Układy mikroprocesorowe – tematyka wykładu 2004/05
  1. Układy wspomagające. Łączenie bramek OC. Rejestry, bufory. Liczniki synchroniczne i asynchroniczne. Układy czasowe.
  2. Pamięci. Pamięci stałe ROM, PROM, EPROM, EEPROM. Pamięci o swobodnym dostępie SRAM, DRAM, PRAM. Przebiegi czasowe pamięci dynamicznych. Tworzenie bloków pamięci.
  3. 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.
  4. Mikroprocesor Z-80. Rejestry, znaczniki. Wyprowadzenia. Podstawowe cykle maszynowe. Tryby przerwań. Buforowanie wyprowadzeń.
  5. Mikrokomputer jednoukładowy 8051. Wyprowadzenia, podstawowe cykle maszynowe. Wewnętrzna pamięć RAM. Rejestry specjalne. Jednostka arytmetyczno-logiczna, znaczniki. Porty wejścia-wyjścia. Buforowanie wyprowadzeń. Układ czasowo-licznikowy.
  6. Mikrokomputer jednoukładowy 8051. Port transmisji szeregowej. Komunikacja wieloprocesorowa. Układ przerwań. Zerowanie, tryby obniżonego poboru mocy. Rozbudowa jednostki centralnej: dołączenie zewnętrznej pamięci programu i danych, układów wspomagających, zwiększenie liczby przerwań.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Sterowniki przerwań 8214, 8259 i 8259A – struktura, tryby pracy, rejestry. Przykłady łączenia łańcuchowego i kaskadowego.
  10. Sterowniki DMA 8257 i 8237 – struktura, tryby pracy, rejestry.
  11. Linie przesyłowe. Pojęcia podstawowe. Rodzaje linii przesyłowych. Dopasowanie linii. Odbicia i przesłuchy. Standardy RS-232, RS-423, RS-422, RS-485. Diagramy Bergerona.
  12. Montaż układów cyfrowych. Zasady wykonywania płytek drukowanych, parametry połączeń. Testowanie układów (metodą porównania z układem wzorcowym, wzorcem zapisanym w programie, poprzez zliczanie zmian stanów na wyjściach). Analizator sygnatur.
  13. 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.
  14. Współczesne mikrosterowniki. Założenia, zalety i wady architektury typu Harvard. Mikrosterowniki rodziny PIC - organizacja pamięci programu i danych, tryby adresowanie, układ przerwań. Mikrosterowniki rodziny AVR - organizacja pamięci programu i danych, tryby adresowania, układ przerwań.
  15. Reprogramowalne układy cyfrowe. Klasyfikacja. Układy PLA, PAL, GAL - struktury i właściwości. Układy FPGA. Przykłady realizacji prostych funkcji logicznych w układach reprogramowalnych. Języki opisu struktury układów reprogramowalnych.
  16. Programowanie mikroprocesora 8051. Lista rozkazów, grupy rozkazów, przykładowe techniki programowania.
  17. 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.
  18. Koprocesor zmiennoprzecinkowy 8087. Zasada współpracy z 8086. Typy danych. Rejestry wewnętrzne.
  19. Mikrokomputery IBM PC/XT i PC/AT. Struktura. Magistrala ISA 8- i 16-bitowa. Zastosowanie układów wspomagających.
  20. 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.
  21. Mikroprocesor 80486. Sygnały. Rejestry, znaczniki. Adres logiczny i fizyczny. Segmentacja – deskryptory segmentów, rejestry deskryptorów. Stronicowanie – struktura katalogów stron, elementy katalogu, bufory TLB.
  22. 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.
  23. 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.
  24. Magistrala PCI – pamięć konfiguracyjna. Sposoby dostępu do pamięci konfiguracyjnej w IBM PC. Klasyfikacja urządzeń. Magistrala AGP – struktura komputera, sygnały, tryby pracy.
  25. 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.
  26. Mikroprocesor Pentium. Struktura. Potokowość, parowanie instrukcji. Pamięć podręczna. Potokowa jednostka FPU. Rozkazy i typy danych MMX.
  27. 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.
  28. 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.
  29. 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.
  30. 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. Zaawansowane architektury 64-bitowe: VLIV, EPIC. Architektura mikroprocesorów 64-bitowych Intel Itanium - ogólne założenia.

Tematyka ćwiczeń
  1. Wejścia i wyjścia układów cyfrowych TTL i CMOS. Zasady łączenia układów cyfrowych różnych serii. Dołączanie diody świecącej LED do wyjścia układu cyfrowego.
  2. Układy wyświetlania informacji. Wyświetlacz diodowy (LED) 7-segmentowy ze wspólną katodą i wspólną anodą. Sterowniki wyświetlaczy LED.
  3. Układy czasowe 121, 122, 123 oraz 555 - zastosowanie do wytwarzania pojedynczych impulsów oraz do wytwarzania przebiegu prostokątnego o zadanej częstotliwości i stopniu wypełnienia.
  4. Liczniki. Kryteria podziału liczników. Scalone liczniki asynchroniczne - podstawowe właściwości. Konstrukcja liczników asynchronicznych o skróconym cyklu. Łączenie kaskadowe liczników. Liczniki synchroniczne - podstawowe właściwości. Konstrukcja liczników synchronicznych o skróconym cyklu. Zaawansowane układy licznikowe.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Układy równoległego wejścia-wyjścia. Konstrukcja układu we-wy z układów małej skali integracji TTL. Programowalne układy równoległego we-wy 8251, Z80 PIO - podstawowe właściwości, tryby pracy. Wykorzystanie programowalnych układów we-wy do dołączenia klawiatury i wyświetlacza.
  9. Programowalne liczniki Z80 CTC, 8253 - podstawowe właściwości, tryby pracy. Zastosowanie programowalnch liczników do realizacji układów pomiaru częstotliwości, długości impulsu, okresu itp.
  10. 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.

Literatura uzupełniająca

Literatura do ćwiczeń

Materiały dodatkowe

 Back