《微機原理及接口技術》教學大綱

1、微機原理及接口技術（Microcomputer Principle and Interface Technology）課程代碼：5261055學分：3學時：48（其中：課程教學學時：36，實驗學時：12）先修課程：電子技術基礎、匯編語言程序設計、計算機組成原理適用專業(yè)：計算機科學與技術教材：微機原理與接口技術，周明德，張曉霞，蘭方鵬編著，人民郵電出版社，2007年4月第2版開課學院：計算機與軟件學院一、課程性質與課程目標（一）課程性質微機原理及接口技術是計算機科學與技術專業(yè)一門實踐性很強的限制性選修課程。本課程主要研究微型計算機工作的原理，包括中央處理器、存儲器直至各種外部設備的原理和工作方式

2、，是有效掌握微型計算機的硬件知識理論和實踐的基礎課程。（二）課程目標課程目標包括知識目標和能力目標，具體如下：課程目標1：讓學生掌握微型計算機結構特點，以及實現(xiàn)微型計算機與外部連結的軟硬件基礎知識和基本技能；能掌握和了解常用的微處理器，并運用微處理器和典型的接口集成電路，設計出基本的微型計算機及其應用系統(tǒng)。課程目標2：能夠讓學生通過計算機系統(tǒng)的全局視角理解計算機軟硬件的關系，硬件如何微觀表達軟件，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，相互轉化表達。課程目標3：通過課程目標1，2的學習和訓練，能夠解決計算機類工程復雜問題，如設計并實現(xiàn)一個小型

3、微機系統(tǒng)或單片機，同時借助工具開發(fā)所需軟件及硬件。課程目標4：具備基本的環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的意識，能夠理解和評價計算機專業(yè)工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展方面的積極貢獻和影響，理解用技術手段降低其負面影響的作用與局限性。（三）課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求指標點的對應關系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中的畢業(yè)要求指標點3.4、5.2和7.2。畢業(yè)要求指標點3.4：在充分理解計算機軟硬件及系統(tǒng)的基礎上，能夠設計針對計算機領域復雜工程問題的解決方案，設計或開發(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，并能夠進行模塊和系統(tǒng)級優(yōu)化。畢業(yè)要求指標點5.2：在計算機領域復雜工程問題的建模、模擬或解決過程中，能夠使用

4、恰當?shù)募夹g、軟硬件及系統(tǒng)資源和研發(fā)工具，提高解決復雜工程問題的能力和效率。畢業(yè)要求指標點7.2：了解信息化與環(huán)境保護的關系，能夠理解和評價計算機專業(yè)工程實踐對環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展的影響。課程目標畢業(yè)要求指標點課程目標1課程目標2課程目標3課程目標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)容及教學要求本課程教學內(nèi)容包括：IA-32結構微處理器與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。本課程基本要求是：使學生學習微處理器芯片的基本功能、指令系統(tǒng)、構成微型計算機的外圍芯片，以及構成微型計算機系統(tǒng)的接口芯片。掌握微型計算機結構特點，以

5、及實現(xiàn)微型計算機與外部連接的軟硬件基礎知識和基本技能；掌握和了解各種典型環(huán)境下接口設計原則，熟悉和正確選擇常用的幾種集成接口電路。第1章概述教學內(nèi)容1. IA-32結構的發(fā)展概要（通用微處理器、專用微處理器的發(fā)展歷程）；2. 計算機基礎（計算機的基本結構、常用的名詞術語和二進制編碼、指令程序和指令系統(tǒng)、初級計算機）；3. 計算機的硬件和軟件（系統(tǒng)軟件、應用軟件和支撐軟件）；4.微型計算機的結構（三總線、微處理器內(nèi)部三大部分）。（二）教學要求1. 了解IA-32結構的概要歷史及各代處理器的特點；2. 了解計算機基本結構、常用的名詞術語、計算機的軟硬件結構；3. 理解二進制編碼、指令程序和指令系統(tǒng)

6、、初級計算機、簡單程序舉例、尋址方式。（三）重點與難點1. 重點數(shù)制轉換、原反補碼轉換、BCD碼、ASCII碼。2. 難點多核與超線程的異同點，計算機的尋址方式。第2章IA-32結構微處理器與8086（一）教學內(nèi)容IA-32位處理器是8086的延伸（8086功能的擴展和性能的提升）；8086的功能結構（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）教學要求1. 掌握片內(nèi)緩存的工作原理；2. 掌握流水線技術的機制；3. 了解8086微處理器基本執(zhí)行環(huán)境；4. 了解FLAGS寄存器相關位的含義；5. 掌握物理地址

7、的形成機制。（三）重點與難點1.重點8086種EU和BIU各自的職責。2.難點存儲器物理地址的形成。第3章 8086指令系統(tǒng)教學內(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）重點與難點1.重點8086各種尋址方式的含義及其匯編格式。2.難點掌握有效地址、物理地址、邏輯地址、偏移量等概念。第4章匯編語言程序設計（一）教學內(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. 匯編語言程序設計及舉例。（二）教學要求1. 理解匯編語言的格式；2. 理解語句行的構成；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計思路。（三）重點與難點1.重點8086匯編語言的基本語法，指令語句。2.難點匯編語言程序的基本結構形式的應用。第5章處理器總線時序和系統(tǒng)總線（一）教學內(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、中斷響應周期、中斷響應、系統(tǒng)復位）；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）重點與難點1.重點最大/最小模式特點及系統(tǒng)典型配置；指令周期、總線周期、時鐘周期的概念。2.難點分時復用的基本原理及流程；典型處理器時序圖。第6章存儲器（一）教學內(nèi)容1. 半導體存儲器的分類（RAM的種類及特點、ROM的種類及特點）；2. 讀寫存儲器RAM（基本存儲電路、RAM的結構、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（高速緩存、虛擬存儲器和并行存儲器）；5

10、. 微機主存空間分配。（二）教學要求1. 了解半導體存儲器的分類；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；6. 了解微機主存空間分配方法；7. 掌握RAM與CPU的連接（三）重點與難點1.重點RAM地址譯碼的方式、RAM與CPU的連接。2.難點全譯碼、部分譯碼造成的地址重疊。第7章輸入和輸出（一）教學內(nèi)容1. 概述（輸入/輸出的尋址方式、CPU與I/O設備之間的接口信息、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）教學要求1. 理解輸入/輸出的尋址方式及各自的優(yōu)缺點；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；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。（三）重點與難點1.重點查詢、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）教學內(nèi)容1.

12、可編程定時器/計數(shù)器8253（8253主要功能、結構功能、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)部結構、工作方式、控制字和狀態(tài)字、應用舉例）；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）轉換與模數(shù)（A/D）轉換接口（數(shù)模轉換器、模數(shù)轉換器）。（二）教學要求1. 了解8253計數(shù)特點，內(nèi)部結構，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結構和工作方式；5. 掌握8255A的編程；6. 了解串行通信特點，8251的基本功能；7.掌握8

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

14、器性能提高技術的原理及特點。2.難點各并行處理技術的差異。三、本課程開設的實驗項目編號實驗項目名稱學時類型要求支撐的課程目標18086/8088匯編語言練習2驗證性必做課程目標12指令運行時間比較2驗證性必做課程目標13存儲器與CPU的連接2驗證性必做課程目標148259A單級中斷控制實驗2驗證性必做課程目標1，258255A可編程并行口實驗2設計性必做課程目標1，268237/8253/8251實驗2驗證性選做課程目標1，2實驗1：8086/8088匯編語言練習1. 實驗目的及要求1）掌握匯編語言源程序的編輯、匯編、連接的方法；2）利用DEBUG掌握有關指令的功能；3）利用DEBUG運行簡單

15、的程序段。2. 實驗主要內(nèi)容1）建立匯編語言程序；2）寫出調試步驟；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DEBUG過程及查看代碼段、數(shù)據(jù)段和各寄存器的內(nèi)容。實驗2：指令運行時間比較1. 實驗目的及要求1）比較不同指令的運行時長；2）針對不同問題能選擇恰當?shù)慕鉀Q方案。2. 實驗主要內(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）考察各個程序運行時間，以討論加法、乘法、移位的運行速度。3. 重難點如何計算程序運行時間。實驗3：存儲器與CPU的連接1. 實驗目的及要求1）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. 實驗主要內(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. 重難點譯碼方式不同造成的地址重疊區(qū)的理解。實驗4：8259A單級中斷控制實驗1. 實驗目的及要求1）掌握中斷控制器8259A與微機接口的原理和方法；2）掌握中斷控制器8259A的應用編程。2. 實驗主要內(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，實驗箱

17、演示中斷次數(shù)。3. 重難點8259A初始化和命令字的確定。實驗5：8255A可編程并行口實驗1. 實驗目的及要求1）了解8255A兩組端口的組成及特點；2）掌握8255A應用編程技術；3）完成模擬交通燈實驗。2. 實驗主要內(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對應黃燈，PC0PC3對應紅燈，PC4PC7對應綠燈；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，編程實現(xiàn)交替閃滅。3. 重難點8255A的編程；延時的實現(xiàn)。實驗6：8237/8253/8251實驗1. 實驗目的及要求1）熟悉常用的接口芯片8237/8253/8251；2）學生可

18、以選做其中的一個或多個芯片進行實驗。2. 實驗主要內(nèi)容1）針對8237，掌握8237A可編程 DMA控制器進行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時計數(shù)結束時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，授課對象為大三學生，實驗類型主要包括驗證性和設計性實驗，均需要提交實驗報告，實驗報告主要包括實驗目的、實驗內(nèi)容、預習內(nèi)容、實驗步驟、源代碼和總結。實驗評價內(nèi)容和評分細則參見附錄1。四、學時分配及教學方法章教學形式及學時分配主要教學方法支撐的課程

19、目標課堂教學實驗上機課程實踐小計第1章概述55講授、案例、自學課程目標1，2第2章IA-32結構微處理器與808633講授、案例、自學課程目標1，2第3章8086指令系統(tǒng)22講授、自學課程目標1第4章匯編語言程序設計224講授、自學、實驗課程目標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、實驗課程目標1第6章存儲器527講授、案例、演示、討論、自學、實驗課程目標1，2第7章輸入和輸出628講授、案例、演示、討論、自學、實驗課程目標1， 2第8章常用接口電路芯片6410講授、案例、演示、討論、自學、實驗課程目標1，2第9章微處理器性能提高技術22講授、自學課程目標1，2合

20、計361248注：1.課程實踐學時按相關專業(yè)培養(yǎng)計劃列入表格； 2.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例等教學方法）等。五、課程考核 1. 課程考核方式包括期末考試、平時作業(yè)和實驗情況考核。考核形式考核要求考核權重備注平時作業(yè)及階段測試課后完成1015個習題，主要考核學生對每節(jié)課知識點的復習、理解和掌握度，計算全部作業(yè)的平均成績再按15%計入總成績；可讓學生查閱資料，了解本課程相關技術發(fā)展情況，自主學習并完成。15%根據(jù)平時作業(yè)得分取平均值或結合平時測試情況實驗完成6個實驗，主要訓練學生應用所學知識構建實驗系統(tǒng)，并進行實驗的能力，最后按15%計入課程總成績。15%評分細則見附錄1期末考試試卷題型包括選擇題、填空題、判斷題、應用題、問答題5大類，以卷面成績的70%計入課程總成績。其中考核基礎知識及應