ZÁRÓVIZSGA 2016/2017 Szakirány: AUTOMATIKA ÉS ALKALMAZOTT INFORMATIKA A záróvizsga két próbából áll: Diploma dolgozat védése és Szóbeli vizsga a megadott tételek alapján Rendszerelmélet és Irányítástechnikából valamint Számítógép architektúrák és Mikroprocesszoros rendszerekből. A hallgatók mindkét próbára külön osztályzatot kapnak. A diplomadolgozat bemutatására minden hallgatónak 10 perc áll a rendelkezésére, ezután következik a diplomadolgozattal kapcsolatos kérdések megválaszolása hozzávetőleg 5 perc alatt. A szóbeli vizsgán minden hallgató húz két tételt: egyet a Rendszerelmélet és Irányítástechnika felmérésére szolgáló részből és egyet a Számítógép architektúrák és Mikroprocesszoros rendszerek felmérésére szolgáló részből. A két tétel kidolgozására 15 perc áll rendelkezésre. Ezután a hallgató a bizottság előtt felel a kihúzott tételekből. I. Rendszerelmélet és Irányítástechnika Szóbeli vizsga tematika 1. Laplace transzformáció. Folytonos átviteli függvény. 2. Z transzformáció. Diszkrét átviteli függvény. 3. A súlyfüggvény. Az átmeneti függvény. 4. Folytonos lineáris idő-invariáns rendszerekről diszkrét rendszerekre való áttérési módszerek. Jelek mintavételezése, a Shannon tétel. 5. Folytonos átviteli függvény. Átviteli függvények algebrája (soros, párhuzamos, visszacsatolás). 6. Elsőfokú és másodfokú folytonos lineáris idő-invariáns rendszerek (erősítés, időállandó, csillapítás, saját körfrekvencia). 7. A holtidővel rendelkező folytonos és diszkrét lineáris idő-invariáns rendszerek matematikai modelljei. 8. Folytonos és diszkrét lineáris idő-invariáns SISO rendszerek stabilitás vizsgálata (pólusok, zérusok). 9. Lineáris rendszerek frekvenciatartománybeli analízise, a Nyquist diagram. A Nyquist stabilitási kritérium. 10. Lineáris rendszerek frekvenciatartománybeli analízise, a Bode diagram. A Bode stabilitási kritérium. 11. Lineáris időinvariáns rendszerek állapotteres modellje (folytonos és diszkrét). 12. Lineáris rendszerek stabilitása állapottérben (sajátértékek). 13. Lineáris rendszerek állapotteres modellje. Rendszerek szabályozhatósága és megfigyelhetősége. 1
14. Lineáris rendszerek állapotteres modellje. Lyapunov stabilitási kritérium folytonos lineáris rendszerekre. 15. A szabályozási hurok, a szabályozási hurok elemeinek leírása, jelek a szabályozási hurokban 16. Folytonos és diszkrét P, PD szabályozók. 17. Folytonos és diszkrét PI szabályozók. 18. Folytonos és diszkrét PID szabályozók. 19. Másodfokú mintarendszer és tranziens jellemzői (túllövés, szabályozási idő, beállási idő). 20. Mintarendszer alapú szabályozás tervezése. 21. Az állandósult állapotbeli hiba. A proporcionális szabályozás hatása az állandósult állapotra (folytonos eset). 22. Az állandósult állapotbeli hiba. Az integráló szabályozás hatása az állandósult állapotra (folytonos eset). 23. Szabályozók kísérleti beállítása. A Ziegler Nichols módszer. 24. A kaszkád szabályozás elve. II. Számítógép architektúrák és Mikroprocesszoros rendszerek 1. A Neumann architektúrájú processzorok minimális regiszterkészletének funkcionális leírása. 2. A Neumann architektúrájú processzorok vezérlő egységének funkcionális leírása. 3. A processzorok belső sínjeinek az adatút kialakításának lehetőségei. 4. Utasítások végrehajtásának fázisai, azok mikrolépésekre való bontása. 5. Függvényhívási utasítás végrehajtásához szükséges CPU alegységek és azok feladatai. 6. Az utasítás-formátum hatása a processzorok utasítás-készlet architektúra (ISA Instruction Set Architecture) szintjének tervezésére. 7. Az operatív tárak szervezése. Lapszervezésű virtuális tár. 8. Az operatív tárak szervezése. Szegmensszervezésű virtuális tár. 9. Vektorizált megszakításrendszert alkalmazó I/O adatátvitelek végrehajtásának lépései. 10. Közvetlen memória-hozzáférést (DMA) alkalmazó I/O adatátvitelek végrehajtásának lépései. 11. Az utasítások végrehajtásának párhuzamosítása. Erőforrás-függőségek kezelése a csővezeték-struktúrák (pipe-line-ok) alkalmazásában. 12. Az utasítások végrehajtásának párhuzamosítása. Adatfüggőségek kezelése a csővezetékstruktúrák (pipe-line-ok) alkalmazásában. 13. Vázold fel egy általános mikrovezérlő belső architekturális felépítését, sorold fel a fontosabb alegységeket és írd le milyen módon kapcsolódik a központi végrehajtó egység a beépített perifériákhoz pl. hogyan állít be egy GPIO kimenet, hogyan állít be egy időzítést stb. 14. Mit jelent a hardveres, közvetlen kód beírás? Ismertesd a folyamat főbb lépéseit és sorold fel a folyamatban résztvevő hardver és szoftver eszközöket, alkatrészeket. 15. Milyen architekturális funkciót valósít meg a módosított Harvard architektúrájú mikrovezérlő, amely funkció nélkül nem lenne értelme a belső programtárból tárrezidens betöltő programot futtatni? 16. Határozd meg az I/O csatornákat vezérlő speciális funkciójú regiszterek szerepét. Melyik mit állít be? Ne feledkezz meg az I/O csatorna esetleges analóg funkciójáról sem. 2
17. Rajzold le grafikon formájában és magyarázd el, hogyan változik az időzítő/számláló áramkör számláló láncának értéke abban az esetben, ha a számláló felfele számol egy nullától különböző értéktől és a túlcsordulás pillanatában ciklikusan újratöltjük a kiindulási értékkel. 18. Magyarázd el röviden a hardveres időzítés két módszerét (az egyik módszer pontatlanabb) és határozd meg a hardveres időzítési módszer fő előnyét a szoftveres időzítéssel szemben. 19. Magyarázd el, hogyan működik a Capture (mintavételező) áramkörrel ellátott időzítő. Adj egy példát a felhasználására, milyen esetben használtuk a Capture funkciót. 20. Magyarázd el a mikrovezérlőben szoftveresen implementált, aszinkron adó (TX) algoritmus menetét, azaz: - határozd meg az üzenet kezdetét jelző bit fontosságát - magyarázd el, milyen időintervallumonként változik a kimeneti jelforma. - magyarázd el, hogyan kerülnek a mikrovezérlő kimenetként beállított csatornájára a kiküldendő adatbájt bitjei 21. Magyarázd el egy magszakítás kérés kiszolgálásának a menetét érintve a következő fontos részleteket: - mi történik a programszámláló értékével - mi történik a megszakítás vektor címértékével - milyen adatokat kell elmenteni a megszakítás rutin elején - milyen jelzőbiteket kell ellenőrizni a kiszolgáló rutin elején - mi történik a megszakítás rutin végén 22. Írd le röviden a mikrovezérlőbe beépített Watchdog speciális áramkör szerepét és működésének lényegét. 3
EXAMENUL DE LICENȚĂ 2016/2017 Domeniul de studiu: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ Tematica examenului oral I. Teoria sistemelor și Ingineria reglării automate 1. Transformata Laplace. Funcția de transfer continuă. 2. Transformata Z. Funcția de transfer discretă. 3. Funcția pondere. Funcția indicială. 4. Metode de discretizare a sistemelor lineare continue. Eșantionarea semnalelor, teorema Shannon. 5. Funcția de transfer continuă. Algebra funcțiilor de transfer. 6. Sisteme lineare de ordinul I și II. 7. Modelul sistemelor lineare cu timp mort. 8. Analiza stabilității sistemelor SISO liniare continue și discrete (poluri, zerouri). 9. Analiza sistemelor în domeniul frecvență, diagrama Nyquist. Criteriul de stabilitate Nyquist. 10. Analiza sistemelor în domeniul frecvență, diagrama Bode. Criteriul de stabilitate Bode. 11. Modelul sistemelor lineare continue și discrete în spațiul stărilor. 12. Stabilitate în spațiul stărilor (valori proprii). 13. Modelul sistemelor lineare în spațiul stărilor. Observabilitatea și controlabilitatea sistemelor. 14. Modelul sistemelor lineare în spațiul stărilor. Criteriul Lyapunov de stabilitate pentru sisteme continue liniare. 15. Bucla de reglare, elementele buclei de reglare, semnale în bucla de reglare. 16. Regulatoare P, PI, PD, PID continue și discrete. 17. Regulatoare PI continue și discrete. 18. Regulatoare PID continue și discrete. 19. Proiectarea regulatoarelor pe baza sistemului de referință. 20. Sistemul de referință de ordinul doi. Caracteristici tranzitorii. (surpareglaj, timp de reglare). 21. Eroarea de reglare în regimul staționar. Efectul reglării proporționale pe regimul staționar. 22. Eroarea de reglare în regimul staționar. Efectul integratorului pe regimul staționar. 23. Acordarea regulatoarelor cu metoda Ziegler Nichols. 24. Principiul reglării în cascadă. II. Arhitectura calculatoarelor și Sisteme cu microprocesoare 1. Descrierea funcțională a unui set minimal de registre pentru un procesor cu arhitectură Neumann. 2. Descrierea funcțională a unității de control al unui procesor cu arhitectură Neumann. 3. Posibilități de realizare a magistralelor interne ale procesoarelor secvențiale. 4. Fazele și pașii de execuție a instrucțiunilor. 5. Descrierea componentelor de procesor și a instrucțiunilor necesare pentru implementarea procesului de apel de funcții. 4
6. Efectul formatului de instrucțiuni asupra proiectării procesoarelor la nivelul arhitecturii setului de instrucțiuni (ISA - Instruction Set Architecture). 7. Organizarea memoriei operative. Memorii virtuale cu paginare. 8. Organizarea memoriei operative. Memorii virtuale cu segmentare. 9. Execuția transferurilor I/O cu ajutorul sistemului de întreruperi vectorizat. 10. Pașii de execuție a transferurilor I/O cu ajutorul tehnicii de acces direct la memorie (DMA). 11. Paralelizarea execuției instrucțiunilor. Dependențe de resurse în exploatarea structurilor pipeline. 12. Paralelizarea execuției instrucțiunilor. Dependențe de date în exploatarea structurilor pipeline. 13. Schițează compoziția arhitecturală al unui microcontroler generalizat, enumeră componentele principale ale arhitecturii respectiv descrie cum se conectează unitatea centrală de procesare la perifericele din componența arhitecturii schițate de ex. cum setează direcția unui GPIO sau o temporizare. 14. Ce înseamnă înscrierea directă de cod in memoria de program al microcontrolerului? Prezintă pașii procesului respectiv enumeră echipamentele și uneltele software utilizate în proces. 15. Ce funcție realizează o arhitectura de tip Harvard modificată, fără de care programul rezident de încărcare (bootloader) și-ar pierde rostul da a mai fi utilizat. 16. Definește rolul regiștrilor cu funcții speciale care interfațează canalele I/O (intrare-ieșire) luând în considerare și eventuala funcționalitate analogică a canalelor respective. 17. Schițează în mod grafic și explică cum se va schimba valoarea numărătorului unui circuit Timer în cazul în care aceasta numără incremental pornind de la o valoare inițială nenulă și în momentul revărsării se reîncarcă cu valoarea inițială. 18. Elaborează o descriere scurtă despre cele două metode de temporizare hardware (unul dintre metode este mai puțin precisă) definind totodată avantajul metodei de temporizare hardware față de metoda software. 19. Explică funcționarea circuitului de extensie Capture. Descrie un caz real de aplicație unde se utilizează un astfel de circuit. 20. Explică funcționarea unui algoritm de transmisie asincronă (TX) evidențiind următoarele detalii: - importanța primului bit din pachetul transmis - cadența de timp în care se va schimba semnalul de ieșire pe durata transmisiei - structura algoritmului cu privire în special la metoda de secvențiere a octeților transmiși 21. Explică pașii efectuați în deservirea unei întreruperi hardware, evidențiind următoarele detalii: - ce se întâmplă cu valoare numărătorului de program? - ce se întâmplă cu valoarea stocată în vectorul de întrerupere? - ce fel de regiștrii trebuie salvate la început? - ce fel de biți de semnalizare trebuie verificate la începutul deservirii? - ce se întâmplă la finalul rutinei de întrerupere? 22. Elaborează o descriere scurtă a circuitului Watchdog evidențiind principiul de funcționare și modul în care aceasta se integrează în componența arhitecturală al unui microcontroler. 5
Irodalom (Bibliografie) Moodle link: https://moodle.sapidoc.ms.sapientia.ro/course/view.php?id=166 [1] Márton L. F. Jelek és rendszerek, Scientia kiadó, Kolozsvár, 2006. [2] Márton L. F., György K., Semnale şi sisteme, MatrixRom kiadó, Bukarest, 2010. [3] Márton L. Irányítástechnika, Scientia kiadó, Kolozsvár, 2009. [4] Lantos B. Irányítási rendszerek elmélete és tervezése, I. kötet, Akadémiai kiadó, Budapest, 2001. [5] Tanenbaum A., Számítógép-architektúrák, Panem Budapest, 2006. [6] Bakó László, Számítógép architektúrák: előadás jegyzet, Sapientia EMTE Műszaki és Humántudományok Kar. [7] Eugen Coca, Sisteme cu microprocesoare, Matrixrom, 2008. [8] Arató Péter, Logikai rendszerek tervezése, Műegyetemi Kiadó, 2001. [9] Csernáth Géza, Mikrovezérlős rendszerek - Elmélet és gyakorlat - 2014 în format electronic accesibil pe intranetul facultăţii. [10] Steven F. Barrett and Daniel J. Pack, Microcontrollers Fundamentals for Engineers and Scientists, Morgan & Claypool, 2006. [11] Eugen Coca, Sisteme cu microprocesoare, Editura Matrixrom Bucuresti, 2008. [12] Kumar, N. Senthil - Saravanan, M. - Jeevananthan, S., Microprocessors and microcontrollers, Oxford University Press, 2011. [13] I. Susnea, M. Mitescu, Microcontrollers in Practice, Springer, 2005. [14] Ünsalan, Cem Gürhan, H. Deniz, Programmable microcontrollers with applications: MSP430 LaunchPad with CCS and Grace, McGraw Hill, 2014. [15] Antonio Carlos Schneider Beck, Carlos Arthur Lang Lisboa, Luigi Carro (eds.), Adaptable embedded systems, Springer, 2013. [16] Stuart Ball, Analog Interfacing to Embedded Microprocessors, Real World Design, Newnes, 2001. Márton Lőrinc 30. 01. 2017. 6