1_План конспект_2015. Конспект лекций по каждой теме лекция 1 Микропроцессорные системы определение, структура, типы

МПСУ. План конспект Лекций – Часть1 , 2015
1
ПЛАН КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КАЖДОЙ ТЕМЕ
Лекция №1 «Микропроцессорные системы – определение, структура, типы»
Определения: микропроцессор, микропроцессорная система, интерфейс.
Системы с жесткой логикой: понятие, структура, недостатки и преимущества.
Системы с гибкой логикой: понятие, структура, недостатки и преимущества.
Микропроцессор как основной элемент системы с гибкой логикой.
Определение программы. Понятие о системе команд. Состав простейшего микропроцессора.
Организация связей в микропроцессорных системах: обычная, шинная.
Организация выходных каскадов в цифровых схемах: стандартный выход с двумя состояниями, выход с открытым коллектором, выход с третьим состоянием.
Структура микропроцессорной системы с шинной организацией: основные элементы, схема соединений, предназначения основных шин в системе (шина адреса, шина данных, шина управления, шина питания).
Общий принцип работы микропроцессорной системы и информационные потоки, их предназначения (проходящие через устройства ввода-вывода, память, микропроцессор).
Режимы работы микропроцессорной системы: командный, по прерываниям, режим прямого доступа к памяти (организация, принцип работы основных элементов).
Понятие архитектуры. Архитектура современных микропроцессорных систем. Системы с общей памятью: структура с единой системой шин, структура с выделением шин ввода-вывода и дополнительная шина расширения. Архитектура систем с разделяемой памятью. Сравнительные характеристики обеих архитектур.
Лекция №2 «Организация обмена информацией в микропроцессорных системах»
Понятие циклов обмена. Элементарные циклы обмена. Некоторые особенности шин микропроцессорных систем: двухнаправленность разрядность, мультиплексированные шины, особенности передачи информации, понятие асинхронного и синхронного обмена.
Циклы обмена информацией: цикл программного обмена:
Циклы чтения/записи на примере мультиплексированной асинхронной шины Q-bus. Временные диаграммы, фаза адреса, фаза данных при циклах чтения записи. Основные сигналы на шине при различных фазах.
Модифицированные циклы чтения/записи на шине Q-bus (чтениемодификация-запись).

МПСУ. План конспект Лекций – Часть1 , 2015
2
Циклы чтения/записи на примере синхронной немультиплексированной магистрали ISA. Временные диаграммы, фаза адреса, фаза данных при циклах чтения записи. Основные сигналы на шине при различных фазах. Особенности реализации синхронного и асинхронного режима.
1. Циклы обмена информацией: цикл обмена по прерываниям:
Принципы работы в данном режиме. Прерывания в системе: векторные, радиальные – основные понятия.
Организация шин при векторных прерываниях: схема, временная диаграмма, принцип работы, основные сигналы.
Организация шин при радиальных прерываниях: схема, временная диаграмма, принцип работы, основные сигналы.
Особенности векторных и радиальных прерываний. Сравнительная характеристика.
2. Циклы обмена информацией: цикл обмена в режиме прямого доступа к памяти:
Особенности организации режима прямого доступа к памяти.
Прямой доступ к памяти в магистрали Q-bus. Основные сигналы, принцип работы.
Прямой доступ к памяти в магистрали в магистрали ISA. Структура связей, основные сигналы, принцип работы, временны диаграммы.
3. Особенности организации обмена по шинам в микропроцессорной системе. Факторы, влияющие на прохождение сигналов по шинам. Основные подходы, применяемые для улучшения организации обмена по шинам, оконечные согласователи.
Лекция №3 «Шины: арбитраж и повышение эффективности работы»
Определение понятия арбитраж шин, его предназначение.
1. Распределение приоритетов:
Организация статического и динамического приоритетов, применение данных схем.
Распределение по схеме с динамическим приоритетом: простая циклическая смена приоритетов, циклическая смена приоритетов с учетом последнего запроса, смена приоритетов по случайному закону, схема равных приоритетов, алгоритм наиболее давнего использования – особенности организации и предназначение.
2. Схемы арбитража: централизованный и децентрализованный опрос – предназначение и особенности организации.
Централизованный арбитраж, параллельная и последовательная схема, предназначение шин и особенности работы, основные схемы.
Децентрализованный арбитраж, способа организации, применение, схема подсоединения устройств при данном виде арбитража.
3. Общие замечания по схемам организации арбитража.

МПСУ. План конспект Лекций – Часть1 , 2015
3
Преимущества схем децентрализованного арбитража, надежность данных схем. Комбинированные схемы арбитража. Ограничение времени контроля над шиной.
Опросные схемы арбитража, централизованный и децентрализованный опрос. Схемы основных опросных методов арбитража, принцип организации и работы.
Методы повышения эффективности шин:
Пакетный режим пересылки информации, его особенности и временная диаграмма работы, преимущества и недостатки, примеры использования.
Конвейеризация транзакций, ее особенности, временная диаграмма.
Протокол с расщеплением транзакций, особенности, принцип работы, временная диаграмма.
Увеличение полосы пропускания шин: отказ от мультиплексирования шин адреса и данных увеличение ширины шины данных, повышение тактовой частоты шины, использование блочных транзакций
(предназначение и принцип работы).
Ускорение транзакций: арбитраж с перекрытием, арбитражу с удержанием шины, расщепление транзакций (предназначение и принцип работы).
Повышение эффективности шин с множеством ведущих: способы достижения, особенности организации.
Надежность и отказоустойчивость, стандартизация шин.
Лекция
№4
«Основные элементы микропроцессорной системы.
Микропроцессор. Память и устройства ввода-вывода»
1. Микропроцессор – основной принцип работы:
Предназначение микропроцессора, основные сигналы использующиеся в микросхеме, шины микропроцессора, его структура и принцип работы.
Важнейшие характеристики микропроцессора.
Особенности работы микропроцессора, кварцевый резонатор и тактовая частота и ее влияние на производительность, понятие перегрева процессора и особенности обмена информацией.
Организация начального пуска и сброса микропроцессора, сигнал сброса, его предназначение и использование.
Организация питания микропроцессора.
Использование буферных регистров в микропроцессоре.
Программа начального пуска.
Функции микропроцессора.
2. Функциональная структура микропроцессора:
Схема управления выборкой команд: состав, принцип работы.
Организация конвейера, использование кэш памяти.
Арифметическо-логическое устройство: состав принцип работы, предназначение. Сопроцессоры.
Регистры процессора: предназначение, принцип организации и использования. Аккумуляторная структура микропроцессора, структура с

МПСУ. План конспект Лекций – Часть1 , 2015
4 равноправными регистрами. Служебные функции микропроцессора.
Особенности выполнения команд и предназначение счетчика команд.
Особенности использования и предназначения регистра признаков.
Схемы управления прерыванием и прямым доступом к памяти предназначение принцип работы. Логика работы.
1. Память в микропроцессорной системе:
Предназначение памяти, ее виды, разрядность, особенности организации, пространство памяти.
Схема подключения памяти, основные элементы схемы подключения, их предназначение.
Особенности организации оперативной и постоянной памяти.
Области памяти: память начального пуска, память стека, основные команды для работы со стеком, таблица векторов прерываний (аппаратное и программное прерывание), память устройств подключенных к системной шине.
Особенности организации адресного пространства с точки зрения подключения внешних устройств, разделение адресного пространства.
2. Устройства ввода/вывода:
Особенности работы устройств ввода/ввода. Обмен информацией через устройства ввода/ввода и памятью, микропроцессором, дополнительные устройства для организации обмена через устройства ввода/ввода.
Функциональная схема подключения устройств ввода/ввода в микропроцессорной системе. Предназначение основных блоков.
Порты ввода/ввода, последовательная и параллельная организация.
Принцип работы устройств ввода/ввода.
Группы устройств ввода/ввода: устройства интерфейса пользователя, устройства ввода/вывода для длительного хранения информации, таймерные устройства. Предназначение, принцип работы данных устройств.
Лекция №5 «Микроконтроллеры. Основы организации: структура, система команд, схема синхронизации, память»
Понятие микроконтроллеров, основные элементы.
1. Структура микроконтроллеров:
Классы микроконтроллеров (8, 16, 32 –х разрядные, сигнальные процессоры DSP), производители современных микроконтроллеров.
Особенности микроконтроллеров (модульная организация, закрытая архитектура, типовые и расширенные функциональные периферийные модули).
Типовая структура микроконтроллера. Процессорное ядро и изменяемый функциональный блок. Предназначение основных элементов.
2. Процессорное ядро, его характеристики. Процессоры с CISCархитектурой, RISC-архитектурой – особенности, отличия, сравнение.
Особенности организации памяти в микроконтроллерах: структуры с фоннеймановская (принстонская) и гарвардской архитектурой – особенности, отличия, сравнение.

МПСУ. План конспект Лекций – Часть1 , 2015
5 3. Система команд микроконтроллеров, ее особенности.
4. Схема синхронизации и организации памяти микроконтроллеров.
Особенности данных схем. Память программ, типы модулей памяти и их особенности. Память данных. Особенности хранения данных и программ.
Регистровая и стековая память – предназначение и особенности. Внешняя память.
Лекция №6 «Внутренние и внешние связи в микроконтроллерах I»
Порты ввода/вывода:
Параллельные и последовательные порты, типы портов, их предназначение, алгоритмы работы. Типичная схема двунаправленного порта ввода/вывода микроконтроллера.
Лекция №7 «Внутренние и внешние связи в микроконтроллерах II»
1. Таймеры и процессоры событий:
Предназначение, структура типичного 16-разрядного таймера/счетчика, основные недостатки данной схемы, пути усовершенствования данной схемы и современные направления.
Принцип действия канала входного захвата таймера/счетчика, его схема, типы сигналов, функциональная схема.
Структура аппаратных средств канала выходного сравнения – основные сигналы, схема, принцип работы, аппаратные и программные усовершенствования.
Модули процессоров событий – предназначение, принцип работы, основные сигналы, реализация режима широтно-импульсной модуляции.
2. Модуль прерываний: принцип работы, источники прерываний, схема приоритетов.
Лекция №8 «Аппаратные средства микроконтроллеров I»
1. Особенности режимов энергопотребления, минимизация данного режима: активный режим, режим ожидания, режим останова – особенности, предназначение.
2. Тактовые генераторы микроконтроллеров:
Определения тактовой частоты генератора: с помощью кварцевого резонатора, керамического резонатора и внешней RC-цепи. Схемы подключения тактовых генераторов, используемые входы. Сравнительная характеристика каждого способа подключения.
3.
Аппаратные средства обеспечения надежной работы микроконтроллера:
Схема формирования сигнала сброса: предназначение, основные сигналы, принцип работы, типовые схемы формирования сигнала внешнего сброса.
Блок детектирования пониженного напряжения питания: предназначение, особенности применения, принцип работы.

МПСУ. План конспект Лекций – Часть1 , 2015
6
Лекция №9 «Аппаратные средства микроконтроллеров II»
1. Сторожевой таймер: принцип действия, основные используемые сигналы, предназначение, особенности работы.
2. Дополнительные модули, используемые в микроконтроллерах:
Модули последовательного и параллельного вода/вывода: задачи решаемые данными модулями, их типы, основы функционирования, протоколы интерфейса, современное состояние проблемы передачи информации через порты ввода/вывода.
Модули аналогового ввода/вывода: основные схемы, принцип работы, схема типового модуля АЦП, основы работы ЦАП и средства реализации данной функции в современных микроконтроллерах.