《微機原理與接口技術(shù)》第3版 教學大綱、實驗大綱 牟琦

45-《微機原理與接口技術(shù)》教學大綱英文名稱：MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology適用專業(yè)：計算機類專業(yè)、自動化類專業(yè)、電子信息類專業(yè)教材：牟琦.微機原理與接口技術(shù)（第3版）.[M].北京：清華大學出版社，2018一、課程的性質(zhì)“微機原理與接口技術(shù)”是計算機類、電子信息類、自動化類等相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程。課程內(nèi)容主要包括微型機硬件系統(tǒng)的組成、匯編語言程序設計、以及接口技術(shù)。通過該課程的學習，使學生能夠掌握微型計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，理解計算機系統(tǒng)硬軟件協(xié)同工作原理，建立計算機系統(tǒng)的整體概念；培養(yǎng)硬件思維方式，提高計算機硬件系統(tǒng)應用能力，提高硬軟件協(xié)同開發(fā)能力；對于培養(yǎng)學生工程素養(yǎng)，培養(yǎng)分析、解決復雜工程問題的能力具有重要意義。二、課程學習目標1.知識目標理解微型機硬件系統(tǒng)的組成及工作原理，了解微處理器的分類和發(fā)展；掌握8086CPU結(jié)構(gòu)及工作原理，了解常用的總線標準；了解80X86系列CPU的發(fā)展和特點；理解8086CPU指令系統(tǒng)，掌握匯編語言程序設計方法；理解I/O系統(tǒng)工作原理，掌握主要工作方式；理解常用可編程接口芯片的工作原理，掌握其應用方法；2.能力目標能夠熟練編寫匯編語言程序；能夠編寫程序?qū)ΤＳ每删幊探涌谛酒M行應用；具備微型計算機計算機硬件系統(tǒng)應用能力；具備硬軟件協(xié)同開發(fā)能力。三、教學內(nèi)容及基本要求1.計算機系統(tǒng)概述介紹計算機中的數(shù)據(jù)表示與編碼，微型計算機中常用的數(shù)字邏輯電路，以及計算機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理等內(nèi)容。使學生能從總體上對計算機系統(tǒng)有一個初步的了解，為后續(xù)知識的學習奠定基礎。(1)教學內(nèi)容計算機系統(tǒng)中的數(shù)與數(shù)制；二/十進制數(shù)的表示范圍、編碼及其運算；計算機系統(tǒng)中的字符編碼；邏輯電路基礎；計算機系統(tǒng)的分類與發(fā)展；計算機系統(tǒng)的組成；計算機系統(tǒng)的主要性能指標。(2)教學重點計算機中的數(shù)據(jù)表示與編碼，計算機系統(tǒng)的組成與工作原理。(3)教學難點補碼的運算和溢出判斷方法。2.微型計算機系統(tǒng)基礎本章主要介紹微型計算機基礎知識，包括指令系統(tǒng)、處理器體系結(jié)構(gòu)、微型計算機基本結(jié)構(gòu)和工作原理、輸入輸出技術(shù)等內(nèi)容，使學生對微型計算機系統(tǒng)有進一步的認識，對計算機工作過程有一個全面的概括的理解。(1)教學內(nèi)容指令系統(tǒng)和處理器體系結(jié)構(gòu)微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計算機中的存儲器與地址分配方法I/O信息交換方式程序中斷技術(shù)概念微處理器的發(fā)展和分類微型計算機系統(tǒng)中采用的先進技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點和發(fā)展(2)教學重點微處理器中主要寄存器；存儲器地址分配；I/O信息交換方式，程序中斷技術(shù)(3)教學難點微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，存儲器地址分配，程序中斷處理過程3.80X86微處理器本章以8086為例，介紹了微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部基本引腳、工作方式、總線和時序，以及8086的存儲器組織、中斷系統(tǒng)等內(nèi)容。為學習匯編語言程序設計和接口應用技術(shù)打下基礎。(1)教學內(nèi)容8086微處理器的存儲器組織；8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；8086總線工作周期8086的中斷系統(tǒng)8086微處理器外部總線及工作模式；8086微處理器的工作時序。(2)教學重點8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理；存儲器的地址組織；中斷處理過程；8086工作模式及總線周期。(3)教學難點8086系統(tǒng)的存儲器結(jié)構(gòu)；20位物理地址的形成過程；最小和最大工作模式；中斷向量和中斷處理過程。4.尋址方式與指令系統(tǒng)學習指令系統(tǒng)中主要指令的功能、格式以及使用的方法是學習匯編語言的基礎。本章主要介紹8086CPU匯編語言格式、尋址方式、以及8086指令系統(tǒng)中主要指令及其使用方法，通過本章的學習，使學生鞥個編寫出簡單功能的指令段。(1)教學內(nèi)容指令格式；8086數(shù)據(jù)尋址方式及指令尋址方式；數(shù)據(jù)傳送指令算術(shù)運算指令邏輯運算指令移位指令串操作指令程序控制指令處理器控制指令(2)教學重點數(shù)據(jù)尋址方式，指令尋址方式、8086指令系統(tǒng)中主要指令。(3)教學難點數(shù)據(jù)尋址方式，指令尋址方式。5.匯編語言程序設計本章主要介紹匯編語言程序結(jié)構(gòu)、基本語法、系統(tǒng)功能調(diào)用等內(nèi)容，使學生掌握匯編語言程序設計基本方法，能夠運用匯編語言寫出完整的程序，實現(xiàn)指定的功能，并且能夠運用DEBUG對程序進行調(diào)試。(1)教學內(nèi)容匯編語言程序的基本語法；常用偽指令；系統(tǒng)功能調(diào)用；匯編語言程序設計方法；宏指令；動態(tài)調(diào)試程序DEBUG(2)教學重點匯編程序的結(jié)構(gòu)和語法；DOS系統(tǒng)功能調(diào)用(21H)方法；匯編語言程序設計方法。(3)教學難點選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)的設計；指令與偽指令的應用；動態(tài)調(diào)試程序DEBUG的使用；宏與子程序的應用。6.半導體存儲器本章主要介紹半導體存儲器的分類和工作原理，微機系統(tǒng)內(nèi)存儲器的構(gòu)成及與CPU的連接方法、虛擬存儲器、80X86內(nèi)存管理模式等內(nèi)容。使學生能夠根據(jù)應用系統(tǒng)的需要，合理選擇半導體存儲器類型，設計CPU與內(nèi)存儲器的連接方案。(1)教學內(nèi)容內(nèi)存儲器基本概念、分類和主要技術(shù)指標；存儲器的分級結(jié)構(gòu)，CACHE的基本原理；典型存儲芯片結(jié)構(gòu)與應用；存儲器的字位擴展技術(shù)；全地址譯碼和部分地址譯碼的概念及應用方法；虛擬存儲器工作原理；80x86內(nèi)存管理模式。(2)教學重點地址譯碼電路設計；內(nèi)存儲器的擴展技術(shù)；存儲器的分級結(jié)構(gòu)。(3)教學難點地址譯碼電路設計；內(nèi)存儲器的擴展技術(shù)；虛擬存儲器原理；80x86內(nèi)存管理模式。7.輸入和輸出技術(shù)本章介紹輸入/輸出接口的功能和基本結(jié)構(gòu)，輸入/輸出的基本方式，中斷控制器8259的工作要求及其編程，DMA方式的原理，DMA控制器8237工作過程和應用。通過本章的學習，使學生能夠分析不同輸入/輸出方式的優(yōu)缺點，正確設計I/O系統(tǒng)方案；能夠?qū)?259A、8237編程，完成指定的功能。(1)教學內(nèi)容I/O接口的概念、功能、編址方式；無條件程序控制方式、有條件程序控制方式；中斷優(yōu)先級及判優(yōu)方式；可編程中斷控制器8259A的外部特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、以及方式控制字DMA的工作原理；DAMC8237的工作原理(2)教學重點中斷技術(shù)基本原理及其應用；DMA工作過程；中斷傳送和DMA傳送的區(qū)別。(3)教學難點8259A的初始化編程和應用。8.常用接口芯片本章主要介紹并行通信和串行通信接口的基本原理，微機常用串行接口、并行接口、定時器的可編程接口芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部特性，以及其硬件連接和初始化編程、操作編程等。通過本章的學習，使學生能夠根據(jù)具體應用要求，設計出串行接口、并行接口、定時器可編程接口芯片與CPU連接方案，并能夠?qū)懗龀跏蓟?、操作程序等?1)教學內(nèi)容可編程定時計數(shù)器8253的外部引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理；8253的六種工作方式；串行接口技術(shù)基本概念、工作方式、數(shù)據(jù)格式和校驗；可編程串行接口電路8251的工作原理、與CPU的連接及初始化編程；并行接口技術(shù)基本概念、工作方式、數(shù)據(jù)格式；可編程并行接口電路8255的外部引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和工作方式；8255的初始化編程和C口的操作；模擬量、開關(guān)量接口技術(shù)的基本概念和其輸入、輸出通道的組成；.D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理和控制方式，以及DAC0832和系統(tǒng)總線的連接。(2)教學重點可編程接口芯片8253、8251、8255與CPU的連接；8253的初始化編程；8251工作原理；8255工作原理以及3種工作方式。(3)教學難點可編程接口芯片8253的初值計算；接口芯片8251、8255的初始化編程和應用。四、實驗實驗、上機、課程設計內(nèi)容：參見教材第9章實驗。五、學時分配及說明表1學時分配表序號知識點課內(nèi)講授教學各環(huán)節(jié)備注上機自學1計算機系統(tǒng)概述222微型計算機系統(tǒng)基礎42380X86微處理器644尋址方式與指令系統(tǒng)865匯編語言程序設計8686半導體存儲器4247輸入和輸出技術(shù)6248常用接口芯片1066合計481636總計48課內(nèi)學時+16實驗學時+36自學學時六、教學方法與教學手段教學方法：課堂講授為主，同時重視實踐教學環(huán)節(jié)，并要求學生完成規(guī)定的課外自學內(nèi)容。七、考核方法課程性質(zhì)：專業(yè)基礎課、必修考核方法：考試、閉卷課程成績評分辦法：平時成績10%，綜合作業(yè)或期中考試成績30%，期末考試成績60%。大綱制訂人：《微機原理與接口技術(shù)》實驗大綱課程名稱微機原理與接口技術(shù)實驗項目數(shù)7總學時16實驗學時16總學分開課學期適用專業(yè)計算機科學與技術(shù)先修課程模擬電路、數(shù)字電路一、實驗課程簡介以8086CPU為核心的16位微機系統(tǒng)為載體，設計了匯編程序設計、RAM擴展、可編程中斷控制器8259A、定時器/計數(shù)器8253、并行接口8255、串行接口8251、D/A變換等驗證型實驗和2個綜合實驗，使學生通過實踐環(huán)節(jié)，對微機系統(tǒng)工作原理、匯編語言程序設計、接口電路芯片及應用等知有更深入的理解，掌握各種接口電路芯片的工作原理和應用方法，并能夠熟練使用匯編語言進行硬件編程。二、實驗對實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的貢獻通過實踐教學環(huán)節(jié)，使學生接受初步的工程實踐訓練，增強綜合運用所學知識分析處理工程實際問題的能力，培養(yǎng)學生實踐能力、設計能力和創(chuàng)新能力。三、實驗內(nèi)容及要求理解：16位微機的硬件系統(tǒng)的組成；DOS的基本命令；INTI0H各功能塊的用法；了解總線的工作時序；掌握：DOS系統(tǒng)功能調(diào)用的常用功能；6264靜態(tài)RAM使用方法，以及PC機擴充外存的手段；中斷控制接口芯片8259的工作原理及應用；并行接口8255A的傳輸數(shù)據(jù)的方法及應用；定時/計數(shù)器8253的工作原理及應用編程；串行接口電路8251的工作方式、硬件接口電路設計及應用。表1實驗項目設置與內(nèi)容序號實驗項目內(nèi)容提要計劃學時每組人數(shù)實驗類別開出要求1匯編語言與調(diào)試環(huán)境熟悉實驗輸入示例匯編源程序，并生成可執(zhí)行文件，利用調(diào)試工具驗證運行結(jié)果21驗證必做2綜合匯編程序設計實驗自行設計密碼驗證程序，要求屏幕輸出字符提示信息，對鍵盤輸入的密碼字符進行驗證。41設計必做3RAM擴展實驗對6264RAM芯片進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存操作，在6264中轉(zhuǎn)存預先放到內(nèi)存中10個數(shù)據(jù)，并進行結(jié)果驗證。21驗證必做4可編程中斷控制器8259A實驗在試驗箱上對8259A進行硬件連線，并編寫中斷服務程序，驗證中斷響應結(jié)果22驗證必做5定時器/計數(shù)器8253實驗根據(jù)輸入頻率計算初值，并編程，使8253每1秒產(chǎn)生一次中斷信號。22驗證必做6并行接口8255實驗用8255A的B端口和A端口分別接開關(guān)和發(fā)光二極管，編程控制8個LED發(fā)光二極管的亮和滅。22驗證必做7串行接口8251實驗數(shù)據(jù)信號的串行輸出，將示波器連入，觀察數(shù)據(jù)波形。22驗證選做8D/A變換實驗通過D/A變換實現(xiàn)鋸齒波形的輸出，并通過示波器進行輸出波形觀測21驗證選做9綜合實驗（一）通過A/D轉(zhuǎn)換，用軟件延時的方式將轉(zhuǎn)換后的實際電壓值，通過8255送入數(shù)碼管顯示電壓的整數(shù)部分。42設計選做10綜合實驗（二）根據(jù)輸入頻率，使得8253每1秒產(chǎn)生一次中斷信號，使得A/D開始轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的實際電壓值得整數(shù)部分，通過8255送入數(shù)碼管顯示。要求自行設計8253的聯(lián)線方式，并且能寫出中斷控制程序。63設計選做注：實驗7、8、9、10選做1項四、實驗課程基本要求1.實驗教學的手段和方式實驗教學采用課堂講授和學生動手相結(jié)合方式，指導教師先簡要講解實驗原理和重要注意事項，然后由學生按實驗指導書中的內(nèi)容和方法步驟進行。實驗過程中學生遇到難題，教師即時啟發(fā)幫助學生解決。2.實驗教學的要求在實驗前，要求學生必須熟練掌握所使用的知識點，做好接口電路設計和源程序準備工作，認真完成實驗，