Учебно-методический комплекс по дисциплине «Микропроцессорная техника в оптических телекоммуникационных системах» Для специальности 210401 «физика и техника оптической связи»

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание 2 Содержание дисциплины Раздел 2. Программное обеспечение средств связи. Раздел 3. Специализированные процессоры в средствах связи Раздел 4. Введение в устройство микроконтроллеров AVR, компиляторов и средств разработки Раздел 5. Тенденции развития микропроцессоров. 2.2 Лабораторный практикум Знакомство с языками программирования микропроцессоров Программирование микроконтроллеров 3 Распределение времени по разделам и видам занятий 4 Учебно-методическое обеспечение дисциплины Рекомендуемая литература Никульский И.Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа Техносфера 2006, 256c. Шпак Ю.А. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров. МК-Пресс, Киев, 2006, 400с. 4 Минимум необходимый на зачет

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине правоведение для специальностей: 080503, 194.58kb.
• Автор Космодамианский Андрей Сергеевич (Ф. И. О) учебно-методический комплекс, 414.17kb.
• Университет Систем Управления и Радиоэлектроники утверждаю проректор по учебной работе, 132.7kb.
• Д. В. Тюрин; нгту им. Р. Е. Алексеева. Н. Новгород : нгту, 2011. 127 с. Библиогр.:, 457.66kb.
• Дерябин Андрей Анатольевич, к т. н., доцент учебно-методический комплекс, 208.13kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине Техника и технология перевозок на железнодорожном, 184.59kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине "Методы оптимизации" для специальности 23., 429.69kb.
• Учебно-методический комплекс для специальности 030602 «Связи с общественностью» Согласовано:, 10686.75kb.
• Учебно-методический комплекс для студентов специальности «Государственное и муниципальное, 852.85kb.
• Учебно-методический комплекс «Техника и технология социально-культурного сервиса, 208.2kb.

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кубанский государственный университет»


Кафедра оптоэлектроники


Учебно-методический комплекс

по дисциплине

«Микропроцессорная техника в оптических телекоммуникационных системах»


Для специальности 210401 – «физика и техника оптической связи»


Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры от «___» _____________ 2010 г.


1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


Учебная дисциплина «Микропроцессорная техника в оптических телекоммуникационных системах» ставит своей целью изучение, и применение: мик­ропроцессорной техники, специализированных микропро­цессоров - сетевых процессоров, процессоров ввода/вывода, процессоров циф­ровой обработки сигналов; особенностей телекоммуникационного программного обеспечения различного назначения в средствах связи.

Основные задачи дисциплины:

Ознакомить студентов с архитектурой и основными техническими характеристиками микро­процессоров различных типов; организации ввода-вывода в них(программное управление вводом- выводом, каналы прямого доступа в память; назначение и виды прерываний); многопроцессорные системы (архитектура, способы связи); с основными требованиями комплектования, программным обеспечением, операционными системами реального времени; управляющими комплексами узлов коммутации. А так же с современными тенденциями раз­вития микропроцессорной техники и программного обеспечения. А также, систематизировать полученные знания касающейся разработки архитектуры микропроцессоров и про­граммного обеспечения, особенностей применения микропроцессор­ной техники и программного обеспечения в средствах связи.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

• ориентироваться в информации по технике микропроцессорных средств, архитектуре и способам построения современных микропроцессоров.
  

• знать классификацию, построения и особенностей применения телекоммуникационного программного обеспечения различного назначения.
  

• знать основу работы операционных системы реального времени.
  

• знать общие особенности по архитек­туре, характеристикам и способам применения специализированных микропро­цессоров - сетевых процессоров, процессоров ввода/вывода, процессоров циф­ровой обработки сигналов.
  

• разбираться в схемотехнических решениях интерфейсных плат и практически освоить основы их разработки
  
• владеть навыками программирования микроконтроллерных сборок для передачи и приёма информации через основные интерфейсы ввода/вывода.
  

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


2.1 ТЕМЫ ЛЕКЦИОННЫХ И СЕМЕНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ


Раздел 1. Микропроцессорные системы. Базовые понятия и определения. Архитектура микропроцессора. Микропроцессоры с RISC – архитектурой: общие принципы построения, берклийская архитектура, станфордская архитектура. CISC микропроцессоры. Классификация микропроцессоров (по назначению, виду обрабатываемых входных сигналов, по количеству выполняемых программ). Состав и функциональная архитектура управляющих комплексов. Использование микропроцессоров в средствах связи. Алгоритм работы процессора. Организация виртуальной памяти. Назначение и организация кэш-памяти. Управление вводом-выводом, прямой доступ к памяти.

Раздел 2. Программное обеспечение средств связи. Состав и функции программного обеспечения средств связи. Функции, назначение, классификация операционных систем. Назначение и виды прерываний. Операционные системы реального времени. Состав, структура и функционирование ОС РВ QNX. Применение ОС РВ в системе управления сетями связи.

Раздел 3. Специализированные процессоры в средствах связи: классификация; процессоры для встраиваемых систем (модульный принцип структурной реализации разъяснить на основе типовой структурной схемы); Процессоры цифровой обработки сигналов. Процессоры сетевой интерфейсной карты (структурная схема мультиплексора E2 на базе микросхем Intel к примеру LXT6234); Процессоры ввода-вывода. Мультиплексоры и трансиверы в оптических средствах связи (структурная схема мультиплексора SDH на базе микросхем Intel к примеру LXT6251A, LXT344, LXT6155, LXT6051, LXT6282 на плате 21E1). Элементы оптических линейных трактов: передатчики, приёмники, выделители тактовой частоты. Оптический интерфейс стационарного комплекта и регенератора потока E1. Синхронные мультиплексоры SDH – оптические интерфейсы. Обзор интерфейсов и интерфейсных плат, состав роутеров, стационарного оборудования и трансиверов (вид изнутри). Подробный разбор IP113ALF –медиаконвертер 10/100 Base – Tx/Fx и IP175A LF.

Раздел 4. Введение в устройство микроконтроллеров AVR, компиляторов и средств разработки (HiAsm и CvAVR) на примере разработки программы управления на ATiny2312 и АTmega168u. Архитектура однокристальных микропроцессоров с RISC архитектурой фирмы AVR: процессор, память, обработка прерываний, спящий режим процессора, таймеры.счётчики, сторожевой таймер, UART и USART, SPI интерфейс, TWSI (I²C) интерфейс, периферия. Язык Си и директивы препроцессора, подробная работа в CvAVR. Организация обмена данными по интерфейсам UART, SPI и I²C для контроллеров AVR в программе CvAVR. Подключение через интернет интерфейс ENC28J60 (разбор схемы и программы управления через UDP и TCP) устройств при помощи микроконтроллеров AVR.

Раздел 5. Тенденции развития микропроцессоров. Развитие технологий производства микропроцессоров. Конвейерная обработка данных. Суперскалярная архитектура микропроцессора. Технологии оптимизации вычислений и встроенного энергосбережения. Многопоточная обработка данных и многоядерные процессоры. Микропроцессоры нетрадиционных архитектур: ассоциотивные, матричные, ДНК, клеточные, коммуникационные, процессоры баз данных, потоковые процессоры, процессоры с многозадачной (нечеткой) логикой, сигнальные процессоры, оптические (с подробными примерами), нейронные (с подробными примерами).


2.2 ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1	4	Знакомство с языками программирования микропроцессоров
2	4	Программирование микроконтроллера, среда программирования CvAVR, микроконтроллер ATiny2312, изучаемые интерфейсы UART и USART, SPI
3	4	Программирование микроконтроллеров: среда программирования CvAVR, разработка программного отклика в среде HiAsm, микроконтроллер АTmega168u интерфейсы UART, SPI и I2C, изучаемый интерфейс ENC28J60 поднимаем программно TCP/IP стек протоколов
4	3	Изучение IP113ALF –медиаконвертер 10/100 Base – Tx/Fx и IP175A LF

3 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПО РАЗДЕЛАМ И ВИДАМ ЗАНЯТИЙ

Раздел дисциплины	Лекции	Семинарские занятия	Лаборат.занятия	Самост. работа студента	Всего
Раздел 1
Раздел 2
Раздел 3
Раздел 4
Раздел 5
Итого

4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Наборы разработанных программируемых модулей для практического изучения работы микропроцессоров в средствах связи.


РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА


Основная литература

1. Гребешков А.Ю. Микропроцессорные системы и программное обеспечение в средствах связи: Учебное пособие. - Самара: ПГУТИ, 2009. - 298 с. (Российское образование федеральный портал) u.ru/window/library?p_rid=69638
   

2. Никульский И.Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа Техносфера 2006, 256c.

3. Костров Б.В., Ручкин В.Н. Микропроцессорные системы и микро­контроллеры .- М.: «ТехБук», 2007. - 320 с.
   
4. Цифровые системы коммутации для ГТС/Под ред. В.Г Карташев-ского и А.В. Рослякова. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 352с: ил.
   

5. Шпак Ю.А. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров. МК-Пресс, Киев, 2006, 400с.

6. Лебедев М. Б. Code Vision AVR. Пособие для начинающих Додэка XXI 2008, 592 c.
   

Дополнительная литература

1. Network Infrastructure and Architecture : Designing High-Availability Networks. / Krzysztof Iniewski, Carl McCrosky, Daniel Minoli / 544 pages May 2008
   
2. Болл Стюарт Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров Додэка XXI, 2007,362с.
   
3. Datasheet на приведённые в программе микрочипы и микрочипы используемые в лабораторных работах.
   
4. А. Лапин Интерфейсы. Выбор и реализация Техносфера 2005 г. 168с.
   
5. Корнев, Киселев Современные микропроцессоры БВХ –Питербург 2003г. 448с.
   
6. Smith Steven W. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. Режим доступа [ссылка скрыта].
   
7. Ушаков И.А. Курс теории надежности систем: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2008. - 239с
   
8. Брэй Б. Микропроцессоры Intel, Архитектура, программирование и интерфейсы. Спб. БХВ. Петербург 2005г.
   

4 МИНИМУМ НЕОБХОДИМЫЙ НА ЗАЧЕТ


Зачет устный. Для получения зачёта, необходимо ориентироваться в теме зная ответы на следующие вопросы:

1. Опишите основные особенности конвейерной обработки данных. Может ли у процессора быть несколько конвейеров?
   
2. Почему суперскалярная архитектура процессора в последнее вре­мя получает широкое распространение и применение?
   
3. В чём заключается сущность закона Амдала?
   
4. Почему в современных процессорах повышенное внимание уделя­ется вопросам энергоэффективности ?
   
5. Для чего в современных процессорах применяется функция пред­сказания переходов?
   
6. Что такое «спекулятивное» предсказание переходов?
   
7. Укажите достоинства и недостатки многоядерных процессоров. В чём особенность архитектуры многоядерных процессоров?
   
8. Какие функции реализуют сетевые процессоры? В чём особенность архитектуры сетевых процессоров? Требуется ли для сетевых процессоров внешнее управляющее уст­ройство?
   
9. В чём особенность супергарвардской архитектуры процессоров циф­ровой обработки сигналов?
   
10. Для чего в ПЦОС используются регистры-аккумуляторы повышен­ной разрядности?
    
11. В чём заключается эффективность применения теневых регистров в ПЦОС?
    
12. Почему в ПЦОС некоторые вычисления поддерживаются аппаратно? Чем обусловлено наличие в ПЦОС кругового буфера?
    
13. Перечислите функции сетевого адаптера в средствах связи и ПЭВМ.
    
14. Для чего процессор ввода-вывода поддерживает режим DMA? Для чего применяется режим прямого доступа к памяти DMA?
    
15. Для решения каких задач применяется внутреннее программное обеспечение?
    
16. Почему программа обработки вызовов работает в реальном време­ни?
    
17. Какие функции выполняет ядро (kernel) операционной системы?
    
18. Чем отличаются уровни инициализации управляющих устройств при восстановлении работоспособности средств связи?
    
19. Для решения каких задач применяются операционные системы «жё­сткого реального времени»?
    
20. Как осуществляется обмен сообщениями между внешними процес­сами ОС РВ по отношению к ядру ОС?
    
21. За счёт чего достигает относительно малый размер (в байтах) ядра ОСРВ?
    
22. Что такое «симметричная многопроцессорная структура», для че­го она используется?
    
23. Для чего используется система прерываний? Что такое операция «ввод-вывод»?
    
24. Для чего используется регистр выходных данных? Можно ли регистр выходных данных объединить с регистром входных данных?
    
25. Какие существуют режимы ввода-вывода?
    
26. Дайте определение понятию «архитектура процессора». В чём особенность архитектуры фон Неймана ? В чём достоинства и недостатки гарвардской архитектуры?
    
27. Где применяется гарвардская архитектура ? Какие процессоры (общего назначения или специализированные) используются в составе центрального управляющего устройства?
    
28. Для выполнения каких функций используются процессоры сетевой интерфейсной карты?
    
29. Где хранится адрес/номер следующей команды для выполнения процессором ?
    
30. С какой целью используется виртуальная память? С помощью какого компонента виртуальные адреса пересчитываются в физические?
    
31. Какие существуют способы организации кэш-памяти?
    
32. Какой способ адресации применяется для максимального быстро­го времени поиска операнда?
    
33. В чём достоинства и недостатки прямой адресации? Какой способ адресации целесообразно применить в массивах данных?
    

Учебно-методический комплекс разработал:

Левченко А. С., канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры оптоэлектроники ФТФ КубГУ.