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

Микропроцессорные системы

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра вычислительной техники и электроники
Направление подготовки09.03.01. Информатика и вычислительная техника
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость2 ЗЕТ
Учебный план09_03_01_ИиВТ-4-2020
Часов по учебному плану 72
в том числе:
аудиторные занятия 28
самостоятельная работа 17
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 7

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (7) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 28 28 28 28
Сам. работа 17 17 17 17
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 72 72 72 72

Программу составил(и):
старший преподаватель, Белозерских В.В.

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

Рабочая программа дисциплины
Микропроцессорные системы

разработана в соответствии с ФГОС:

составлена на основании учебного плана:
09.03.01 Информатика и вычислительная техника
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники

Протокол от 26.06.2019 г. № 69/18-19
Срок действия программы: 2019-2020 уч. г.

Заведующий кафедрой
к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доцент, зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра вычислительной техники и электроники

Протокол от 26.06.2019 г. № 69/18-19
Заведующий кафедрой к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доцент, зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель изучения дисциплины – формирование у будущих специалистов 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.Б.07

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 способностью инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем
ОПК-4 способностью участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов
ПК-3 способностью обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности
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;
О средствах проектирования и моделирования МПС.
3.2.Уметь:
3.2.1.Проектировать микропроцессорные системы для различных применений, обосновывать принятые проектные решения;
Использовать средств разработки и проектирования программного обеспечения микропроцессорных систем на базе различных микропроцессоров и микроконтроллеров.
Использовать средств отладки аппаратного и программного обеспечения;
Моделировать работу микропроцессорной системы.
Анализировать технические решения различных 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;
Моделирования работы микропроцессорной системы

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 Структура сосредоточенных и распределенных МП систем. Магистральные, конвейерные и матричные МП системы. Звездообразные, кольцевые и смешанные распределенные МП системы. Лекции 7 2 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
1.2. Понятие интерфейса. Магистрали адреса, данных и управления. Сам. работа 7 1 ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
Раздел 2. Архитектура МПС. Понятие интерфейса. Шинная концепция
2.1. 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 4 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
2.2. Двухшинная МПС. Отличие архитектур шины данных и шины адреса.Особенности шин управления МПС. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
Раздел 3. Организация подсистемы ввода-вывода
3.1. 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. Периферийный параллельный адаптер, Периферийный связной адаптер. Лекции 7 6 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
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-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
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 4 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
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 2 ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
Раздел 5. Основные задачи проектирования МПС и средства разработки и отладки
5.1. 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 4 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
5.2. Средства разработки и отладки контроллеров AVR и ARM Atmel. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
Раздел 6. Мультимикропроцессорные системы
6.1. Организация магистральной, конвейерной, матричной МПС. Особенности. Структура распределенных МПС. Кольцевая, радиальная, смешанная МПС. Особенности. Архитектуры параллельных вычислительных систем. Архитектура с разделяемой общей памятью. Архитектура с распределенной областью памяти. Систолические системы. Машины, управляемые потоком данных. Лекции 7 4 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
6.2. Современные многопроцессорные архитектуры. Кластерный подход. Проблемы каналов связи. Глобальные вычислительные системы. Облачные и Mesh-технологии. Сам. работа 7 4 ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
Раздел 7. Обзор современного состояния и перспективы развития МПС
7.1. Современное состояние и перспективы развития МПС. Производительность и энергопотребление. Сравнение параллельных и последовательных интерфейсов (скорость обмена, помехозащищенность, дальность, пропускная способность). Современные последовательные скоростные интерфейсы МПС. Лекции 7 4 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
7.2. Современные последовательные интерфейсы МПС. (SPI, SSI, SCI, I2C, 1-проводные и т.д.) Реализация. Сравнение двух стандартов интерфейса I2C. Сам. работа 7 4 ПК-3 Л2.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1
Раздел 8. Аттестация
8.1. Экзамен 7 27 ОПК-1, ОПК-4, ПК-3 Л2.3, Л2.2, 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
Вопросы к коллоквиуму №1
1.Понятие и организация микропроцессорной системы (МПС).
2.Структура сосредоточенных МПС. Магистральные МПС.
3.Структура сосредоточенных МПС. Матричные МПС.
4.Структура сосредоточенных МПС. Конвейерные МПС.
5.Структура распределенных МПС. Функциональная и топологическая децентрализация.
6.Структура распределенных МПС. Радиальные МПС.
7.Структура распределенных МПС. Кольцевые МПС.
8.Структура распределенных МПС. Смешанная структура МПС.
9.Интерфейс микропроцессоров. Магистраль адреса, магистраль данных и магистраль управления.
10.Интерфейс микропроцессоров. Интерфейсные схемы.
11.Интерфейс микропроцессоров. Программно-контролируемый обмен и обмен в режиме прерывания.
12.Интерфейс микропроцессоров. Обмен в режиме прямого доступа к памяти. Метод останова и метод захвата.
Вопросы к коллоквиуму №2 по МПС
1.Аппаратные средства МПС. Концепция шины. Достоинства и недостатки.Пример.
2.Аппаратные средства МПС. Шина с тремя состояниями. Организация. Пример подключения нескольких устройств.
3.Аппаратные средства МПС. Однонаправленная шина. Двунаправленная шина. Организация. Пример.
4.Аппаратные средства МПС. Шина данных. Организация. Пример.
5.Аппаратные средства МПС. Шина адреса.Организация. Пример.
6.Аппаратные средства МПС. Шина управления.Организация. Пример.
7.Аппаратные средства МПС. Трехшинная архитектура. Организация. Достоинства и недостатки. Примеры МПС с трехшинной архитектурой.
8.Аппаратные средства МПС. Двухшинная архитектура. Организация. Достоинства и недостатки. Примеры МПС с двухшинной архитектурой.
9.Аппаратные средства МПС. Мультишинная архитектура. Организация. Достоинства и недостатки. Примеры МПС с мультишинной архитектурой.
10.Аппаратные средства МПС. Системная шина. Понятие. Организация. Пример.
11.Аппаратные средства МПС. Порты ввода. Организация. Пример.
12.Аппаратные средства МПС. Порты вывода. Организация. Пример.
13.Аппаратные средства МПС. Декодирование адреса при наличии нескольких устройств ввода-вывода. Схема. Пример.
14.Аппаратные средства МПС. Декодирование адреса при наличии нескольких ОЗУ и ПЗУ. Схема. Пример.
15.Декодирование адресов. Декодирование с помощью дешифратора.Достоинства и недостатки. Схема. Пример.
16.Декодирование адресов. Декодирование с помощью логического компаратора.Достоинства и недостатки. Схема. Пример.
17.Декодирование адресов. Декодирование методом линейной выборки. Достоинства и недостатки. Схема. Пример.
18.Декодирование адресов. Декодирование с применением комбинационных схем и с выделением памяти для УВВ.Достоинства и недостатки. Схема. Пример.
Вопросы к коллоквиуму №3
1.Запоминающие устройства. Основные сведения. Система параметров.
2.Запоминающие устройства. Классификация.
3.Основные структуры запоминающих устройств.
4.Запоминающие устройства типа ROM(M), PROM.
5.Запоминающие устройства типа EPROM, EEPROM.
6.Статические запоминающие устройства. Внутренняя организация.
7.Динамические запоминающие устройства.Внутренняя организация.Схема формирования сигналов записи и считывания.
8.Динамические запоминающие устройства повышенного быстродействия.
9.Регенерация данных в динамических запоминающих устройствах. Затраты времени на регенерацию динамической памяти в МПС.
10.Ассоциативная память. Способы организации. Область применения.
11.Память с последовательным доступом. Организация. Области применения.
12.Интерфейсные схемы. (периферийный параллельный адаптер, периферийный связной адаптер, интервальный таймер).
13.Последовательные интерфейсы. Двухпроводные - SPI, IIC.
14.Последовательные интерфейсы.Однопроводной- 1-Wire.
15.Тенденции построения современных МПС.
16.Процесс разработки МПС. Этапы разработки МПС. Блок-схема проектирования.

Контрольные вопросы к экзамену
1.Понятие и организация микропроцессорной системы (МПС).
2.Структура сосредоточенных МПС. Магистральные МПС.
3.Структура сосредоточенных МПС. Матричные МПС.
4.Структура сосредоточенных МПС. Конвейерные МПС.
5.Структура распределенных МПС. Функциональная и топологическая децентрализация.
6.Структура распределенных МПС. Радиальные МПС.
7.Структура распределенных МПС. Кольцевые МПС.
8.Структура распределенных МПС. Смешанная структура МПС.
9.Интерфейс микропроцессоров. Магистраль адреса, магистраль данных и магистраль управления.
10.Интерфейс микропроцессоров. Интерфейсные схемы.
11.Интерфейс микропроцессоров. Программно-контролируемый обмен и обмен в режиме прерывания.
12.Интерфейс микропроцессоров. Обмен в режиме прямого доступа к памяти. Метод останова и метод захвата.
13.Аппаратные средства МПС. Концепция шины.
14.Аппаратные средства МПС. Шина с тремя состояниями.
15.Аппаратные средства МПС. Шина данных.
16.Аппаратные средства МПС. Шина адреса.
17.Аппаратные средства МПС. Шина управления.
18.Аппаратные средства МПС. Порты ввода и порты вывода.
19.Аппаратные средства МПС. Декодирование адреса при наличии нескольких устройств ввода-вывода.
20.Аппаратные средства МПС. Декодирование адреса при наличии нескольких ОЗУ и ПЗУ.
21.Декодирование адресов. Декодирование с помощью дешифратора.
22.Декодирование адресов. Декодирование с помощью логического компаратора.
23.Декодирование адресов. Декодирование методом линейной выборки.
24.Декодирование адресов. Декодирование с применением комбинационных схем и с выделением памяти для УВВ.
25.Запоминающие устройства. Основные сведения. Система параметров.
26.Запоминающие устройства. Классификация.
27.Основные структуры запоминающих устройств.
28.Запоминающие устройства типа ROM(M), PROM.
29.Запоминающие устройства типа EPROM, EEPROM.
30.Статические запоминающие устройства. Внутренняя организация.
31.Динамические запоминающие устройства. Внутренняя организация. Схема формирования сигналов записи и считывания.
32.Динамические запоминающие устройства повышенного быстродействия.
33. Регенерация данных в динамических запоминающих устройствах. Затраты времени на регенерацию динамической памяти в МПС.
34. Ассоциативная память. Способы организации. Область применения.
35. Память с последовательным доступом. Организация. Области применения.
36. Интерфейсные схемы. (периферийный параллельный адаптер, периферийный связной адаптер, интервальный таймер).
37. Последовательные интерфейсы. Двухпроводные - SPI, IIC.
38. Последовательные интерфейсы. Однопроводной- 1-Wire.
39. Тенденции построения современных МПС.
40. Процесс разработки МПС. Этапы разработки МПС. Блок-схема проектирования.
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Рефераты:
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
В приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Макуха В.К., Микерин В.А. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ И ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для вузов: М.:Издательство Юрайт, 2018 biblio-online.ru
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Сажнев А.М. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для академического бакалавриата: Гриф УМО ВО М.:Издательство Юрайт, 2018 biblio-online.ru
Л2.2 Смирнов Ю.А., Соколов С.В., Титов Е.В. Основы микроэлектроники и микропроцессорной техники: Учебное пособие ЭБС Лань, 2013 // ЭБС "Лань" e.lanbook.com
Л2.3 Д.Ю. Муромцев, Е.Н. Яшин Микропроцессоры и микроЭВМ: учебное пособие Тамбов : Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013 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"
Э12 Курс в Мудле Микропроцессорные системы portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
 Open Office – Условия использования по ссылке http://www.openoffice.org/license.html
 7-Zip – Условия использования по ссылке http://www.7-zip.org/license.txt
 Acrobat Reader DC – Условия использования по ссылке http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf
 Операционная система Microsoft® Win Starter 7 Russian Academic OPEN License No Level Legalization Get Genuine (версия 7).

Microsoft Windows
6.4. Перечень информационных справочных систем
Не используются

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
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)
209К лаборатория схемотехники и микропроцессорных систем - 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; доски меловые 1шт. компьютеры: марка Aquarius модель Cel-2533 - 2 единицы; внутрисхемный программатор-отладчик PICkit 3 - 5шт.; компьютер Парус 945 - 13шт.; монитор 15"LG Flatron; монитор 17"Samsung 793 MB; набор PICkit 3; паяльная станция -5шт.; плата оценочная DEO-Nano - 8шт.;системный блок Celeron 2400$/ методические указания по выполнению лабораторных работ: Разработка микропроцессорных систем на базе микроконтроллера PIC16F84; Микроконтроллеры семейства MCS; Методы кодирования и сжатия информации
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
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

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

В приложении.