Министерство образования и науки Самарской области
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
"Жигулевский государственный колледж"
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
по междисциплинарному курсу МДК02.01
«Микропроцессорные системы»
профессионального модуля
ПМ02. Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования
Курс 3
Для специальности СПО 230113 «Компьютерные системы и комплексы»
с контрольными заданиями и методическими указаниями
Жигулевск, 2014г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………………4
Лабораторная работа №1. Адресация информации и вычисление адресов……7
Лабораторная работа №2. Исследование работы запоминающих устройств различного типа…………………………………………………………………………15
Лабораторная работа №3. Запись и исполнение простых программ………..25
Лабораторная работа №4. Исследование программ ввода вывода………….39
Лабораторная работа №5. Маскирование данных и организация условных переходов……..................................................................................................................45
Лабораторная работа №6. Разработка и использование программ с подпрограммами………………………………………………………………………..54
Лабораторная работа №7. Разработка и исследование программ работы со стеком……………………………………………………………………………………63
Лабораторная работа №8. Программирование арифметических операций над многобайтными числами……………………………………………………………….70
Лабораторная работа №9. Разработка и исследование программ умножения данных……………………………………………………………………………………77
Лабораторная работа №10. Разработка и исследование программ деления данных…………………………………………………………………………………….85
Лабораторная работа №11. Работа с программой – отладчиком…………….. 91
Приложение А………………………………………………………………….101
Приложение Б…………………………………………………………………..107
ВВЕДЕНИЕ
УВАЖАЕМЫЙ СТУДЕНТ!
Методические указания по МДК02.01 «Микропроцессорные системы» для выполнения лабораторных работ созданы Вам в помощь для работы на занятиях, подготовки к лабораторным работам, правильного составления отчетов.
Приступая к выполнению лабораторной работы, Вы должны внимательно прочитать цель и задачи занятия, ознакомиться с требованиями к уровню Вашей подготовки в соответствии с федеральными государственными стандартами третьего поколения (ФГОС-3), краткими теоретическими и учебно-методическими материалами по теме лабораторной работы, ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.
Все задания к лабораторной работе Вы должны выполнять в соответствии с инструкцией, анализировать полученные в ходе занятия результаты по приведенной методике.
Отчет о лабораторной работе Вы должны выполнить по приведенному алгоритму, опираясь на образец.
Наличие положительной оценки по лабораторным работам по МДК02.01 «Микропроцессорные системы» необходимо для получения допуска к экзамену, поэтому в случае отсутствия на уроке по любой причине или получения неудовлетворительной оценки за лабораторную Вы должны найти время для ее выполнения или пересдачи.
Внимание! Если в процессе подготовки к лабораторным работам или при решении задач у Вас возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения разъяснений или указаний в дни проведения дополнительных занятий.
Пособие содержит материалы для организации лабораторных работ по междисциплинарному курсу "Микропроцессорные системы" и является частью профессионального модуля ПМ02 «Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования», а также частью основной профессиональной образовательной программы по специальности СПО в соответствии с ФГОС по специальности 230113 Компьютерные системы и комплексы базовой и углубленной подготовки) в части освоения основного вида профессиональной деятельности (ВПД): 230113 Компьютерные системы и комплексы и соответствующих профессиональных компетенций (ПК):
1. ПК2.1. Создавать программы на языке ассемблера для микропроцессорных систем.
2. ПК2.2. Производить тестирование и отладку микропроцессорных систем.
С целью овладения указанным видом профессиональной деятельности и соответствующими профессиональными компетенциями обучающийся в ходе выполнения лабораторных работ должен:
иметь практический опыт:
- создания программ на языке ассемблера для микропроцессорных систем;
-тестирования и отладки микропроцессорных систем;
- применения микропроцессорных систем;
уметь:
- составлять программы на языке ассемблера для микропроцессорных систем;
- производить тестирование и отладку микропроцессорных систем (МПС);
- выбирать микроконтроллер/микропроцессор для конкретной системы управления;
- выявлять причины неисправностей и сбоев, принимать меры по их устранению;
знать:
- базовую функциональную схему МПС;
- программное обеспечение микропроцессорных систем;
- структуру типовой системы управления (контроллер) и организацию микроконтроллерных систем;
- методы тестирования и способы отладки МПС;
.
В пособии рассматриваются основы создания программ на ассемблере, а также средства отладки такого программного обеспечения. Изучение этих вопросов ведется на примере языка программирования микропроцессора КР580ВМ80А (Intel 8080), учебно-отладочного устройства “Эмулятор МПС580” и кросс-средств для персонального компьютера.
Целью данного пособия является привитие первичных навыков по программированию микропроцессорных систем на уровне микропроцессора (на языке ассемблера), а также ознакомление с аппаратными и программными средствами отладки таких систем и соответствующего программного обеспечения.
В основу пособия положено изучение системы команд микропроцессора КР580ВМ80А (зарубежный аналог - Intel 8080). Этот микропроцессор впервые увидел свет в 1974 году, однако до сих пор используется в относительно простых микропроцессорных устройствах. Кроме того, он стал своеобразной основой для появления и развития микропроцессоров следующих поколений. Основные принципы построения микропроцессора КР580ВМ80А и систем на его основе, заложенные более 25 лет назад, целиком находят свое отражение в современных изделиях. С этой точки зрения данный микропроцессор является своеобразной “классической учебной моделью” для первоначального ознакомления как с языком программирования микропроцессоров (ассемблером), так и с основными принципами проектирования и отладки систем на их основе.
Важнейшим этапом создания любой технической системы является ее отладка. Особенностью отладки микропроцессорных систем является нерасторжимость программных и аппаратных средств. Поэтому проектировщик таких систем должен владеть средствами отладки программного обеспечения и средствами комплексной отладки программной и аппаратной частей системы. Пособие знакомит студентов с такими средствами на примере учебно-отладочного устройства “Эмулятор МПС580” и кросс-средств проектирования и отладки программного обеспечения на персональном компьютере Turbo Debuger.
Пособие содержит примеры написания вычислительных и управляющих программ для микропроцессора КР580ВМ80А. На основе этих примеров предлагаются варианты заданий для самостоятельной индивидуальной работы, которые фактически являются и заданиями для лабораторных занятий по основам микропроцессорной техники. Пособие содержит все справочные материалы, необходимые для их выполнения.
Лабораторные работы 1 и 2 дают возможность исследования оперативных запоминающих устройств микропроцессорных систем статического и динамического типа, а также возможности задания различных способов адресации информации.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ
Для выполнения лабораторной работы необходимо изучить теоретические вопросы, связанные с построением микропроцессорных систем на основе МП КР580ВМ80А. Эти вопросы включают:
1) Ознакомление с техническими характеристиками микропроцессора КР580ВМ80А (аналог Intel 8080): разрядность, объем адресуемой памяти, количество устройств ввода вывода и т.д.;
2) Ознакомление с программной моделью микропроцессора:
количество регистров, назначение, разрядность и правила использования регистров;
3) Ознакомление с типовой архитектурой микропроцессорных систем на основе изучаемого процессора;
4) Ознакомиться с назначением в типовой структуре шин микропроцессорной системы: шины данных, адреса, управления. Изучить понятие однонаправленной и двунаправленной шины, шины с тремя состояниями, понятия разрядности шин и чем оно определяется.
5) Изучение структуры, режимов работы и схему перехода к различным режимам работы микроЭВМ.
6) Изучение правил работы с числами в различных системах счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую (двоичную, шестнадцатеричную, десятичную).
7) Правила выполнения арифметических и логических операций с числами в двоичной системе счисления. Таблицы истинности логических операций.
8)Ознакомление с языком программирования и системой команд МП КР580ВМ80А
9) Изучение правила записи программ на языке Ассемблера
Желаем Вам успехов!!!
РАЗДЕЛ 1
Тема 1.2 .Организация памяти микропроцессорных систем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
АДРЕСАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ И ВЫЧИСЛЕНИЕ АДРЕСОВ
Учебные цели: Изучение основных методов адресации информации и обработки адресов по теме
Учебные задачи:
1.Исследование различных способов адресации информации при написании команд и программ;
2. Закрепление полученных теоретических знания по вопросам принципа адресации информации при программировании микропроцессорных систем.
3.Практически определять исполнительные адреса при различных способах адресации информации.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:
Студент должен:
уметь:
- выполнять требования технического задания по программированию микропроцессорных систем;
знать
- программное обеспечение микропроцессорных систем;
- базовую функциональную схему микропроцессорной системы.
Задачи лабораторной работы:
Используя специальные программные средства исследовать способы задания адресов ячеек памяти при составления команд и инструкций для программирования микропроцессорных систе;.
Практическое использование нового программного продукта.
Обеспеченность занятия:
Учебно-методическая литература:
- Нешумова К.А. Электронные вычислительные машины и системы. -М.: Академия., 2009,366 с.
- Калиш Г.Г. Основы вычислительной техники. – М.: Высшая школа, 2000 г.
- Коган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы - М.:Энергоатомиздат, 1995,552 с.
- Кузин А.В., Жаворонков М.А. Микропроцессорная техника. – М., ИЦ Академия, 2007 г.
- Келим Ю.М. Вычислительная техника. Учебное пособие для студентов СПО:М.,Академия, 2007.-384.
Справочная литература
- Конспект лекций «Микропроцессорные системы». Составитель Кузнецов Е.Г. Изд, ГБОУ СПО ЖГК, 2013 г.
Технические средства обучения:
- Персональный компьютер;
- Принтер.
Программное обеспечение:
- Операционная система Windows;
- Учебная программа VMSLAB 5.
Лабораторное оборудование:
- Персональный компьютер;
- Принтер.
Рабочая тетрадь в клетку
Ручка.
Карандаш простой.
Чертежные принадлежности: линейка
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы
Для выполнения операций, указанных в программе , процессор должен получить двоичные коды необходимых операндов, которые хранятся в оперативной памяти. Существует два различных принципа поиска операндов в памяти: ассоциативный и адресный.
В лабораторной работе изучаются некоторые варианты адресного поиска, который предполагает, что искомый операнд извлекается из ячейки оперативной памяти, номер которой формируется на основе информации в адресном поле команды.
В современных ЭВМ адресный код и исполнительный адрес, как правило, не совпадают. Таким образом, способ адресации можно определить как способ формирования исполнительного адреса операнда Аисп по адресному коду команды Ак.
Способов адресации существует достаточно много. Параметры процесса обработки информации существенно зависят от выбранного способа адресации. Одни способы позволяют увеличить объем адресуемой памяти без удлинения команды, но снижают скорость выполнения операции, другие ускоряют операции над массивами данных, третьи упрощают работу с подпрограммами и т.п.
В лабораторной работе предлагается изучить следующие методы адресации:
- прямой;
- косвенный;
- индексный;
- относительный.
Рассмотрим способы адресации операндов и команд.
Прямая адресация. Исполнительный адрес - адрес ячейки ОП, в которой хранится адресуемое слово, совпадает с адресной частью команды. Этот метод используется в ЭВМ в комбинации с другими методами адресации.
Прямая регистровая адресация. В адресном поле команды содержится адрес R регистра СОЗУ процессора, в котором хранится операнд .При таком способе адресации быстродействие ЭВМ повышается, так как нет необходимости извлекать операнды из ОП и команда имеет более короткий формат, так как регистров в СОЗУ обычно значительно меньше чем ячеек в оперативной памяти.
Косвенная адресация. В адресном поле команды указывается адрес ячейки оперативной памяти, содержащей другой адрес, который может быть исполнительным А или еще одним косвенным адресом (так называемая многоступенчатая косвенная адресация).
Таким образом, косвенная адресация может быть определена как "адресация адреса". Она используется в тех случаях, когда часто разрядов в адресной части команды недостаточно для указания всех адресов оперативной памяти ЭВМ.
Относительная адресация. При динамическом распределение памяти базовые адреса массивов изменяются в процессе выполнения программы, в результате адреса не могут быть зафиксированы в программе. Для обеспечения динамического распределения палили используют способ относительной адресации. Относительный адрес состоит из двух полей: В, указывающего базовый адрес Аб массива; D, представляющего собой относительный адрес Аотн Поле D принято называть смещение D операнда относительно начала массива.
Исполнительный адрес вычисляется по формуле Аисп = (В)+ D.
Индексная адресация. В этом случае адрес в команде представляется двумя полями. В поле В указывается базовый адрес массива А- оперативной памяти. Поле X называется индексом. Если X = 0, то адрес А- не модифицируется, т. е. является исполнительным А. Значение X не равно 0 определяет адрес ячейки памяти индексов, в которой хранится индекс i. Модификация адреса сводится к вычислению исполнительного адреса
Аисп = Аб + (X), где {X) - содержимое ячейки X индексной памяти.
Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:
1. Чем отличаются ассоциативный и адресный методы поиска информации в памяти компьютера ?
2. Рассчитайте какие объёмы памяти могут быть адресованы с помощью изученных методов адресации ?
3. Сравните по быстродействию изученные методы адресации.
4. Какие методы адресации упрощают работу с массивами данных ?
Задания для лабораторного занятия:
1.В сумматоре АЛУ процессора находится число 4. К нему необходимо прибавить число 6 используя заданные способы адресации. Число 6 хранится в ОЗУ в ячейке№. Смещение хранится в индексном регистре №. или, при относительной алресации, в счетчике команд процессора.
Таблица 1
Вар
|
Адресация
|
Ячейка №
|
Индексный
регистр №
|
Смещение
|
Счетчик команд
|
01
|
косвенная, индексная, прямая
|
7
|
3
|
2
|
-
|
02
|
косвенная, индексная, непосредственная
|
7
|
1
|
3
|
-
|
03
|
индексная, косвенная, относительная
|
15
|
1
|
4
|
3
|
04
|
прямая, индексная, относительная
|
13
|
5
|
7
|
5
|
05
|
прямая, непосредственная, косвенная
|
5
|
-
|
-
|
-
|
06
|
относительная, непосредственная, прямая
|
11
|
-
|
3
|
6
|
07
|
индексная, относительная. прямая
|
12
|
3
|
7
|
7
|
08
|
непосредственная, индексная, косвенная
|
10
|
7
|
3
|
-
|
09
|
прямая, косвенная, непосредственная
|
5
|
-
|
-
|
-
|
10
|
прямая, индексная, косвенная
|
9
|
2
|
8
|
-
|
Инструкции по выполнению работы
В упрощенном виде все указанные методы адресации смоделированы программным путем и представлены в графической форме на экране монитора. Вся работа ведется в диалоговом режиме по командам, отображаемым на экране. Началу работы предшествует краткое объяснение цели работы и ее содержания. Для выполнения работы инициируется модуль start12.bat. Текст описания лабораторной работы содержится в файле «Лабораторная работа №12. После запуска программы, появляется возможность исследования различных способов адресации информации, используемых в запоминающих устройствах МПС.
Внимание! Выполняйте инструкции, появляющиеся на экране монитора.
Интерфейс программы «Прямая адресация»:
Интерфейс программы «Косвенная адресация»:
Интерфейс программы «Индексная адресация»:
Интерфейс программы «Относительно-индексная адресация»:
Интерфейс программы «Относительная адресация»:
Методика анализа результатов, полученных в ходе лабораторной работы:
Отметим, что выбор того или иного метода адресации в значительной степени определяет время выполнения команды. Самая быстрая адресация — это регистровая, так как она не требует дополнительных циклов обмена по магистрали. Если же адресация требует обращения к памяти, то время выполнения команды будет увеличиваться за счет длительности необходимых циклов обращения к памяти. Понятно, что чем больше внутренних регистров у процессора, тем чаще и свободнее можно применять регистровую адресацию, и тем быстрее будет работать система в целом.
Порядок выполнения отчета по лабораторной работе:
1. Наименование и цель работы
2. Примеры исследуемых методов адресации. Изобразить форматы команд и способ формирования исполнительного адреса. (распечатка экрана программы или графическое отображение в форме таблиц)
3. Ответы на контрольные вопросы
4. Выводы. Сравнительный анализ различных методов адресации
Образец отчета по лабораторной работе:
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
АДРЕСАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ И ВЫЧИСЛЕНИЕ АДРЕСОВ
Учебные цели: Изучение основных методов адресации информации и обработки адресов по теме
Учебные задачи:
1.Исследование различных способов адресации информации при написании команд и программ;
2. Закрепление полученных теоретических знания по вопросам принципа адресации информации при программировании микропроцессорных систем.
3.Практически определять исполнительные адреса при различных способах адресации информации.
Способы адресации бывают:
Регистровая адресация. Операнд разыскивается во внутреннем операнде МП. Всегда является однобайтовыми, потому что они не требуют данных и адресов вне МП.
Непосредственная адресация. Операнд поступает в программную память из следующего байта (иногда из двух байтов). Операнд следует команде непосредственно за КОП. Данные загружаются с помощью команды LXI SP, принадлежащие группе передачи данных.
Прямая адресация. Второй и третий байты команды указывают на адрес операнда. Они являются адресами в прямом способе адресации, тогда как при непосредственной адресации эти же байты были операндами.
Косвенная адресация. Пара регистров HL указывает на адрес операнда в памяти. Этот тип команды всегда однобайтовый. Соответствующий адрес памяти данных указывается содержимым пары HL, которая здесь играет роль адресного регистра.
Задание
В сумматоре ( ) АЛУ процессора находится число 3. К нему необходимо прибавить число 6 используя заданные способы адресации. Число 5 хранится в ОЗУ в ячейке№. Смещение хранится в индексном регистре №. или, при относительной адресации, в счетчике команд процессора.
Вар
|
Адресация
|
Ячейка №
|
Индексный
регистр №
|
Смещение
|
Счетчик команд
|
12
|
косвенная, индексная
|
9
|
5
|
3
|
-
|
Содержимое = 3, индексного регистра 5=3, ячейки 9=5. Прибавить 2 к , используя косвенную и индексную адресацию.
К
освенная.
А=9
КОП
|
ПА
косвенная
|
Поле А=7
|
- формат команды при косвенной адресации
Индексная.
КОП
|
ПА
индексная
|
Индкс Р5=3
|
Поле А=6
|
- формат команды при индексной адресации
Ответы на контрольные вопросы:
1.
2.
3.
4.
Выводы. Сравнительный анализ различных методов адресации
Каждая команда, выбираемая (читаемая) из памяти процессором, определяет алгоритм поведения процессора на ближайшие несколько тактов. Код команды говорит о том, какую операцию предстоит выполнить процессору и с какими операндами (то есть кодами данных), где взять исходную информацию для выполнения команды и куда поместить результат (если необходимо). Код команды может занимать от одного до нескольких байт, причем процессор узнает о том, сколько байт команды ему надо читать, из первого прочитанного им байта или слова. В процессоре код команды расшифровывается и преобразуется в набор микроопераций, выполняемых отдельными узлами процессора.
Большая часть команд процессора работает с кодами данных (операндами). Одни команды требуют входных операндов (одного или двух), другие выдают выходные операнды (чаще один операнд). Входные операнды называются еще операндами-источниками, а выходные называются операндами-приемниками. Все эти коды операндов (входные и выходные) должны где-то располагаться. Они могут находиться во внутренних регистрах процессора (наиболее удобный и быстрый вариант). Они могут располагаться в системной памяти (самый распространенный вариант). Наконец, они могут находиться в устройствах ввода/вывода (наиболее редкий случай). Определение места положения операндов производится кодом команды. Причем существуют разные методы, с помощью которых код команды может определить, откуда брать входной операнд и куда помещать выходной операнд. Эти методы называются методами адресации. Эффективность выбранных методов адресации во многом определяет эффективность работы всего процессора в целом.
Отметим, что выбор того или иного метода адресации в значительной степени определяет время выполнения команды. Самая быстрая адресация — это регистровая, так как она не требует дополнительных циклов обмена по магистрали. Если же адресация требует обращения к памяти, то время выполнения команды будет увеличиваться за счет длительности необходимых циклов обращения к памяти. Понятно, что чем больше внутренних регистров у процессора, тем чаще и свободнее можно применять регистровую адресацию, и тем быстрее будет работать система в целом.
РАЗДЕЛ 1
|
