Вопросы к экзамену по курсу “ Микропроцессорные системы”

для групп К7-121 –  К7-123

Зима-2009

I. Общие  положения

        1.1       Микропроцессор  и его архитектура.

        1.2       Типы МП БИС

        1.3       Универсальные микропроцессоры и их основные характеристики.

        1.4       Однокристальные микроконтроллеры: особенности архитектуры, основные характеристики, область применения.

2. Однокристальные микроконтроллеры

        2.1       Структура микроконтроллера типа МК-51. Основные функциональные блоки и их назначение.

        2.2       Организация памяти программ и памяти данных.

        2.3       Аппаратные и программные средства микроконтроллера для обработки битовой информации

        2.4       Система прерывания.

        2.5       Блок таймеров/счетчиков: назначение, структура, режимы работы, применение.

        2.6       Организация последовательного ввода/вывода в микроконтроллере.

3. Универсальные микропроцессоры

        3.1       Структура универсального МП. Основные функциональные блоки и их назначение.

        3.2       Регистровая структура 32-разрядного МП.

        3.3       Организация памяти. Физическое  адресное пространство. Логическое адресное пространство (ЛАП): линейное, сегментированное, страничное, сегментно-страничное.

        3.4       Структура логического адреса в сегментированном ЛАП.  Селектор, дескриптор сегмента, смещение. Назначение и структура  глобальной и локальных  таблиц дескрипторов. Фор­миро­ва­ние линейного и физического адреса в сегментированном ЛАП. Кэширование дескрипторов.

        3.5       Структура расширенного кода команды x86.  Вычисление процессором смещения.

        3.6       Виртуальная память. Страничное ЛАП. Структура  линейного  адреса в страничном ЛАП. Назначение каталога таблиц страниц и таблиц страниц.

        3.7       Трансляция  линейного  адреса в  физический при страничной организации памяти. Структура элемента каталога таблиц страниц и элемента таблицы страниц. Буфер  ассоциативной трансляции: назначение, структура, механизм замещения.

        3.8       Механизмы защиты в 32-разрядном микропроцессоре. Защита при управлении памятью. Защита по привилегиям. Механизмы передачи управления между программами на разных уровнях привилегий. Шлюз вызова.

        3.9       Многозадачный режим работы микропроцессора, аппаратные средства поддержки многозадачности: регистр задачи, дескриптор сегмента состояния задачи, сегмент состояния   задачи. Механизм переключения задач.

      3.10     Назначение, принципы работы и организация кэш-памяти.  Типы кэш-памяти. Способы организации кэширования (сквозная и обратная запись). Организация внутренней кэш-памяти.

      3.11     MESI-диаграмма поддержания когерентности кэш-памяти.

      3.12     Прерывания и исключения в МПС. Функционирование микропроцессора при обработке прерываний и исключений. Таблица векторов прерываний. Дескрипторная таблица прерываний.

      3.13     Аппаратные прерывания в микропроцессорных системах. Источники аппаратных прерываний в стан­дартной конфигурации МПС. Контроллер  приоритетных прерываний (КПП): функции, стру­к­тура и  алгоритм  работы. Включение КПП в структуру микропроцессорной системы. Каскадное включение контроллеров приоритетных прерываний.

      3.14     Обмен информацией в режиме прямого доступа в память. Структура и функционирование  контроллера прямого доступа в память. Каскадное включение контроллеров прямого доступа в память.

      3.15     Функции чипсета. Структура микропроцессорной системы при использовании  чипсета.

4. Структура и особенности функционирования современных микропроцессоров

4.1.       Организация конвейерной обработки информации в МП: структура классического конвейера, оценка производительности МП при конвейерной обработке.

4.2.       Конфликты в конвейере. Влияние конфликтов на производительность процессора. Типы конфликтов и способы минимизации их влияния на производительность микропроцессора.

4.3.       Предсказание переходов: назначение, способы, техническая реализация.

4.4.       Неупорядоченное выполнение команд: суть подхода, проблемы, связанные с реализацией метода и пути их преодоления.

4.5.       Особенности архитектуры МП с технологией MMX и SSE.

4.6.       Микропроцессор Pentium 4: особенности микроархитектуры, структура и назначение основных блоков, порядок функционирования.

4.7.       Пути повышения производительности микропроцессоров.

4.8.       Основные черты архитектуры EPIC.

4.9.       Микропроцессор Itanium: структура, архитектурные особенности.

4.10.   Отличительные черты микропроцессоров с RISC-архитектурой.

4.11.   Микропроцессор Power4: особенности архитектуры, состав и назначение основных блоков.

5. Мультимикропроцессорные системы

5.1.   Основные конфигурации мультимикропроцессорных систем. SMP-системы.

5.2.   Основные конфигурации мультимикропроцессорных систем. NUMA-системы.

5.3.   Основные конфигурации мультимикропроцессорных систем. Кластеры/

5.4.   Основные конфигурации мультимикропроцессорных систем. MPP-системы

5.5.   Транспьютеры: структура, назначение, организация и порядок функционирования транспьютерных систем.

6. Разработка и отладка микропроцессорных систем

6.1.  Основные особенности МПС как объектов контроля.

6.2.   Особенности отладки МПС на различных этапах жизненного цикла.

7. Процессоры цифровой обработки сигналов

7.1         Назначение и особенности цифровой обработки сигналов.

7.2         Основные особенности архитектуры процессоров цифровой обработки сигналов.

7.3         Особенности системы команд и программирования процессоров цифровой обработки сигналов.

8. Оценка производительности микропроцессоров

8.1. Классические методы оценки производительности микропроцессоров: по тактовой частоте, MIPS, MFLOPS. Достоинства, недостатки, область применимости.

8.2. Оценка производительности микропроцессоров на основе бэнчмарковских программ. Тестовая программа Linpack. Тестовые пакеты SPECCpu, BDTI.

 

Список литературы

 

а) Основная литература

 

         1.              004/М59 Микропроцессорные системы: учеб. пособие для вузов / ред. : Д. В. Пузан­ков. - СПб : Политехника, 2002. - 935 с.

         2.              004/К67 Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. -СПб: БХВ-Петербург, 2003. - 448 с.

         3.              004/Г95 Гуров В.В., Рыбаков А.А. Лабораторный практикум "Разработка микропроцессорных систем на ос­нове однокристальных микроконтроллеров".  - М.: МИФИ, 2000. - 84 с.

         4.              681.3/Б88  Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микропроцессор i486.Архитектура, программирование.  М.: "ДИАЛОГ-МИФИ", 1993. 240 с.

б) Дополнительная литература

         1.              004/А92 Атовмян И.О. Архитектура вычислительных систем. – М. Изд. МИФИ, 2002. - 260 с.

         2.              681.3/Г83 Григорьев В.Л. Микропроцессоры i486:Архитектура и программирование: В 4 кн..- М.: Гранал,Бином, 1993. - 382 с.

         3.              004/Б89  Брэй Б. Микропроцессоры Intel 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4: архитектура, программирование и интерфейсы /  - 6-е изд. - Санкт-Петербург : БХВ-С-Пб, 2005. - 1328 с.

         4.              Боборыкин А.В., Липовецкий Г.П., Литвинский Г.В. и др. Однокристальные микроЭВМ.-М.: МИКАП (БИНОМ),1994.

         5.              004/Г93 Гук М. Процессоры Pentium II,Pentium Pro и просто Pentium: Архитектура. Интерфейс. Программирование.- СПб и др.: Питер, 1999

         6.              004/М59 Микропроцессорные системы: Уч. пособие для вузов / Е.К.Александров, Р.И.Грушвицкий, М.С.Куприянов и др. – СПб.: Политехника, 2002.

         7.              681.3/Н54 Нерода В.Я., Торбинский В.Э., Шлыков Е.Л. Однокристальные микроЭВМ MCS-51. - М.: Ди­д­жи­тал Компонентс,1995.

         8.              004/Н73 Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. Под общей редакцией Ю.В.Новикова. Практ. пособие - М.: ЭКОМ, 1997.

         9.              621.3/С78 Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на одно­кристальных микроконтроллерах.-М.:Энергоатомиздат,1990.

       10.            004/Ш15 Шагурин И.И., Бердышев Е.М. Процессоры семейства Intel P6: Pentium II, Pentium III, Celeron и др.:  архитектура, программирование, интерфейс. – М.: Горячая линия – Телеком, 2000.