Учебная программа для высших учебных заведений по специальности ІАвтоматическое управление в технических системах (стр. 4 )

Физические формы представления информации в ВМ и системаx. Комбинационные сxемы и конечные автоматы. Элементы теории переключательныx функций, булева алгебра. Способы реализации переключательныx (логическиx) функций. Элементарные автоматы.

Методы структурного синтеза комбинационныx схем и конечныx автоматов.

Тема 2. Основы сxемотеxники операционныx автоматов ЭВМ

Системы логических элементов. Системы элементов на дискретныx и интегральныx компонентаx. Большие интегральные сxемы (БИС). Регистры, назначение, принципы построения. Дешифраторы, назначение, типы дешифраторов и особенности иx работы. Счетчики, способы иx построения, реверсивные счетчики. Мультиплексоры, демультиплексоры. Двоичные и десятичные сумматоры. Схемы сравнения.

Тема 3. Принципы построения и работы основныx блоков ЭВМ. Запоминающие устройства (ЗУ)

Назначение и классификация ЗУ. Оперативные и внешние ЗУ. Основные характеристики ЗУ. Иерархическая структура памяти ВМ и систем.

Оперативные ЗУ (ОЗУ). Типы ОЗУ. Система организации ОЗУ. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Способы повышения надежности работы ЗУ.

Ассоциативные ЗУ (АЗУ). Способы выборки информации в АЗУ. Внешние ЗУ (ВЗУ). ЗУ на магнитной ленте (НМЛ); методы записи информации на магнитную поверхность. ЗУ на магнитном барабане (НМБ) и на магнитных дисках (НМД).

Тема 5. Процессоры вычислительных систем

Назначение и состав процессора, основные этапы выполнения программ в процессоре, адреса и структура команд. Задачи управления. Виды устройств управления (УУ). Управляющие автоматы с «жесткой логикой». Микропрограммное управление. Индексация, индексные регистры. Арифметические устройства (АУ). Классификация АУ. Последовательные АУ. Параллельные АУ. Параллельные АУ комбинационного и накапливающего типа. Анализ быстродействия АУ. Методы выполнения умножения. Способы повышения быстродействия АУ при выполнении умножения. Выполнение операции деления. Методы ускорения деления. Выполнение арифметических операций над десятичными числами.

Тема 6. Устройства ввода и вывода (УВВ)

Принципы построения и классификация УВВ ЭВМ. Перфолентные, перфокартные и оптические устройства ввода. Использование магнитных носителей информации в устройствах ввода. Читающие устройства. Устройства вывода: назначение и принципы построения. Использование электронных пультов для коррекции информации.

Каналы ввода-вывода. Понятие об унифицированных каналах ввода и вывода. Мультиплексные и селекторные каналы.

Тема 7. Интерфейсы вычислительных систем

Основные понятия и определения, типы интерфейсов. Методы передачи информации между устройствами ВС, организация системы шин интерфейсов. Внутрисистемные интерфейсы. Интерфейсы ввода-вывода информации.

Тема 8. Микропроцессорные системы

Микропроцессоры, принципы построения и особенности организации, типы микропроцессоров. Микропроцессорные наборы. Организация микроЭВМ; основные характеристики и области применения микроЭВМ.

Тема 9. Программное обеспечение

Назначение и виды программного обеспечения, классификация. Общее и специальное программное обеспечение. Языки программирования. Состав и структура системы подготовки программ. Прохождение программы через вычислительную систему.

Операционная система, назначение и состав. Общая схема функционирования. Супервизор задач и супервизор ввода-вывода. Управление заданиями. Обслуживание программы. Пакеты прикладных программ.

Тема 10. Автоматический контроль и диагностика неисправностей

Основные характеристики надежности ЭВМ. Способы обеспечения надежности работы ЦВМ. Автоматический контроль ВМ и ВС; виды систем контроля. Контроль арифметических и логических операций, контроль передачи информации внутри ЦВМ. Системы диагностики неисправностей, назначение и классификация; эффективность систем контроля и диагностики.

Тема 11. Краткая характеристика современных ВМ

и тенденция их развития

Назначение и принципы построения вычислительных сетей. Обобщенная структура и основные характеристики ВС. Классификация ВС. ВС с конвейерной обработкой информации. Принципы построения и организация управления конвейерных ВС. Конвейер команд. Матричные ВС. Назначение, обобщенная структура процессорной матрицы и ее функционирование, принципы построения коммутаторов процессорной матрицы, примеры матричных ВС. Матричные и систолические процессоры.

1. Изучение структуры микропроцессора и учебного микропроцессорного комплекта (УМК) на его основе.

2. Изучение структуры и основ программирования адаптера ввода-вывода.

3. Системы команд и основы программирования задач для микропроцессора.

4. Разработка программ реализации алгоритмов умножения и деления в системе команд микропроцессора (УМК).

5. Изучение средств обмена данными между двумя УМК.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. , Нестеров вычислительные машины. – М.: Высш. шк., 1981.

2. , Пузанков и микропроцессорные системы. –М.: Радио и связь, 1981.

3. Каган вычислительные машины и системы. –М.: Энергия, 1991.

4. Микропроцессоры: В 3 кн. /Под ред. . – Мн.: Выш. шк., 1987.

5. Савельев и логические основы цифровых автоматов. –М.: Высш. шк., 1980.

6. , Сташин проектирования микропроцессорных устройств автоматики. –М.: Энергоатомиздат, 1987.

7. Папернов основы цифровой вычислительной техники. –М.: Энергия, 1972.

8. , Новиков организации цифровых машин. –Л.: Машиностроение, 1974.

9. , , Бекетов вычислительные устройства. – Мн.: Выш. шк., 1981.

10. , , Новиков комплексы, системы и сети: учебник. –Л.: Энергоатомиздат, 1987.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. , Шагурин . –М.: Радио и связь, 1982.

2. Мик Дж., Брик Дж. Проектирование микропроцессорных устройств с разрядно-модульной организацией. Кн.1,2. –М.: Мир, 1984.

3. Искусство схемотехники. Т.1,2. – М.: Мир, 1983.

4. Полупроводниковая схемотехника. – М.: Мир, 1982.

5. , , Иванников радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах. Программирование, типовые решения, методы отладки. – М.: Радио и связь, 1984.

6. Коффрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем: Практ. курс: Пер. с англ. –М.: Мир, 1983.

7. Введение в микропроцессорную технику: Пер. с англ. –М.: Мир, 1984.

8. , , Попов и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник /Под общ. ред. . – Л.: Машиностроение, 1987.

9. , , Приблуда в микроЭВМ. – Л.: Машиностроение, 1988.

10. Уокерли Дж. Архитектура и программирование микроЭВМ: В 2 кн.: Пер. с англ. –М.: Мир, 1984.

11. Вычислительные сети и сетевые протоколы: Пер. с англ. –М.: Мир, 1982.

12. Шпаковский параллельных ЭВМ: Учеб. пособие для вузов. – Мн.: Изд-во «Университетское», 1989.

13. Фрид Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990.

Утверждена

УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-53-007/тип.

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям

ІАвтоматическое управление в технических системах,

ІИнформационные технологии и управление в технических системах

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составители:

, профессор кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, доктор технических наук;

, старший преподаватель кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»;

, ассистент кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

, профессор Негосударственного высшего учебного учреждения «Институт управления и предпринимательства», доктор технических наук;

Кафедра автоматизации технологических процессов и электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 02.09.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлению І-53 Автоматизация УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработан на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.115-98.

Пояснительная записка

Типовая программа «Микропроцессорные системы управления» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.115-98 по специальностям ІАвтоматическое управление в технических системах, ІИнформационные технологии и управление в технических системах. Она предусматривает изучение основ микропроцессорной техники и принципов ее использования в системах управления. Целью дисциплины является знакомство с современными микропроцессорами и микроконтроллерами, а также изучение принципов проектирования систем управления на их основе.

Предметом курса является техническое и программное обеспечение цифровых систем управления. В нем изучаются современная элементная база, некоторые приемы программирования, приводятся примеры решения конкретных технических задач. Поэтому курс занимает важное место в подготовке инженера, специализирующегося в области автоматического управления.

В результате освоения курса «Микропроцессорные системы управления» студент должен:

знать:

- структуру, функциональное назначение, принципы построения и логику работы микропроцессоров и микроконтроллеров;

- характеристики отечественных и зарубежных микропроцессорных комплектов;

- принципы программирования микропроцессорных систем;

уметь характеризовать:

- структурные и принципиальные схемы микропроцессорных устройств;

- алгоритмы цифрового контроля и управления;

уметь анализировать:

- архитектуру микропроцессорных систем управления;

- элементную базу на уровне микропроцессорных комплектов;

- программы, реализующие типовые законы контроля и управления;

приобрести навыки:

- чтения структурных и принципиальных схем микропроцессорных устройств;

- организации ввода-вывода информации в различных режимах;

- программирования микропроцессорных устройств.

Программа рассчитана на объем 115 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 50 часов, лабораторных работ – 65 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Введение

Тема 1.1. Вводная лекция

Предмет курса, его задачи, связь с другими дисциплинами. Краткий исторический обзор развития микропроцессорной техники. Основные понятия и определения.

Раздел 2. Архитектура микропроцессора

Тема 2.1. Обработка информации в микропроцессоре

Арифметико-логическое устройство. Рабочие регистры. Память. Стек. Организация шин.

Тема 2.2. Управление обработкой информации

Назначение устройства управления. Схемное и микропрограммное управление. Фазы выборки и выполнения команды. Реализация команд безусловного и условного переходов.

Тема 2.3. Архитектурные особенности основных типов микропроцессоров

Обобщенная схема микропроцессора. Однокристальные и многокристальные микропроцессоры. Секционные микропроцессоры.

Тема 2.4. Архитектура 8-разрядного микропроцессора

Основные структурные элементы. Назначение внешних выводов. Регистры. Слово состояния. Циклы и такты выполнения команд.

Раздел 3. Система команд микропроцессора

и реализация типовых функций контроля

и управления

Тема 3.1. Введение в программирование для микропроцессоров

Классификация команд. Структура и форматы команд. Команды пересылок. Команды ввода-вывода.

Тема 3.2. Алгоритмы арифметической и логической обработки данных

Способы представления чисел. Команды сложения и вычитания. Обработка двоично-десятичных чисел и двоичных чисел большой длины. Команды логических операций, сравнения и сдвига. Формирование флагов при арифметической и логической обработке.

Тема 3.3. Программная реализация алгоритмов контроля

и регулирования

Алгоритмы контроля и двухпозиционного регулирования. Алгоритмы П, ПИ - и ПИД-типа. Цифровые фильтры.

Тема 3.4. Программная реализация алгоритмов программного управления

Реализация функций счета и временной задержки. Программная генерация импульсов. Формирование функций времени.

Тема 3.5. Программная реализация алгоритмов контурного управления

Способы интерполяции, применяемые при контурном управлении. Понятие об оценочной функции. Примеры программ линейной и круговой интерполяции.

Раздел 4. Интерфейс микропроцессора

Тема 4.1. Сопряжение с ОЗУ и ПЗУ

Состав внешних выводов БИС ОЗУ и ПЗУ. Многомодульная организация памяти. Адресация и синхронизация памяти.

Тема 4.2. Способы ввода-вывода

Обмен с программным опросом готовности. Обмен по прерыванию. Прямой доступ к памяти.

Тема 4.3. Программируемые интерфейсы

Программируемый параллельный интерфейс. Программируемый последовательный интерфейс.

Раздел 5. Организация микроЭВМ

Тема 5.1. Состав типового микропроцессорного комплекта

Генератор тактовых импульсов. Системный контроллер и шинный формирователь. Буферные регистры. Шинные формирователи.

Тема 5.2. Организация управляющей микроЭВМ на 8-разрядном микропроцессоре

Основные модули микроЭВМ. Модуль процессора. Модули памяти. Дешифрация адреса. Порты ввода-вывода.

Тема 5.3. Структура программного обеспечения управляющей микроЭВМ

Программа-монитор. Драйверы устройств ввода-вывода. Средства подготовки управляющих программ. Ассемблеры и компиляторы. Загрузчики. Отладчики.

Раздел 6. Структурная организация и система команд микроконтроллера MCS-48

Тема 6.1. Структурная схема MCS-48

Внешние выводы микроконтроллера. Структурная схема. Арифметико-логическое устройство. Слово состояния. Память программ. Память данных.

Тема 6.2. Организация ввода-вывода

Порты ввода-вывода P1 и P2. Порт ввода-вывода BUS. Таймер-счетчик. Режим прерывания.

Тема 6.3. Система команд MCS-48

Команды пересылки. Команды арифметических и логических операций. Команды передачи управления.

Раздел 7. Структурная организация и система команд микроконтроллера MCS-51

Тема 7.1. Структурная схема MCS-51

Внешние выводы микроконтроллера. Структурная схема. Арифметико-логическое устройство. Слово состояния. Резидентная память. Регистры-указатели. Регистры специальных функций. Доступ к внешней памяти.

Тема 7.2. Организация ввода-вывода

Схемотехника портов ввода-вывода. Особенности работы портов. Временные диаграммы операций ввода-вывода. Таймер-счетчик. Система прерываний.

Тема 7.3. Последовательный интерфейс

Режимы работы. Программно-доступные регистры. Формат регистра управления-статуса. Скорость приема-передачи. Особенности работы в различных режимах.

Тема 7.4. Система команд MCS-51

Типы операндов. Методы адресации. Флаги результата. Команды пересылки. Команды арифметических и логических операций. Команды передачи управления.

Раздел 8. Обработка данных в микроконтроллерах
MCS-48 и MCS-51

Тема 8.1. Примеры программ обработки данных в MCS-48

Примеры использования команд пересылки, арифметических и логических операций, команд передачи управления. Формирование временной задержки. Измерение временных интервалов.

Тема 8.2. Примеры программ обработки данных в MCS-51

Примеры использования команд пересылки, арифметических и логических операций, команд передачи управления.

Раздел 9. Построение систем управления

на микроконтроллерах MCS-48 и MCS-51

Промышленные системы управления на базе микроконтроллеров КМ1816ВЕ48 и КМ1816ВЕ51. Перспективные микропроцессорные комплекты для систем управления.

Примерный перечень лабораторных работ

1. Архитектура 8-разрядных микропроцессоров.

2. Архитектура микроконтроллеров семейства MCS-48.

3. Архитектура микроконтроллеров семейства MCS-51.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. , Пузанков и микропроцессорные системы. – М.: Радио и связь, 1982.

2. Бродин В. Б., Шагурин : архитектура, программирование, интерфейс. – М.: Эком, 1999.

3. , , Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1992.

4. , Изранцев автоматического управления с микроЭВМ. – М.: Наука, 1987.

5. Микропроцессорные системы и микроЭВМ в измерительной технике: Учеб. пособие для вузов /, , и др.; Под ред . – М.: Энергоатомиздат, 1992.

Дополнительная

1. Корнеев В. В., Киселев  микропроцессоры. – М.: Нолидж, 2000.

2. Микропроцессорное управление технологическим оборудованием микроэлектроники: Учеб. пособие /, , и др.; Под ред. . – М.: Радио и связь, 1988.

3. , , Гуляев устройств сопряжения. – М.: Эком, 1997.

4. Однокристальные микроЭВМ: Справочник /, -вецкий, и др. – М.: Бином, 1994.

5. Современные микроконтроллеры: архитектура, средства проектирования, примеры применения, ресурсы сети Интернет /Под ред. ; Составление, пер. с англ. и лит. обработка . – М.: Аким, 1998.

6. Однокристальные микроЭВМ: семейство МК48, МК51, UPI42 / и др. – М., 1994.

7. , , Валерьянов электронной техники: микропроцессоры и однокристальные микроЭВМ: Справочник / Под ред. , . – М.: Радио и связь, 1994.

Утверждена

УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-53-012/тип.

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям

ІАвтоматическое управление в технических системах,

ІИнформационные технологии и управление в технических системах

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составители:

, профессор кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, доктор технических наук;

О. А Чумаков, ассистент кафедры автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

, профессор Негосударственного высшего учебного учреждения «Институт управления и предпринимательства», доктор технических наук;

Кафедра автоматизации технологических процессов и электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 02.09.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлению І-53 Автоматизация УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)