《微機原理及應用》精品課程教材修訂之探討

李 鵬，文漢云，林 華 ，434023

趙立輝，雷 鳴，白 凱 （長江大學計算機科學學院 湖北荊州 ）

《微機原理及應用》課程于2004年9月被長江大學批準為校級精品課程。通過長江大學計算機科學學院 《微機原理及應用》精品課程建設組的全體老師的共同努力，于2005年8月公開出版了 《微型計算機技術及應用》教材［1］。隨著微型計算機技術特別是微處理器的快速發展與應用，該教材的內容也必須要隨之作相應修改。為此，該教材編寫組的全體成員對教學內容進行不斷改進和調整，并于2010年12月由電子工業出版社公開出版該修訂教材。下面，筆者對 《微機原理及應用》精品課程教材修訂進行了探討。

1 教材內容修訂

1.1 16位機是基礎，32位微機是重點

沒有16位機為基礎，對于本科生直接講32位微機，是不切合微機發展的自然規律的，也是難以實現的。該書由14章組成，除了 “并行接口技術”及 “模／數和數／模轉換技術”2章外，其余12章都涉及到有關32位機的原理。例如，最基本的 “微型計算機的基礎知識”一章，也涉及到了Pentium CPU浮點運算部件的運算基礎，即IEEE 754標準。“微型計算機和外部之間的數據傳輸”一章，介紹了32位微處理器采用的I／O編址電路及I／O保護的概念。

1.2 保留實模式下的經典內容

實模式下的經典內容是中斷技術。在實模式下 （DOS方式下），以Intel 8259A為中斷接口芯片，實現微型計算機與所有外設并行操作，外設通過中斷方式與CPU交換數據，這是微型計算機關于中斷的硬件基礎，不管微型計算機工作在哪一種工作方式，其中斷的硬件基礎是不變的。雖然實模式與保護模式下分別轉入中斷服務程序的方式有很大區別，但都是通過中斷類型碼轉換到中斷服務程序的入口地址，學生只有了解實模式下的中斷技術，才能夠容易理解保護模式下的中斷技術。

1.3 保留經典實用的接口技術

由于大規模集成技術的快速發展，現在的微機把所有的接口芯片都集成到南橋芯片中了，其集成度相當高。例如，南橋芯片82371AB內部由下列功能部件組成：PCI總線接口；ISA總線接口；初級IDE接口；中斷控制接口；定時器／計數器；實時時鐘RTC；DMA控制器；通用串行總線USB；通用目的輸入和輸出接口等。雖然有關于介紹南橋芯片82371AB的材料，但內容過于簡單。由于82371AB芯片內部集成了DMA82C37、82C54和82C59A等內容，因而要保留DMA82C37、82C54、82C59A、8255A、8250等接口芯片以及USB接口技術，這樣在教師講解上述知識點的基礎上，最后介紹南橋芯片82371AB，使學生建立一個完整的接口概念。

一直以來，對于RS-232C接口技術的開發應用十分廣泛。因此，不僅要保留其接口的基本內容，而且要從實用角度出發，重點介紹一些有關內容，例如，RS-232C電平與TTL電平的轉換 （MAX232集成芯片）、RS-232C常用的機械與電氣特性和波特率的設置等。

1.4 保留16位CPU的存儲器接口技術

Intel公司16位的8086CPU，對內存可以進行8位或16位的尋址，將內存分為奇字庫與偶字庫。從32位機的角度上理解，8086系統將內存分為2個存儲體。對于CPU外部為32位數據線，其內存分為4個存儲體，對于Pentium CPU，外部數據線是64位，其內存分為8個存儲體。若學生理解了16位存儲器的內容，也能夠理解微機存儲器系統的組成原理。

1.5 保留虛擬存儲器技術、高速緩存技術及超標量流水線技術

虛擬存儲器技術、高速緩存技術及超標量流水線技術是微型計算機的重要基礎技術，因而將涉及到虛擬存儲器技術和高速緩存技術的內容分為2章介紹，其中虛擬存儲器技術在新增的 “虛擬存儲器技術及存儲保護”一章中介紹，而高速緩存技術在 “存儲器系統”一章中介紹，超標量流水線技術則在 “32位微處理器Pentium”一章中介紹，這樣可將難點與重點分開。

1.6 以Intel公司的IA-32系列微處理器為主線，直接介紹32位指令系統

由于32位CPU兼容了16位機的所有指令系統，所以，應以介紹32位機的尋址方式與指令系統為主，而以介紹16位CPU的指令系統為輔。

以MASM 6.0為開發工具，既能介紹完整段匯編語言編程，也能介紹簡化段匯編語言編程，并且都以大量程序例子進行說明，這樣便于學生上機練習。最后，介紹WIN32匯編語言集成開發環境，并通過實際運行程序來介紹32位匯編語言程序設計，為學生提供如何在WINDOS下實現32位匯編語言編程的具體方法。

1.7 在 “總線與微型計算機系統的結構”一章新增多核技術

多核技術的主要內容是將多個處理器核心集成在一個半導體芯片上，各處理器核心耦合緊密，進而構成一個多處理器系統。多核心處理器就是基于單個半導體的一個處理器上擁有多個功能相同的處理器核心，這一多處理器系統中的多個處理器核心能夠有效地并行執行多個進程或線程，可以同時共享系統總線、內存等資源。

Intel多核處理器結構發展很快，分為2個核、4個核以及更多個核，內部高速緩存級數在增加，存儲容量也在增加。因此，應從最基礎的知識方面介紹多核技術，對目前Intel新一代的處理器——Nehalem構架的酷睿i5和酷睿i7處理器具有的諸多先進特性，要作為重點內容介紹。

2 教材結構特點

修訂該教材的原則是保留經典內容、更新相關技術、注重實踐與應用、化難為易便于自學。根據上述原則，在修訂中應做到以下幾點：①總體上以IA-32微處理器為背景，重點介紹微型計算機的組成結構、指令系統、虛擬存儲器技術、高速緩沖存儲器技術及接口技術等。②詳細介紹Pentium的3種工作方式，重點闡述保護方式。在介紹系統寄存器工作的基礎上，詳盡闡述段頁式2級存儲器管理機制及存儲保護。③保留DOS下的中斷機制，新增保護方式下的中斷原理。此外，介紹了32位I／O端口譯碼技術并同時引入I／O保護的內容。④全面介紹32位微處理器的基本指令集，也涉及到16位指令系統，徹底改變了先講16位指令集再簡單介紹32位指令的局面。⑤介紹了MASM6.X宏匯編程序下的完整段與簡化段的程序設計，新增了WIN32匯編語言集成環境下的32位匯編語言程序設計，案例豐富，分析透徹，實用性強，便于調試。⑥鑒于并行打印機接口與RS-232C串行通信接口的應用與開發十分普遍，詳細介紹其接口組成、工作原理及開發技術。⑦介紹計算機的系統組成，包括南、北橋芯片組的介紹，使學生建立微型計算機的整體概念。南橋芯片中集成了所介紹的82C54、82C59、82C37等接口芯片，為學生提供一個完整的接口概念。

［1］李華貴，李鵬，文漢云，等 .微機原理與接口技術 ［M］.北京：電子工業出版社，2010.