《微機(jī)原理及接口技術(shù)》教學(xué)大綱

1、微機(jī)原理及接口技術(shù)（Microcomputer Principle and Interface Technology）課程代碼：5261055學(xué)分：3學(xué)時：48（其中：課程教學(xué)學(xué)時：36，實(shí)驗(yàn)學(xué)時：12）先修課程：電子技術(shù)基礎(chǔ)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教材：微機(jī)原理與接口技術(shù)，周明德，張曉霞，蘭方鵬編著，人民郵電出版社，2007年4月第2版開課學(xué)院：計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（一）課程性質(zhì)微機(jī)原理及接口技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門實(shí)踐性很強(qiáng)的限制性選修課程。本課程主要研究微型計(jì)算機(jī)工作的原理，包括中央處理器、存儲器直至各種外部設(shè)備的原理和工作方式

2、，是有效掌握微型計(jì)算機(jī)的硬件知識理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)課程。（二）課程目標(biāo)課程目標(biāo)包括知識目標(biāo)和能力目標(biāo)，具體如下：課程目標(biāo)1：讓學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)與外部連結(jié)的軟硬件基礎(chǔ)知識和基本技能；能掌握和了解常用的微處理器，并運(yùn)用微處理器和典型的接口集成電路，設(shè)計(jì)出基本的微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)。課程目標(biāo)2：能夠讓學(xué)生通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全局視角理解計(jì)算機(jī)軟硬件的關(guān)系，硬件如何微觀表達(dá)軟件，軟件如何宏觀制約指令的執(zhí)行，硬件的動作。軟件、指令集、硬件如何三位一體，相互影響，相互支持，相互轉(zhuǎn)化表達(dá)。課程目標(biāo)3：通過課程目標(biāo)1，2的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能夠解決計(jì)算機(jī)類工程復(fù)雜問題，如設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個小型

3、微機(jī)系統(tǒng)或單片機(jī)，同時借助工具開發(fā)所需軟件及硬件。課程目標(biāo)4：具備基本的環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的意識，能夠理解和評價計(jì)算機(jī)專業(yè)工程實(shí)踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展方面的積極貢獻(xiàn)和影響，理解用技術(shù)手段降低其負(fù)面影響的作用與局限性。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.4、5.2和7.2。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.4：在充分理解計(jì)算機(jī)軟硬件及系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠設(shè)計(jì)針對計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)或開發(fā)滿足特定需求和約束條件的軟硬件系統(tǒng)、模塊或算法流程，并能夠進(jìn)行模塊和系統(tǒng)級優(yōu)化。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.2：在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的建模、模擬或解決過程中，能夠使用

4、恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、軟硬件及系統(tǒng)資源和研發(fā)工具，提高解決復(fù)雜工程問題的能力和效率。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)7.2：了解信息化與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，能夠理解和評價計(jì)算機(jī)專業(yè)工程實(shí)踐對環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展的影響。課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4畢業(yè)要求3.4畢業(yè)要求5.2畢業(yè)要求7.2二、課程內(nèi)容及教學(xué)要求本課程教學(xué)內(nèi)容包括：IA-32結(jié)構(gòu)微處理器與8086、處理器總線時序和系統(tǒng)總線、存儲器、輸入和輸出、常用接口電路芯片和微處理器性能提高技術(shù)。本課程基本要求是：使學(xué)生學(xué)習(xí)微處理器芯片的基本功能、指令系統(tǒng)、構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的外圍芯片，以及構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口芯片。掌握微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以

5、及實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)與外部連接的軟硬件基礎(chǔ)知識和基本技能；掌握和了解各種典型環(huán)境下接口設(shè)計(jì)原則，熟悉和正確選擇常用的幾種集成接口電路。第1章概述教學(xué)內(nèi)容1. IA-32結(jié)構(gòu)的發(fā)展概要（通用微處理器、專用微處理器的發(fā)展歷程）；2. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、常用的名詞術(shù)語和二進(jìn)制編碼、指令程序和指令系統(tǒng)、初級計(jì)算機(jī)）；3. 計(jì)算機(jī)的硬件和軟件（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和支撐軟件）；4.微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)（三總線、微處理器內(nèi)部三大部分）。（二）教學(xué)要求1. 了解IA-32結(jié)構(gòu)的概要?dú)v史及各代處理器的特點(diǎn)；2. 了解計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)、常用的名詞術(shù)語、計(jì)算機(jī)的軟硬件結(jié)構(gòu)；3. 理解二進(jìn)制編碼、指令程序和指令系統(tǒng)

6、、初級計(jì)算機(jī)、簡單程序舉例、尋址方式。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1. 重點(diǎn)數(shù)制轉(zhuǎn)換、原反補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換、BCD碼、ASCII碼。2. 難點(diǎn)多核與超線程的異同點(diǎn)，計(jì)算機(jī)的尋址方式。第2章IA-32結(jié)構(gòu)微處理器與8086（一）教學(xué)內(nèi)容IA-32位處理器是8086的延伸（8086功能的擴(kuò)展和性能的提升）；8086的功能結(jié)構(gòu)（總線接口單元BIU和執(zhí)行單元EU、流水線）；8086微處理器的執(zhí)行環(huán)境（基本執(zhí)行環(huán)境概要、基本的程序執(zhí)行寄存器、存儲器組織）。（二）教學(xué)要求1. 掌握片內(nèi)緩存的工作原理；2. 掌握流水線技術(shù)的機(jī)制；3. 了解8086微處理器基本執(zhí)行環(huán)境；4. 了解FLAGS寄存器相關(guān)位的含義；5. 掌握物理地址

7、的形成機(jī)制。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)8086種EU和BIU各自的職責(zé)。2.難點(diǎn)存儲器物理地址的形成。第3章 8086指令系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容1. 基本數(shù)據(jù)類型；2. 8086的指令格式；3. 8086指令的操作數(shù)尋址方式；4. 8086的通用指令。（二）教學(xué)要求1. 理解8086基本數(shù)據(jù)類型；2. 理解8086的指令格式；3. 理解8086指令的操作數(shù)尋址方式；4. 理解8086的通用指令。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)8086各種尋址方式的含義及其匯編格式。2.難點(diǎn)掌握有效地址、物理地址、邏輯地址、偏移量等概念。第4章匯編語言程序設(shè)計(jì)（一）教學(xué)內(nèi)容1. 匯編語言的格式；2. 語句的格式；3. 偽指令語句；

8、4. 指令語句；5. 匯編語言程序設(shè)計(jì)及舉例。（二）教學(xué)要求1. 理解匯編語言的格式；2. 理解語句行的構(gòu)成；3. 理解指示性語句；4. 理解指令語句；5. 了解匯編語言程序設(shè)計(jì)思路。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)8086匯編語言的基本語法，指令語句。2.難點(diǎn)匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用。第5章處理器總線時序和系統(tǒng)總線（一）教學(xué)內(nèi)容1. 8086的引腳功能（最大/最小組態(tài)、8086引腳及含義）；2. 8086處理器時序（指令的執(zhí)行過程、指令周期，總線周期，時鐘周期的含義、總線周期時序、Tw等待周期、存儲器讀寫周期、IO讀寫周期、空閑周期、中斷響應(yīng)周期、中斷響應(yīng)、系統(tǒng)復(fù)位）；3. 系統(tǒng)總線（分類、

9、總線的數(shù)據(jù)傳輸方式、主要的PC總線）。（二）教學(xué)要求1. 了解8086的引腳功能；2. 掌握8086處理器時序；3. 了解系統(tǒng)總線分類及用途。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)最大/最小模式特點(diǎn)及系統(tǒng)典型配置；指令周期、總線周期、時鐘周期的概念。2.難點(diǎn)分時復(fù)用的基本原理及流程；典型處理器時序圖。第6章存儲器（一）教學(xué)內(nèi)容1. 半導(dǎo)體存儲器的分類（RAM的種類及特點(diǎn)、ROM的種類及特點(diǎn)）；2. 讀寫存儲器RAM（基本存儲電路、RAM的結(jié)構(gòu)、RAM與CPU的連接）；3. 只讀存儲器（掩模只讀存儲器、可擦除的可編程序的只讀存儲器EPROM）；4. 提高存儲器性能的技術(shù)（高速緩存、虛擬存儲器和并行存儲器）；5

10、. 微機(jī)主存空間分配。（二）教學(xué)要求1. 了解半導(dǎo)體存儲器的分類；2. 了解介紹六管靜態(tài)存儲電路和單管存儲電路的原理；3. 掌握RAM地址譯碼的方式；4. 了解只讀存儲器種類及工作原理；5. 了解提高存儲器性能的技術(shù)；6. 了解微機(jī)主存空間分配方法；7. 掌握RAM與CPU的連接（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)RAM地址譯碼的方式、RAM與CPU的連接。2.難點(diǎn)全譯碼、部分譯碼造成的地址重疊。第7章輸入和輸出（一）教學(xué)內(nèi)容1. 概述（輸入/輸出的尋址方式、CPU與I/O設(shè)備之間的接口信息、CPU的輸入/輸出時序、CPU與接口電路間數(shù)據(jù)傳送的形式、可編程接口的概念）；2. CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式（查

11、詢傳送方式、中斷傳送方式、直接數(shù)據(jù)通道傳送）；3. 中斷系統(tǒng)（中斷和中斷源、中斷的功能、最簡單的中斷情況、8086的中斷方式、中斷控制器8259）。（二）教學(xué)要求1. 理解輸入/輸出的尋址方式及各自的優(yōu)缺點(diǎn)；2. 掌握查詢與中斷兩種不同類型的IO數(shù)據(jù)傳送方式各自的流程和優(yōu)缺點(diǎn)；3. 了解中斷的概念，中斷源；4. 掌握DMA的流程；5. 掌握查詢、中斷、DMA三種不同類型的IO數(shù)據(jù)傳送方式各自的流程和優(yōu)缺點(diǎn)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)查詢、中斷、DMA三種不同類型的IO數(shù)據(jù)傳送方式各自的流程。2.難點(diǎn)查詢、中斷、DMA三種不同類型的IO數(shù)據(jù)傳送方式的差異。第8章常用接口電路芯片（一）教學(xué)內(nèi)容1.

12、可編程定時器/計(jì)數(shù)器8253（8253主要功能、結(jié)構(gòu)功能、引線、控制字、工作方式、編程）；2. 可編程并行接口8255A（8255引線、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式、控制字和狀態(tài)字、應(yīng)用舉例）；3. 串行通信及串行通信接口芯片8251（串行通信概述、8251可編程通信接口、8251的編程）；4. 數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換與模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換接口（數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。（二）教學(xué)要求1. 了解8253計(jì)數(shù)特點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引線；2. 掌握8253方式0-5的工作原理；3. 掌握8253的編程；4. 了解8255A結(jié)構(gòu)和工作方式；5. 掌握8255A的編程；6. 了解串行通信特點(diǎn)，8251的基本功能；7.掌握8

13、251方式選擇字的設(shè)定。8. 了解模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換方法及對應(yīng)接口芯片的功能及特點(diǎn)；（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)8253的編程；8255的編程；8251的編程。2.難點(diǎn)數(shù)模轉(zhuǎn)換逐次逼近原理。第9章微處理器性能提高技術(shù)（一）教學(xué)內(nèi)容1. 精簡指令集計(jì)算機(jī)技術(shù)（復(fù)雜指令集和精簡指令集、RISC技術(shù)的主要特點(diǎn)）；2. 指令流水線技術(shù)（指令流水線思想、Pentium超標(biāo)量指令流水線）；3. 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理單元（浮點(diǎn)寄存器、Pentium浮點(diǎn)指令）；4. 并行處理技術(shù)（并行性概念、數(shù)據(jù)級并行技術(shù)、指令級并行技術(shù)、線程級并行技術(shù)）。（二）教學(xué)要求1. 了解各種微處理器性能提高技術(shù)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)各種微處理

14、器性能提高技術(shù)的原理及特點(diǎn)。2.難點(diǎn)各并行處理技術(shù)的差異。三、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時類型要求支撐的課程目標(biāo)18086/8088匯編語言練習(xí)2驗(yàn)證性必做課程目標(biāo)12指令運(yùn)行時間比較2驗(yàn)證性必做課程目標(biāo)13存儲器與CPU的連接2驗(yàn)證性必做課程目標(biāo)148259A單級中斷控制實(shí)驗(yàn)2驗(yàn)證性必做課程目標(biāo)1，258255A可編程并行口實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)性必做課程目標(biāo)1，268237/8253/8251實(shí)驗(yàn)2驗(yàn)證性選做課程目標(biāo)1，2實(shí)驗(yàn)1：8086/8088匯編語言練習(xí)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?）掌握匯編語言源程序的編輯、匯編、連接的方法；2）利用DEBUG掌握有關(guān)指令的功能；3）利用DEBUG運(yùn)行簡單

15、的程序段。2. 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容1）建立匯編語言程序；2）寫出調(diào)試步驟；3）記下代碼段、數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)內(nèi)容，觀察每句程序執(zhí)行過程中CS、IP、FLAGS寄存器的變化。3. 重難點(diǎn)DEBUG過程及查看代碼段、數(shù)據(jù)段和各寄存器的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)2：指令運(yùn)行時間比較1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?）比較不同指令的運(yùn)行時長；2）針對不同問題能選擇恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。2. 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容1）分別以累加、乘法、移位的形式建立15*15的匯編語言程序；2）考察各個程序運(yùn)行時間，以討論加法、乘法、移位的運(yùn)行速度。3. 重難點(diǎn)如何計(jì)算程序運(yùn)行時間。實(shí)驗(yàn)3：存儲器與CPU的連接1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?）了解2114引腳含義；2）根據(jù)系統(tǒng)要求確定

16、需要的2114的數(shù)目；3）畫出存儲系統(tǒng)與CPU的連接圖。2. 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容1）明確存儲芯片的數(shù)據(jù)線、地址線數(shù)據(jù)，計(jì)算需要的芯片數(shù)及分組；2）依據(jù)譯碼方式畫出存儲系統(tǒng)與CPU的連接圖；3）寫出各組地址范圍。3. 重難點(diǎn)譯碼方式不同造成的地址重疊區(qū)的理解。實(shí)驗(yàn)4：8259A單級中斷控制實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?）掌握中斷控制器8259A與微機(jī)接口的原理和方法；2）掌握中斷控制器8259A的應(yīng)用編程。2. 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容1）8259A和8088系統(tǒng)總線直接相連；2）8259A 有2 個端口地址，本系統(tǒng)中為20H、21H，分別用于書寫初始化字與命令字；3）IR3作為中斷源，產(chǎn)生邊沿觸發(fā)類型的中斷，實(shí)驗(yàn)箱

17、演示中斷次數(shù)。3. 重難點(diǎn)8259A初始化和命令字的確定。實(shí)驗(yàn)5：8255A可編程并行口實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?）了解8255A兩組端口的組成及特點(diǎn)；2）掌握8255A應(yīng)用編程技術(shù)；3）完成模擬交通燈實(shí)驗(yàn)。2. 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容1）模擬交通燈管理，控制發(fā)光二極管交替閃滅；2）8255A的PB4PB7對應(yīng)黃燈，PC0PC3對應(yīng)紅燈，PC4PC7對應(yīng)綠燈；3）8255A工作于模式0，并置為輸出。4）各發(fā)光二極管為共陽極，編程實(shí)現(xiàn)交替閃滅。3. 重難點(diǎn)8255A的編程；延時的實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)6：8237/8253/8251實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?）熟悉常用的接口芯片8237/8253/8251；2）學(xué)生可

18、以選做其中的一個或多個芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2. 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容1）針對8237，掌握8237A可編程 DMA控制器進(jìn)行RAM到RAM的數(shù)據(jù)傳送方法；2）針對8253，掌握8253對于工作方式3時計(jì)數(shù)結(jié)束時GATE端波形的變化；3）針對8251，掌握8251A異步方式發(fā)送數(shù)據(jù)時波形的變化以判斷發(fā)送數(shù)據(jù)的過程。3. 重難點(diǎn)各芯片的工作原理及編程。注：本課程為專業(yè)課，授課對象為大三學(xué)生，實(shí)驗(yàn)類型主要包括驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，均需要提交實(shí)驗(yàn)報告，實(shí)驗(yàn)報告主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、預(yù)習(xí)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、源代碼和總結(jié)。實(shí)驗(yàn)評價內(nèi)容和評分細(xì)則參見附錄1。四、學(xué)時分配及教學(xué)方法章教學(xué)形式及學(xué)時分配主要教學(xué)方法支撐的課程

19、目標(biāo)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)上機(jī)課程實(shí)踐小計(jì)第1章概述55講授、案例、自學(xué)課程目標(biāo)1，2第2章IA-32結(jié)構(gòu)微處理器與808633講授、案例、自學(xué)課程目標(biāo)1，2第3章8086指令系統(tǒng)22講授、自學(xué)課程目標(biāo)1第4章匯編語言程序設(shè)計(jì)224講授、自學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1第5章處理器總線時序和系統(tǒng)總線527講授、案例、演示、討論、自學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1第6章存儲器527講授、案例、演示、討論、自學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1，2第7章輸入和輸出628講授、案例、演示、討論、自學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1， 2第8章常用接口電路芯片6410講授、案例、演示、討論、自學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1，2第9章微處理器性能提高技術(shù)22講授、自學(xué)課程目標(biāo)1，2合

20、計(jì)361248注：1.課程實(shí)踐學(xué)時按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格； 2.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問題、項(xiàng)目、案例等教學(xué)方法）等。五、課程考核 1. 課程考核方式包括期末考試、平時作業(yè)和實(shí)驗(yàn)情況考核?？己诵问娇己艘罂己藱?quán)重備注平時作業(yè)及階段測試課后完成1015個習(xí)題，主要考核學(xué)生對每節(jié)課知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握度，計(jì)算全部作業(yè)的平均成績再按15%計(jì)入總成績；可讓學(xué)生查閱資料，了解本課程相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，自主學(xué)習(xí)并完成。15%根據(jù)平時作業(yè)得分取平均值或結(jié)合平時測試情況實(shí)驗(yàn)完成6個實(shí)驗(yàn)，主要訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力，最后按15%計(jì)入課程總成績。15%評分細(xì)則見附錄1期末考試試卷題型包括選擇題、填空題、判斷題、應(yīng)用題、問答題5大類，以卷面成績的70%計(jì)入課程總成績。其中考核基礎(chǔ)知識及應(yīng)