроцессорных систем и отдельных подсистем в их составе;
Современные технологии программирования и отладки микроконтроллеров и микропроцессорных систем.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Проектирования микропроцессорных систем для различных применений;
Правильного осуществления выбора аппаратных средств;
Использования различных сред и оболочек для проектирования программного обеспечения микропроцессорных систем на базе различных микропроцессоров и микроконтроллеров.
Использования средств отладки аппаратного и программного обеспечения;

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение. Классификация, краткая характеристика возможностей и применений МПС. Основные понятия и термины.
1.1. Основные понятия микропроцессорной системы. Области применения МП систем. Микропроцессоры, микро-ЭВМ, микроконтроллеры и микропроцессорные системы. Архитектура и аппаратные средства МП. Классификация и принципы организации процессоров. Параллельные и конвейерные архитектуры. Микропрограммное управление. Система и форматы команд. Режимы адресации. Лекции 7 2 ОПК-1 Л1.1
1.2. Понятие интерфейса. Магистрали адреса, данных и управления. Сам. работа 7 2 ПК-2 Л1.1
Раздел 2. Архитектура МПС. Понятие интерфейса. Шинная концепция
2.1. Магистральномодульный принцип организации МПС. Модули МПС. Представление информации в МПС. Интерфейс и интерфейсные схемы. Программно-контролируемый обмен и обмен в режиме прерывания. Обмен в режиме прямого доступа к памяти. Метод останова и метод захвата.Шина с тремя состояниями. Системная шина.Трехшинная МПС. Лекции 7 2 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
2.2. Двухшинная МПС. Отличие архитектур шины данных и шины адреса.Особенности шин управления МПС. Сам. работа 7 4 ПК-2 Л1.1
Раздел 3. Организация подсистемы ввода-вывода
3.1. Системы сбора и обработки информации. Подсистема аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования информации. Подсистема машинной обработки и хранения информации.Порты ввода-вывода. Организация. Декодирование адреса. Основные принципы. Декодирование адреса при наличии многих запоминающих и внешних устройств. Дешифраторы адреса. Схемные и логические решения. Интерфейсные микросхемы. Микросхемы БИС и их применение в МПС. Микропроцессорные комплекты. Периферийный параллельный адаптер, Периферийный связной адаптер. Лекции 7 2 ОПК-1 Л1.1
3.2. Особенности дешифраторов адреса для двухшинных архитектур. Особенности дешифраторов адреса для шин с последовательным способом передачи информации. Интервальный таймер КР580ВИ53. Сам. работа 7 2 ПК-2 Л1.1
Раздел 4. Организация подсистемы памяти
4.1. Запоминающие устройства. Основные сведения. Система параметров. Классификация. Основные структуры ЗУ. Структура 2D. Структура 3D. Структура 2DM. Организация ЗУ типа ROM(M), PROM, EPROM, EEPROM, Flash. Организация ЗУ типа SRAM, DRAM. Регенерация DRAM. Затраты на регенерацию DRAM. Временные диаграммы. Лекции 7 2 ОПК-1, ПК-2 Л1.1
4.2. DRAM повышенного быстродействия. FPM, EDORAM, BEDORAM, SDRAM, CDRAM, RDRAM, DRDRAM и др.Память с последовательным доступом. Видеопамять. Буферы FIFO и стек. Сам. работа 7 6 ОПК-1, ПК-2 Л1.1
Раздел 5. Основные задачи проектирования МПС и средства разработки и отладки
5.1. Информационное и программное обеспечение МП. Общесистемное и прикладное программное обеспечение. Комплексы реального времени. Операционные системы – платформы. Интегрированные системы программирования. Основные задачи проектирования МПС. Этапы проектирования МПС. Средства разработки и отладки. Средства разработки и отладки контроллеров семейства МК51. Средства разработки и отладки контроллеров Microchip. Лекции 7 2 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
5.2. Средства разработки и отладки контроллеров AVR и ARM Atmel. Сам. работа 7 6 ОПК-1, ПК-2 Л1.1
Раздел 6. Мультимикропроцессорные системы.Современное состояние и перспективы развития МПС
6.1. Интерфейсы систем обработки данных. Международная стандартизация. Эталонная модель. Системные интерфейсы компьютеров. Приборные интерфейсы. Интерфейсы магистрально-модульных мультипроцессорных систем, локальных сетей и распределенных систем управления. Клиент-сервер, адаптер, концентратор, шлюз. Структура распределенных МПС. Кольцевая, радиальная, смешанная МПС. Современное состояние и перспективы развития МПС. Производительность и энергопотребление. Современные последовательные скоростные интерфейсы МПС. Лекции 7 2 ОПК-1 Л1.1
6.2. Современные многопроцессорные архитектуры. Кластерный подход. Проблемы каналов связи. Глобальные вычислительные системы. Облачные и Mesh-технологии.Современные последовательные интерфейсы МПС. (SPI, SSI, SCI, I2C, 1-проводные и т.д.) Реализация. Сравнение двух стандартов интерфейса I2C. Сам. работа 7 4 ПК-2 Л1.1
Раздел 7. Проектирование устройств на микроконтроллерах
7.1. Проектирование алгоритмов и написание программ на базе однокристальных микроконтроллеров STM32 Сам. работа 7 12 ОПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1
7.2. 1.Лабораторная работа №1 "Изучение микропроцессорной системы на базе однокристальных микроконтроллеров STM32". Лабораторные 7 24 ОПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Организация шинных интерфейсов параллельного типа.
Организация шинных интерфейсов последовательного типа.
Современные технологии увеличения производительности микропроцессорных систем.
Организация подсистемы ввода-вывода.
Организация подсистем памяти.
Архитектура и организация современных способов шинного обмена с памятью.
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
См. приложение 1.

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Гуров В.В. Архитектура микропроцессоров: учебное пособие М. : Интернет-Университет Информационных Технологий, 2016 biblioclub.ru
Л1.2 М.Н. Сапронов Сравнительная оценка микропроцессоров с CISC и RISC архитектурой: М. : Лаборатория книги, 2012 biblioclub.ru
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 В.П. Маркова, С.Е. Киреев, М.Б. Остапкевич, В.А. Перепелкин Эффективное программирование современных микропроцессоров: учебное пособие Министерство образования и науки Российской Федерации, Новосибирский государственный технический университет. - Новосибирск : НГТУ, 2014 biblioclub.ru
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 1. www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
Э2 2. www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
Э3 3. www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
Э4 4. www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
Э5 5. www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
Э6 6. www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Э7 7. www.intuit.ru/ Образовательный сайт
Э8 8. www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э9 9. www.ihtika.lib.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э10 10. news.rea.ru/portal/Departments.nsf/(Index)/Lib Библиотека Российской экономической академии им. Плеханова.
Э11 11. www.e.lanbook.com Электронная библиотечная система издательства "Лань"
6.3. Перечень программного обеспечения
ProView, ProAtMic, MS Office или OpenOffice, Internet Explorer или Opera или т.п.

Microsoft Windows
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
308К лаборатория компьютерных технологий - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная; компьютеры Aquarius STd MS_SC140, монитор BENQ 17'' (5шт.), компьютеры Парус 945 MSI, монитор LG 17'' (5 шт.) Fast Ethernet Swich Allied Telesyn 1; методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсам "Алгоритмы и языки программирования", "Численные методы и математическое моделирование", "Вычислительная физика", "Компьютерная радиофизика".
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см. ФОС в приложении