淺談《微機原理及應用》教學內容的優化

摘要：《微機原理與應用》是電氣自動化等電類專業的專業基礎課，該文嘗試對教學內容進行優化來解決當前教學活動中存在內容多、課時少且某些內容相對過時等問題。 關鍵詞：微機；教學內容；優化 中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)35-2419-02 Optimization of Teaching Contents on Principle and A"，"Introduction":1，"Columns":"計算機教學與教育信息化"，"Volume":1，"Content":"

摘要：《微機原理與應用》是電氣自動化等電類專業的專業基礎課，該文嘗試對教學內容進行優化來解決當前教學活動中存在內容多、課時少且某些內容相對過時等問題。

關鍵詞：微機；教學內容；優化

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)35-2419-02

Optimization of Teaching Contents on Principle and Application of Microcomputer

XIE Heng

(Department of Electron Technology，Huizhou University，Huizhou 516007，China)

Abstract: Principle and application of microcomputer is the basic course of electric automation. It is tried to optimize the teaching contents to solve the questions about more contents、less time and out of date.

Key words: microcomputer; teaching contents; optimization

1 引言

《微機原理與應用》是電氣自動化等電類專業的專業基礎課，這門課的教學目的是培養學生建立系統的整體概念，具有微機應用系統軟、硬件開發的初步能力，其中重點培養學生的自學能力和分析問題、解決問題的能力。然而，隨著科技的飛速發展，教學中逐漸出現了以下幾個矛盾：1) 課程內容與課程學時的不匹配。本課程的內容主要包括三大方面：CPU原理，指令系統、程序設計，接口芯片與應用，具有知識點且相關性不強等特點。目前的教學課時一般為64～72個課時，之中還包括12左右的實驗課時，教學行程已經相當緊湊。近年來隨著微處理器的不斷發展，16位的CPU內容已經無法滿足實際需要，所以課本在原有的基礎上增加了32位CPU的內容。課程內容增加，而學時不變，導致某些原理無法展開詳講，以致影響了整體的教學效果；2) 其次，某些課程內容相對過時。隨著微電子技術的發展，課本中所講述的一些芯片多數已經不在實際應用，而作為基礎的接口芯片，它們的工作原理、初始化編程又是學習接口技術的基礎。如何解決這些矛盾，該文將從以下幾個方面來討論。

2 對教學內容的選擇

本課程的教學目標是：培養學生的微機應用系統軟、硬件開發能力。因此在選擇課堂教學內容時應以這個目標為出發點。

首先在講解CPU原理時應該遵循循序漸近，由淺入深的原則。眾所周知，微處理器并不是一下就發展到目前的64位處理器，而是由4位、8位、16位逐步發展起來，其中不斷有新的技術應用到處理器的設計里。教學中，應當以新技術的產生與應用為主線，首先介紹4位處理器的結構、指令系統、指令周期、控制部件等內容，再進入對16位處理器的結構及工作原理的講解，相比4位處理器，不僅在處理字長不同，而且有了更多的寄存器以及采用了流水線技術。因此8086CPU有8個通用寄存器和4個專業寄存器，還有指令隊列能使取指和執行可以并行處理，縮短了指令周期，提高了效率。最后再講述32位處理器，它不僅采用指令流水，而且采用高速緩沖存儲器和高速總線帶寬，使得指令執行時間縮短及加快數據的處理速度。此外，目前的微處理器發展到雙核，以課堂討論的形式分析雙核與單核的工作原理區別在哪？優勢在哪？或者在已學習16位和32位處理器的基礎上，引導學生自己分析最新CPU的工作原理，設計思想與優勢所在，從而可以提高學生的學習主動性，培養獨立思考能力。

其次，有目的地對課程內容進行詳略之分。注重對工作原理、芯片結構、設計技術的講述，略講引腳信號及其功能。例如：對于16位的8086CPU，授課的重點應放在結構原理、工作模式以及主要操作功能等，而CPU引腳信號和功能可以略講，課后采用習題的方式讓學生對這部分內容進行理解和記憶。之后學習32位的80X86系列CPU時，應該略講結構、總線等內容，讓學生自學這部分內容。在課堂上詳細講解實地址方式、保護方式及存儲器管理等，因為這些是8086CPU所不具有的技術。對于接口芯片，詳講芯片內部結構、工作方式、初始化編程，略講芯片引腳，此外結合同種應用的新芯片的發展，講述在芯片設計上的變化，以及應用于實際電路有何優點。例如：在自動控制系統中應用最為廣泛的數/模轉換器，一般課本均以DAC0832作為示例講解，但是隨著微電子技術的迅速發展，DAC0832在工作電壓、輸出通道、輸出類型、接口方式上等方面已經落后當前的發展，所以很少應用于實際中。因此，在講解這部分內容時，重點先放在數/模轉換器的工作原理，其次是DAC0832的結構和工作方式。最后，選取目前通用的數/模轉換器如DAC5573IPW與DAC0832相比較，它的優勢在哪？如它的輸出類型是電壓，不需像DAC0832外加運算放大器將電流信號轉換為電壓信號；它的輸出通道是4通道，工作電壓為2.7～5.5V，還有接口方式是通用的12C接口電路等。

3 教學手段的多樣化

3.1 采用powerpoint演示圖表

Powerpoint具有制作簡單，結構分明，條理清晰等特點，因此目前教學上大多采用powerpoint制作課件。基于本門課的特點，圖表比起文字更直觀，更能闡明問題，因此《微機原理與應用》的課件采用powerpoint制作課件時要側重對圖及表的演示，簡單配以少數文字作為說明。例：在講述數據傳送指令MOV時，對于源操作數和目的操作數分別有各自的定義，如果讓學生機械地去記憶，會造成學生概念上的混亂，但將數據傳送方向作成示意圖放在powerpoint中演示，則會起到事倍功半的效果。其次，在講解移位指令時，只需把移位變化前后的圖放入課件中，不必有文字，學生就能很好地理解。

3.2 引入flash動畫制作

Flash具有小而精，作品無級縮放不變形等特點，最重要的是能將圖、文、音、視、動、色等六大要素通過不同組合展現強大的表現力。因此利用flash技術可以對信息進行重現，同時，使用新的時空觀念展現事物發展過程，能有效地揭示事物或事件的實質[4]。學生在學習微機系統的過程中，對于數據、指令的存儲過程，指令的執行過程非常模糊。因為從基本電路部件到整個處理器的過程需要有一個展示過程，所以在這里我們可以選用flash來完成這個過程的重構。如圖1所示，圖中清晰展現微處理器簡化結構的組成，通過動畫的切換，學生可以了解取指過程，執行過程中控制字的變化，以及內部總線中數據的流向。

輸入/輸出接口電路是計算機的重要組成部分，也是微機原理的另一個重點內容。接口電路完成微機與外部設備通信，與外部設備交換信息，都需要有接口芯片來完成。接口芯片的工作原理、工作過程如果單用文字或圖片講述，很難清楚理解。因此我們同樣采用flash來演示這個動態過程。如圖2。

3.3 部分章節引入雙語教學

例如：在講述8086CPU的引腳圖時，發現引腳不僅多，而且都是英文縮寫，怎么記住這些引腳名稱與功能呢？在課堂上就是要講清每個引腳的英文全稱，例如，INTR引腳的英文全稱為interrup request，意思是中斷請求，那么學生就很容易理解這個引腳輸入的是可屏蔽中斷請求信號。同樣的，INTA引腳的全稱為interrupt acknowledge，直接可以翻譯成是中斷承認，通過學習，學生就會很輕松地記住這個引腳輸出中斷響應信號，而與相似的INTR相區分。這個過程不僅能幫助對課程更好的理解與記憶，而且可以提高學生的專業英語能力。

4 結束語

通過對教學內容的優化，可以對課本內容進行有目的的選擇，通過對教學手段的多樣化，能讓學生課堂有限的時間里更好地掌握軟、硬件的基本知識，培養設計開發能力及獨立思考能力。通過實踐表明，整體教學效果有所提高，學生分析問題、解決問題的能力也相應地提高。

參考文獻：

[1] 鄭學堅. 微型計算機原理及應用[M]. 3版. 北京：清華大學出版社，2001.

[2] 安倫. 對《微機原理與應用》課程教學的幾點思索[J]. 職業技術，2007，24：20.

[3] 徐大誠. 微機系列課程體系的模塊式構建[J]. 電氣電子教學學報，2003，25(1):1-21.

[4] 李振亭. 多媒體課件設計理論與實踐[M]. 北京：清華大學出版社，2005，21-22.