李秋潔

摘要：“微機(jī)原理及接口技術(shù)”是大學(xué)工科專業(yè)的一門(mén)重點(diǎn)課程，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等方面對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)探討，提高學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)基本原理和接口技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理；接口技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）04-0127-02

“微機(jī)原理及接口技術(shù)”是一門(mén)關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及常用接口技術(shù)等知識(shí)的課程。是通信、電子、信息工程、自動(dòng)化等非計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程軟硬件并重，知識(shí)點(diǎn)豐富，具有很強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性與應(yīng)用性。筆者所在的自動(dòng)化系為該課程分配64學(xué)時(shí)，其中課堂教學(xué)58學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，盡快引導(dǎo)學(xué)生入門(mén)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，讓學(xué)生了解和掌握授課重點(diǎn)是該門(mén)課程教學(xué)的關(guān)鍵。本文結(jié)合實(shí)際情況，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)三個(gè)方面對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)進(jìn)行了探討。

一、教學(xué)內(nèi)容

“微機(jī)原理及接口技術(shù)”涉及的知識(shí)面較廣，包含計(jì)算機(jī)預(yù)備知識(shí)、微處理器、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入/輸出技術(shù)、常用接口芯片及應(yīng)用等幾大部分。[1]在對(duì)教學(xué)內(nèi)容的把握上，堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則，從微機(jī)的基本概念、基本原理入手，逐漸過(guò)渡到匯編語(yǔ)言、微機(jī)接口，并在內(nèi)容上把微機(jī)系統(tǒng)軟硬件技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。整個(gè)教學(xué)內(nèi)容分為七大章。

1.預(yù)備知識(shí)。本章重點(diǎn)講授二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換及符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼表示，強(qiáng)調(diào)“溢出”這一概念及其判斷方法。使學(xué)生通過(guò)本章的學(xué)習(xí)深刻地認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部所有信息都以二進(jìn)制數(shù)的形式表示，從而為指令系統(tǒng)及匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.微型計(jì)算機(jī)概述。本章重點(diǎn)講授微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)、8086CPU的外部引線及14個(gè)內(nèi)部寄存器、存儲(chǔ)器尋址。由于后續(xù)章節(jié)均以8088CPU為例講授CPU與存儲(chǔ)器、接口芯片的連接，因此在本章最后簡(jiǎn)要介紹了8088CPU系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)。

3.指令系統(tǒng)。本章重點(diǎn)介紹操作數(shù)尋址方式以及七大類基本指令——傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算和移位指令、串操作指令、程序控制指令、處理器控制指令、輸入/輸出指令。在講授過(guò)程中和第2章結(jié)合，強(qiáng)調(diào)CPU內(nèi)部14個(gè)寄存器的特殊用途。

4.匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。本章重點(diǎn)講授匯編語(yǔ)言源程序的結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計(jì)的基本方法，介紹順序、分支及循環(huán)三種程序形式，并進(jìn)行程序設(shè)計(jì)舉例。

5.存儲(chǔ)系統(tǒng)。本章重點(diǎn)介紹存儲(chǔ)器的分類和基本性能指標(biāo)，并以SRAM 6264為例介紹存儲(chǔ)器芯片的連接使用，使學(xué)生掌握全地址譯碼方式下存儲(chǔ)器與系統(tǒng)總線的連接方法。

6.輸入輸出技術(shù)。本章介紹接口的編址方式及無(wú)條件傳送、查詢傳送、中斷、DMA四種數(shù)據(jù)傳輸方式。其中，重點(diǎn)介紹中斷傳輸方式。

7.常用接口芯片及應(yīng)用。本章介紹三態(tài)門(mén)、鎖存器等簡(jiǎn)單接口芯片及8255、8253等可編程接口芯片，重點(diǎn)講授接口芯片的引線功能、工作方式、控制字、尋址及連接、初始化和應(yīng)用。

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，需要在原有教材基礎(chǔ)上及時(shí)補(bǔ)充新的實(shí)用技術(shù)，如現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的總線技術(shù)、高速緩存技術(shù)、流水線技術(shù)、并行技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)、閃存技術(shù)等。整個(gè)教學(xué)過(guò)程既注重基本知識(shí)和技術(shù)的講解，又注重新技術(shù)、新芯片的發(fā)展動(dòng)向和應(yīng)用介紹，這樣的教學(xué)內(nèi)容既具有學(xué)科教學(xué)的完整性、系統(tǒng)性，又具有項(xiàng)目教學(xué)的目的性、實(shí)用性，設(shè)置得先進(jìn)、合理。

二、教學(xué)方法

該課程使學(xué)生接觸到較多硬件方面的知識(shí)，匯編語(yǔ)言的編程也直接與系統(tǒng)硬件相關(guān)，指令多且煩瑣，容易給學(xué)生造成難學(xué)、枯燥的感覺(jué)，因此需要對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)完善，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)上述問(wèn)題，主要采取以下措施。

1.注重基本原理、方法的介紹。挖掘知識(shí)點(diǎn)背后涵蓋的基本原理和方法，使學(xué)生深刻理解并掌握所學(xué)內(nèi)容。計(jì)算機(jī)知識(shí)涉及不少英文縮寫(xiě)，如芯片引腳、指令系統(tǒng)等，在介紹時(shí)需讓學(xué)生了解英文全稱，從而記住引腳或指令的含義。如芯片引腳中，R通常為讀（Read），W通常為寫(xiě)（Write），E通常為使能（Enable），A通常為地址（Address），D通常為數(shù)據(jù)（Data），CS為片選（Chip Selection），等等。如此一來(lái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)8086/8088CPU、存儲(chǔ)器、接口等不同硬件芯片時(shí)，能根據(jù)引線名稱推測(cè)出其含義，了解其作用。在介紹操作數(shù)的不同尋址方式時(shí)，不要求學(xué)生記住每種尋址方式的具體名稱，而是讓學(xué)生掌握操作數(shù)可能存放的幾種位置。在介紹A/D變換芯片時(shí)，重點(diǎn)介紹芯片的輸入動(dòng)態(tài)范圍及轉(zhuǎn)換精度等性能指標(biāo)，讓學(xué)生知道怎樣根據(jù)不同需求選擇合適的A/D變換芯片。此外，芯片的工作時(shí)序在8086 CPU、接口技術(shù)部分均有涉及，需要重點(diǎn)介紹，理解時(shí)序才能真正理解計(jì)算機(jī)硬件的工作方式，才有可能針對(duì)具體芯片進(jìn)行編程。

2.重視課程內(nèi)容間的橫向比較和縱向連貫性。在介紹指令系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)8086CPU內(nèi)部14個(gè)寄存器的特殊用途，使學(xué)生在編程時(shí)能正確、靈活運(yùn)用不同的寄存器。在介紹常用接口芯片及應(yīng)用時(shí)，結(jié)合前章輸入輸出技術(shù)，將8255可編程并行接口與三態(tài)門(mén)、鎖存器等構(gòu)成的接口電路進(jìn)行比較，讓學(xué)生直觀感受可編程芯片使用的便捷性。在介紹接口技術(shù)時(shí)，詳細(xì)講解查詢這一數(shù)據(jù)傳輸方式的軟件實(shí)現(xiàn)，便于學(xué)生加強(qiáng)對(duì)時(shí)序的理解，并學(xué)會(huì)正確運(yùn)用輸入輸出指令。

3.利用學(xué)生求知欲，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。大學(xué)電腦普及程度高，在教學(xué)中要有效利用學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)軟硬件的求知欲望，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。例如，為了使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部所有數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制數(shù)的形式表示，以圖像為例，采用畫(huà)圖工具打開(kāi)一幅圖像，每個(gè)像素點(diǎn)的顏色可分解為紅、綠、藍(lán)三個(gè)值，取值范圍均是0～255，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部用8位二進(jìn)制數(shù)表示。又例如，在介紹微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)時(shí)，采用提問(wèn)法，讓學(xué)生說(shuō)說(shuō)他們買電腦時(shí)會(huì)考慮哪些方面，從而引出CPU、內(nèi)存、接口、系統(tǒng)總線等微型計(jì)算機(jī)基本組成模塊。endprint

4.化解知識(shí)難點(diǎn)，變抽象為具象。[2]在講授較難理解的內(nèi)容時(shí)，可采用類比法，將其與生活實(shí)例相結(jié)合，化抽象為具象。在介紹補(bǔ)碼時(shí)，將其與時(shí)鐘系統(tǒng)類比，調(diào)整時(shí)間可采用正撥、反撥兩種方法，正如補(bǔ)碼運(yùn)算能將減法化為加法。介紹存儲(chǔ)器尋址時(shí)，以小區(qū)門(mén)牌號(hào)為例，假設(shè)小區(qū)有10棟樓，每棟樓有10個(gè)住戶，為能夠識(shí)別每一個(gè)住戶，需要100個(gè)門(mén)牌號(hào)。若直接分配門(mén)牌號(hào)，則需用一個(gè)二位數(shù)（0～99）表示；若以“樓號(hào)+樓內(nèi)門(mén)牌號(hào)”的方式分配，則只需要兩個(gè)一位數(shù)。此外，介紹存儲(chǔ)器芯片連接使用時(shí)，可把高位地址與存儲(chǔ)器芯片片選芯號(hào)間的譯碼電路看作是單元門(mén)上的門(mén)鈴系統(tǒng)，按下一個(gè)門(mén)牌號(hào)，對(duì)應(yīng)房間內(nèi)的門(mén)鈴就會(huì)響。

5.完善電子教案，重視多媒體課件研發(fā)。通過(guò)將多媒體技術(shù)引入課堂，把抽象、枯燥、難以理解的知識(shí)點(diǎn)變?yōu)樾问交顫?、生?dòng)形象的動(dòng)畫(huà)演示，實(shí)現(xiàn)了互動(dòng)教學(xué)，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中無(wú)法表現(xiàn)的問(wèn)題。例如，在講解移位指令時(shí)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)可將移位過(guò)程反映出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)不同移位指令用途的理解。在多媒體課件研發(fā)過(guò)程中，避免泛，力求精，控制每頁(yè)字?jǐn)?shù)和字體大小，注意提煉關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，對(duì)難點(diǎn)做出直觀講解。

三、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

筆者所在的自動(dòng)化系統(tǒng)為該課程分配6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，需要最大化利用這6學(xué)時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生編程興趣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論知識(shí)有更深刻的認(rèn)識(shí)。筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于該課程需要記憶的知識(shí)點(diǎn)太多，單純的書(shū)本講授無(wú)法讓學(xué)生將這些知識(shí)點(diǎn)完全聯(lián)系起來(lái)，因此，大部分學(xué)生在一開(kāi)始接觸時(shí)對(duì)該門(mén)課程比較感興趣，但到了學(xué)期中間，有一部分學(xué)生因?yàn)殡y以跟上教學(xué)進(jìn)度，沒(méi)有學(xué)習(xí)成就感，學(xué)習(xí)興趣就逐漸喪失了。通過(guò)與學(xué)生交流，向有經(jīng)驗(yàn)的教師請(qǐng)教，以及個(gè)人體驗(yàn)等三個(gè)途徑，筆者發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的內(nèi)容和時(shí)間安排起著非常重要的作用。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教師應(yīng)將實(shí)驗(yàn)課程適時(shí)穿插進(jìn)理論教學(xué)當(dāng)中，幫助學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)的硬件和軟件環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中驗(yàn)證課堂上講授的理論知識(shí)，掌握程序閱讀和編寫(xiě)的方法和技巧，指導(dǎo)學(xué)生舉一反三、觸類旁通地去學(xué)習(xí)并掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)而鞏固理論知識(shí)。此外，為了在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，教師在實(shí)驗(yàn)檢查時(shí)不能只關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是應(yīng)該重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程。為了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解程度，可人為設(shè)置故障，讓學(xué)生分析故障產(chǎn)生原因，提出解決方案，對(duì)程序進(jìn)行修改和調(diào)試。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，筆者設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)。[3]

1.編程實(shí)現(xiàn)求最大數(shù)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能掌握匯編語(yǔ)言源程序的結(jié)構(gòu)，會(huì)進(jìn)行匯編程序的簡(jiǎn)單查錯(cuò)和調(diào)試，能正確使用傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、程序控制指令以及循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。在該實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可讓學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)求最小數(shù)，也可改變數(shù)據(jù)格式，如將8位數(shù)換成16位數(shù)，將無(wú)符號(hào)數(shù)換成有符號(hào)數(shù)，通過(guò)這些變化加強(qiáng)學(xué)生對(duì)算法的理解。

2.8255可編程并行接口實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)以8255為接口芯片，要求學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)若干開(kāi)關(guān)對(duì)若干LED的控制。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握8255工作方式。同時(shí)，為了讓學(xué)生靈活運(yùn)用不同指令，可改變開(kāi)關(guān)的控制策略，如部分開(kāi)關(guān)撥上對(duì)應(yīng)LED亮，反之滅；部分開(kāi)關(guān)撥下對(duì)應(yīng)LED亮，反之滅。

3.8253可編程定時(shí)器實(shí)驗(yàn)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握8253的編程原理，同時(shí)，學(xué)會(huì)用示波器觀察不同模式下的輸出波形。

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