МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
Факультет компьютерных наук и информационных технологий
УТВЕРЖДАЮ
__________________
"__"__________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ
Направление подготовки
230100 Информатика и вычислительная техника
Профиль подготовки
Вычислительные машины, комплексы, системы и сети
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
САРАТОВ
2011
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Интерфейсы периферийных устройств»
являются:
•
получение студентами теоретических знаний о принципах построения
и функционировании интерфейсов периферийных устройств современной
вычислительной техники;
•
приобретение студентами практических навыков работы с различными
интерфейсами периферийных устройств на уровне, который позволил бы
квалифицированно организовывать обмен информацией с подключаемыми к
ЭВМ устройствами.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Данная учебная дисциплина входит в раздел «Профессиональный цикл.
Базовая часть» ФГОС-3.
Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированные
у обучающихся в результате изучения дисциплин «Электротехника и
электроника», «Организация ЭВМ и систем» и «Операционные системы».
Сформированные в процессе изучения дисциплины «Интерфейсы
периферийных устройств» компетенции, необходимы студенту при изучении
дисциплин «Системное программное обеспечение», «Системы реального
времени», «Микропроцессорные системы».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины
Данная дисциплина способствует формированию следующих
компетенций:
стремится к саморазвитию, повышению своей квалификации и
мастерства (ОК-6);
осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает
высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8);
использует основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применяет методы математического
анализа и моделирования, теоретического и экспериментального
исследования (ОК-10);
разрабатывать интерфейсы «человек - электронно-вычислительная
машина» (ПК-3);
обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять
постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и
эффективности (ПК-6);
участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных
комплексов (ПК-9);
сопрягать аппаратные и программные средства в составе
информационных и автоматизированных систем (ПК-10);
инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для
информационных и автоматизированных систем (ПК-11).
2
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать:
принципы
функционирования
различных
видов
интерфейсов
периферийных устройств;
основные направления развития интерфейсов периферийных устройств;
принципы обмена информацией между центральными и периферийными
устройствами в ЭВМ и системах;
классификацию и характеристики основных типов интерфейсов
периферийных устройств;
физические основы и принципы действия периферийных устройств;
способы подключения и управления периферийными устройствами в
системе;
уметь:
квалифицированно оценивать область применения конкретных
интерфейсов периферийных устройств;
грамотно использовать интерфейсы периферийных устройств при
решении практических задач;
осуществлять обоснованный выбор стандартного периферийного
оборудования;
владеть:
проектированием устройств, подключаемых с помощью различных
интерфейсов к ЭВМ.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачётных единиц 216
часов.
Раздел
Дисциплины
Семестр
Неделя семестра
Лекции
Лабораторные
занятия
Самостоятельн
ая работа студ.
Классификация
и
характеристики
периферийных устройств, используемых в
составе вычислительных систем.
6
1
4
4
4
Проверка
лабораторных
заданий.
Физические принципы работы устройств
передачи информации.
6
2-3
6
6
12
Проверка
лабораторных
заданий.
Организация
6
4-5
6
6
12
Проверка
№
п/п
1.
2.
3.
Виды учебной работы,
включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в
часах)
Формы текущего контроля (по
неделям семестра) Форма
промежуточной аттестации (по
семестрам)
4.1. Структура преподавания дисциплины
ввода/вывода
цифровой
и
3
аналоговой информации в вычислительной
технике.
4.
лабораторных
заданий.
Организация системных интерфейсов ЭВМ.
6
6-7
6
6
12
Проверка
лабораторных
заданий.
6
8
2
2
4
Контрольная
работа №1.
5.
Организация интерфейсов периферийных
устройств.
6.
Параллельные интерфейсы периферийных
устройств.
6
9-10
6
6
10
Проверка
лабораторных
заданий.
Последовательные
периферийных устройств.
6
11-12
6
6
10
Проверка
лабораторных
заданий.
6
13-14
6
6
10
Проверка
лабораторных
заданий.
7.
8.
9.
интерфейсы
Беспроводные интерфейсы периферийных
устройств.
Интерфейсы микроконтроллерных систем.
6
Промежуточная аттестация
Всего часов
15-16
6
6
10
216
48
48
84
Проверка
лабораторных
заданий.
Контрольная
работа №2.
экзамен
36
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Классификация и характеристики периферийных устройств,
используемых в составе вычислительных систем.
Назначение и функции периферийных устройств в составе вычислительных
систем. Классификация и характеристики периферийных устройств.
Раздел 2. Физические принципы работы устройств передачи информации.
Понятие линии связи. Физическая среда передачи данных. Использование
модуляции параметров сигналов для передачи информации по линиям связи.
Представление сигналов во временной и частотной областях. Спектральный
анализ периодических и непериодических сигналов.
Характеристики линий связи: амплитудно-частотная и фазо-частотная
характеристики, полоса пропускания; помехоустойчивость, перекрёстные
наводки на ближнем конце линии, пропускная способность и связь её с
полосой пропускания, достоверность передачи данных.
Аналоговая и цифровая обработка информации в системах передачи
информации. Дискретизация аналоговых сигналов. Восстановление
аналоговых сигналов из дискретных. Теорема Котельникова. Прямое и
обратное Z-преобразования. Дискретное преобразование Фурье. Дискретная
фильтрация.
Раздел 3. Организация ввода/вывода цифровой и аналоговой информации в
вычислительной технике.
Ввод/вывод цифровой информации в/из ЭВМ с помощью микросхемы
программируемого параллельного интерфейса Intel 8255.
4
Вывод аналоговой информации из ЭВМ посредством цифроаналоговых
преобразователей (ЦАП). Параллельный ЦАП с суммированием весовых
токов, реализованный на матрице постоянного импеданса. Последовательный
ЦАП с широтно-импульсной модуляцией.
Ввод аналоговой информации в ЭВМ с помощью аналого-цифровых
преобразователей (АЦП). Параллельный АЦП. АЦП последовательного
приближения.
Раздел 4. Организация системных интерфейсов ЭВМ.
Организация обмена информацией в ЭВМ посредством системных
интерфейсов. Классификация и характеристики системных интерфейсов.
Системная шина ISA: технические характеристики; адресация памяти и
устройств ввода/вывода; виды работающих на шине устройств, сигналы
шины; циклы шины.
Системная шина PCI: технические характеристики, адресация памяти и
устройств ввода/вывода, виды работающих на шине устройств, сигналы
шины, циклы шины.
Характеристики системной шина PCI Express. Архитектура системной шины
PCI Express: физический уровень, уровень представления данных, уровень
транзакций, программный уровень.
Раздел 5. Организация интерфейсов периферийных устройств.
Организация обмена информацией между ЭВМ и периферийными
устройствами посредством стандартных интерфейсов. Классификация и
характеристики интерфейсов периферийных устройств.
Раздел 6. Параллельные интерфейсы периферийных устройств.
Параллельный интерфейс Centronics (LPT-порт IBM PC): технические
характеристики, структурная схема, назначение и описание регистров,
протокол обмена информацией с подключенным устройством.
Параллельный приборный интерфейс общего назначения GPIB: технические
характеристики, топология, адресация подключенных устройств, назначение
сигналов, низкоуровневое взаимодействие подключенных устройств
(стандарт IEEE-488.1), порядок передачи команд (стандарт IEEE-488.2),
программные продукты для работы с интерфейсом GPIB.
Раздел 7. Последовательные интерфейсы периферийных устройств.
Последовательный интерфейс RS232C (COM-порт IBM PC): технические
характеристики, структурная схема, назначение и описание регистров,
протокол обмена информацией с подключенным устройством.
Последовательный интерфейс USB: технические характеристики и
организация, физическая и логическая топологии, модель передачи данных,
протокол обмена данными, типы передач данных, организация хосткомпьютера USB и USB-устройств. Применение интерфейса USB.
Последовательный высокопроизводительный интерфейс FireWire (IEEE
1394): технические характеристики и организация, физический уровень сети,
5
протокол IEEE 1394, Устройства и адаптеры FireWire. Применение
интерфейса FireWire.
Раздел 8. Беспроводные интерфейсы периферийных устройств.
Беспроводной интерфейс инфракрасного диапазона IrDA: технические
характеристики и организация, протоколы физического и логического уровня
передачи данных в ЭВМ с архитектурой IBM PC.
Беспроводной интерфейс радиочастотного диапазона Bluetooth для
организации сети: технические характеристики, архитектура и логическая
структура сети Bluetooth, стек протоколов Bluetooth, технические средства
сети Bluetooth.
Раздел 9. Последовательные интерфейсы микроконтроллерных систем.
Организация обмена информацией в микроконтроллерных системах
посредством последовательных интерфейсов.
Последовательный интерфейс SPI: технические характеристики и
организация, структурная схема, назначение и описание регистров, протокол
обмена данными.
Последовательный интерфейс I2C (TWI): технические характеристики и
организация, структурная схема, назначение и описание регистров, протокол
обмена данными.
Последовательный интерфейс CAN: технические характеристики и
организация, структурная схема, назначение и описание регистров, протокол
обмена данными.
5. Образовательные технологии
В учебном процессе при реализации компетентностного подхода
используются активные и интерактивные формы проведения занятий:
метод проектов – распределение заданий между учащимися,
предполагающий сбор и анализ информации, а также представление
полученных результатов в виде реферата;
метод
развивающей
кооперации
–
метод
формирования
взаимодействия между студентами в процессе обучения;
метод Делфи – метод поиска быстрых решений в группе.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература
1. Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем: учебник - М.; СПб.: Питер,
2007. - 667 с.
2. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: учеб. пособие - 2-е изд. М.; СПб.: Питер, 2007. - 750 с.
6
3. Хофманн М. Микроконтроллеры для начинающих = Mikrocontroller für
Einsteiger: пер. с нем. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. 294 с.
б) дополнительная литература
4. Гук М. Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия. - 2-е изд. - М.; СПб.:
Питер, 2003. - 922 с.
5. Лапин А.А. Интерфейсы. Выбор и реализация: кн. для понимания
цифровых интерфейсов. - М.: Техносфера, 2005. - 167 с.
6. Агуров П.В.
Интерфейс
USB.
Практика
использования
и
программирования: учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 553 с.
7. Пирогов В.Ю. Ассемблер: учеб. курс. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.:
БХВ-Петербург, 2003. - 1036 с.
8. Пирогов В.Ю. Программирование на Visual C++.NET: для программистов.
- СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 781 с.
9. Юров В.И. Assembler: практикум. - СПб.; М.; Харьков; Минск; Питер,
2002. - 395 с.
10. Тревис Д. LabVIEW для всех = LabVIEW for Everyone. - М.:
ПриборКомплект, 2004. - 537 с.
11. Васильев А.Е. Микроконтроллеры. Разработка встраиваемых приложений:
учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 298 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
12. Среда графического программирования NI LabVIEW 8.5.
13. Свободно распространяемая среда разработки программ Atmel AVR
Studio 5 для микроконтроллеров Atmel AVR.
14. Свободно распространяемый компилятор языка С и C++ WinAVR для
микроконтроллеров Atmel AVR.
15. Портал компании National Instruments Russia. – 2011. http://www.labview.ru
16. Портал компании Atmel Corporation. – 2011. http://www2.atmel.com
17. Портал компании разработчика компилятора WinAVR. – 2011.
http://winavr.sourceforge.net
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютерное и проекционное оборудование для чтения лекций с
использованием слайд – демонстраций. Компьютерный класс из 10 IBM PCсовместимых персональных компьютеров, работающих под управлением
операционной системы Windows XP и 10 отладочных плат с
микроконтроллером Atmel AVR Atmega8535 на практических занятиях.
7
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю
подготовки «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».
Автор
Доцент кафедры дискретной математики
и информационных технологий
___________ А. Н. Савин
Программа одобрена на заседании кафедры дискретной математики и
информационных технологий от «___» _______ 2011 года, протокол № ____.
Заведующий кафедрой
дискретной математики и
информационных технологий,
доцент
___________ Л. Б. Тяпаев
Декан факультета КНиИТ,
доцент
___________ А. Г. Федорова
8