Методические указания
Современные ЭВМ строят на элементах ,реализованных методами микроэлектроники . Цели микроминиатюризации элементов : снижение объема и массы при одновременном повышении быстродействия и надежности. Основные технологические способы микроминиатюризации элементов следующие :
1. Микромодульная технология (ММТ) ,которая использует дискретные миниатюрные элементы.
2. Тонкопленочная технология (ТПТ) , которая использует процессы осождения или напыления на изолирующие подложки проводящих и полупроводящих пленок.
3. Интегральная тенхнология (ИТ) , которая обеспечивает изготовление компонентов в виде отдельных областей в полупроводниковых материалах , обладающих характеристиками дискретных радиокомпонентов. Все межкомпонентные соединения выполняются совместно с компанентами.
4. Гибридные технологии (ГТ) , которые используют интегральные и тонкопленочные технологические процессы. В логических элементах , выполненных по ГТ , активные компоненты реализуются на основе кремниевых кристаллов , а для пассивных используются тонкие пленки.
В последние годы в микроэлектронике возникло новое направление – молекулярная электроника. Это направление связано с использованием свойств отдельных молекул или комплексов молекул.
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем заключается принцип элементарной интеграции.
2. Чем отличается гибридная технология от полупроводниковой интегральной микросхемы.
3. Какие степени интеграции вы знаете?
4. Какими преимуществами обладает микросхема?
[3,5]
Тема 2.8 Микропроцессоры и микро ЭВМ
Студент должен иметь представление:
· о микропроцессах и микро-ЭВМ ( место в структуре вычислительной техники для комплексной автоматизации управления производством; архитектура и функции; примеры применения микропроцессорных систем)
Микропроцессоры и микро ЭВМ, их место в структуре вычислительной техники для комплексной автоматизации управления производством, в информационно-измерительных системах в технологическом оборудовании.
Архитектура и функции микропроцессоров; типовая структура микропроцессора и ее состовляющие; вспомогательные элементы микропроцессоров; устройство управления, стековая память.
Полупроводниковые запоминающие устройства (ЗУ): классификация ЗУ; основные качественные показатели.
Интерфейс в микропроцессорах и микро-ЭВМ; обмен информацией между ЗУ и устройствами ввода и вывода; устройство ввода и вывода интерфейса.
Периферийное оборудование микро-ЭВМ, устройство ввода-вывода, системы отображения информации; специализированные периферийные устройства.
Серийно выпускаемые микропроцессорные комплекты (МКП), микро-эвм, программное обеспечение, стандартизация в области МКП; примеры применения микропроцессорных систем.
Методические указания:
Микропроцессоры – это обрабатывающее и управляющее устройство , выполненное с использованием технологий больших интегральных схем (БИС) и обладающие способностью выполнять под программным управлением обработку информации , включая ввод и вывод информации , принятие решений , арифметические и логические операции.
В состав микропроцессора входят арифметико-логическое устройство , схема управления и синхронизации ,регистр – аккумулятор, сверхоперативное запоминающее устройство , программный счетчик , адресный стек , регистр команд и дешифратор кода операции , схема управления памятью и вводом-выводом.
Микро-ЭВМ – это вычислительная и управляющая система , выполненная на основе микропроцессора , в состав которой входят программная памят , память данных ( оперативное запоминающее устройство ) ,устройство ввода-вывода ,генератор тактовых сигналов ,а также другие устройства ,выполненные с использованием БИС или элементов с меньшей степенью интеграции.
МП и микро-ЭВМ имеют два основных направления применения : первое- традиционное для средств ВТ и второе – нетрадиционное , в котором до появления МП использование средств ВТ не предполагалось , в системах управления технологическими процессами , в измерительных приборах и др.
Микро-ЭВМ имеют ряд преимуществ по сравнению с мини-ЭВМ : достаточно мощная система команд с развитой системой адресации , многоуровневая система прерываний и малое время реакции на запросы , наличие каналов прямого доступа памяти , периферийный интерфейс в виде одной или нескольких БИС ввода-вывода .Микро-ЭВМ имеют на порядок лучшее показатели , чем мини-ЭВМ , по отношению стоимости к числу команд или к числу регистров общего назначения.
Микро-ЭВМ уступают мини-ЭВМ по следующим показателям: меньшая разрядность и в два-три раза меньшее быстродей -ствие.
Применение микро-ЭВМ в системах управления, в измерительных приборах и др. определятся следующими основными преимуществами по сравнению с устройствами с жесткой структурой : значительно большая гибкость , простота конструкций , меньшая стоимость , более высокая надежность. Данные преимущества систем на основе МП обусловили их применение вместо систем в жесткой структурой как основное направление применения .
Вопросы для самоконтроля:
1. Привести пример программного управления технологическим процессом на производстве.
2. Как осуществляется программирование задачи при ее решении на ЭВМ.
[5,8]
3. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
| Номер темы | Номер и наименование работы (занятия) | Количество аудиторных часов |
| 1 | 2 | 3 |
| Тема 1.2 | Лабораторная работа 1. Изучение соединений резисторов и проверка законов Ома и Киргофа | 1 |
| Тема1.4 | Лабораторная работа 2. Исследование методов измерения сопротивлений с применением омметров, измерительных мостов, мегамметров. | 1 |
| Тема 1.5 | Лабораторная работа 3. Неразветвленная цепь переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью (емкостью) | 1 |
| Тема 1.6 | Лабораторная работа 4. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников электроэнергии звездой и треугольником. | 2 |
| Тема 1.7 | Лабораторная работа5. Исследование режимов работы трансформатора | 2 |
| Тема 1.8 | Лабораторная работа 6. Снятие характеристик трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. | 2 |
| Тема 1.9 | Лабораторная работа 7. Испытание генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. | 2 |
| Тема 2.1 | Лабораторная работа 8. Снятие входных и выходных характеристик транзистора. | |
| Тема 2.3 | Лабораторная работа 9. Исследование одно-, двухполупериодного выпрямителя. | 2 |
Задача 1
Цепь постоянного тока содержит несколько резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи с указанием сопротивлений резисторов приведена на соответствующем рисунке.
Номер рисунка, заданные значения одного из напряжений или токов и величина , подлежащая определению, приведены в табл. 1. Всюду индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует это напряжение. Например, через резистор R3 проходит ток I3 и на нем действует напряжение U3. Определить также мощность, потребляемую всей цепью, и расход электрической энергии цепью за 8 ч. работы.
Пояснить с помощью логических рассуждений характер изменения электрической величины , заданной в таблице вариантов (увеличится, уменьшится, останется без изменения ), если один из резисторов замкнуть накоротко или выключить из схемы . Характер действия с резистором и его номер указаны в табл. 1. При этом считать напряжение UAB неизменным . При трудностях логических пояснений ответа можно выполнить расчет требуемой величины в измененной схеме и на основании сравнения ее в двух схемах дать ответ на вопрос .
Указание. См. решение типового примера 1
Таблица 1
| Номер варианта | Номер рисунка | Задаваемая величина | Определить | Действие с резистором | Измерение какой величины рас- смотреть | |
| Замыкае-тся нако- ротко | Выключается из схемы | |||||
| 01 | 1 | UAB=100B | I3 | R1 | - | I5 |
| 02 | 1 | I1=-20A | I4 | - | R4 | U5 |
| 03 | 1 | U2=-30B | I5 | R5 | - | I1 |
| 04 | 1 | I5=-10A | UAB | - | R2 | I5 |
| 05 | 1 | UAB=50B | I1 | R2 | - | U3 |
| 06 | 1 | I2= 3,75A | I5 | - | R5 | U1 |
| 07 | 1 | I4=-5A | UAB | R4 | - | I3 |
| 08 | 1 | U5=-30B | I1 | - | R3 | U4 |
| 09 | 1 | I3=-1,25A | U1 | R3 | - | I2 |
| 10 | 1 | UAB=80B | U4 | - | R4 | I5 |
| 11 | 1 | I3=-1A | U5 | R2 | - | U1 |
| 12 | 1 | U1=-20B | I4 | - | R5 | I4 |
| 13 | 1 | I5=-5A | UAB | R5 | - | U1 |
| 14 | 1 | I1=-12A | I3 | - | R2 | U4 |
| 15 | 1 | U5=-60B | I1 | R1 | - | U5 |
| 16 | 1 | UAB=5B | U4 | - | R5 | I3 |
| 17 | 1 | I2=-3A | I5 | R4 | - | U1 |
| 18 | 1 | U2=-12B | U1 | - | R4 | I5 |
| 19 | 1 | U4=-36B | I1 | R4 | - | U5 |
| 20 | 1 | I4=-12A | UAB | - | R4 | U5 |
| 21 | 2 | UAB=50B | I3 | R1 | - | I6 |
| 22 | 2 | I2=-2A | UAB | - | R2 | U1 |
| 23 | 2 | I1=-5A | U4 | R3 | - | I1 |
| 24 | 2 | U5=-18B | I1 | - | R6 | I2 |
| 25 | 2 | I3=-1,2A | UAB | R5 | - | U1 |
| 26 | 2 | I5=-6A | I1 | - | R3 | U2 |
| 27 | 2 | UAB=80B | I6 | R1 | - | U5 |
| 28 | 2 | I6=-3A | U1 | - | R5 | U1 |
| 29 | 2 | U4=-10B | UAB | R3 | - | I6 |
| 30 | 2 | U1=-20B | I4 | - | R2 | I5 |
| 31 | 2 | I4=-2A | UAB | R6 | - | I1 |
| 32 | 2 | U2=-30B | I1 | - | R4 | I5 |
| 33 | 2 | I2=-4A | U1 | R5 | - | U3 |
| 34 | 2 | U3=-20B | UAB | - | R6 | U1 |
| 35 | 2 | UAB=-60B | I5 | R4 | - | I4 |
| 36 | 2 | I1=-20B | I4 | - | R3 | U5 |
| 37 | 2 | U6=-24B | U1 | R6 | - | I2 |
| 38 | 2 | U1=-40B | I6 | - | R5 | I4 |
| 39 | 2 | I6=-6A | UAB | R4 | - | U1 |
| 40 | 2 | UAB=-120B | I5 | - | R2 | U6 |
| 41 | 3 | I1=- 12A | U6 | R1 | - | U3 |
| 42 | 3 | I4=-3A | UAB | - | R2 | U1 |
| 43 | 3 | UAB=-120B | I6 | R2 | - | I1 |
| 44 | 3 | U3=-24B | UAB | - | R 6 | I3 |
| 45 | 3 | I6=-4A | U1 | R6 | - | U2 |
| 46 | 3 | I1=-24A | I4 | - | R3 | I2 |
| 47 | 3 | UAB=-30B | U5 | R1 | - | I4 |
| 48 | 3 | U1=- 96B | I2 | - | R4 | I1 |
| 49 | 3 | I5=- 2A | I1 | R3 | - | U1 |
| 50 | 3 | UAB=-60B | I3 | - | R2 | I3 |
| 51 | 3 | U2=-12B | UAB | R5 | - | I3 |
| 52 | 3 | I1=- 3A | U6 | - | R5 | U1 |
| 53 | 3 | I2=- 6A | I1 | R1 | - | I6 |
| 54 | 3 | I4=- 3A | I1 | - | R3 | U5 |
| 55 | 3 | UAB=-60B | I2 | R3 | - | I2 |
| 56 | 3 | I5=-4A | UAB | - | R4 | I3 |
| 57 | 3 | U4=-36B | I1 | R4 | - | U1 |
| 58 | 3 | I3=-2A | UAB | - | R 5 | I1 |
| 59 | 3 | U5=-120B | U1 | R6 | - | U5 |
| 60 | 3 | I1=- 24A | UAB | - | R2 | U6 |
| 61 | 4 | I1=- 50A | I3 | R3- | - | U4 |
| 62 | 4 | I2=- 15A | UAB | - | R6 | I2 |
| 63 | 4 | U3=-120B | I4 | R1 | - | U3 |
| 64 | 4 | UAB=-250B | I1 | - | R4 | I2 |
| 65 | 4 | I6=- 8A | U1 | R4 | - | U1 |
| 66 | 4 | I4=- 4A | I2 | - | R2 | I1 |
| 67 | 4 | I5=- 4,8A | UAB | R6 | - | I2 |
| 68 | 4 | U1=-200B | I6 | - | R5 | U1 |
| 69 | 4 | U4=-48B | UAB | R3 | - | I6 |
| 70 | 4 | I5=- 6A | U2 | - | R6 | I2 |
| 71 | 4 | I3=- 2,4A | UAB | R5 | - | U1 |
| 72 | 4 | UAB=-200B | I5 | - | R3 | I1 |
| 73 | 4 | I1=- 20A | I4 | R1 | - | U6 |
| 74 | 4 | I3=- 20A | UAB | - | R2 | I4 |
| 75 | 4 | U4=-120B | I2 | R3 | - | U5 |
| 76 | 4 | I1=- 25A | UAB | - | R4 | I5 |
| 77 | 4 | UAB=- 60B | I4 | R5 | - | I2 |
| 78 | 4 | U5=-120B | U1 | - | R5 | U4 |
| 79 | 4 | I6=- 10A | I1 | R 1 | - | I4 |
| 80 | 4 | UAB=- 500B | U4 | - | R6 | U1 |
| 81 | 5 | I5=-1A | UAB | R3 | - | I1 |
| 82 | 5 | U4=-12B | U1 | - | R2 | U6 |
| 83 | 5 | I3=-6A | UAB | R5 | - | U4 |
| 84 | 5 | UAB=- 60B | I1 | - | R4 | I3 |
| 85 | 5 | I1=-24A | UAB | R1 | - | U6 |
| 86 | 5 | U1=-54B | I6 | - | R6 | U1 |
| 87 | 5 | I6=-3A | U1 | R4 | - | I2 |
| 88 | 5 | U5= 12B | I2 | - | R3 | I1 |
| 89 | 5 | I1=-12A | UAB | R6 | - | U1 |
| 90 | 5 | U2=- 36B | U1 | - | R5 | I2 |
| 91 | 5 | I6=-4,5A | I1 | R5 | - | I3 |
| 92 | 5 | U5=- 24B | U1 | - | R2 | U4 |
| 93 | 5 | U3=- 24B | UAB | R3 | - | I4 |
| 94 | 5 | I2=-8A | I5 | - | R5 | I3 |
| 95 | 5 | U6=- 12B | I1 | R2 | - | I6 |
| 96 | 5 | I4=- 6A | U3 | - | R6 | I2 |
| 97 | 5 | I3=- 4A | UAB | R4 | - | U5 |
| 98 | 5 | I1=- 18A | U5 | - | R4 | I1 |
| 99 | 5 | UAB=- 90B | I6 | R1 | - | I4 |
| 100 | 5 | I2=- 4A | U5 | - | R3 | U6 |
Задача 2