7
Lista ntrebrilor pentru examen la disciplina
Proiectarea sistemelor cu microprocesoare
1. Locul i rolul microprocesoarelor. Caracteristicile generale,
clasificarea i evoluia.: Microprocesorul, uneori numit i procesor,
este unitatea central de prelucre a informaiei(U.C.P.) a
unuicalculatorsau sistem structurat funcional, care coordoneaz
sistemul i care, fizic, se prezint sub forma unuicip electronic.El
controleaz activitile ntregului sistem i poate prelucra
idateleutilizatorului. Este elementul principal al sistemului de
calcul; cipul, care este plasat pe placa de baz numitmotherboard,
este de obicei foarte complex, putnd ajunge la ordinul de milioane
de transistoare.Microprocesorul asigur procesarea instruciunilor i
datelor, att a celora din sistemul de operareal sistemului, ct i a
celora din aplicaia utilizatorului, i anume le interpreteaz,
prelucreaz i controleaz, execut sau supervizeaz transferurile de
informatii i controleaz activitatea general a celorlaltor
componente care alctuiesc sistemul de calcul.
1.1.Evolutia microprocesoarelor: primul microprocesor (4004
Intel) a aparut in anul 1971fiind urmat in 1972 de PSS4,processor
pe 4 biti; 8008 Intel, processor pe 8 biti; si IMP16 procesor pe 16
biti. Perioada 1973-1977 este specifica microprocesoarelor cu
lungimea cuvintului de date de 8 biti, cu adresele formulate pe 16
biti. La inceputul anilor '80 lungimea cuvintului de date s-a
extins la 16 biti si capacitatea maxima de memorie direct
adresabila pina la 16 Mocteti. Urmatorul pas in evolutia
microprocesoarelor a constat in proiectareaunei arhitecturi bazate
pe trei unitati majore: unitatea centrala de prelucrare (CPU),
unitatea de virgula mobila (FPU-Floating Point Unit) si unitatea de
gestiune a memoriei (MMU-Memory Management Unit).
1.2.Clasificarea: n functie de numarul de biti transferati
simultan pe magistrala de date, microprocesoarele pot fi
clasificate astfel: microprocesoare pe 8 biti (Z80, 8080);
microprocesoare pe 16 biti (8086, 8088, 80286) cu coprocesoarele
corespunzatoare (8087, 80287); familii de procesoare pe 32 biti
(80386DX, 80486, PENTIUM) cu coprocesoarele corespunzatoare (ncepnd
de la 486, coprocesoare sunt ncorporate microprocesoarelor).
2. Organizarea intern a microprocesoarelor. Magistralele externe
i destinaia lor. Structura sistemelor cu 2 i 3 magistrale:
caracteristic i analiz comparativ.
Magistralele externe si destinatia lor:
a) MAGISTRALA DE ADRESE: este uniderctionala, transmite doar
semnale de iesire din microprocesor; se foloseste pentru adresarea
locatiilor de memorie si a porturilor de intrare-iesire;
b) MAGISTRALA DE DATE: este bidirectionala,transmite datele la
/de la procesor; dar poate transmite si informatii de adresa si
control.
c) MAGISTRALA DE CONTROL: transmite semnale de control si
sincronizare pentru transferuri de date si alte evenimente ce
genereaza cereri de intreruperi.Poate transmite si semnale
indicatoare de stare,semnale utilitare (clock,reset,etc),etc.
Fig 1.3. Microsistem cu 3 magistrale
3. Ciclul instruciune al microprocesoarelor de lungime fix.
Toate activitile desfurate de microprocesor au la baz ceasul
sistemul notat CLK. O perioad acestui ceas se numete stare. Pe
durata unei stri microprocesorul realizeaz o microinstruciune. Mai
multe stri formeaz un ciclu de magistral ce cuprinde totalitatea
operaiilor pe care le desfoar microprocesorul, pentru a realiza un
transfer de date, utitiliznd cele trei magistrale sistem, ntre
microprocesor i memorie pe de o parte, i ntre microprocesor i
porturile de intrare-ieire pe de alt parte. n afara ciclelor de
magistral se mai definesc i cicluri interni, care se caracterizeaz
prin faptul c nu se desfoar nici o operaie pe magistral. Mai muli
cicli de magistral sau cicli interni formeaz un ciclu
instruciune.Ciclul de instructiune al microprocesorului dureaza un
numar variabil de perioade de ceas si este o secventa de operatii
efectuate pentru a extrage o instructiune din memorie, a o
decodifica si executa.In cazul instructiunilor cu lungime fixa
(RISC) este suficienta o singura perioada de tact pentru citirea
unei instructiuni complete.La decodificare, nu se extrage
informatia cu privire la lungimea instructiunii.Utilizarea
instructiunilor de lungime fix nu a fost posibil dect atunci cnd
magistralele de date si registrele interne au fost extinse la 32
sau 64 biti.4. Organizarea i arhitectura microprocesoarelor pe 8
bii.
in caiet5. Regimul de ntreruperi n sisteme cu microprocesor pe 8
bii.
in caiet 6. Programarea microprocesoarelor: limbajul main,
limbajul asamblare, formatul instruciunilor, modul de adresare,
setul de instruciuni. Modurile de adresare implicit, la registru,
imediat, direct i indirect.
pe foaie7. Stiva i indicatorul de stiv. Operaii de citire din
stiv i scriere n stiv n sisteme cu microprocesor pe 8 bii.Datorit
numrului redus de registre interne ale unui microprocesor, n multe
situaii este necesar salvarea temporar a coninutului acestuia.
Astfel de situaii sunt specifice lucrului cu subrutine, att la
realizarea unui program normal, ct i n regimul de ntreruperi.
Pentru ca aceste informaii s nu s se suprapun peste datele
programului, pentru salvri se folosete de regul zona situat la
captul superior al memoriei de date RAM. Aceast zon poart denumirea
de memorie stiv (stack memory) sau pe scurt stiv, de oarece aici se
depoziteaz coninutul registrelor, unul peste altul. Spre deosebire
de memoria de date, care se organizeaz n sensul cresctor al
adreselor, stiva se organizeaz de la adrese mari spre adrese mici;
de aceea se spune c stiva crete n josModalitatea de realizarea
operaiilor de scriere (a)i citire(b).
EMBED SmartDraw.2 . Intel 8080 are 2 tipuri de instruciuni,
mnemonicele PUSH i POP, care asigur salvarea i respectiv refacearea
registrelor pereche PSW (acumulatorul i indicatorul de poziii),
B,D, i H n/din stiv. Adresa vrfului stivei se afl n SP; aceasta se
decrementeaz, incrementeaz automat la fiecare astfel de transfer.
Adresarea stivei se execut sub forma de adresare indirect a unei
locaii de memorie prin folosirea registrului indicator al vrfului
stivei, SP.8. Programarea cu subrutine. Apelul unei subrutine
dintr-un program. Mecanismul de utilizare a stivei la apelul unei
subrutine. Modul de execuie a instruciunilor CALL i RET.Subrutina
este o secven de program care poate fi apelat ori de cte ori este
nevoie, dar pentru care se aloc memorie numai o singur dat Pentru
ca o succesiune de instruciuni s constituie o subrutin, este
suficient ca acesta s aib un nume, reprezentat de o etichet a unei
instruciuni din secven . n plus, execuia subrutinei trebuie s se
termine cu o instruciune de revenire, de tipul RET (sau Rcc), care
nu ntotdeauna este ultima din secven. O alt particularitate este
acea c pot s existe mai multe puncte de intrare ntr-o subrutin,
fiecare marcat de o etichet, tot aa cum pot s existe mai multe
puncte de ieire din subrutin, fiecare printr-o alt instruciune de
revenire. Programul principal trebuie sa conin, n punctele care
este nacesar apelarea subrutinei, o instruciune de ramificare de
tip CALL (sau Ccc), al crei operand trebuie s fie numele
subrutinei. n general, la utilizarea subrutinelor apar urmtoarele
probleme:- realizarea legturii dintre programul apelant i subrutin,
cu asigurarea revenirei din subrutin; - folosirea registrelor
interne de ctre cele dou uniti de program; - transferul de date
ntre programul apelant i subrutin9. Organizarea i arhitectura
microprocesoarelor pe 16 bii. Microprocesorul Intel 8086.
. Este reprezentat n form de o capsul cu 40 pini i e realizat n
tehnologia KMOS. Magistrala de date este pe 16 bii ct i registrele
interne, iar cea de adres pe 20. Magistrale de adres este
multiplexat cu cea de date, posibil adresarea 1Moctet de memorie;
este compatibil cu limbajul de asamblare a procesorului I8080 i
8085; are 8 moduri de adresare a operanzilor; lucreaz cu operanzi
pe 4 bii, octet, cuvnt, cuvnt dublu, ir de caractere, bloc; are
frecven mare de lucru datorit frecvenei ridicate a tactului, ct i
unei arhitecturi interne bazate pe conceptul de suprapunere care
permite aducerea n memorie n avans, a maxim 6 instruciuni n timpul
unor cicluri n care procesorul nu are nevoie de schimb de informaie
cu exterior. Microprocesorul conine dou uniti funcionale care
lucreaz sincron i independent una fa de cealalt: unitatea de
execuie (execut instruciunile), unitatea de interfaare cu
magistrala (BIU) cu rolul de a aduce instruciunile din memorie i de
a transfera operanzii intre unitatea de execuie i exteriorul
microprocesorului.n I8086 sa ales o structur neregulat de registre
majoritatea lor avnd un rol bine determinat. Se mpart n
categorii:
-registrele de date;
-registre de segment;
-registru indicator de adres;
-registrele de stare;Registrele generale sunt AX, DX, CX, BX,
SI, DI, SP, BP. Registrele de date AX, DX, CX, BX, sunt pe 16 bii
pot fi folosite ca 2 registre cte 8 bii, superioare (H) i cel
inferior (L). AX(AH, AL) registru acumulator; BX (BH, BL) registru
de baz; CX (CH, CL) contor; DX (DH, DL) de date. Oricare dintre ele
pot fi folosite n operaiile aritmetice i logice.10. Regimul de
ntreruperi n sisteme cu microprocesor pe 16 bii. Sistemul de
ntreruperi la microprocesorul Intel 8086. Acceptarea unei cereri de
ntrerupere externe. ntreruperile permit abandonarea momentan de
ctre microprocesor a execuiei unui program i nceperea execuiei unui
alt program situat oriunde n spaiul de memorie direct
adresabil.
n cazul microprocesorului 8086 ntreruperile pot fi generate fie
datorit unor cauze externe microprocesorului, fie datorita unor
cauze interne. Ca urmare ele se mpart n dou mari categorii:
ntreruperi externe i interne.
Microprocesorul 8086 poate trata 256 tipuri de ntreruperi,
fiecruia fiindu-i asociat un cod care-l identific. Legtura ntre
diferitele tipuri de ntrerupere i procedurile care le deservesc se
face prin intermediul unei tabele de vectori de ntrerupere situat n
domeniul 00000H 003FFHntreruperile externe
Acestea sunt iniiate prin intermediul celor dou intrri dedicate
ale microprocesorului, INTR i NMI. O cerere pe linia NMI genereaz o
ntrerupere nemascabil i este predefinit de tipul 2, adic
microprocesorul execut accesul la vectorul 2 fr alte informaii
suplimentare.ntreruperile interne
ntreruperile interne constituie o alt clas de ntreruperi.
Diferena fa de cele externe const n aceea c sursa de ntrerupere nu
eeste un eveniment extern ci cererea de ntrerupere apare ca urmare
a execuiei unei instruciuni tipice sau ca urmare a producerii unui
eveniment intern.
Ele se mpart n dou categorii:
-ntreruperi generate de instruciunea INT nn
-ntreruperi predefinite.11. ntreruperi nemascabile. Mecanismul
de tratare a ntreruperilor interne. Tabela vectorilor de
ntreruperi.
ntreruperile interne constituie o alt clas de ntreruperi.
Diferena fa de cele externe const n aceea c sursa de ntrerupere nu
eeste un eveniment extern ci cererea de ntrerupere apare ca urmare
a execuiei unei instruciuni tipice sau ca urmare a producerii unui
eveniment intern.
Ele se mpart n dou categorii:
ntreruperi generate de instruciunea INT nn
ntreruperi predefinite.
Instruciunea INT nn ocup doi octei n memorie, codul instruciunii
i tipul ntreruperii i realizeaz legtura cu vectorul nn din tabela
de vectori de ntrerupere. Deci are acelai efect ca o ntrerupere
extern de tip nn doar c nu este mascabil i microprocesorul nu
execut o secven de acceptare a ei, deci nu se vor genera semnale
/INTA.
Subrutinele pentru tratarea acestor ntreruperi pot fi folosite
pentru emulare, pentru testare, etc.
ntreruperile predefinite sunt generate de nsui microprocesorul,
n mod automat, la detectarea apariiei unor anumite evenimente
interne. Aceste ntreruperi sunt nemascabile iar pentru luarea lor n
considerare microprocesorul execut aceleai operaii ca n cazul
instruciunilor INT .
ntreruperile predefinite apar n urma detectrii urmtoarelor
evenimente:
mprire la zero
ntreruperea este generat n urma execuiei instruciunilor de
mprire, dac citul este mai mare, dect valoarea maxim admis.
pas cu pas Este utilizatpentru fixarea unor puncte de ntrerupere
n timpul execuiei unui program n scopul testrii, depanrii li
punerii la punct. Are avantajul de a ocupa un singur octet n
memorie.
depirea ntreruperea este generat n urma apariiei depirii
capacitii registrelor, oricare ar fi operaia aritmetic ce se
execut, deci dac indicatorul OF = 1 logic. Dar ntreruperea nu se
genereaz automat ci numai dac microprocesorul execut o instruciune
INTO, care, n general, trebuie s urmeze unei instruciuni aritmetice
cu operanzi cu semn.
12. Particularitile de organizare i arhitectur ale
microprocesoarelor Intel 80x86; Pentium.
13. Memoria sistemelor cu microprocesoare. Transferul de
informaie ntre memorie i microprocesor: scrierea datelor n memorie;
citirea datelor din memorie. pe foaie
14. Memoria static SRAM. Proiectarea memoriei statice i
conectarea la magistrale. Ciclurile de scriere-citire.pe foaie
15. Memoria DRAM a sistemelor cu microprocesor. Particularitile
memoriilor EDRAM i CDRAM.pe foaie
16. Caracteristica general a memoriilor SDRAM, DDR, DDR II, DDR
III. 17. Memoria permanent a sistemelor cu microprocesor. Memorii
EEPROM, FLASH i NAND Flash.18. Interfee de comunicare paralel i
serial (SPI, I2C).19. Arhitectura i clasificarea
microcontrolerelor. Domeniul de aplicare a microcontrolerelor.
20. Structura clasic a unui microcontroler.
21. Nucleul microcontrolerului din seria AVR.
22. Setul de regitri al microcontrolerelor din seria AVR.
Comparaie cu alte arhitecturi.
23. Memoria microcontrolerelor. 24. Conectarea memoriei externe
la microcontrolere pe 8 biti.
25. Tipurile memoriei de program utilizate in microcontrolere i
mijloacele de programare.
26. Modurile de adresare la transferul de date.
27. Stiva i indicatorul de stiv. Operaii de citire din stiv i
scriere n stiv.
28. Porturile de uz general a microcontrolerelor din seria
AVR.
29. Utilizarea porturilor de uz general pentru capturarea i
generarea semnalelor discrete.
30. Instruciunile de operare asupra biilor.
31. Sistemul de intreruperi a microcontrolerului.
32. Mecanismul de tratarea a intreruperilor.
33. Controlerul de intreruperi externe.
34. Modulul de Temporizatoare/Contoare. Modurile de functionare
i domeniul de aplicare.35. Funcionarea Temporizatorului/Contorului
n mod CTC (Clear Timer on Compare).
36. Funcionarea Temporizatorului/Contorului n mod PWM (Pulse
Width Modulation).
37. Generarea semnalelor analogice pe baza de
Temporizator/Contor.
38. Utilizarea Temporizatorului/Contorului n mod de
capturare.
39. Modulul de comunicare USART. Interfeele de comunicare
RS-232, RS-485.
40. Modulul de conversie Analog-Digital a microcontrolerelor din
seria AVR.
41. Sisteme de achiziie a datelor (semnalelor) analogice.
42. Sisteme de control n timp real.
43. Proiectarea sistemelor de calcul distribuit pe baza de
microcontrolere.
44. Mijloace i tehnici de elaborare a sistemelor n baza de
microcontrolere.
45. Particularitile de proiectare a sistemelor n baza de
microcontrolere.
46. Mijloace de programare a microcontrolerelor.
47. Mijloace de simulare a sistemelor cu microcontrolere.48.
Programarea microcontrolerelor prin Bootloader.
Titulari disciplin:Conf. univ., Dr. Sergiu Zaporojan
Lector superior Igor CalmcovCPU
ROM
RAM
I/O
AB
DB
CB
_1141491124.bin
_1141491104.bin
