Mikroinformatyka/Systemy mikroprocesorowe i wbudowane – tematyka wykładu
  1. Mikrokomputer i mikroprocesor. Jednostka arytmetyczno-logiczna. Akumulator, znaczniki. Cykl maszynowy i rozkazowy. Tryby adresowania. Wymiana danych między mikroprocesorem a otoczeniem: odpytywanie, przerwania, DMA. Adresowanie urządzeń rozdzielone i jednolite. Transmisja szeregowa (synchroniczna i asynchroniczna) i równoległa.
  2. Mikroprocesor Z-80. Struktura wewnętrzna, rejestry, znaczniki. Wyprowadzenia. Podstawowe cykle maszynowe. Tryby obsługi przerwań. Buforowanie wyprowadzeń. Format rozkazu.
  3. Mikrokomputer jednoukładowy 8051. Wyprowadzenia, podstawowe cykle maszynowe. Wewnętrzna pamięć RAM. Rejestry specjalne. Jednostka arytmetyczno-logiczna, znaczniki. Porty wejścia-wyjścia. Struktura portów.
  4. Mikrokomputer jednoukładowy 8051. Układ czasowo-licznikowy. Struktura liczników w poszczególnych trybach pracy. Port transmisji szeregowej. Określanie prędkości transmisji. Komunikacja wieloprocesorowa.
  5. Mikrokomputer jednoukładowy 8051. Układ przerwań. Zerowanie, tryby obniżonego poboru mocy. Rozbudowa jednostki centralnej: dołączenie zewnętrznej pamięci programu i danych, układów wspomagających, zwiększenie liczby przerwań. Rozbudowane wersje mikrokontrolera.
  6. Układy równoległego wejścia-wyjścia. Bufory 8216, 8226, 8286, 8227. Rejestry 8282, 8283. Rejestr uniwersalny 8212. Programowany układ 8255 – struktura, tryby pracy, rejestry. Programowany układ Z-80 PIO – struktura, tryby pracy, rejestry.
  7. Układy transmisji szeregowej i czasowo-licznikowe. Układ transmisji szeregowej 8251 – struktura, tryby pracy, rejestry. Układ czasowo-licznikowy 8253 – struktura, tryby pracy, rejestry. Układ czasowo-licznikowy Z-80 CTC – struktura, tryby pracy, rejestry, praca jako sterownik przerwań.
  8. Sterowniki przerwań 8214, 8259 i 8259A – struktura, tryby pracy, rejestry. Przykłady łączenia łańcuchowego i kaskadowego. Sposoby obsługi przerwań. Współpraca z mikroprocesorem.
  9. Sterowniki DMA 8257 i 8237 – struktura, tryby pracy, rejestry.
  10. Magistrale szeregowe w systemach mikroprocesorowych. Porównanie właściwości magistral równoległych i szeregowych. Magistrala I2C - architektura, zasady transmisji, formaty ramek, możliwości rozbudowy. Magistrala SMBus - porównanie i możliwości współpracy z I2C. Magistrala SPI - architektura, zasady transmisji, tryby pracy. Magistrala Microwice - porównanie i możliwości współpracy z SPI. Magistrala 1-Wire - architektura, zasady transmisji.
  11. Montaż i uruchamianie układów mikroprocesorowych. Uruchamianie części sprzętowej i programowej. Integracja sprzętu i oprogramowania. Analizator stanów logicznych - struktura, zasada działania. Debugger. Symulator - zasada działania. Emulator układowy - struktura, zasada działania, zastosowanie.
  12. Mikrosterowniki rodziny PIC. Główne założenia architektury Harvard. Rodziny mikrosterowników PIC, podstawowe cechy. Struktura mikrosterownika PIC16F8x. Cykl zegarowy, maszynowy, rozkazowy. Jednostka arytmetyczno-logiczna. Adresowanie pamięci programu. Bezpośrednie i pośrednie adresowanie pamięci danych. Pamięć EEPROM.
  13. Mikrosterowniki rodziny PIC. Tryby pracy generatora zegara. Struktura portów we-wy. Liczniki TMR0, TMR1, TMR2: struktura, zasada działania. Układ przerwań. Układ transmisji szeregowej. Układ CCP. Przetwornik A/C. Komparatory analogowe. Lista rozkazów.
  14. Mikrosterowniki rodziny AVR. Rodziny mikrosterowników AVR. Pamięć programu, danych i EEPROM. Mikrosterownik AT90S2313 - podstawowe cechy. Cykl zegarowy, maszynowy i rozkazowy. Struktura wewnętrzna. Układ nadzorujący (watchdog). Układ zerowania. Układ licznikowy (TC0, TC1): struktura, zasada działania. Port szeregowy. Komparator analogowy.
  15. Mikrosterowniki rodziny AVR. Struktura portów we-wy. Układ przerwań. Tryby adresowania danych.
  16. Mikroprocesor 8086. Struktura – bloki EU i BIU. Rejestry, segmentowa organizacja pamięci. Adres logiczny i fizyczny. Wyprowadzenia. Tryby pracy minimalny i maksymalny. Zasady dołączania pamięci. Układ przerwań.
  17. Koprocesor zmiennoprzecinkowy 8087. Zasada współpracy z 8086. Struktura wewnętrzna: BIU + NEU. Typy danych. Rejestry wewnętrzne. Wybrane rozkazy.
  18. Mikrokomputery IBM PC/XT i PC/AT. Struktura. Magistrala ISA 8- i 16-bitowa. Zastosowanie układów wspomagających.
  19. Ewolucja mikroprocesorów od 8086 do 80486. Mikroprocesor 80286 – nowe cechy, adresowanie w trybie wirtualnym, współpraca z koprocesorem 80287. Mikroprocesor 80386 – nowe cechy, współpraca z koprocesorem 80287 lub 80387. Mikroprocesor 80486 – architektura.
  20. Mikroprocesor 80486. Sygnały. Rejestry, znaczniki. Adres logiczny i fizyczny. Segmentacja – deskryptory segmentów, rejestry deskryptorów. Stronicowanie – struktura katalogów stron, elementy katalogu, bufory TLB.
  21. Mikroprocesor 80486. Organizacja pamięci podręcznej. Przesyły seryjne. Bufory zapisu. Mechanizmy ochrony zadań. Segment stanu zadania. Deskryptory segmentów systemowych i furtek. Przerwania i wyjątki. Tablica przerwań w trybie rzeczywistym i wirtualnym.
  22. Mikrokomputer IBM PC – rozwój architektury. Magistrale EISA, MCA, VLB – podstawowe cechy. Magistrala PCI. Struktura komputera wyposażonego w magistralę PCI. Sygnały i cykle magistrali PCI. Przerwania w urządzeniach PCI.
  23. Magistrala PCI – pamięć konfiguracyjna. Sposoby dostępu do pamięci konfiguracyjnej w IBM PC. Klasyfikacja urządzeń. Magistrala AGP – struktura komputera, sygnały, tryby pracy. Magistrale PCI-X, PCI-Express - podstawowe właściwości.
  24. Techniki zwiększania wydajności mikroprocesorów. Potokowe wykonanie rozkazów. Superskalarność. Rozwiązywanie zależności między rozkazami. Przewidywanie skoków. Tablica BTB, metody statyczne i dynamiczne. Optymalizacja kodu. Pamięć podręczna – sposób połączenia z mikroprocesorem, organizacja. Protokół MESI.
  25. Mikroprocesor Pentium. Struktura. Potokowość, parowanie instrukcji. Pamięć podręczna. Potokowa jednostka FPU. Układ APIC, struktury wieloprocesorowe. Rozkazy i typy danych MMX.
  26. Mikroprocesory Pentium Pro, Pentium II, Pentium III. Struktura. Zasada działania jądra RISC. Dekodowanie instrukcji. Bloki Reorder Buffer, Reservation Station, Memory Reorder Buffer. Jednostki wykonawcze. Pamięć podręczna L1 i L2. Rozszerzenia listy rozkazów i typów danych – SSE, 3Dnow. Identyfikacja typu i cech mikroprocesora.
  27. Nowoczesne układy pamięci. Zasada działania synchronicznych pamięci DRAM (SDRAM). Graf stanów pamięci SDRAM. Pamięci DDRAM – zasada działania. Konfigurowanie pamięci SDRAM, DDRAM. Pamięci RAMBUS – zasada działania, struktura modułu.
  28. Nowoczesne mikroprocesory. Struktura wewnętrzna i ogólna zasada działania mikroprocesora AMD Athlon. Przetwarzanie potokowe w procesorze Athlon. Układ dekodera instrukcji. Mikroprocesor Intel Pentium - struktura wewnętrzna, zasada działania pamięci podręcznej L1 dla kodu. Rozszerzenia SSE2. HyperThreading - przesłanki, zasada działania.
  29. Mikroprocesory 64-bitowe. Struktura wewnętrzna i ogólna zasada działania mikroprocesora AMD Athlon-64. Wbudowany sterownik pamięci DDR. Magistrala HyperTransport - ogólne cechy, wykorzystanie w systemie wieloprocesorowym., architektura systemu, sygnały.
  30. Mikroprocesory 64-bitowe. Zaawansowane architektury 64-bitowe: VLIW, EPIC. Architektura mikroprocesorów 64-bitowych Intel Itanium - ogólne założenia. Rodzaje rozkazów i jednostek wykonawczych. Format rozkazu - wiązka, interpretacja pola szablonu. Zapis rozkazu w asemblerze. Predykacja rozgałęzień. Spekulacja sterowaniem (ładowanie spekulatywne). Spekulacja danymi (ładowanie wyprzedzające). Potokowanie programowe. Rejestry, stos rejestrów.

    31.
Tematyka ćwiczeń
  1. Jednostka centralna mikroprocesora Z-80 - buforowanie wyprowadzeń, układ pracy krokowej, generator przebiegu taktującego. Jednostka centralna mikroprocesora 8051 - buforowanie wyprowadzeń, wydzielenie magistrali adresowej, układ pracy krokowej, zwiększenie liczby przerwań zewnętrznych.
  2. Układy pamięci stałych i statycznych RAM. Podstawowe właściwości układów pamięci. Budowa modułu pamięci o zadanej organizacji z dostępnych układów. Dołączanie pamięci do mikroprocesorów Z-80, 8051.
  3. Układy pamięci dynamicznych RAM. Podstawowe właściwości układów pamięci dynamicznej. Zasada sterowania układów pamięci dynamicznej. Dołączanie układów pamięci do mikroprocesorów Z-80, 8051. Układy pamięci dynamicznej ze stronicowaniem.
  4. Układy równoległego wejścia-wyjścia. Konstrukcja układu we-wy z układów małej skali integracji TTL. Programowalne układy równoległego we-wy 8255, Z80 PIO - podstawowe właściwości, tryby pracy. Wykorzystanie programowalnychukładów we-wy do dołączenia klawiatury i wyświetlacza.
  5. Programowalne liczniki Z80 CTC, 8253 - podstawowe właściwości, tryby pracy. Zastosowanie programowalnych liczników do realizacji układów pomiaru częstotliwości, długości impulsu, okresu itp.
  6. Złożone układy wejścia wyjścia. Dołączanie układów licznikowych i równoległego we-wy do mikroprocesora w określonej przestrzeni adresowej, z możliwością generacji przerwań o określonych priorytetach. Układ CTC jako sterownik przerwań priorytetowych dla mikroprocesora Z80.

Prezentacje z wykładów (PDF)
  1. Struktura i elementy systemu mikroprocesorowego
  2. Wymiana danych między procesorem a otoczeniem. Mikroprocesor Z-80
  3. Mikrokomputer jednoukładowy 8051 (część 1 - architektura)
  4. Mikrokomputer jednoukładowy 8051 (część 2 - układy wejścia-wyjścia)
  5. Układy równoległego wejścia-wyjścia
  6. Układy szeregowego wejścia-wyjścia, układy czasowe
  7. Sterowniki przerwań
  8. Sterowniki DMA
  9. Magistrale szeregowe
  10. Uruchamianie systemów mikroprocesorowych
  11. Mikrokomputery jednoukładowe rodziny PIC (część 1 - architektura)
  12. Mikrokomputery jednoukładowe rodziny PIC (część 2 - układy wejścia-wyjścia)
  13. Mikrokomputery jednoukładowe rodziny AVR (część 1 - architektura)
  14. Mikrokomputery jednoukładowe rodziny AVR (część 2 - układy wejścia-wyjścia)
  15. Mikroprocesory i mikrosterowiniki rodziny Motorola 68xx
  16. Podstawy programowania mikrokomputera jednoukładowego 8051
  1. Mikroprocesor 8086
  2. Koprocesor 8087
  3. Mikrokomputer IBM PC
  4. Od 286 do 486
  5. 80486 - pamięć wirtualna
  6. 486 - mechanizmy ochrony zadań
  7. Od ISA do PCI
  8. Architektura PCI
  9. Przyspieszanie pracy mikroprocesorów
  10. Pentium i Pentium MMX
  11. Pentium Pro
  12. AMD Athlon, Pentium 4
  13. 64-bit processing: Athlon 64
  14. 64-bit processing: Intel Itanium
  15. Addressing extensions


Materiały uzupełniające do ćwiczeń (PDF, English)
  1. Introduction
  2. Central unit
  3. ROM and SRAM memories
  4. (test 1)
  5. DRAM 1 (for Z80)
  6. DRAM 2 (for 8051)
  7. (test 2)
  8. Parallel I/O
  9. Programmable timers/counters
  10. (test 3)
  11. Complex I/O systems
  12. (test 4)

Literatura uzupełniająca

Literatura do ćwiczeń

 Back