Detail předmětu

Mikroprocesory

FEKT-KMICAk. rok: 2016/2017

Předmět si klade za cíl seznámit posluchače s problematickou mikroprocesorové techniky. Posluchači jsou seznámeni se základními pojmy a postupy v booleovské algebře, výstavbě, popisu, úpravách a implementací logických funkcí a sekvenčních obvodů. Dále je předmět koncipován tak, aby seznámil posluchače s typickými koncepcemi výstavby procesoru, současnými architekturami, instrukčními sadami a mechanismy správy a virtualizace paměti. Na modelu procesoru HCS12 jsou vysvětleny základy činnosti mikroprocesoru, jeho programátorský model a vestavěné periférie, strojového kódu a asembleru.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
Provádět převody mezi číselnými soustavami, vytvářet a provádět operace s druhým doplňkem, vytvářet a pracovat s reálnými čísly dle standardu IEEE754.
Provádět logické operace s booleovskými výrazy. Sestavovat, minimalizovat a realizovat logické funkce a logické kombinační obvody.
Analyzovat a vytvářet logické sekvenční obvody. Popsat sekvenční obvod stavovým diagramem Mealyho nebo Moorova typu.
Pospat základní architektury počítačových systémů, popsat činnost procesoru při zpracování přerušení, procedury nebo systémového volání.
Pospat principy činnosti a uvést základní charakteristiky pamětí používaných v mikroprocesorové technice.
Vytvořit algoritmus pro zadanou úlohu a tento implementovat ve strojovém kódu a assembleru mikroprocesoru.

Prerekvizity

Posluchač by měl mít základní přehled o číslicových obvodech a matematické analýze.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Během semestru se předmět skládá z pravidelných tutoriálů, konzultací a domácích úkolů v souladu s články 7.2a, 7.2c, 7.3 a 7.4 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Kritérium hodnocení kurzu je založeno na bodovém hodnocení v souladu s článkem 13 Studijního a zkušebního řádu VUT. Horní hranice bodů je v jednotlivých kategoriích stanovena takto:
40 bodů za domácí úkoly.
60 bodů za písemnou závěrečnou zkoušku.
Účast na písemné a ústní části je podmíněna udělením zápočtu. Zápočet je udělen za odevzdaný domácí úkol, který má nenulové bodové hodnocení.

Osnovy výuky

1. Číselné soustavy.
2. Booleova algebra a logické funkce.
3. Sekvenční systémy.
4. Architektury procesorů.
5. Strojový kód a asembler
6. Vyšší programovací jazyky.
7. Mikroprocesor HCS12.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit posluchače s problematikou mikroprocesorové techniky.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Kontrolovaná výuka předmětu je určena v souladu článkem 7.5 Studijního a zkušebního řádu VUT a je prováděna vyučujícím kurzu způsobem a v míře odpovídající zvyklostem akademické obce. Nahrazování zameškané výuky je řešeno individuálně dle požadavků posluchače a uvážení garanta předmětu.

Základní literatura

Diviš, Z., Chmelíková, Z., Petříková, I.: Logické obvody pro kombinované a distanční studium. Ostrava: VŠB-TUO, 2003. (CS)
Diviš, Z., Chmelíková, Z., Zdrálek, J.: Logické obvody. 1. vyd. Ostrava: VŠB - TUO, 2005. ISBN 80-248-0829-3. (CS)
Macho, T.: Mikroprocesory, elektronický text VUT v Brně 2006. (CS)
Webové stránky kurzu přístupné online: http://www.taceo.eu/kmic. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BK bakalářský

    obor BK-AMT , 2 ročník, letní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Osnova

Von Neumanova a harwardská koncepce počítače. Mikroprocesor, mikropočítač, kalkulátor, mikrokontroler, signálový procesor. Princip činnosti mikroprocesoru.
Hodinový cyklus, fáze, strojový cyklus a instrukční cyklus. Přesahování (overlapping), řetězení (pipelining), problémy při zřetězení instrukcí.
Mikrokontroléry Motorola řady HCS12: Programátorský model registry ALU. Adresovací módy. Instrukční soubor.
HCS12: Operační módy. Porty, jednotka MEBI, funkce Key Wake up, jednotka PIM. Paměťová mapa. A/D převodník.
HCS12: Časovací subsystém: funkce input capture, funkce output compare, čítač/časovač, zdroj reálného času RTI.
HCS12: Sériový asynchronní komunikační kanál SCI. Sériový synchronní komunikační kanál SPI. Přerušovací systém. Watchdog COP. Úsporné režimy WAIT a STOP.
HCS12: Připojování vnějších prvků k mikrokontroleru jako paměti, A/D a DA převodníky, displeje, klávesnice.
Architektura procesorů I386 (IA32): Programátorský model registry ALU. Adresovací módy. Adresování paměti a I/O zařízení. Přerušení v reálném režimu.
I386 chráněný režim: Procesy a úrovně oprávnění. Lokální a globální adresový prostor tabulky GDT a LDT, logická adresa, lineární adresa, popisovače segmentů. Zpřístupnění datového segmentu.
I386 chráněný režim: Předání řízení do instrukčního segmentu, brány. Přepínání procesů. Přerušení v chráněném režimu. Provádění I/O operací v chráněném režimu. Transformace lineární adresy na fyzickou. Stránkovací jednotka.
Architektura procesoru Intel pentium P6. Embedded systémy.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Osnova

Organizační záležitosti.
Číselné soustavy, převody mezi dekadickou, binární a hexadecimální číselnou soustavou. Zlomková reprezentace. Sečítání a odečítání binárních čísel, první a druhý doplněk.
Násobení a dělení binárních čísel. Vyjádření čísel s pohyblivou řádovou čárkou dle standardu IEEE-754.
Jazyk symbolických adres pro HCS12. Program v jazyce symbolických adres HCS12 pro součet a rozdíl dvou 16-ti a 32-ti bitových čísel.
Program v jazyce symbolických adres HCS12 pro násobení dvou 16-ti bitových čísel pomocí posuvů.
Program v jazyce symbolických adres HCS12 pro násobení dvou 16-ti bitových čísel pomocí instrukce MUL.
Program v jazyce symbolických adres M68HC12, demonstrující použití A/D převodníku.
Použití jazyka C pro programování mirokontrolerů. Přepsání programu, demonstrujícího použití A/D převodníku, z jazyka symbolických adres do jazyka C.
Program v jazyce C, demonstrující využití funkce Output Compare časovacího systému M68HC12 pro generování impulsů délky cca 1s.
Program v jazyce C, demonstrující využití funkce Input Capture časovacího systému M68HC12 pro měření časového intervalu.
Program v jazyce C, demonstrující využití funkce RTI u M68HC12.
Program v jazyce C, demonstrující využití funkce SCI u M68HC12 pro přenos dat do PC.
Zápočet.