Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Informatyki - Informatyka (N1)

Sylabus przedmiotu Technika mikroprocesorowa:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Informatyka
Forma studiów studia niestacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów nauki techniczne, studia inżynierskie
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Technika mikroprocesorowa
Specjalność systemy komputerowe i oprogramowanie
Jednostka prowadząca Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji
Nauczyciel odpowiedzialny Mariusz Kapruziak <Mariusz.Kapruziak@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Mariusz Kapruziak <Mariusz.Kapruziak@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny 8 Grupa obieralna 4

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW7 10 1,20,62egzamin
laboratoriaL7 12 2,80,38zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Znajomośc fundamentalnych architektur komputerów.
W-2Umiejętność programowania w assemblerze oraz C i C++.
W-3Podstawowa umiejętność programowania układów rekonfigurowalnych.
W-4Znajomość zagadnień techniki cyfrowej.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Umiejętność praktycznego zaprojektowania i wykonania procesora o wybranej architekturze.
C-2Rozumienie wpływu subtelnych cech architektury procesora na efektywność systemu komputerowego, w szczególności dla systemu wbudowanego (w tym mobilnego/niskomocowego).
C-3Zerwanie z ograniczeniem myślenia tylko i wylacznie do architektur von-Neumannowskich.
C-4Umiejetność budowy podstawowych systemów procesorowych z uwzględnianiem takich cech jak minimalizacja zużycia mocy oraz odborność na udary i wibracje.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Architektura procesora Microchip PIC16F84A w języku Verilog - uruchomienie oraz szczegółowe omówienie.6
T-L-2Narzedzia wspomagaące budowe corów procesorów w układach FPGA.2
T-L-3Budowa ręcznie systemu procesorowego - projekt w Altium Designer PCB, wykonanie wybranej płytki - dla procesora PIC16F84A lub Atmel ATMega32.2
T-L-4Architektura MOVE i eksperymentowanie z różnicami w stosunku do architektur von-Neumanna.1
T-L-5zaliczenie1
12
wykłady
T-W-1Budowa typowych archtietkur procesorów bez jednostki MMU.1
T-W-2Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - układ sterujący i ALU.1
T-W-3Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - szyny, przerwania i stos.2
T-W-4Programowanie na poziomie TLM (Transaction Level Modeling) szyn procesora oraz systemu wielo-procesorowego.3
T-W-5Układ MMU, tryb chroniony oraz wsparcie dla nowoczesnych systemów operacyjnych.1
T-W-6Architektura ARM oraz architektury mobilnych oraz niskomocowych systemów komputerowych.1
T-W-7Architektura MOVE w języku Verilog oraz nie-von-Neumannowskie architektury komputerów.1
10

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1uczestnictwo w zajęciach10
A-L-2nauka do zajec oraz dopracowanie niektórych laboratoriów samemu (na przykład płytki w Altium Designer PCB).60
A-L-3udział w konsultacjach1
71
wykłady
A-W-1uczestnictwo w zajęciach10
A-W-2Nauka15
A-W-3Konsultacje do wykładu2
A-W-4udział w zaliczeniu i przygotowanie się do zaliczenia przedmiotu8
35

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Praktyczny projekt - praca samodzielna studenta nad praktyczną implementacją procesora.
M-2Laboratoria w formie wykonywania zadań przygotowanych przez prowadzącego i z jego tłumaczeniem przykładowych rozwiązań. Rozwiązania te mają na celu pokazać studentom sposoby oraz różne (także mniej typowe) warianty pomocne przy realizacji projektu.
M-3Laboratorium w formie zaprojektowania własnej płytki PCB oraz prezentacja wykonania jej fizycznie na masznie LPKF przez prowadzącego dla wybranego projektu (w formie konkursu).
M-4Wykład o charakterze informacyjnym wraz z elementami dyskusji nad niektórymi zagadnieniami.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: Ocena praktycznego projektu procesora.
S-2Ocena podsumowująca: Prezentacja publiczna na temat swojej implemntacji procesora połączona z pokazem w formie ala targi/konkurs.
S-3Ocena formująca: Ustne zaliczenie podstawowych elementów wiedzy dotyczącej zakresu wykładów.
S-4Ocena formująca: Konkurs na najlepszy projekt płytki PCB dla systemu procesorowego.
S-5Ocena formująca: Dokumentacja techniczna dla swojej realizacji procesora.

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
I_1A_O4/04_W01
Student zna zagadnienia potrzebne do wykonania podstawowego własnego systemu wbudowanego z wykorzystaniem typowych mikrokontrolerów.
I_1A_W10, I_1A_W21C-4T-W-6, T-L-3M-3S-4
I_1A_O4/04_W02
Student umie opisać procesor z wykorzystaniem języków opisu sprzętu.
I_1A_W18C-1T-W-2, T-W-4, T-W-3, T-W-1, T-L-4, T-L-2, T-L-1M-4, M-2, M-1S-5, S-4

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
I_1A_O4/04_U01
Realizacja praktycznego własnego projektu procesora o wybranej architekturze (także ewentualnie architkturze własnej studenta).
I_1A_U04, I_1A_U02, I_1A_U18C-3, C-1T-W-2, T-W-4, T-W-7, T-W-3, T-W-1, T-W-5, T-L-4, T-L-2, T-L-1M-1S-4
I_1A_O4/04_U02
Projekt systemu procesorowego dla wybranego procesora w formie płytki PCB.
I_1A_U18, I_1A_U05C-4T-L-3M-3S-4

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
I_1A_O4/04_W01
Student zna zagadnienia potrzebne do wykonania podstawowego własnego systemu wbudowanego z wykorzystaniem typowych mikrokontrolerów.
2,0
3,0Student zna podstawowe organizacje wewnętrzne wybranych procesorów oraz wymagania na środowisko konieczne do ich funkcjonowania.
3,5Student umie przedstawić różne alternatywne możliwości rozwiązania problemu organizacji procesora i wiążące się z tym konsekwencje.
4,0Student umie ocenić efektywność różnych rozwiązań procesora oraz wie jaki wpływ te rozwiązania mają na wymagania dla środowiska zewnętrzenego procesora i jego klasy zastosowania.
4,5Student umie przedstawić publicznie swoją oryginalną propozycję modyfikacji archtiektury procesora lub swoje oryginalne rozwiązanie systemu procesorowego oraz uczestniczyć w debacie na ten temat.
5,0Student umie wykonać prototyp i przedstawić publicznie swoją oryginalną propozycję modyfikacji archtiektury procesora lub swoje oryginalne rozwiązanie systemu procesorowego oraz uczestniczyć w debacie na ten temat.
I_1A_O4/04_W02
Student umie opisać procesor z wykorzystaniem języków opisu sprzętu.
2,0
3,0Student zna język Verilog w podstawowym stopniu oraz ma wiedzę na temat układów FPGA wystarczjącą do ich zaprogramowania.
3,5Student zna podstawowe zagadnienia związane z procesorami programowalnymi (soft procesorami). Zna podstawowe miejsca gdzie można ich szukać (na przykład openCores.org).
4,0Student zna zagadnienia związane z praktycznym wykorzystaniem istniejacych procesorów programowalnych.
4,5Student umie przedstawić publicznie własne wnioski z wykorzystania z jednego z gotowych procesorów programowalnych w FPGA.
5,0Student umie przedstawić publicznie swoje modyfikaje procesora opisanego w języku opisu sprzętu, zaprezentować prototyp i uczestniczyć w debacie.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
I_1A_O4/04_U01
Realizacja praktycznego własnego projektu procesora o wybranej architekturze (także ewentualnie architkturze własnej studenta).
2,0
3,0Student umie omówić i wykonać proste modyfikacje dostarczonej architektury procesora na FPGA.
3,5Student umie wykonać mocno uprzoszczoną architekturę zanego procesora i pokazać jej działanie na FPGA.
4,0Student umie wykonać architekturę zanego procesora i pokazać jej działanie na FPGA. Możliwe są drobne uproszczenia, szczególnie mechanizmu wykonania przerwań.
4,5Student umie dokonać własnych modyfikacji architektury procesora i pokazać ich działania na FPGA.
5,0Student umie dokonać własnych modyfikacji architektury procesora, pokazać ich działania na FPGA oraz ocenić efektywność swojej modyfikacji. Taką ocenę student powinien zawrzeć w formie artykułu naukowego do oceny możliwości publikacji.
I_1A_O4/04_U02
Projekt systemu procesorowego dla wybranego procesora w formie płytki PCB.
2,0
3,0Student umie wykonać płytkę PCB do prostego systemu z mikrokontrolerem, przyciskiem i diodą przy pomocy i zgodnie z instrukcjami prowadzącego.
3,5Student, przy pomocy prowadzącego, umie wykonać swoją płytkę i zaprogramować, tak aby mogła działać.
4,0Student umie poprawnie udokumentować swoją płytkę i uzasadnić wybór komponentów i architektury.
4,5Student umie zaproponować swoją własną płytkę do dedykowanego systemu komputerowego, wykonać i udokumentować rozwiązanie.
5,0Student umie zaproponować swoją własną płytkę do dedykowanego systemu komputerowego, wykonać i udokumentować rozwiązanie. Ważne w tym punkcie jest aby umiał uzasadnić na podstawie prostej analizy rynkowej wybór zastosowania płytki oraz uzasadnił dobór komponentów.

Literatura podstawowa

  1. G. De Micheli, Synteza i optymalizacja układów cyfrowych, WNT, 2011
  2. J. Stokes, Inside the Machine, No Starch Press, 2011
  3. R. Pełka, Mikrokontrolery, architektura, programowanie, zastosowania, WKŁ, 2011
  4. Nurmi J., Processor Design, System-on-chip Computing for ASICs and FPGAs, Springer, 2011

Literatura dodatkowa

  1. J. Silc, B. Robic, T Ungerer, Processor Architecture From Dataflow to Superscalar and Beyond, Springer Verlag, 2011
  2. H. Corporaal, Microprocessor Architectures: From VLIW to TTA, Wiley, 2011

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Architektura procesora Microchip PIC16F84A w języku Verilog - uruchomienie oraz szczegółowe omówienie.6
T-L-2Narzedzia wspomagaące budowe corów procesorów w układach FPGA.2
T-L-3Budowa ręcznie systemu procesorowego - projekt w Altium Designer PCB, wykonanie wybranej płytki - dla procesora PIC16F84A lub Atmel ATMega32.2
T-L-4Architektura MOVE i eksperymentowanie z różnicami w stosunku do architektur von-Neumanna.1
T-L-5zaliczenie1
12

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Budowa typowych archtietkur procesorów bez jednostki MMU.1
T-W-2Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - układ sterujący i ALU.1
T-W-3Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - szyny, przerwania i stos.2
T-W-4Programowanie na poziomie TLM (Transaction Level Modeling) szyn procesora oraz systemu wielo-procesorowego.3
T-W-5Układ MMU, tryb chroniony oraz wsparcie dla nowoczesnych systemów operacyjnych.1
T-W-6Architektura ARM oraz architektury mobilnych oraz niskomocowych systemów komputerowych.1
T-W-7Architektura MOVE w języku Verilog oraz nie-von-Neumannowskie architektury komputerów.1
10

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1uczestnictwo w zajęciach10
A-L-2nauka do zajec oraz dopracowanie niektórych laboratoriów samemu (na przykład płytki w Altium Designer PCB).60
A-L-3udział w konsultacjach1
71
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1uczestnictwo w zajęciach10
A-W-2Nauka15
A-W-3Konsultacje do wykładu2
A-W-4udział w zaliczeniu i przygotowanie się do zaliczenia przedmiotu8
35
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaI_1A_O4/04_W01Student zna zagadnienia potrzebne do wykonania podstawowego własnego systemu wbudowanego z wykorzystaniem typowych mikrokontrolerów.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_W10zna podstawowe architektury systemów komputerowych, w tym systemów wbudowanych
I_1A_W21ma wiedzę w zakresie technologii mobilnych
Cel przedmiotuC-4Umiejetność budowy podstawowych systemów procesorowych z uwzględnianiem takich cech jak minimalizacja zużycia mocy oraz odborność na udary i wibracje.
Treści programoweT-W-6Architektura ARM oraz architektury mobilnych oraz niskomocowych systemów komputerowych.
T-L-3Budowa ręcznie systemu procesorowego - projekt w Altium Designer PCB, wykonanie wybranej płytki - dla procesora PIC16F84A lub Atmel ATMega32.
Metody nauczaniaM-3Laboratorium w formie zaprojektowania własnej płytki PCB oraz prezentacja wykonania jej fizycznie na masznie LPKF przez prowadzącego dla wybranego projektu (w formie konkursu).
Sposób ocenyS-4Ocena formująca: Konkurs na najlepszy projekt płytki PCB dla systemu procesorowego.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student zna podstawowe organizacje wewnętrzne wybranych procesorów oraz wymagania na środowisko konieczne do ich funkcjonowania.
3,5Student umie przedstawić różne alternatywne możliwości rozwiązania problemu organizacji procesora i wiążące się z tym konsekwencje.
4,0Student umie ocenić efektywność różnych rozwiązań procesora oraz wie jaki wpływ te rozwiązania mają na wymagania dla środowiska zewnętrzenego procesora i jego klasy zastosowania.
4,5Student umie przedstawić publicznie swoją oryginalną propozycję modyfikacji archtiektury procesora lub swoje oryginalne rozwiązanie systemu procesorowego oraz uczestniczyć w debacie na ten temat.
5,0Student umie wykonać prototyp i przedstawić publicznie swoją oryginalną propozycję modyfikacji archtiektury procesora lub swoje oryginalne rozwiązanie systemu procesorowego oraz uczestniczyć w debacie na ten temat.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaI_1A_O4/04_W02Student umie opisać procesor z wykorzystaniem języków opisu sprzętu.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_W18ma wiedzę w zakresie podstaw modelowania systemów
Cel przedmiotuC-1Umiejętność praktycznego zaprojektowania i wykonania procesora o wybranej architekturze.
Treści programoweT-W-2Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - układ sterujący i ALU.
T-W-4Programowanie na poziomie TLM (Transaction Level Modeling) szyn procesora oraz systemu wielo-procesorowego.
T-W-3Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - szyny, przerwania i stos.
T-W-1Budowa typowych archtietkur procesorów bez jednostki MMU.
T-L-4Architektura MOVE i eksperymentowanie z różnicami w stosunku do architektur von-Neumanna.
T-L-2Narzedzia wspomagaące budowe corów procesorów w układach FPGA.
T-L-1Architektura procesora Microchip PIC16F84A w języku Verilog - uruchomienie oraz szczegółowe omówienie.
Metody nauczaniaM-4Wykład o charakterze informacyjnym wraz z elementami dyskusji nad niektórymi zagadnieniami.
M-2Laboratoria w formie wykonywania zadań przygotowanych przez prowadzącego i z jego tłumaczeniem przykładowych rozwiązań. Rozwiązania te mają na celu pokazać studentom sposoby oraz różne (także mniej typowe) warianty pomocne przy realizacji projektu.
M-1Praktyczny projekt - praca samodzielna studenta nad praktyczną implementacją procesora.
Sposób ocenyS-5Ocena formująca: Dokumentacja techniczna dla swojej realizacji procesora.
S-4Ocena formująca: Konkurs na najlepszy projekt płytki PCB dla systemu procesorowego.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student zna język Verilog w podstawowym stopniu oraz ma wiedzę na temat układów FPGA wystarczjącą do ich zaprogramowania.
3,5Student zna podstawowe zagadnienia związane z procesorami programowalnymi (soft procesorami). Zna podstawowe miejsca gdzie można ich szukać (na przykład openCores.org).
4,0Student zna zagadnienia związane z praktycznym wykorzystaniem istniejacych procesorów programowalnych.
4,5Student umie przedstawić publicznie własne wnioski z wykorzystania z jednego z gotowych procesorów programowalnych w FPGA.
5,0Student umie przedstawić publicznie swoje modyfikaje procesora opisanego w języku opisu sprzętu, zaprezentować prototyp i uczestniczyć w debacie.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaI_1A_O4/04_U01Realizacja praktycznego własnego projektu procesora o wybranej architekturze (także ewentualnie architkturze własnej studenta).
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_U04ma podstawowe umiejętności w zakresie programowania i podnoszenia niezawodności systemów wbudowanych
I_1A_U02potrafi aktywnie uczestniczyć w pracach projektowych zespołowych i indywidualnych
I_1A_U18umie opisywać i analizować działanie prostych systemów elektronicznych, w tym systemów zawierających układy programowalne
Cel przedmiotuC-3Zerwanie z ograniczeniem myślenia tylko i wylacznie do architektur von-Neumannowskich.
C-1Umiejętność praktycznego zaprojektowania i wykonania procesora o wybranej architekturze.
Treści programoweT-W-2Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - układ sterujący i ALU.
T-W-4Programowanie na poziomie TLM (Transaction Level Modeling) szyn procesora oraz systemu wielo-procesorowego.
T-W-7Architektura MOVE w języku Verilog oraz nie-von-Neumannowskie architektury komputerów.
T-W-3Programowanie struktury własnego procesora w języku Verilog - szyny, przerwania i stos.
T-W-1Budowa typowych archtietkur procesorów bez jednostki MMU.
T-W-5Układ MMU, tryb chroniony oraz wsparcie dla nowoczesnych systemów operacyjnych.
T-L-4Architektura MOVE i eksperymentowanie z różnicami w stosunku do architektur von-Neumanna.
T-L-2Narzedzia wspomagaące budowe corów procesorów w układach FPGA.
T-L-1Architektura procesora Microchip PIC16F84A w języku Verilog - uruchomienie oraz szczegółowe omówienie.
Metody nauczaniaM-1Praktyczny projekt - praca samodzielna studenta nad praktyczną implementacją procesora.
Sposób ocenyS-4Ocena formująca: Konkurs na najlepszy projekt płytki PCB dla systemu procesorowego.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student umie omówić i wykonać proste modyfikacje dostarczonej architektury procesora na FPGA.
3,5Student umie wykonać mocno uprzoszczoną architekturę zanego procesora i pokazać jej działanie na FPGA.
4,0Student umie wykonać architekturę zanego procesora i pokazać jej działanie na FPGA. Możliwe są drobne uproszczenia, szczególnie mechanizmu wykonania przerwań.
4,5Student umie dokonać własnych modyfikacji architektury procesora i pokazać ich działania na FPGA.
5,0Student umie dokonać własnych modyfikacji architektury procesora, pokazać ich działania na FPGA oraz ocenić efektywność swojej modyfikacji. Taką ocenę student powinien zawrzeć w formie artykułu naukowego do oceny możliwości publikacji.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaI_1A_O4/04_U02Projekt systemu procesorowego dla wybranego procesora w formie płytki PCB.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_U18umie opisywać i analizować działanie prostych systemów elektronicznych, w tym systemów zawierających układy programowalne
I_1A_U05potrafi tworzyć i posługiwać się dokumentacją techniczną
Cel przedmiotuC-4Umiejetność budowy podstawowych systemów procesorowych z uwzględnianiem takich cech jak minimalizacja zużycia mocy oraz odborność na udary i wibracje.
Treści programoweT-L-3Budowa ręcznie systemu procesorowego - projekt w Altium Designer PCB, wykonanie wybranej płytki - dla procesora PIC16F84A lub Atmel ATMega32.
Metody nauczaniaM-3Laboratorium w formie zaprojektowania własnej płytki PCB oraz prezentacja wykonania jej fizycznie na masznie LPKF przez prowadzącego dla wybranego projektu (w formie konkursu).
Sposób ocenyS-4Ocena formująca: Konkurs na najlepszy projekt płytki PCB dla systemu procesorowego.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student umie wykonać płytkę PCB do prostego systemu z mikrokontrolerem, przyciskiem i diodą przy pomocy i zgodnie z instrukcjami prowadzącego.
3,5Student, przy pomocy prowadzącego, umie wykonać swoją płytkę i zaprogramować, tak aby mogła działać.
4,0Student umie poprawnie udokumentować swoją płytkę i uzasadnić wybór komponentów i architektury.
4,5Student umie zaproponować swoją własną płytkę do dedykowanego systemu komputerowego, wykonać i udokumentować rozwiązanie.
5,0Student umie zaproponować swoją własną płytkę do dedykowanego systemu komputerowego, wykonać i udokumentować rozwiązanie. Ważne w tym punkcie jest aby umiał uzasadnić na podstawie prostej analizy rynkowej wybór zastosowania płytki oraz uzasadnił dobór komponentów.