Prednášky
I. Úvod
- Charakteristika vyučovacieho predmetu z hľadiska rozsahu a náplne.
- Prostriedky a nástroje pre vývoj aplikácií v riadení na úrovni PC, technické prostriedky, programové prostriedky , operačný systém a jeho definícia.
II. Technické prostriedky
- Technická podpora pre vývoj aplikácií na PC pod OS:
- procesor,
- pamäťový podsystém,
- V/V podsystém,
- časovač,
- prerušovací podsystém,
- systém priamého prístupu do pamäti.
- Systémová doska, bloková schéma, popis komponentov (procesor, pamäť, časovač, radiče prerušenia, radiče priamého prístupu do pamäte, radič klávesnice, hodinový obvod, V/V kanál).
- Mikroprocesor ( bloková schéma, zbernice procesora, registre procesora, inštrukčný súbor procesora, generácie procesorov).
- Pamäťový podsystém počítačov PC:
- definícia pamäte, popis pamäte, parametre pamäte, rozdelenie pamäti,
- hierarchia pamäte v rámci počítačov PC (registre, Cache, operačná pamäť, disková pamäť, magnetickopásková pamäť),
- rozdelenie pamäťového priestoru PC.
- Vstupno/výstupný podsystém PC:
- popis V/V podsystému PC,
- adresácia V/V zariadení.
- Zbernice počítačov PC:
- všeobecná definícia a funkcia zberníc v rámci počítačov PC,
- rozbor jednotlivých typov zberníc (štruktúra zbernice, parametre, princíp činnosti):
- model PC/XT,
- zbernica ISA,
- zbernica EISA,
- zbernica PCI,
- zbernica SCSI,
- zbernica IDE.
- Prerušovací podsystém PC:
- Štruktúra prerušovacieho podsystému:
- hardvérové prerušenia (nepodmienené, podmienené),
- programové prerušenia,
- adresácia prerušení, štruktúra vektora prerušení na úrovni PC.
- Programovatelný radič prerušenia I-8259A:
- funkčný popis,
- bloková schéma, popis signálov,
- popis registrov, adresácia registrov,
- režimy činnosti, aplikačné možnosti,
- logické a technické pripojenie radiča prerušenia v rámci V/V podsystému PC,
- programovanie radiča prerušenia na úrovni PC,
- postupnosť činnosti pri obsluhe hardwerových a programových prerušení.
- Priamy prístup do pamäti (DMA):
- Definícia priameho prístupu do pamäti, aplikačné možnosti.
- Štruktúra systému priamého prístupu do pamäti počítačov PC, fyzické a logické prepojenie radičov I-8237A a pripojenie v rámci V/V podsystému.
- Radič priamého prístupu do pamäti I-8237A (opakovanie s aplikáciou na PC):
- funkčný popis,
- bloková schéma, popis signálov,
- popis registrov, adresácia registrov,
- režimy činnosti, aplikačné možnosti,
- logické a technické pripojenie radiča prerušenia v rámci V/V podsystému PC,
- programovanie radiča prerušení na úrovni PC.
- Postupnosť činnosti pri prenose dát v rámci priamého prístupu do pamäti na úrovni:
- pamäť – pamäť,
- V/V zariadenie - pamäť.
- Obrazový podsystém PC:
- Štruktúra obrazového podsystému PC.
- Prehľad obrazových podsystémov PC, vývojové etapy:
- MDA,
- CGA,
- HGC, HGC+, In Color,
- EGA,
- MCGA,
- VGA, SVGA,
- XGA.
- Obrazový adaptér EGA/VGA:
- princíp činnosti, funkčný popis,
- bloková schéma, popis funkčných blokov, popis signálov,
- popis programovateľných registrov a ich adresácia,
- režimy činnosti (grafický a alfanumerický), aplikačné možnosti.
- Zaradenie obrazového podsystému PC v rámci V/V podsystému.
- Programová obsluha na úrovni obrazového podsystému.
III. Štandardné rozhrania počítačov PC
- Všeobecná charakteristika štandardných rozhraní.
- Štandardné rozhranie RS-232C:
- princíp sériovej komunikácie, sériový dátový okruh,
- elektrické úrovne rozhrania RS-232C, 3-vodičový a úplný nulový modém,
- rozloženie signálov na 9-kolíkovom a 25-kolíkovom konektore,
- programovatelný adaptér sériovej komunikácie I-8250:
- funkčný popis,
- bloková schéma, popis signálov,
- popis registrov, adresácia registrov,
- režimy činnosti, aplikačné možnosti,
- logické a technické pripojenie adaptérov sériovej komunikácie I8250 v rámci V/V podsystému PC,
- programovanie rozhrania RS-232 na úrovni:
- základných registrov,
- funkcií BIOS-u,
- hardwerových prerušení.
- Štandardné rozhranie CENTRONICS:
- princíp komunikácie na úrovni rozhrania CENTRONICS,
- rozloženie signálov na konektore,
- napäťové úrovne rozhrania CENTRONICS,
- programovanie obvodu na úrovni:
- základných registrov,
- funkcií BIOS-u,
- hardwerových prerušení.
- Univerzálna zbernica USB:
- popis zbernice USB,
- technické parametre zbernice,
- programovanie zbernice.
- Technologické rozhrania PC:
- Špecifikácia požiadavok na technologické rozhrania z hľadiska reálných podmienok technologických procesov.
- Prehľad technologických rozhraní PC z aplikačného hľadiska:
- úroveň technických prostriedkov:
- technologické rozhrania PC na úrovni číslicových vstupov/výstupov,
- technologické rozhrania PC na úrovni frekvenčných vstupov/výstupov,
- technologické rozhrania PC na úrovni analogových vstupov/výstupov,
- multiplexery a prispôsobovacie členy (zosilňovače, budiče, oddeľovacie prvky),
- špecialné technologické rozhrania PC pre meranie, diagnostiku a riadenie časti technologických procesov:
- digitálný multimeter,
- logický analyzátor,
- moduly riadenia pohonov,
- iné.
- úroveň programových prostriedkov:
- programové moduly na úrovni základných drajvrov,
- programové moduly monitorovania a riadenia,
- komplexné dispečerské a riadiace systémy.
- Detailný rozbor technologických rozhraní na úrovni multifunkčného modulu LabCard PCL-812 firmy ADVANTECH:
- bloková schéma modulu, popis funkčných blokov a signálov,
- popis registrov, adresácia registrov,
- logické a technické pripojenie multifunkčného modulu PCL-812 v rámci V/V podsystému PC,
- programovanie modulu PCL-812 na úrovni PC:
- úroveň základných funkcií v jazyku C,
- tvorba aplikácií s využitím knižnice základných funkcií,
- funkčný popis modulu:
- podsystém analogového vstupu:
- popis aproximačného A/Č prevodníka, spôsoby štartovania A/Č prevodníka a snímania číslicového údaja po prevode, napäťové a frekvenčné rozsahy analogového vstupu,
- multiplexovanie vstupného analogového signálu,
- nastavenie vzorkovacej frekvencie a kvantovacích úrovni,
- snímanie údajov po prevode:
- s programovou obsluhou,
- s využitím prerušenia,
- s využitím prerušenia a priamého prístupu do pamäti.
- podsystém analógového výstupu:
- popis Č/A prevodníka,
- napäťové rozsahy analógových výstupov a spôsoby ich nastavenia:
- implicitné nastavenie,
- spôsoby explicitného nastavenia analógového výstupu,
- programová obsluhu Č/A prevodníka.
- podsystém číslicového vstupu a výstupu:
- elektrické charakteristiky číslicových vstupov a výstupov,
- spôsob realizácie funkcií číslicových vstupov a výstupov,
- popis konektorov pre pripojenie externých signálov číslicových vstupov a výstupov.
- podsystém frekvenčného vstupu a výstupu:
- technický popis a programovanie čítača/časovača I-8253 a I-8254 (opakovanie s aplikáciou na PCL-812),
- spôsob realizácie frekvenčného vstupu na úrovni PCL-812,
- spôsob realizácie frekvenčného výstupu na úrovni PCL-812,
- popis vstupných a výstupných signálov na úrovni konektora.
- Popis vybraných aplikácií číslicového riadenia na úrovni PC s využitím technologického rozhrania LabCard PCL-812.
- Sieťové rozhranie PC:
- Charakteristika počítačovej siete a jej aplikácia na úrovni RTS, základné pojmy z oblasti počítačových sieti.
- Sieťové rozhranie ETHERNET TCP/IP:
- charakteristika zbernicového prístupu v sieti,
- charakteristika siete ETHERNET,
- metodika komunikácie v sieti ETHERNET, náhodný prítup, metóda CSMA/CS,
- popis protokolu IP,
- popis protokolu TCP,
- logické a technické pripojenie sieťového rozhrania ETHERNET TCP/IP v rámci V/V podsystému PC,
- programová tvorba aplikácií na úrovni PC s využitím sieťového rozhrania ETHERNET TCP/IP.
IV. Programové prostriedky počítačov PC
- Programové vybavenie počítača (definícia, rozdelenie programového vybavenia, životný cyklus programového vybavenia, postup pri vývoji aplikácie na úrovni programového vybavenia).
- Operačný systém:
- definícia OS,
- funkcie OS,
- komunikácia užívateľa s OS (textové rozhranie, grafické rozhranie),
- diskovo orientované operačné systémy - oraganizácia dát na disku:
- diskové jednotky,
- logické rozdelenie disku,
- organizácia dát na disku - súbory:
- prípony súborov,
- adresáre,
- cesty (relatívna cesta, absolútna cesta),
- kopresia dát,
- virtuálna pamäť, defragmentácia,
- súborové systémy (FAT12, FAT16, FAT32, NTFS),
- aplikácia súborových systémov v rámci OS.
- OS WINDOWS:
- základné prúdy v rámci OS WINDOWS,
- architektúra OS WINDOWS NT.
- Jadro OS, objekty jadra:
- definíica jadra OS,
- objekty jadra a ich definícia (mapovanie súborov, procesy, semafóry, mutexy, vykonávacie toky, súbory, poštové priehradky, rúry, udalosti),
- vytváranie objektov jadra,
- zatváranie objektov jadra,
- zdielanie objektov jadra medzi procesmi,
- vlákna.
- Procesy:
- definícia procesu,
- vytvorenie procesu (funkcia CreatePrecess),
- ukončnie procesu (funkcia ExitProcess, funkcia TerminateProcess, zánik všetkých tokov v procese, čo sa deje po ukončení procesu),
- synovské procesy (spúšťanie samostatných synovských procesov).
- Vykonávacie toky procesov:
- čo je to vykonávací tok a kedy sa vykonávací tok vytvára,
- prvé funkcie s vykonávacími tokmi (zásobník tokov, štruktúra CONTEXT procesu, vykonávací čas toku procesu),
- vytvorenie vykonávacieho toku - funkcia CreateThread (parametre Ipsa, cbStack, IpStartAddr, IpvThreadParm, fdwCreate, IpIDThread),
- ukončenie vykonávacieho toku (funkcia ExitThread, funkcia TerminateThread, ukončenie procesu, čo sa deje po ukončení procesu),
- ako systém plánuje vykonávanie tokov (prideľovanie úrovne priorit v rozhraní WIN32 API, zmena triedy priority procesu, nastavenie relatívnej priority vykonávacieho toku, prozastavenie a obnovenie toku),
- čo v systéme behá (procesy, toky, runtimová knižnica jazyka C).
- Pamäťová architektúra rozhrania WIN32, práca s pamäťou:
- pamäťový priestor PC a jeho rozdelenie (pod OS MS DOS, OS WINDOWS 95, WINDOWS NT),
- virtuálny pamäťový priestor,
- fyzický pamäťový priestor,
- využívanie virtuálnej pamäte v aplikáciách (systémové informácie, zistenie stavu adresového priestoru, rezervovanie oblasti v pamäťovom prietore, pridelenie fyzického pamäťového priestoru, uvoľnenie fyzického pamäťového priestoru, uzamknutie fyzického pamäťového priestoru v pamäti RAM, reservovanie obsahu fyzických stránok),
- pamäťovo mapované súbory:
- pamäťovo mapované EXE a DLL súbory,
- pamäťovo mapované dátové súbory (metóda jeden súbor-jeden buffer, metóda dva súbory-jeden buffer, metóda jedne súbor-dva buffre, metóda jeden súbor-žiaden buffer),
- použitie pamúťovo mapovaných súborv (vytvorenie, alebo otvorenie objektu typu súbor, vytvorenie objektu mapovanie súboru, mapovanie dát súboru do adresného priestoru procesu, zrušenie mapovania dát v adresnom priestore),
- koherencia dát pri pamäťovom mapovaní súborov,
- pamäťovo mapované súbory v rôznych aplikáciách,
- haldy (definícia haldy, implicitná halda procesu, vytváranie vlastných hald, vytváranie ďalších hald, zrušenie haldy, použitie haldy v C++, aplikačné príklady).
- Synchronizácia vykonávaných tokov:
- všeobecný popis synchronizácie vykonávaných tokov,
- kritické sekcie (vytvorenie kritickej sekcie, použitie kritickej sekcie),
- synchronizácia vykonávacích tokov pomocou objektov jadra (mutexy, semafóry, udalosti).
- Správa okien a asynchronný vstup:
- multitaskting (preemptívné plánovanie času),
- fronty tokov a spracovanie správ (architektúra fronty, umiestnenie správy do fronty, poslanie správy oknu, prebudenie vykonávacieho toku),
- posielanie dát prostredníctvom správ,
- deserializovný vstupný stav,
- lokálny vstupný stav (vstup a príjem z klávesnice, správa kurzoru myši, aplikačné príklady).
- Dynamické knižnice:
- vytváranie dynamickej knižnice (mapovanie DLL knižnice do adresného priestoru procesu),
- aktivačné/deaktivačné funkcie dynamickej knižnice (DLL_PROCESS_ATTACH, DLL_PRODESS_DETACH, DLL_THREAD_ATTACH, DLL_THREAD_DETACH),
- export funkcií a premenných z knižnice,
- import funkcií a premenných do knižnice,
- vytváranie DLL knižníc pre pužitie mimo prekladač Visual C++,
- zdielanie dát medzi rôznymi mapovaniami EXE a DLL súborov.
- Práca so súbormi - súborové systémy:
- konvencia súborových mien v rozhraní WIN32,
- operacie na diskovej a systémovej úrovni,
- operácie s adresármi,
- kopírovanie, rušenie, presúvanie a premenovanie súborov,
- vyhľadávanie súborov,
- zmeny v súborovom systéme,
- práca so súborovými atribútmi (spustiteľné súbory, atribúty súborov, veľkosť súboru, časové údaje o súbore).
- Vstupno-výstupné operácie:
- otváranie a zatváranie zariadení (popis funkcie CreateFile),
- práca so súborovými zariadeniami (nastavenie súborového ukazovateľa, nastavenie konca súboru, uzamykanie a odomykanie časti súboru),
- synchronné operácie vstupu/výstupu (vaprázňovanie vyrovnávacej pamäte),
- asynchrónné oprerácie vstupov a výstupov,
- signalizácia objektov jadra zariadení,
- signalizácia udalosti,
- prerušitelný vstup a výstup (aplikácia Alerable I/O),
- koordinačné vstupno/výstupné porty (simulácia splnených V/V požiadavok, aplikácia I/O Completion Port),
- zistenie či asynchronná operácia skončila,
- zrušenie spracovaných požiadavok.
- Popis vybraných aplikácií riadenia technologických procesov vytvorených na PC pod OS WINDOWS.