電子專業“微機原理與接口技術”課程改革

趙健

摘 要

本文根據電子專業“微機原理與接口技術”課程的特點，結合新工科背景下對學生實踐能力的要求，提出了課程教學改革的方案。文中結合新技術和實際應用，詳細介紹了課程理論教學的各個部分;針對實踐教學的薄弱環節，專門設計了課內實驗和課外實驗的內容。

關鍵詞

微機原理;課程改革;能力培養

中圖分類號： TP3-4;G712 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 24

0 引言

電子專業的核心課程中有三門相互聯系的課程，按照授課的先后順序分別是：“單片機原理與接口技術”、“微機原理與接口技術”、“嵌入式系統的應用與開發”。三門課程教學內容相互貫通，“微機原理與接口技術”起到承上啟下的作用，對“單片機原理與接口技術”課程的延伸，也是對“嵌入式系統的應用與開發”課程的鋪墊。課程主要講授：微型計算機工作原理、微處理器內部結構、匯編語言程序設計、存儲器原理和微處理器外圍接口設計等內容。針對課程特點和性質，結合當下新工科建設的要求，本文對課程教學內容和方法提出了改革方案。

1 教材選擇

課程教材選用由李珍香主編，清華大學出版社出版的《微機原理與接口技術》。該教材可以作為計算機專業、電子專業、自動化專業的教材，其具有以下特點：在注重基礎知識的同時，突出了實用性，貼合實際;重視科技前沿的介紹，計算機技術飛速發展，增加前沿知識的講授，保證了教材的先進性;采用了實例驅動和啟發式教學，將枯燥、乏味、難理解但又是重點的內容，通過形象的比喻和聯系實際，讓學生通俗易懂;教材通過大量的實例來介紹程序設計和接口電路，讓學生在實例的基礎上進行舉一反三，自己動手設計程序和電路，增強了動手實踐能力。

2 課程的理論教學

根據本校電子專業教學大綱，“微機原理與接口技術”課程理論教學48學時，主要講授：微型計算機工作原理、微處理器內部結構、匯編語言程序設計、存儲器原理和微處理器外圍接口設計等內容。為了滿足新工科建設對學生能力的要求和提高學生的學習興趣，對每一個理論教學部分做了精心設計。課程以Intel公司16位微處理器8086構成的計算機作為主體來講解課程內容。由于8086構成的計算機早已淘汰不用，所以課程中的一些芯片和電路已經沒有實際應用。但是，芯片和電路的設計思想在現在的新型計算機中仍然在沿用或者在其基礎上加以更新使用。所以，在教學過程中注重講解芯片和電路的設計思想。

2.1 微型計算機工作原理

首先，介紹微型計算機的發展過程，從微型計算機的誕生講到最新的計算機，重點介紹現階段最新微型計算機的技術狀況和性能指標。然后，講解微型計算機的組成和工作原理。微型計算機采用了“馮諾依曼”的存儲結構，前期課程“單片機原理與接口技術”中8051單片機采用了“哈弗結構”的存儲結構，將兩種設計思想做對比，讓學生深入體會微處理器訪問存儲器的過程，從而理解微型計算機的工作過程。最后，講解微型計算機中常用計數制和編碼。詳細說明二進制、十進制、十六進制的表示方法和相互轉換的過程;理解ASCII碼的內容構成。

2.2 微處理器內部結構

微處理器以Intel公司具有劃時代意義的16位CPU 8086為例進行講解，重點介紹其內部結構、寄存器組織、外部引腳和總線操作與時序。該CPU結構簡單，學生容易理解和掌握。將8086 CPU和前期課程“單片機原理與接口技術”中8051單片機作詳細對比，重點比較流水線工作過程和存儲器的分段管理。讓學生對兩款CPU的設計思想做深入了解。為了提高學生的學習興趣，將最新的計算機技術：超線程、多核處理器、磁處理器等進行介紹。

2.3 匯編語言程序設計

匯編語言程序設計部分講解8086 CPU指令系統、尋址方式、程序結構設計方法和程序調試方法。本部分內容理解和記憶比較困難，但卻是課程的重點。所以，在講解過程中增加實際例子的分析，詳細說明程序的設計思路和設計過程。任課教師在多媒體計算機上演示程序編寫和調試的每一個步驟，“手把手”的教給學生程序設計的方法和調試的方法。配合學生實驗讓學生掌握如何進行匯編語言編程。

2.4 存儲器原理

本部分講解存儲器體系結構、擴展方法和高速緩存技術。存儲器體系結構重點說明寄存器、高速緩存、內存、輔助存儲器的速度和容量的關系。介紹最新微型計算機中存儲器的性能指標和選購指南，讓學生在選購個人計算機的時候提供理論依據。這樣既提高了學生的學習興趣，也加深了知識的理解。存儲器的擴展方法講授并行存儲器的擴展電路，重點講解存儲器地址的分配方法。高速緩存技術解決了CPU和內存之間的速度匹配問題，這一技術和思想一直沿用至今，因此需要特別詳細的介紹高速緩存的映射方式和替換策略，讓學生深入掌握。

2.5 微處理器外圍接口

微處理器的外圍接口包括：中斷管理芯片8259、并行接口芯片8255、定時器8253、DMA控制器8237、AD轉換芯片0809和DA轉換芯片0832。這些接口芯片都是以并行通信方式和微處理器通信的，控制方法和程序設計方法類似，并且現在已經大多不在直接使用，不需要全部詳細介紹。并行接口芯片8255、定時器技術、AD轉換芯片0809和DA轉換芯片0832，在前期課程“單片機原理與接口技術”中已有學習，本課程中只介紹微處理器和它們的連接關系，并與8051單片機做比較。中斷管理芯片8259的電路結構在現在新型微型計算機中已不存在，但是它對于中斷的管理方式沿用至今，因此，需要對8259的工作過程做詳細講解。此外，DMA控制器8237對內存和外設之間的數據高速大量傳輸的控制方式也沿用至今，也需要重點介紹。同時，后續課程“嵌入式系統的應用與開發”中也需要DMA技術的使用，可以作為鋪墊。

3 課程的實驗教學

根據本校電子專業教學大綱，“微機原理與接口技術”課程課內實驗教學16學時，學生利用課余時間自主進行課外實驗。

3.1 課內實驗

課內實驗分為軟件實驗和硬件實驗兩個部分。軟件實驗包括：debug調試、DOS系統功能調用、順序程序設計、循環程序設計、分支程序設計，其操作完全在微型計算機的DOS環境下進行，使學生的程序編寫和調試能力得到充分鍛煉。硬件實驗包括：8255輸入和輸出、8255控制交通燈、8253定時器、8259中斷、8237 DMA控制，其操作在啟東公司生產的“DICE-8086型微機原理與接口實驗儀”上進行，使學生對微處理器外圍硬件接口的程序控制得到充分練習。

3.2 課外實驗

由于課內實驗時間有限，無法使學生得到充分的鍛煉。“微機原理與接口技術”又是一門實踐性很強的課程，需要學生進行大量的程序編寫和調試，因此，每周老師布置一次大作業，要求學生在仿真軟件“emu8086”上完成。“emu8086”是一款非常優秀的仿真軟件，既能夠實現軟件調試又能夠仿真硬件運行。

4 結束語

“微機原理與接口技術”課程，技術內容陳舊，抽象難理解，但是對于學生學習微型計算機的原理和工作過程又是必不可少的，所以它是電子專業的核心課程。雖然課程的技術內容陳舊，部分電路和芯片不再使用，但是工作原理和設計思想還在沿用。為了提高學生的學習積極性和實踐能力，本文對課程的改革提出了一些方案，在近年來的教學過程中取得了良好的效果。

參考文獻

[1]李珍香.微機原理與接口技術[M].清華大學出版社，2012.

[2]丁力.《微機原理與接口技術》課程教學改革探索[J]. 科技視界，2019.10.

[3]洪連環，肖潔，方平.雙創理念下的《微機原理及應用》課程教改[J].電氣電子教學學報，2019.6.